CS246081B2 - Method of monosaccharides winning from bulb plants - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu získávání monosaoharidů z hlíznatých rostlin obsahujících polysacharidy a/nebo disacharidy pomocí ultrafiltrace.

Je známo, že z kořene čekanky (Cichorium intibusj, který obsahuje hmotnostně téměř 20 °/o uhlohydrátů, z nichž 3/4 tvoří uhlohydrát inulin, je možno získávat fruktózu. Jsou známy zejména tyto dva způsoby:

a) Cekankové kořeny se rozřežou na kousky a podrobí se extrakcí horkou vodou, aby se oddělily přítomné sacharidy. K takto získané šťávě se přidá kyselina, zejména kyselina chlorovodíková, aby se přítomné polysacharidy a oligosacharidy hydrolyzovaly na monosacharidy.

Získaná hydrolyzovaná šťáva se pak neutralizuje, přednostně oxidem vápenatým. Vytvořený fruktosan vápenatý se oddělí od . nerozpustných složek, jaki* je buničina a albuminy, filtrací. Filtrační koláč se promývá vodou, aby se zbytek fruktosanu vápenatého, který je v něm ještě přítomen, převedl do filtrátu. Z fruktiosanu vápenatého obsaženého ve filtrátu se fruktóza uvolní okyselením, například kyselinou chlorovodíkovou. Z takto získaného fruktózového sirupu se oddělí ionty, které do něj byly z větší části zavedeny během shora popsané izolace.

Nevýhodou tohoto známého způsobu je, že se 10 až 15 % přítomných uhlohydrátů, tj. glukózy ztrácí, což má za následek velké problémy s odpadovými vodami. Výhodou tohoto způsobu však je, že se při něm získává fruktózový sirup s vysokým obsahem fruktózy.

b) Čekankoivé kořeny se opět nejprve rozřežou na menší kousky a podrobí se extrakci vodou, aby se získaly přítomné sacharidy. Získaná šťáva se okyselí například kyselinou chlorovodíkovou, a neutralizuje, například oxidem vápenatým. Po fltraci a a promývání se filtrát vede přes ionex, aby se z něho odstranily ionty (které byly do filtrátu zavedeny během postupu] a pak se odbarví. Ve srovnání s postupem popsaným v odstavci a) má tento způsob výhodu v tom, že ztráty glukózy jsou velmi malé.

Jak při způsobu a], tak při způsobu b) se k hydrolýze polysacharidů a ollgosacharidů a ke srážení proteinů a pektinů ve šťávě používá okyselení kyselinou, jako kyselinou chlorovodíkovou. Šťávu nelze okyselovat za použití ionexu, poněvadž molekuly proteinů a pektinů, které jsOlu přítomny v rozpuštěném stavu ve šťávě, by se vysrážely na ionexu a ionex by z větší části ztratil svou aktivitu. I kdyby se šťáva předem filtrovala, stále by nedocházelo· k dostatečnému odstranění bílkovin a pektinů ze šťávy.

Jiná oblast cukrovarnické technologa se zabývá přípravou invertního cukru z granulovaného· cukru. Při tomto postupu se připravuje roztok granulovaného cukru ve vodě, který se hydrolyzuje kyselinou, před nostně kyselinou citrónovou nebo kyselinou octovou. Fruktosan vápenatý, který se vysráží při neutralizaci přidané kyseliny, se promyje a rozloží reakcí s kyselinou. Vzn ’ klý zředěný roztok se zkoncent-ruje a ochladí na —10 °C, při kteréžto teplotě hlavní část fruktózy a glukózy odděleně vykrystaluje.

Shora uvedený způsob získávání fruktózy z čekankových kořenů je možno podstatné zlepšit a zjednodušit tím, že se šťáva získaná při extrakci hlíznatých rostlin vodou přímo podrobí ultrafiltraci. Získaný filtrát (permeát) obsahující inulin neobsahuje ani rozměrné částice nečistot, ani pektinové a albuminové nečistoty. V důsledku toho je možno při hydrolýze inulinu okyselit produkt pomocí katexu ve vodíkovém cyklu. Teplota se během hydrolýzy zvyšuje v časovém intervalu nejvýše dvou minut na 60 až 130 °C. Po odstranění aniontů se jako výsledný produkt získá fruktózový sirup obsahující hmotnostně asi 15 % fruktózy.

Výhodou tohoto· způsobu je, že prakticky nedochází k žádným ztrátám uhlohydrátů a že získaný sirup neobsahuje žádné cizí ionty. Z ekonomického a ekologického hlediska je velmi důležité, že při tomto zpracování nedochází ' k žádnému znečišťování životního prostředí.

Podobným způsobem je možno připravovat invertní cukr přímo· z nízkokoncentiOvané šťávy a z toho důvodu je při výrobě možno vypusťitt přípravu a čištění invertního cukru, který by bylo pak nutno znovu rozpouštět ve vodě. Toho je možno dosáhnout tím, že se šťáva získaná extrakcí rozmělněných (rozstrouhaných) bulev cukrovky (a/nebo mangoldu) vodou, podrobí ultrafiltraci při teplotě alespoň 10 °C, po které se provede okyselení permeátu ionexem ve vodíkovém cyklu při teplotě alespoň 10 °C. Získá se tak přímo téměř čistý sirup invertního· cukru, který se pak může podrobit o sobě známé krystalizací.

Oba dva shora uvedené způsoby se provádějí prakticky stejně a lze tedy způsob podle vynálezu souhrnně charakterizovat takto. Předmětem vynálezu je způsob získávání monosacharidů z hlíznatých rostlin obsahujících polysacharidy a/nebo ollgosacharidy, při kterém se hlízy hlíznatých rostlin rozmělní krouháním, rozmělněný materiál se extrahuje vodou, extrakt se demineralizuje a sacharidy v něm obsažené se hydrolyzují, který se vyznačuje tím, že se extrakce rozmělněného materiálu provádí po dobu do jedné hodiny vodou o teplotě 0 až 18 °C, získaný extrakt se ultrafiltraci zbaví koloídů a po demineralizaci se sacharidy v něm obsažené hydrolyzují vedením extraktu přes katex ve vodíkovém cyklu nebo okyselením extraktu kyselinou na pH 1,95 až 2,10.

Přednostně se od nakrouhané hmoty nejprve oddělí většina přítomné kapaliny a б

рак se teprve provádí extrakce vodou o teplotě do 18 °C.

Doba extrakce je například do jedné hodiny.

Přednostně se extrakce provádí vodou o teplotě dioi 10 °C.

Je dále velmi důležité, aby množství vody použité na extrakci bylo takové, aby se získal roztok obsahující hmotnostně 14 až 20 % polysacharidů a oligosacharidů.

Sodné a draselné soli, které se dostávají do extraktu, se z něj odstraňují vedením přes ionex.

Hlízy rostlin je třeba při způsobu podle vynálezu nejprve rozstrouhat, aby se rozrušily jejich buňky a mohly se z nich získávat sacharidy snáze.

Po rozstrouhání se od sebe co nejlépe oddělí šťáva a rízková drť. Vhodnými separačními metodami jsou zejména:

a) použití odstředivých sít v otočném koši, na kterých je možno buněčnou štávu vymýt·,

b) pioužití vakuových pásových filtrů a

c) použití spirálových dekantačních nádob.

Přednostně se však používá lisů integrovaných s pásovým filtrem. Nastrouhanou hmotu je možno' lisovat velmi snadno, takže ztráty sacharidů lze výrazně omezit.

Kromě již zmíněných hlíznatých rostlin je mcžno způsobem podle vynálezu zpracovávat také jiné hlízovité rostliny, jako Heliantus tuberosis, topinambury a Jeruzalémské ar ty боку.

Příklad

100 kg praných čekankových kořenů o sušině 20 až 25 % hmotnostních se rozstreuhá pomocí krouhacího zařízení obvykle používaného ve škrobárenském průmyslu pro zpracování brambor. Takto získaný rozstrouhaný produkt [řízková drť) se promývá vodou o teplotě 18 °C kontinuálním několikastupňovým promývacím postupem, probíhajícím protiproudně, a pak se od sebe oddělí kapalina a vytoužené řízky. Tato operace se provádí v dekantační nádobě s pevným dnem a vnitřnní spirálou. Při způsobu se používá tří dekantačních nádob zařazených dO' série. Ze třetí dekantační nádoby odcházejí vytoužené řízky zbavené cukru, které mají po odstředění sušinu 20 % hmotnostních. Do třetí dekantační nádoby se uvádějí zčásti odcukerněné řízky [sušina 10 % hmotnostních) z druhé dekantační nádoby, které se mísí s čistou vodou o teplotě 10 °C. Množství vody je mimmální, poněvadž se používá protiproudného principu.

110 kg buněčné šťávy, obsahující 15,9 kg uhlohydrátů, zejména inulinu, se podrobí ultrafiltraci za účelem odstranění makromolekul s molekulovou hmotnostní alespoň 20 000 daltonů, jako jsou pryskyřice a proteiny. Aby se snížily ztráty uhlohydrátů, používá se na diafiltraci 2,2 kg vody. Retentát (5 až 6% hmotnostních sušiny) obsahuje nežádoucí nečistoty, které by narušovaly demineralizaci, poněvadž by na ionexu tvořily sraženinu.

Permeát obsahuje 15,7 kg uhlohydrátů, z nichž je jen velmi malý podíl tvořen monosacharidy. Proud permeátu se vede přes katexovou pryskyřici (IR—210) ve vodíkovém cyklu, za účelem hydrolýzy přítomného' inulinu. Kovové ionty obsažené ve šťávě se vymění za H⁺ ionty pryskyřice takže kyselost silně vzroste.

Hodnota pH leží v rozmezí od 2.1 do 1,95.

Teplota při hydrolýze je 70 °C.

Po době setrvání 30 minut při této teplotě a kyselosti proběhne hydrolýza z 50 %; po 90 minutách proběhne hydrolýza více než z 95 %.

Pak se hydrolyzovaný produkt zbaví aniiomtů pomocí anexové pryskyřice. Tím se nastaví pH na hodnotu ležící v neutrální oblasti.

Plně deminerallzovaná šťáva se úplně odbarví aktivním uhlím, které neobsahuje vápník. Velmi čistá šťáva se zkoncentruje na sirup obsahující 12,1 kg fruktózy a 1,4 kilogramu glukózy.

V předcházejícím popisu i v následující definici předmětu vynálezu se pod pojmem „oligosacharidy“ rozumějí i disacharidy.

Claims (3)

1. Způsob získávání monosacharidů z hlíznatých rostlin obsahujících polysacharidy a/nebo oligosacharidy, při kterém se hlízy hlíznatých rostlin rozmělní krouháním, rozmělněný materiál se extrahuje vodou, extrakt se demineralizuje a sacharidy v něm obsažené se hydrolyzují, vyznačující se tím, že se extrakce rozmělněného materiálu provádí po dobu do jedné hodiny vodou o teplotě 0 až 18 °C, získaný extrakt se ultrafiltraci zbaví koloidů a po demineralizaci se sacharidy v něm obsažené hydroly zují vedením extraktu přes katex ve vodíkovém cyklu nebo okyselením extraktu kyselinou na pH 1,95 až 2,10.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se hydrolyzuje ultrafiltruvaný extrakt kořenů če kanky vedením přes katex při teplotě 60 až 130 °C po dobu do dvou minut.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se ultrafiltrovaný extrakt získaný z mangoldu a/nebo· cukrovky nechá vykrystatovat.