CN101668867B - 制备具有高果糖含量的水果糖浆的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备含有高果糖含量糖浆的方法，其是通过使用含有山梨糖醇的至少一种水果，特别是苹果，梨，李子，梅子，桃子，油桃，杏，和葡萄，从中提取的第一果汁而实施的。对第一果汁进行加工以便获得澄清且脱矿物质的甜果汁，其颜色低于45 ICUMSA且电导灰分含量低于0.4％。所述澄清且脱矿物质的甜果汁随后被进行加工以便将蔗糖水解成果糖和葡萄糖。所述方法还包括将葡萄糖异构化成果糖，并去除在初始材料中天然存在的山梨糖醇。

Description

制备具有高果糖含量的水果糖浆的方法和装置
本发明涉及高果糖糖浆领域。更特别地本发明涉及从水果制备高果糖糖浆的方法和装置。
出于其感官性质(水果风味，在口腔中的凉爽感受)及其食用性质(甜度为蔗糖的1.5倍，肠道吸收率低，非胰岛素依赖的代谢，低血糖指数)的价值，果糖目前在产业中备受关注。其消耗不再受制于水果的消耗，因为其现在与许多经过农产品产业生产的加工制品(甜味剂，加糖饮料，果酱，冰激凌，糖果等)的消耗广泛相关。
在产业规模上，果糖的制备涉及使用具有葡萄糖异构酶活性的酶(法国专利第2073697号)，其允许葡萄糖转化为果糖。在本说明书中且迄今为止，主要有两类植物原料被提议作为葡萄糖来源：
-富含淀粉的植物(主要是玉米，小麦，土豆等)，可从中提取淀粉并水解成葡萄糖；这样的葡萄糖随后被转化为果糖；
-产糖的植物(主要是甘蔗，甜菜)，可从中提取果汁并随后进行处理(例如通过美国专利第6,406,548号所述的方法)以便获得澄清且脱矿物质的甜蔗糖果汁；这样的蔗糖随后被水解以便形成单糖，葡萄糖和果糖的组合物(例如通过美国专利第6,916,381号所述的方法)；将葡萄糖纯化并随后转化成果糖，以便增加原始果糖组分。
类似地也提出过，对从收集自菊苣根，大丽花球茎，洋姜管的菊粉(果糖多糖)进行水解制备浓缩的果糖组合物。
本发明的目的在于提供制备高果糖糖浆的方法，该方法可通过使用除产糖植物，富含淀粉植物和/或富含菊粉植物的初始产物来实施。
在本说明书中，表述“高果糖糖浆”被用来描述相对于干物质总重量而言含有至少95％果糖，和/或相对于糖总重量而言至少98％果糖的高糖组合物。为了方便起见，表述“如本发明所述的果糖糖浆”也可被用来描述这样的糖浆。
本发明提供了旨在用于工业规模的方法，特别因为其操作模式，起始材料的选择以及终产物的质量能够与生产“果糖糖浆”的传统方法相竞争。
本发明还提供了用于实施这样方法的工业装置。
本发明由此涉及制备高果糖糖浆的方法，其中：
-从至少一种初始植物原料中制备澄清且脱矿物质的甜果汁，
-对所述澄清且脱矿物质的甜果汁进行加工以便将蔗糖水解成果糖和葡萄糖；然后获得含有果糖组分，称为第一果糖组分，和葡萄糖组分的单糖组合物，
-将葡萄糖组分与第一果糖组分分离并将包含于这一葡萄糖组分中的葡萄糖异构化成果糖以便形成新的果糖组分，称为第二果糖组分，
-将第一和第二果糖组分合并并浓缩成高果糖糖浆，
如本发明所述的制备方法特征在于：
1)至少一种初始植物原料得自于至少一种天然含有山梨糖醇的水果，
2)包括至少部分去除山梨糖醇的工序。
如本发明所述，所述植物材料是优选从选自苹果，梨，李子(plums)，梅子(prunes)，桃子(peaches)，油桃(nectarines)，杏，葡萄中的至少一种水果获得的。换言之，如本发明所述的制备具有高果糖含量糖浆的方法，其特征在于该方法是使用选自苹果，梨，李子，梅子，桃子，油桃，杏，葡萄中的至少一种水果来实施的。
如本发明所述，第一果汁是优选地从所述植物材料提取的，并进行处理以便获得澄清且过矿物质的甜果汁，其颜色低于45ICUMSA且电导灰分含量低于0.4％。这种第一果汁可采用任意提取果汁的方法从水果中获得----特别是通过碾磨和过滤和/或通过压榨---从一种或多种水果中获得。这种第一果汁类似地由若干水果果汁的混合物组成，每一种都是通过从一种或多种水果中提取水果果汁获得的。
如本发明所述的方法还具有这样的特征，即其还包括至少部分去除山梨糖醇的工序。这些山梨糖醇是天然存在于至少一种包括在所述初始植物原料组合物中的。
本发明由此涉及制备具有高果糖含量的糖浆的方法，其特别适于对天然存在有山梨糖醇的水果，例如苹果，梨，李子，梅子，桃子，油桃，杏，葡萄进行加工。此外，在那些最广泛生长于欧洲的水果，特别是生长于法国的水果中，本发明所指的水果是那些每年都具有较高浪费率的水果。本发明优选地为这些水果打开了一条新的工业加工途径。
本发明所述的方法是涉及在对蔗糖水解之后分离葡萄糖组分和果糖组分的类型，也是将葡萄糖转化成果糖的工序；这样的方法也是到目前为止采用产糖植物制备果糖糖浆的案例。
在这方面，应该注意到，本发明所指的水果组合物(苹果，梨，李子，梅子，桃子，油桃，杏，葡萄)的物理-化学性质，是与那些产糖植物的性质截然不同的，到目前为止，并不能允许应用于产糖植物的提取和加工方法适用于以其自然状态存在的这些原料，以便使得这些水果显而易见地不适合于这样的用途。
特别地，在本发明所述的方法中，为了获得脱色和脱矿物质的甜果汁，要准确确定提取第一果汁和加工这种第一果汁工序的操作参数，以便使得同样天然存在于这些水果中的糖：果糖，以及蔗糖和葡萄糖，能够快速和容易地从水果中回收。
对第一果汁(直接从初始材料提取的粗果汁)进行澄清和脱矿物质的工序同样也是按照本发明所述的方法，按照具体确定的非常特别的纯化原理和实施参数进行的，以便能够引导精确的对甜果汁进行澄清且脱矿物质，以便使得颜色低于45ICUMSA且电导灰分含量低于0.4％。
本发明人还发现所获得的这类脱色且脱矿物质的甜果汁对随后工序的成功具有重要的意义，且具体地：
-通过水解包含于所述脱色且脱矿物质甜果汁中的蔗糖制备单糖组合物，
-分离葡萄糖和果糖并去除山梨糖醇，
-将葡萄糖异构化成果糖，
且最终获得了高质量的果糖糖浆。
如本发明所述，第一果汁优选地通过以下加工工序以便获得澄清且脱矿物质的甜果汁：
-在5000-14000g的范围离心，
-通过截断值介于1kDa-50kDa的多孔膜进行超滤，
-电透析；选择适当的操作参数以便允许对来自所述第一果汁的离子电荷进行至少部分的去除；
-在阴离子交换树脂上进行层析以及在阳离子交换树脂上进行层析。
以这样的顺序进行制备所述澄清且脱矿物质甜果汁的工序。这并不排除在这些各个工序中存在有中断(在这些制备工序中和/或在两个连续工序中)和/或引入其他工序的可能性。
本发明所述方法中离心和超滤的操作参数是特别选定的，以便允许至少对悬浮于第一果汁中的颗粒进行至少部分的清除，并获得具有在650nm测定时光密度低于0.10U的澄清果汁。为此且如本发明所述，离心是在5000g优选进行的，且超滤是优选在采用截断值为约2.5kDa范围的超滤膜并应用7bar范围的跨膜压力进行的。
如本发明的特定实施方案所述，为了制备脱色且脱矿物质的甜果汁，在离心之前，第一果汁被用于与具有果胶分解活性的至少一种酶进行作用。为了清除泥渣和/或用于澄清工序特别针对酿酒和/或果汁工业而开发的酶可优选的用于这一目的。
用于本发明所述方法中超滤和层析工序的操作参数也同样是特别选定的，以便能够获得具有电导灰分含量低于0.4％的脱矿物质果汁。为此，电透析是按照本发明根据选定的操作参数进行的，以便获得在50℃时电导率低于800μS.cm-1的液体组合物。作为实施过程的举例，CMXsb阳离子膜(三菱)和AXE01和/或ASW阴离子膜(三菱)是优选使用的。用于膜间的电压范围是14V。
就离子交换树脂的层析工序而言，阳离子交换层析优选是采用强阳离子树脂进行的，而阴离子交换层析是优选的采用弱阴离子树脂，可选与强阳离子树脂组合进行的。
阳离子或阴离子树脂是常规地根据其离子化能力的强或弱的能力描述的。强阳离子树脂具有极高的离子化能力，无论其pH如何；具体而言，其是具有硫酸基团的树脂。而弱阳离子树脂在高酸性介质中不再离子化，具体而言，其是具有羧基和羧甲基的树脂。最广泛应用的强阴离子树脂是具有季胺基团和叔胺基团的树脂。最广泛应用的弱阴离子树脂是具有伯胺基团和仲胺基团的树脂。
如本发明所述，在离子交换树脂上进行的层析工序是通过选择适当的操作参数，以便获得电导灰分含量低于0.4％，优选为低于0.2％的脱色和脱矿物质甜果汁。
电导灰分含量(其主要与矿物盐，无机物和有机酸的含量相关)是常规地通过电导测定法(即，通过测定电导率)在28°B糖溶液在20℃确定的。3.13μS/cm的电导率对应0.0018％的电导灰分含量。
如本发明所述，所得的澄清且脱矿物质甜果汁应该随后进行蔗糖水解。为此，可使用具有β-呋喃果糖酶活性的酶(通常称为转化酶)进行酶水解。这种酶优选的以如本发明所述的固定化形式进行使用。
一旦蔗糖被水解，就将主要由葡萄糖和果糖组成的，旨在将葡萄糖转化成果糖的单糖组合物回收。将以固定化形式存在的具有葡萄糖异构酶活性的酶用于将葡萄糖转化成果糖。
然而，如本发明所述方法制备的单糖组合物同样也含有不可忽视量的山梨糖醇。这些得自于至少一种初始植物原料中水果的山梨糖醇，可存在于脱色且脱矿物质的甜果汁以及如本发明所述制备的单糖组合物中，在本发明所述方法的实施过程中，必须至少部分除去。
在本说明书中，本发明人发现可通过洗脱层析的方式来实施至少部分去除山梨糖醇。此外，这种去除还能够通过在果糖和山梨糖醇之间的选择性洗脱层析快速而方便的实施。为此，且如本发明所述方法的优选实施方案所述，所述单糖组合物可根据下述纯化和异构化工序的手段进行加工。
所述单糖组合物被用于适于进行葡萄糖-果糖分离的Ca2+阳离子树脂柱进行洗脱层析。然后获得果糖组分和葡萄糖组分。山梨糖醇被分离在这两种组分之间。所述果糖组分对应于本发明意义上的第一果糖组分。
以同样方式获得葡萄糖组分随后被用于将葡萄糖向果糖的异构化。然后在适于进行葡萄糖-果糖分离的Ca2+阳离子树脂柱进行洗脱层析。回收新的果糖组分，其对应于本发明意义上的第二果糖组分。
所述第一和第二果糖组分被合并以便形成新的果糖组分。这一新的果糖组分被用于适于果糖-山梨糖醇分离的Ca2+阳离子树脂柱进行洗脱层析。选定适合的操作参数以便获得终果糖组分，其具有相对于干物质总重(在该组分中)而言，低于或等于5％的山梨糖醇含量。
如本发明的优选实施方案所述，洗脱层析工序是优选使用适于进行所需葡萄糖-果糖分离或果糖-山梨糖醇分离的含有两种交替操作出口阀的Ca2+阳离子树脂柱进行的。
如本发明所述，AMBERLITE CR 1320Ca2+树脂(ROHM AND HAAS，法国)优选用于实施本发明所述的洗脱层析柱。
如本发明所述，为了获得如本发明所述的具有高果糖含量的糖浆，需将所述终果糖组分用于旨在脱矿物质，除臭，脱色，去除可能存在的棒曲霉素，以及改善长期稳定性的终处理。为此且如本发明所述，所述终果糖组分优选的被用于：
-在离子交换树脂上进行层析以便脱矿物质，
-活性炭处理，
-浓缩工序。
如本发明所述，所述脱矿物质是优选地在含有高酸性阳离子交换树脂和高碱性阴离子交换树脂的两种树脂混合床上进行的。选定适合的操作参数以便获得电导灰分含量低于0.2％，优选为低于0.1％的组合物。
如本发明所述，活性炭处理是优选在60℃范围的温度进行的。所述活性炭处理旨在清除可能存在的任意棒曲霉素(一种真菌毒素)并清除残留的颜色和胺臭味；这些臭味源自层析树脂的使用。如本发明所述，这种活性炭处理优选地在过滤之后进行，进而将从柱子冲洗出的碳颗粒捕捉。处于这一目的灭菌的过滤器是优选使用的。
如本发明所述，终果糖组分是优选地采用低温真空蒸发处理的方式进行浓缩的，直到获得相对于所述组合物(湿组合物)总重量至少70％范围糖浓度的高果糖糖浆。
如本发明的优选实施方案所述，为了避免在制备果糖糖浆过程中出现污染的风险，在选自所述脱色和脱矿物质甜果汁、所述单糖组合物、所述果糖组分之一、所述葡萄糖组分中的至少一种糖组合物中，浓缩需要一直进行到糖浓度达到相对于所述组合物总重量的至少60％。如本发明所述，低温真空蒸发处理是优选使用的。
本发明所述方法允许获得具有高果糖含量的糖浆，即如本发明所述的果糖糖浆。本发明所述的果糖糖浆与通过现有技术提取方法从非水果性植物原料中所制备的果糖糖浆的不同之处在于存在山梨糖醇，至少是痕量的山梨糖醇。这种山梨糖醇的存在表明用作制备糖浆的原料的是水果，并可用来鉴定如本发明所述的果糖糖浆。例如，这种鉴定可通过HPLC分析来进行。
特别地，本发明所述的果糖糖浆具有相对于干物质总重量至少95％和/或糖总重量至少98％的果糖含量。本发明所述的果糖糖浆同样具有低于或等于相对于干物质总重量5％的山梨糖醇含量。
本发明所述的果糖糖浆优选的具有相对于所述组合物总重量至少70％范围的糖浓度。
本发明同样涉及实施制备本发明所述果糖糖浆方法的装置。如本发明所述装置的优选实施方案所述，其包括：
-从得自至少一种天然含有山梨糖醇，特别是选自苹果，梨，李子，梅子，桃子，油桃，杏，葡萄等水果中的至少一种初始植物原料中提取第一果汁的适合提取装置，
-对从所述第一果汁中制备颜色低于45ICUMSA且电导灰分含量低于0.4％，优选低于0.2％的脱色且脱矿物质甜果汁的精制设备，
-包含具有β-D-呋喃果糖苷酶活性，优选为固定化的酶的反应器，其可适用于水解包含于脱色且脱矿物质甜果汁中的蔗糖，并可适用于获得单糖的组合物，
-从所述单糖组合物起始分离出果糖组分和葡萄糖组分的装置，
-包含具有葡萄糖异构酶活性，优选为固定化的的酶的反应器，其可适用于将葡萄糖转化成果糖，
-去除山梨糖醇的装置。
本发明所述的精制设备优选地包括：
-离心装置，
-装有截断值介于1kDa和50kDa之间，例如2.5kDa多孔膜的超滤柱，
-能够以适于获得在50℃时电导率低于800μS.cm-1的液体组合物的操作参数工作的电透析仪，
-阴离子交换层析柱(优选包括弱阴离子树脂)和阳离子交换层析柱(优选包括强阳离子树脂)。
本发明所述装置优选地包括含有Ca2+阳离子树脂(例如，得自ROHMAND HAAS公司，法国的AMBERLITE CR 1320Ca2+树脂)和两种交替操作出口阀，适于进行葡萄糖-果糖分离或果糖-山梨糖醇分离所需的洗脱层析柱。
本发明所述装置优选地包括用于进行果糖组合物终处理，包括脱矿物质，除臭，脱色，去除可能存在的棒曲霉素，以及浓缩的适合设备。为此所述设备包括：
-具有高酸性阳离子交换树脂和高碱性阴离子交换树脂这两种树脂混合床的层析柱，
-活性炭柱，其出口连接于过滤装置，
-低温真空蒸发器。
本发明同样涉及制备如本发明所述果糖糖浆的方法和装置，以及在上下文中所涉及到的其部分或全部特征。
本发明的其他目的、特征和优势会在阅读以下实施例以及参考附图的描述之后获悉，其并非旨在对本发明进行限制。在附图中：
图1所示为根据本发明的所述的方法的优选的、非限制性实施方案用于制备所述果糖糖浆的装置的具体示例的示意图。
图2所示为从经历了如本发明所述的转化过程的苹果中获得的具有高果糖含量糖浆的HPLC谱。
以下描述涉及本发明所述方法的特别优选实施方案。
装载于液力输送系统1的水果，被进行清洗并输送入通过碾压和过滤进行提取的装置2。在其出口获得了第一果汁。
在转运入离心装置4之前，在第一储存罐3中收集所述第一果汁，以便获得在650nm测定的光密度(OD)低于0.1U的澄清果汁。
构建具有6.3升(型号SHARPLES AS 16)垂直-碗(管状)离心机的试验装置，并以以下参数进行操作：
-加速为5000g，
-滞留时间为10分钟，处理能力为每小时大约6m3，
-操作温度在20℃范围。
在这些条件下，可以获得超过90％的OD降低(在对苹果果汁进行的检测中获得的值)：
-对初始OD为1.5U的悬液获得94％的降低(终OD为0.09U)
-对初始OD为1U的悬液获得91％的降低(终OD为0.09U)
-对初始OD为1.5U的悬液获得96％的降低(终OD为0.06U)。
在罐3中，在进行离心工序之前，有可能通过加入具有果胶分解活性的酶进行预澄清。在这样的情况下，在如上定义的操作条件下离心之后，所得的上清液在650nm所检测的OD值接近0.05U。
然后将离心并澄清的果汁通过一系列配有截断值为2.5kDa的聚醚砜超滤膜的超滤柱5。
在这一超滤工序的出口，将脱色的滤液回收入罐6中。
当超滤速率降低时，洗涤残渣以便使得糖损失最小化。
在所述中间试验装置中，采用配有表面积为1.77m2薄膜超滤膜的TIA超滤柱(法国)。
将这些膜的暴露于操作压力从4.6至26bar，最高温度为50℃。
在采用这一中间试验设备进行的每一次实验中都可处理100升苹果汁。采用以下操作参数可获得平均90％的脱色率：
-循环泵：容量为9001/h
-跨膜压力(TMP)：7bar
-过滤能力：每m2膜表面积5.61/h(这一能力在处理过程中稳定降低，每10升降低为初始能力的3.5％左右)。
所述果汁随后通过电透析仪7以便降低初始存在于果汁中的盐和有机酸的浓度。
电透析是用于离子溶液的分离方法。其使用能够产生溶液中离子迁移的驱动力的电场以及能够确保离子迁移选择性的离子-渗透膜，并且其还允许所述溶液的部分离子电荷被移走。
在所述中间试验装置中，使用的是来自于EIVS(法国)的AQUALYSEUR P 1电透析仪，并采用两组膜进行实验：
-一叠二十个电透析池，每个都含有阳离子膜，两个分离框架和阴离子膜；全套池的总有效表面积分别为0.138m2和0.276m2膜(SELEMIONAMV和CMV池，来自ASAHI GLASS CORPORATION，日本)，
-由EURODIA(法国)提供的EURB-10叠；由22个CMX sb阳离子膜和10个AXE 01阴离子膜(NEOSEPTA-TOKUYAMA CORPORATION，日本)组成的10个活性池；这种叠的总活性表面积为0.2m2，至于电极，阳极由TiPt制造，阴极由不锈钢制造。
电透析仪包括：
-三个罐：第一个罐，7a，保护用于脱盐的果汁，第二个罐，7b，包含电解液，和第三个罐，7c，包含从脱盐工序回收的卤水；
-再循环容量高达400l/h的三个泵(具有聚丙烯磁驱动头)；
-用于回收所述加工产物和调节其流速的球阀。
这一工序用于预脱矿物质，其能够提取部分有机酸及相关的离子。有机酸和相关离子的消除能够降低所述介质的导电性。导电性的这种降低可随时间监控。根据初始盐含量及加工时间，脱盐率在50％至97％之间变动。例如，在苹果汁的情况下，加工时间可在10分钟左右。
相对于所述溶液的总重量，通过电透析进行脱矿物质的溶液的糖浓度可在12％至50％之间变动。
在电透析仪7的出口，相对于所述果汁的总重量且在大约40℃的温度时，所述甜果汁的糖浓度在12％至50％之间变动。为了避免所述稀糖浆的污染风险，在这一工序提供了预浓缩。这是在真空在低温进行的，直到获得相对于所述组合物总重量60％左右的糖浓度。
为此，从电透析仪7脱电荷的甜果汁被收集于罐8，并随后送至真空蒸发器9。所述浓缩产物被转移至储藏罐10。
通过在离子交换层析的方式，在两种分离树脂床上实施完成了脱色和脱矿物质。为此，将预脱色和预脱矿物质的果汁通过具有强阳离子树脂的第一柱11a，然后通过具有弱阴离子树脂的第二柱11b。
采用由
Figure G2008800106761D00101
蠕动泵方式供应的来自NORMARVER(法国)的双壁玻璃柱来进行中间试验。第一柱含有80ml AmberliteTM FPC22H，强阳离子树脂。第二柱含有80ml AmberliteTM FPA51，弱阴离子树脂。
在进行第一次使用之前，这些树脂通过在MgSO4中饱和三次进行钝化然后进行再生。
为了协助柱顶部的流动，在离子交换树脂的上面加了一层惰性树脂(AmberliteTM RF14)。
相对于所述组合物的总重量，用于脱矿物质的溶液的糖浓度可在12％至50％之间变化。
在一个循环中，制备相的持续依赖于预脱矿物质率。所应用的供应流为5.5BV/h(每底物床体积，每小时通过所述柱的产物体积)，相当于440ml/h的流速。
当在阴离子柱出口的电导灰分含量低于0.4％，优选为低于0.1％时，可考虑脱色-脱矿物质工序业已完成。
所述阳离子树脂和阴离子树脂分别用每升树脂0.1kg量的纯HCl和NaOH进行再生。对2L的中间试验装置而言，所需的再生水量为20升。
在进行蔗糖水解之前，将在这第一工序结束时所得的脱色且脱矿物质甜果汁回收于罐12。这种浓缩的甜果汁主要包含蔗糖，果糖和葡萄糖，以及一些山梨糖醇的混合物。
蔗糖的水解发生在含有以固定化形式存在的β-D-呋喃果糖酶的连续固定床反应器13中。反应器13是以下沉流方式供给的。
在被转移入反应器13之前，可将所述脱色且脱矿物质的甜果汁通过缓冲罐，并将其中的pH调节至适于催化所使用酶的最适pH，在这种情况下，在30℃左右的温度时pH为4.5。
根据所述脱色且脱矿物质甜果汁的初始蔗糖含量，反应器13的初始供给流可在0.3至1BV/h的范围内变化。在反应过程中，酶活性的丧失可通过升高温度来抵消，以便保持蔗糖水解率大于或等于99％。温度变化的增量为1℃，直到60℃。在以下实施例中，在这一工序所得的单糖组合物可称为“水果转换”。
通过这样水解制备的单糖组合物主要含有葡萄糖和果糖(可能痕量的蔗糖)以及不可忽视量的山梨糖醇(在一种水果和其他水果以及在一类水果和其他类水果中高度可变)。其路径是到达罐13a。
根据水果种类的不同，有可能获得相对于干物质总重量而言，山梨糖醇含量高于6％的单糖组合物。
将单糖组合物收集于罐14，并随后通过经过调节的一系列洗脱层析柱15，以便允许葡萄糖-果糖分离。所使用的树脂是Ca2+阳离子树脂。分离是使用经过反渗透纯化的水进行的。为了防止树脂氧化，洗脱水和供给溶液必须在闪瓶15a中进行除气。
在层析柱的出口，可得到果糖组分和富含葡萄糖的组分。之前包含于所述单糖组合物中的山梨糖醇被分到了果糖和葡萄糖组分中。
至于从层析柱15释放出的葡萄糖组分(在果糖-葡萄糖分离层析之后)，其首先被收集于罐16中。为了限制污染的风险，这一组分被使用真空蒸发器17在低温操作，快速的浓缩至相对于所述组合物总重量60％左右的糖浓度。浓缩的葡萄糖组分回收于罐18。
葡萄糖向果糖的异构化工序是在包含以固定化形式存在的葡萄糖异构酶的固定床反应器19中连续进行的。反应器19是以下沉流方式供给的。
在异构化之前，将浓缩的葡萄糖组分通过缓冲罐(图中未示出)，缓冲罐的pH可使用溶液(K+，OH-)调节至7。
所述浓缩的葡萄糖组分，经MgCl2溶液缓冲并混合后(终浓度为3mM)，被以稳定的流速送入反应器19。在反应器19的出口，含有相对于所述干物质总重量约48％果糖和52％葡萄糖的糖浆被回收于罐20。
酶活性的丧失可通过逐渐升高反应器19中的温度来抵消。在反应器19中的温度增量为1℃。反应器19的温度范围被固定在35℃至60℃。
为了从收集于罐20中的糖浆分离葡萄糖和果糖，可通过罐14将这一糖浆返回层析柱15，其内部混合有对脱色且脱矿物质甜果汁进行蔗糖水解工序所得的单糖组合物。
至于从层析柱15释放出的果糖组分，其可在这些层析柱15中再次循环。当所述组分再一次通过层析柱时，对这些柱进行调节以便允许进行果糖-山梨糖醇分离。
特别地，对柱15的操作参数进行调节以便获得了终果糖组分，相对于所述组合物中干物质总重量，其山梨糖醇含量低于或等于5％。
这种终果糖组分，其基本不含有山梨糖醇，被使用真空蒸发器21，在低温，首先浓缩至相对于所述组分(湿组分)总重量的约60％糖浓度，然后收集于罐22。
在市场化之前，需将这种果糖糖浆通过旨在脱矿物质，除臭，脱色，去除可能存在的棒曲霉素，以及改善长期稳定性的一系列终处理。
所述果糖糖浆首先在含有高酸性阳离子交换树脂和高碱性阴离子交换树脂的两种树脂的混合物制备的树脂混合床上进行层析以便脱色和脱矿物质。
两种层析柱23a和23b被串连用于这一目的。一旦第一柱23a饱和，就对其进行再生。其全部流量随后通过第二柱23b。再生之后，将第一柱23a用于第二位置，并将流量再次通过串连的两个柱子。
当所述组合物离开这一树脂的混合床之后，其电导灰分含量仅为约0.2％甚至更低。
脱色且脱矿物质的果糖糖浆收集于罐24。
在第二工序，所述果糖糖浆需要经过活性炭处理以便去除胺臭味，可能存在的棒曲霉素和残留的颜色。处理在柱25进行，处理温度为60℃。
在柱25的出口提供了碳阱26。
以这种方法处理的果糖糖浆最终在低温进行操作，使用真空蒸发器27，被浓缩成相对于所述组合物总重量70％左右的糖浓度。
具有相对于所述组合物总重量约70％糖浓度的所述终果糖糖浆，在包装成终产品期间，准备以其当前状态进行消费，和/或在运输至其他农业食品产业用于转化期间，被储存于罐28。
采用某些或全部所述工序，以上所述的本发明方法可用于从苹果汁(实施例1)，桃果汁(实施例2)和瓜及桃果汁混合物(实施例3)中获得糖浆。
实施例1：
使用预浓缩的苹果汁实施了制备本发明所述果糖糖浆的本发明所述方法。所述初始果汁和所得糖浆的物理化学性质如下表1所示：
表1
  物理-化学性质   果糖糖浆
  20℃时的折射率(Brix)   70
  pH(+/-1)在30°时的折射率Brix   4.68
  电导灰分含量g％g   0.002
  28°B时的电导率μS/cm   4
  50°Brix时的颜色(ICUMSA)   ＜2
  果糖(％总糖)   98.9％
  葡萄糖(％总糖)   0.9％
  蔗糖(％总糖)   0.2％
  山梨糖醇/总糖(％)   ＜4.5％
图2所示为所得苹果糖浆的HPLC谱。
在以下操作条件下对这种糖浆进行分析：
柱：BIORAD HPX87K
展开剂：超纯水
流速：0.6ml/分钟
温度：65℃。
表2所示为所得分析结果
  峰   保留(时间)   化合物   表面积比例(％)   浓度(g.l-1)
  1234   9.0511.4912.0613.44   蔗糖山梨糖醇葡萄糖果糖   0.233.330.9395.51   0.0180.2540.0727.448
  合计：   100.00   7.791
实施例2：
使用桃果汁实施了制备本发明所述果糖糖浆的本发明所述方法。所述初始果汁和所得糖浆的物理化学性质如下表3所示：
表3
  物理-化学性质   果糖糖浆
  20℃时的折射率(Brix)   70
  pH(+/-1)在30°时的折射率Brix   4.5+/-0.5
  50°Brix时的颜色(ICUMSA)   ＜45
  果糖(％总糖)   98.8
  葡萄糖(％总糖)   1.2
  蔗糖(％总糖)   0.01
  山梨糖醇/总糖(％)   ＜4.5％
实施例3
基于实施例1和2，可采用将各种层析参数考虑在内的计算方法来分析含有相对于所述干物质总量至少95％果糖含量的果糖糖浆组合物。
初始植物原料可首先从含有山梨糖醇的水果获得，再从不含有山梨糖醇混合于之前类别的水果中获得。
表4所示为总是含有山梨糖醇的水果，以及可根据其来源和/或类别含有山梨糖醇的水果的非穷举性清单。在这些水果中的总糖浓度(高值和低值)以及山梨糖醇浓度(高值和低值)也一并列示。
表4
  水果的总糖g％g   水果的山梨糖醇g％g   山梨糖醇/总糖+山梨糖醇的平均百分数
  李子(2)   8-18.6   7.4-8.6   37.4％
  梨子(1)   7.9-13.3   1.21-2.8   17.6％
  樱桃(2)   14.4   2.9   16.9％
  李子(1)   5.2-13.2   2.0-0.6   16.0％
  樱桃(1)   11.9-24.8   1.4   7.7％
  油桃   7.3-8.6   0.6-0.7   7.6％
  杏   3.1-12.4   0.12-1.2   4.9％
  苹果(1)   9-14   0.2-1.0   4.7％
  桃   8.9   0.4   4.5％
列示于表5中的值得自通过HPLC对本发明进行的分析以及以下出版物：
(1)Free sugars sorbitol fruits compilation from literature(1981).R.E.Wrolstad，R.S.Shallenberger，JAOAC，64，91-103.
(2)Compositional Characterization of prune juice(1992).H.vanGorsel and coll.，J.Agric.Food Chem.，40，784-789.
其他从植物原料获得且不含有山梨糖醇的果汁可与上述果汁或浓缩物组合使用，例如选自柑橘汁、柑橘糖蜜汁(citrus molasses juices)、猕猴桃汁和瓜汁中的至少一种，所述清单是非穷举性的。
可对商业化果汁进行分析来模拟根据本发明所得的果糖糖浆组合物。在下表5-7中给出了3个例子：橙子/梅子汁(表5)猕猴桃/梨汁(表6)以及油桃/葡萄汁(表7)。在这里所选定比例是50％果汁A对50％果汁B，但可变化为1-99％，且所述组合不具有限制性。
表5
  物理-化学性质   果糖糖浆
  20℃时的折射率(Brix)   70+/-2
  pH(+/-1)在30°时的折射率Brix   4.5+/-0.5
  电导灰分含量g％g   ＜0.1g％g
  50°Brix时的颜色(ICUMSA)   ＜45
  果糖(％总糖)   98.3
  葡萄糖(％总糖)   1.7
  蔗糖(％总糖)   0
  山梨糖醇/总糖   ＜4.5％
表6
  物理-化学性质   果糖糖浆
  20℃时的折射率(Brix)   70+/-2
  pH(+/-1)在30°时的折射率Brix   4.5+/-0.5
  电导灰分含量g％g   ＜0.1g％g
  50°Brix时的颜色(ICUMSA)   ＜45
  果糖(％总糖)   97.9
  葡萄糖(％总糖)   2.1
  蔗糖(％总糖)   0
  山梨糖醇/总糖   ＜4.5％
表7
  物理-化学性质   果糖糖浆
  20℃时的折射率(Brix)   70+/-2
  pH(+/-1)在30°时的折射率Brix   4.5+/-0.5
  电导灰分含量g％g   ＜0.1g％g
  50°Brix时的颜色(ICUMSA)   ＜45
  果糖(％总糖)   98.3
  葡萄糖(％总糖)   1.7
  蔗糖(％总糖)   0
  山梨糖醇/总糖   ＜4.5％

Claims (15)

1.制备含有高果糖含量糖浆的方法，其中：
-从至少一种初始植物原料中制备澄清且脱矿物质的甜果汁，
-对所述澄清且脱矿物质的甜果汁进行加工以将蔗糖水解成果糖和葡萄糖；获得含有果糖组分和葡萄糖组分的单糖组合物，其中所述果糖组分被称为第一果糖组分，
-将葡萄糖组分与第一果糖组分分离并将包含于这一葡萄糖组分中的葡萄糖异构化成果糖以形成被称为第二果糖组分的新的果糖组分，
-将第一和第二果糖组分合并并浓缩成高果糖糖浆，
其中，在所述方法中，
1)至少一种初始植物原料得自于至少一种天然含有山梨糖醇的水果，
2)包括至少部分去除山梨糖醇的工序。
2.权利要求1所述的方法，其中所述植物材料得自于选自苹果，梨，李子，梅子，桃子，油桃，杏，葡萄中的至少一种水果。
3.权利要求1或2中任一项所述的方法，其中第一果汁提取自所述植物材料，并对其进行加工以获得澄清且脱矿物质的甜果汁，其颜色低于45ICUMSA且电导灰分含量低于0.4％。
4.权利要求3所述的方法，其中所述第一果汁通过以下加工工序以获得所述澄清且脱矿物质的甜果汁：
-在5000-14000g的范围离心，
-通过截断值介于1kDa-50kDa的多孔膜进行超滤，
-电透析；选择适当的操作参数以便允许至少部分去除所述第一果汁中的离子电荷；
-在阴离子交换树脂上进行层析以及在阳离子交换树脂上进行层析。
5.权利要求4所述的方法，其中采用选定的操作参数进行电透析以获得在50℃电导率低于800μS.cm-1的液体组合物。
6.权利要求4或5所述的方法，其中所述层析工序是在具有强阳离子树脂和弱阴离子树脂的离子交换树脂上采用适当的操作参数进行的，以获得电导灰分含量低于0.4％的脱色且脱矿物质的甜果汁。
7.权利要求1、2、4和5中任一项所述的方法，其中使用固定化形式的具有β-D-呋喃果糖苷酶活性的酶对包含于所述脱色且脱矿物质的甜果汁中的蔗糖进行水解。
8.权利要求1、2、4和5中任一项所述的方法，其中使用固定化形式的具有葡萄糖异构酶活性的酶将葡萄糖转化成果糖。
9.权利要求1、2、4和5中任一项所述的方法，其中对所述单糖组合物进行以下纯化和异构化工序：
-将所述单糖组合物在适于进行葡萄糖-果糖分离的Ca2+阳离子树脂柱上进行洗脱层析；由此获得所述第一果糖组分及所述葡萄糖组分，
-随后对所述葡萄糖组分进行葡萄糖向果糖的异构化，然后在适于进行葡萄糖-果糖分离的Ca2+阳离子树脂柱上进行洗脱层析；回收所述第二果糖组分，
-将所述第一和第二果糖组分合并形成新的果糖组分，将其在适于进行果糖-山梨糖醇分离的Ca2+阳离子树脂柱上进行洗脱层析；选定适当的操作参数以获得终果糖组分，相对于所述组分中的干物质总重量，其含有低于或等于5％的山梨糖醇成分。
10.权利要求9所述的方法，其中所述终果糖组分被用于：
-通过在离子交换树脂上进行层析而脱矿物质，
-活性炭处理，
-浓缩工序。
11.权利要求10所述的方法，其中在适合的操作参数下进行所述脱矿物质，以获得电导灰分含量低于0.2％的组合物。
12.权利要求1、2、4和5中任一项所述的方法，其中为了避免污染的风险，对选自所述脱色且脱矿物质的甜果汁、所述单糖组合物、所述果糖组分之一、所述葡萄糖组分中的至少一种糖组合物进行浓缩，直到获得的糖浓度相对于所述组合物总重量达到至少60％的范围。
13.制备高果糖糖浆的装置，其包括：
-用于从得自至少一种天然含有山梨糖醇的水果中的至少一种初始植物原料中提取第一果汁的适合的提取装置；
-用于从所述第一果汁中制备颜色低于45ICUMSA且电导灰分含量低于0.4％的脱色且脱矿物质甜果汁的精制设备，
-包含具有β-D-呋喃果糖苷酶活性的酶的反应器(13)，
-从所述单糖组合物分离出果糖组分和葡萄糖组分的装置(15)，
-包含具有葡萄糖异构酶活性的酶的反应器(19)，
-去除山梨糖醇的装置。
14.权利要求13所述的装置，其中所述装置包括具有Ca2+阳离子树脂和两种交替操作出口阀、适于进行所需葡萄糖-果糖分离或果糖-山梨糖醇分离的洗脱层析柱(15)。
15.权利要求14所述的装置，其中所述装置包括用于进行果糖组合物终处理的适合设备，所述处理包括脱矿物质，除臭，脱色，去除可能存在的棒曲霉素，以及浓缩；所述设备包括：
-具有高酸性阳离子交换树脂和高碱性阴离子交换树脂的两种树脂混合床的层析柱(23a；23b)，
-活性炭柱(25)，其出口连接于过滤装置，
-低温真空蒸发器。
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