CH634109A5 - Verfahren zur herstellung von dextrosepulver mit einem wesentlichen gehalt an beta-dextroseanhydrid. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dextrosepulvers, das einen hohen Anteil an ß-Dextroseanhydrid enthält, aus wässrigen Dextroselösungen.

Es ist bekannt, dass es drei Arten von Dextrosekristallen gibt, nämlich a-Dextroseanhydrid, a-Dextrosemonohydrat und ß-Dextroseanhydrid. Von diesen verschiedenen Kristallformen zeichnet sich ß-Dextroseanhydrid dadurch vorteilhaft gegenüber a-Dextrosemonohydrat und -anhydrid aus, dass es sich schneller löst, in kaltem Wasser besser löslich ist und weniger zum Zusammenbacken während des Auflösens neigt. Gegenüber dem a-Dextrosemonohydrat zeichnet sich ß-Dextroseanhydrid weiterhin dadurch vorteilhaft aus, dass man es dazu benützen kann, das Problem des hohen Feuchtigkeitsgehalts zu vermeiden, während das Dextrosemonohydrat etwa 9% Feuchtigkeit in Form von Kristallwasser enthält.

Bislang wurden bei den zur Kristallisation von Dextrose angewandten Verfahren zwei Arten unterschieden, nämlich die sogenante Kochmethode bzw. das Kochen auf Korn, wobei Kristalle aus einer mässig übersättigten Lösung gebildet und die erhaltenen Kristalle aus dem dabei entstandenen Kristallbrei durch Zentrifugieren abgetrennt werden, und die Gesamtzuckermethode, wobei keine Trennung durchgeführt und die gesamte Feststofffraktion der Zuckerlösung als Produkt gewonnen wird.

Das Kochverfahren liefert zwar ein hochreines Produkt, jedoch sind dabei auch die Herstellungskosten aufgrund der ausserordentlich hohen Anlageninvestitionskosten, der geringen Ausbeute und es erforderlichen grossen Zeitaufwands usw. ziemlich hoch. Andererseits muss bei der Gesamtzuckermethode ein Back- und Mahlverfahren, eine Sprühtrocknung usw. durchgeführt werden. Das Back- und Mahlverfahren ist wegen der langen Zeit, die für die Durchführung des Backens erforderlich ist, problematisch und ausserdem wird das Pulver während des Mahlens klebrig und haftet in der Mühle.

Ausserdem gibt es zwar verschiedene Sprühtrocknungsverfahren, jedoch tritt dabei in der Regel das Problem auf, dass grosse Mengen trockener Saatkristalle, Anlagen zur Härtung nach dem Versprühen usw. erforderlich sind. Ausserdem ist daraufhinzuweisen, dass es bei der Gesamtzuckermethode schwierig war, das freie Wasser während der Kristallisation zu behandeln.

Zur Herstellung von ß-Dextroseanhydrid waren bislang nach der Kochmethode arbeitende Verfahren bekannt (japanische Offenlegungsschrift SHO 46-25690), jedoch stehen bisher keine Verfahren zur Verfügung, die nach der Gesamtzuckermethode eine einfache und leichte Herstellung von wasserfreiem Dextrosepulver, das einen hohen Anteil an ß-Dextroseanhydrid enthält, ermöglichen.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, also ein nach dem Prinzip der Gesamtzuckermethode arbeitendes Kristallisationsverfahren, bei dem die Zuckerlösung pulverisiert und dabei das freie Wasser während der Kristallisation entfernt wird.

Es wurde gefunden, dass sich diese Aufgabe mit dem erfin-dungsgemässen Verfahren lösen lässt, das ein wasserfreies Dextrosepulver, das hohe Anteile ß-Dextroseanhydrid enthält, ergibt.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von einem wesentlichen Anteil ß-Dextroseanhydrid enthaltendem Dextrosepulver aus einer wässerigen, dextrosehaltigen Lösung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man

(a) die Dextroselösung bis zu einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 90 Gewichtsprozent konzentriert,

(b) die Temperatur der konzentrierten Dextroselösung auf mindestens 60°C einstellt,

(c) in die konzentrierte Dextroselösung mindestens 0,2%, bezogen auf das Zuckergewicht, ß-Dextrose enthaltender Saatkristalle einrührt, wobei die Temperatur über 60°C gehalten wird, und

(d) aus der konzentrierten Dextroselösung freies Wasser unter vermindertem Druck entfernt.

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Die beim Verfahren der Erfindung als Ausgangsmaterial verwendbaren wässrigen Dextroselösungen können eine Vielzahl verschiedener Materialien umfassen. Beispielsweise können verschiedene Stärkearten, wie Süsskartoffelstärke, Kartoffelstärke, Weizenstärke, Maisstärke usw., nach einem Säure-Enzym- oder einem Enzym-Enzym-Verzuckerungsverfahren zu Lösungen verzuckerter Stärke verzuckert und aus diesen Stärkeverzuckerungsproduktlösungen verschiedene dextrosehaltige Lösungen gewonnen werden, die für das Verfahren der Erfindung jeweils geeignet sind. Ausserdem können die verschiedenen gereinigten und teilweise gereinigten festen Dextrosen, die aus derartigen Stärkeverzuckerungslösungen gewonnen werden, wieder in Wasser zu wässrigen Dextroselösungen gelöst werden, die sich als Ausgangsmaterial beim Verfahren der Erfindung verwenden lassen.

Diese wässrigen Dextroselösungen können so wie sie sind bzw. anfallen eingesetzt werden, jedoch kann man sie auch nach herkömmlichen Methoden, z.B. mit Aktivkohle und/ oder Ionenaustauscherharzen reinigen bzw. raffinieren,

bevor man sie als Ausgangsmaterial für das Verfahren der Erfindung einsetzt.

Die raffinierten oder unraffinierten Dextroselösungen werden dann zunächst bis zu einem Zuckergehalt von mindestens 90%, im allgemeinen etwa 90 bis 98% und vorzugsweise etwa 94 bis 98% nach üblichen Methoden und mittels herkömmlicher Konzentriervorrichtungen, wie mehrfach wirksamen Verdampfern oder Dünnschichtverdampfern, usw., konzentriert. Die Konzentration wird in der Regel durch Erhitzen unter verringertem Druck durchgeführt. Mit Rücksicht auf die Arbeitszeit und die Handhabbarkeit des Konzentrates sollte beim Konzentrieren die Zuckerkonzentration bzw. der Zuckergehalt vorzugsweise nicht auf mehr als etwa 98% gesteigert werden.

Die konzentrierte Zucker- bzw. Dextroselösung wird dann in einem auf eine Temperatur von über etwa 60°C, beispielsweise auf etwa 90 bis 95°C, vorgeheizten Kneter eingespeist und bei einer Temperatur von über etwa 60°C gerührt, während mindestens 0,2% ß-Dextrose enthaltende Saatkristalle, bezogen auf das Zuckerge wicht, zugesetzt werden.

Als Kneter wird z.B. ein Rührwerk verwendet, in dem sich die Temperatur

auf eine erhöhte Temperatur einregeln lässt. Dieser Arbeisgang liefert zunächst eine weiche, Mikrokristalle enthaltende Masse, die geknetet und pulverisiert wird, bis daraus schliesslich ein Pulver entstanden ist. Für diesen Zweck kann jede mit Einrichtungen zum Dehydratisieren ausgerüstete Vorrichtung verwendet werden.

Die Rührgeschwindigkeit sollte zunächst so gewählt werden, dass dabei rasch eine homogene Vermischung der Saatkristalle mit der konzentrierten Zucker- bzw. Dextroselösung erreicht wird und auch die knetbare fondantartige Masse, die die Mikrokristalle enthält, welche dazu neigen, eine «Nachsaat-Animpfung» zu bilden, zu zerteilen bzw. zu zerbrechen. Eine bevorzugte Rührgeschwindigkeit sind beispielsweise etwa 2 bis 10 UpM. Hierauf sollte die Rührgeschwindigkeit entsprechend dem Zustand des Kneterinhalts eingestellt werden. Am besten ist es, wenn man zum Vermischen der Saatkristalle und der Zuckerlösung nach dem Animpfen eine schnellere Rührgeschwindigkeit anwendet, wenn die Viskosität der fondantartigen Masse in der Zeit zwischen der Mikrokristallbildung und der Pulverbildung zunimmt langsamer rührt und während des Trocknungsvorgangs nach der Pulverbildung, wobei die Fliessfähigkeit steigt, wieder schneller rührt.

Die konzentrierte Dextroselösung im Kneter wird bei einer Temperatur von über 60°C gehalten und z.b. mit Saatkristallen aus ß-Dextroseanhydrid oder Dextrosepulver mit einem hohen Gehalt an ß-Dextrose versetzt. Diese Saatkristalle sollten nicht grösser als etwa 0,149 mm (100 mesh US-Standardsieb) sein. Der Prozentsatz an ß-Dextroseanhydrid im Saatkristallzusatz sollte über etwa 85 und vorzugsweise über etwa 90% liegen. Man kann auch nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenes wasserfreies Dextrosepulver als Saatkristallzusatz verwenden, was im Hinblick auf die damit zu erreichende Animpfwirkung und die Wirtschaftlichkeit sogar besonders zweckmässig ist.

Bezogen auf den Feststoffgehalt der Zuckerlösung bzw. konzentrierten Dextroselösung werden mindestens o,2% Saatkristalle verwendet. Vorzugsweise verwendet man eine Saatkristallmenge von mindestens etwa 10%. Selbstverständlich können auch beträchtlich höhere Saatkristallmengen verwendet werden, jedoch ist dadurch kein besonderer Vorteil zu erzielen.

Beim Verfahren der Erfindung hängt das Ausmass bzw. der Prozentsatz der Bildung von ß-Dextroseanhydridkri-stallen weitgehend von der Temperatur ab, bei der die Kristallisation stattfindet. Beispielsweise beträgt bei der Verwendung von ß-Dextroseanhydridsaatkristallen der Gehalt des Produkts an ß-Dextroseanhydrid 93% bei 97°C, 89% bei 90°C, 85% bei 80°C und 59% bei 40°C Kristallisationstemperatur. Man kann somit durch Variieren der Arbeitstemperatur das Ausmass der Kristallisation von ß-Dextroseanhy-drid variieren. Das Material sollte bei der Kristallisation daher bei einer Temperatur von etwa 60°C oder darüber gehalten werden, um Kristalle bzw. ein Produkt mit einem kommerziell signifikanten Gehalt an ß-Dextrose zu erhalten. Die Kristallisationstemperatur wird vorzugsweise bei etwa 80°C oder darüber und insbesondere bei etwa 90°C oder darüber gehalten.

Die Kristallbildung beginnt in der Regel kurz, d.h. etwa 10 Minuten, nach der Zugabe der Saatkristalle. Das Kristallisationsgemisch wird dabei zu einer knetbaren fondantartigen, weisse Mirkokristalle enthaltenden Masse. Ausserdem führt die Bildung der Mikrokristalle dazu, dass der Gehalt an freiem Wasser entsprechend der gebildeten Kristallmenge zunimmt und daher die Konzentration der Zuckerlösung bzw. der konzentrierten Dextroselösung sinkt.

Das erzeugte freie Wasser sollte zweckmässigerweise durch Dehydratisierung unter ausreichend vermindertem Druck entfernt werden. Wenn man somit in der angegebenen Weise kontinuierlich die Erzeugung von Mikrokristallen, die Bildung von freiem Wasser und die Entfernung des gebildeten freien Wassers durchführt, so wird dabei der Wassergehalt allmählich verringert und gleichzeitig das Material selbst kristallisiert und in ein festes Pulver umgewandelt. Der Druck sollte dabei lediglich ausreichend verringert werden, dass das freie Wasser entfernt wird. Vorzugsweise wendet man einen verminderten Druck an, der nur so stark vermindert ist, dass in der Kristallisationsmasse kein nennenswerter Temperaturabfall durch die plötzliche Verdampfung einer grossen Menge freien Wassers auftritt. Beispielsweise ist bei einer Temperatur von 90 bis 95°C ein Druck von 200 bis 250 Torr zweckmässig. Arbeitet man in der Anfangsphase bei einem wesentlich niedrigeren Druck, so fällt die Temperatur ab und damit sinkt auch der Anteil, in dem die Dextrose in Form von ß-Dextroseanhydrid auskristallisiert. Bei einer Aufheiztemperatur von 95°C, einer Konzentration der konzentrierten Dextroselösung von 94% und einem Druck von 200 Torr stellt sich die Temperatur der Masse auf 93°C ein. Wenn jedoch der Druck stärker vermindert wird, so beginnt die Temperatur der Kristallisationsmasse abzufallen. Wenn die Erhitzungstemperatur 95°C und die Zuckerkonzentration der konzentrierten Dextroselösung 96% beträgt, so führt ein Druck von 100 Torr dazu, dass die Temperatur der Kristalli-sationsmasse unter 93°C zu fallen beginnt. Aufgrund der s

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Beziehung zwischen der Konzentration der Zuckerlösung und der Temperatur einerseits und dem zur Entfernung des freien Wassers angewandten vermindertem Druck andererseits ist es daher zweckmässig, jede abrupte Arbeitsweise durch Auswahl eines geeigneten verminderten Druckes zu vermeiden.

Die Entfernung des freien Wassers wird solange fortgesetzt, bis die Dextrose im wesentlichen vollständig kristallisiert ist. Im allgemeinen dauert dies weniger als etwa eine halbe Stunde. Die Rührwirkung des Kneters sorgt im allgemeinen dafür, dass die entwässerte Masse ein fliess- bzw. rieselfähiges Pulver wird.

Zur Verbesserung seiner Stabilität wird das Produkt vorzugsweise unter vermindertem Druck weiter- bzw. nachgetrocknet. Der Druck wird zu diesem Zweck weiter vermindert und die Fliessfähigkeit des Produkts durch entsprechende Trocknung weiter verbessert. Der verminderte Druck beträgt in dieser Stufe bzw. Phase des Verfahrens zweckmässg 100 bis 50 Torr oder darunter und wird schliesslich vorzugsweise noch weiter auf 20 Torr oder weniger herabgesetzt. Auf diese Weise erhält man ein frei-fliessendes bzw. rieselfähiges, wasserfreies Dextrosepulver, das einen grossen Anteil an mikrokristallinem ß-Dextroseanhydrid enthält und einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0,5 bis 1% oder sogar noch weniger besitzt.

Das Verfahren liefert, da die Kristallisation dabei bei einer sehr hohen Zuckerkonzentration, d.h. einer Dextrosekonzentration von mindestens 90% durchgeführt wird, ein mikrokristallines Dextrosepulver. Deshalb weist das Dextrosepulver der Erfindung im Vergleich zu nach anderen Kristallisationsmethoden, wie dem Kochverfahren, erhaltenen Produkten eine grössere spezifische Oberfläche und eine höhere Lösungsgeschwindigkeit auf.

Ausserdem lässt sich mit Hilfe des neuen Vefahrens der gesamt Feststoffgehalt der Dextroselösungen in ein Pulver überführen, ohne dass dabei die Bildung von Mikrokristallen stört, da beim Verfahren nicht zentrifugiert wird und nicht gewaschen zu werden braucht. Nach dem neuen Verfahren kann man daher einen grossen Anteil ß-Dextroseanhydrid enthaltendes Dextrosepulver mit geringen Kosten herstellen, weil die benötigten Vorrichtungen einfach sind und der erforderliche verfahrenstechnische Aufwand gering ist.

Beispiel 1

Handelsübliche wasserfreie Dextrose wurde in Wasser gelöst und die dabei erhaltene Lösung in einer Konzentrationsvorrichtung bei 90°C bis zu einem Feststoffgehalt von 96% konzentriert. Die konzentrierte Dextroselösung wurde dann in einen bei 90°C gehaltenen Kneter, der mit Einrichtungen zur Regelung der Temperatur und zur Vakuumtrocknung ausgerüstet war, überführt und mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 UpM gerührt. Dann wurde ß-Dextroseanhy-drid bis zu einer Kornfeinheit von etwa 0,149 mm gemahlen, auf 90°C vorgewärmt und der im Kneter befindlichen konzentrierten Dextroselösung in einer Menge von 0,2%,

bezogen auf den Feststoffgehalt der konzentrierten Dextroselösung, zugesetzt. Nach etwa 10 Minuten war die gesamte Dextroselösung zu einer weissen, knetbaren, fondantartigen Masse geworden, die unter vermindertem Druck auf etwa 200 bis 250 Torr getrocknet wurde. Nach etwa weiteren 10 Minuten war die Masse zu einem weissen, mikrokristallinen Pulver geworden, worauf der Druck weiter auf etwa 100 Torr reduziert wurde. Nach etwa weiteren 5 Minuten hatte die Fliessfähigkeit des Pulvers zugenommen, worauf der Druck weiter auf etwa 20 Torr oder weniger verringert und das Produkt weiter getrocknet wurde.

Die Messung der optischen Drehung des auf diese Weise erhaltenen Dextrosepulvers ergab, dass es etwa 92% ß-Dextroseanhydrid enthielt und einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,5% oder weniger besass.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei abweichend davon anstelle des ß-Dextroseanhydrids als Saatkristallmaterial das nach Beispiel 1 erhaltene mikrokristalline Dextrosepulver verwendet wurde.

Das auf diese Weise erhaltene Dextrosepulver besass einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,5% und enthielt etwa 90% ß-Dex-troseanhydrid.

Beispiel 3

Handelsübliche Maisstärke wurde mit handelsüblichen Enzympräparaten zu einer verzuckerten Stärkelösung (DE 95,5) abgebaut. Diese Lösung wurde dann mit Aktivkohle und einem Ionenaustauscherharz nach Standardmethoden gereinigt und anschliessend in einer Konzentrationsvorrichtung bis zu einem Feststoffgehalt von 96% konzentriert. Diese konzentrierte (Dextrose-)Lösung wurde dann analog Beispiel 1 in einen Kneter, in dem eine Temperatur von 95°C aufrechterhalten wurde, überführt. Hierauf wurde ß-Dextrose-anhydrid bis zu einer Kornfeinheit von 0,149 mm ( 100 mesh US-Standardsieb) gemahlen und dann der im Kneter befindlichen konzentrierten Zucker- bzw. Dextroselösung in einer 10%, bezogen auf den Feststoffgehalt der konzentrierten Dextroselösung, entsprechenden Menge zugesetzt. Hierauf wurde analog Beispiel 1 weiter gearbeitet.

Das auf diese Weise erhaltene Dextrosepulver besass einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,5% und enthielt etwa 89% ß-Dex-troseanhydrid.

Beispiel 4

Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei jedoch abweichend davon anstelle des ß-Dextroseanhydrids als Saatkristallmaterial das gemäss Beispiel 1 erhaltene Dextrosepulver verwendet wurde.

Das auf diese Weise erhaltene Dextrosepulver besass einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,5% und enthielt etwa 89% ß-Dextroseanhydrid.

Beispiel 5

Beispiel 4 wurde wiederholt, wobei abweichend davon nach der etwa 10 Minuten dauernden Abtrennung von Wasser bei einem Druck von etwa 200 bis 250 Torr bis zur Umwandlung der weissen, knetbaren fondantartigen Masse in ein weisses, mikrokristallines Pulver, der Druck auf etwa 50 Torr oder darunter vermindert und die Masse weiter entwässert wurde.

Das dabei erhaltene Dextrosepulver besass einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,5% und enthielt etwa 88% ß-Dextroseanhydrid.

Beispiel 6

Eine durch enzymatische Verzuckerung von Maisstärke erhaltene Zuckerlösung mit einem DE-Wert von 98 wurde nach herkömmlichen Standardkristallisationsverfahren behandelt. Nach dem Abtrennen der Kristalle wurde der dabei als Rückstand erhaltene erste Ablauf nach herkömmlichen Standardmethoden mit Aktivkohle und einem Ionenaustauscherharz raffiniert und dann gemäss Beispiel 4 kristallisiert.

Das auf diese Weise erhaltene Dextrosepulver besass einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,5% und enthielt 84% ß-Dextroseanhydrid.

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1. Verfahren zur Herstellung von einem wesentlichen Anteil ß-Dextroseanhydrid enthaltendem Dextrosepulver aus einer wässerigen, dextrosehaltigen Lösung, dadurch gekennzeichnet, dass man

(a) die Dextroselösung bis zu einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 90 Gewichtsprozent konzentriert,

(b) die Temperatur der konzentrierten Dextroselösung auf mindestens 60°C einstellt,

(c) in die konzentrierte Dextroselösung mindestens 0,2%, bezogen auf das Zuckergewicht, ß-Dextrose enthaltender Saatkristalle einrührt, wobei die Temperatur über 60°C gehalten wird, und

(d) aus der konzentrierten Dextroselösung freies Wasser unter vermindertem Druck entfernt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Dextroselösung eine Lösung verzuk-kerter Stärke verwendet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperatur der konzentrierten Dextroselösung auf bzw. bei über 80°C einstellt und hält.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Dextroselösung bis zu einem Trockensubstanzgehalt von 94 bis 98 Gewichtsprozent konzentriert.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man der konzentrierten Dextroselösung Saatkristalle in einer Menge von mindestens 10 Gewichtsprozent der Trockensubstanz zusetzt.

6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Saatkristalle ein Dextrosepulver verwendet, das mindestens 85% ß-Dextroseanhydrid enthält.

7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwässerung der konzentrierten Dextroselösung durchgeführt wird, indem man den Druck auf 200 bis 250 Torr reduziert und so lange in diesem Bereich hält, bis im wesentlichen die gesamte Dextrose kristallisiert ist.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Entwässerung weiter durchführt, indem man den Druck kurzzeitig auf 50 bis 100 Torr verringert und dann solange weiter auf 20 Torr oder weniger ver- ~ mindert, bis der Feuchtigkeitsgehalt auf 0,5 bis 1,0% herabgesetzt ist.

9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8 zur Herstellung eines mikrokristallinen Dextrosepulvers, das einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 1,0% aufweist und mindestens 85%, vorzugsweise mindestens 90% ß-Dextrose-anhydrid, enthält.

10. Dextrosepulver mit einem wesentlichen Gehalt an ß-Dextroseanhydrid, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1.