DE102017218260A1 - Process for the specific separation of D-fructose from fruit juices or fruit juice concentrates - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von D-Fructose aus Fruchtsäften oder Fruchtsaftkonzentraten mittels Chromatographie, einen Fructose-reduzierten Extrakt, wobei der Fructose-reduzierte Extrakt ein Fruchtsaftextrakt oder Fruchtsaftkonzentratextrakt ist, und die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Fructose-reduzierten Extrakts.The invention relates to a process for the separation of D-fructose from fruit juices or fruit juice concentrates by chromatography, a fructose-reduced extract, wherein the fructose-reduced extract is a fruit juice extract or fruit juice concentrate extract, and the use of the method for producing a fructose-reduced extract.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spezifischen Abtrennung von D-Fructose aus Fruchtsäften oder Fruchtsaftkonzentraten mittels Chromatographie, einen Fructose-reduzierten Extrakt, wobei der Fructose-reduzierte Extrakt ein Fruchtsaftextrakt oder ein Fruchtsaftkonzentratextrakt ist, und die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Fructose-reduzierten Extrakts.The invention relates to a method for the specific separation of D-fructose from fruit juices or fruit juice concentrates by means of chromatography, a fructose-reduced extract, wherein the fructose-reduced extract is a fruit juice extract or a fruit juice concentrate extract, and the use of the method for producing a fructose-reduced extract ,
Aufgrund der steigenden Nachfrage auf dem Lebensmittelmarkt, der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie nach wertgebenden, natürlichen Inhaltsstoffen, wie Vitaminen, Farbstoffen, Aromen, Fettsäuren und Fruchtsäuren werden neue, schonende Verfahren zur Isolierung natürlicher Inhaltsstoffe gebraucht.Due to the increasing demand in the food market, the pharmaceutical and cosmetic industry for valuable, natural ingredients, such as vitamins, colors, flavors, fatty acids and fruit acids, new, gentle processes for the isolation of natural ingredients are needed.
Ziel ist unter anderem die Entwicklung von Verfahren zur spezifischen Abtrennung von ausgewählten Fruchtinhaltsstoffen wie Zuckern, insbesondere Fructose.One of the aims is the development of methods for the specific separation of selected fruit ingredients such as sugars, especially fructose.
Bekannte Verfahren zur Abtrennung von Fructose sind Membrantrennverfahren, die Elektrodialyse, die Verwendung von Boronsäuren zur spezifischen Reduktion von Fructose sowie fermentative Verfahren.Known processes for the separation of fructose are membrane separation processes, electrodialysis, the use of boronic acids for the specific reduction of fructose and fermentative processes.
Membrantrennverfahren umfassen die Umkehrosmose (UO), die Dialyse, die Ultrafiltration (UF) und die Nanofiltration (NF).
Eine Sonderform der Membrantrennverfahren ist die Elektrodialyse, bei der eine Abtrennung ionogener Bestandteile aus wässrigen Lösungen mittels lonenaustauschermembranen unter Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz erfolgt (Strathmann und Chmiel, 1984).
A special form of membrane separation processes is electrodialysis, in which a separation of ionogenic constituents from aqueous solutions by means of ion exchange membranes takes place with the application of an electrical potential difference (Strathmann and Chmiel, 1984).
Fermentative Verfahren zum Abbau von Zucker werden traditionell zur Herstellung von alkoholhaltigen Getränken wie Bier und Wein, sowie bei der Produktion von Kefir und Kombucha eingesetzt, wobei die Unterschiede in der verwendeten Hefe- oder Bakterienkultur, der Prozessführung und in der Vor- und Nachbehandlung des zu fermentierenden Produktes liegen.
Eine Alternative bieten chromatographische Verfahren, wobei eine große Herausforderung in der Ermittlung geeigneter Trennmaterialien mit einer ausreichenden Selektivität besteht.One alternative is provided by chromatographic processes, where a great challenge is to identify suitable separation materials with sufficient selectivity.
Das Dokument McFeeters et al. offenbart die Verwendung der Umkehrphasenchromatographie unter wässrigen Bedingungen zur Trennung von Zuckern und organischen Säuren, insbesondere Fruchtsäuren (McFeeters et al. 1984).The document McFeeters et al. discloses the use of reverse phase chromatography under aqueous conditions to separate sugars and organic acids, particularly fruit acids (McFeeters et al., 1984).
Weiterhin beschreibt
Das Dokument
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Nachteilig beschreibt der Stand der Technik kein Verfahren zur spezifischen Abtrennung von D-Fructose aus Fruchtsaft oder Fruchtsaftkonzentraten.Disadvantageously, the state of the art does not describe a process for the specific separation of D-fructose from fruit juice or fruit juice concentrates.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur spezifischen Abtrennung von D-Fructose aus Fruchtsaft oder Fruchtsaftkonzentraten bereitzustellen.Therefore, the object of the present invention is to provide a process for the specific separation of D-fructose from fruit juice or fruit juice concentrates.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen natürlichen D-Fructose-reduzierten Fruchtextrakt bereitzustellen.It is another object of the invention to provide a natural D-fructose-reduced fruit extract.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Abtrennung von D-Fructose aus Fruchtsäften oder Fruchtsaftkonzentraten mittels Chromatographie umfassend die Schritte
- a) Bereitstellen einer Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat,
- b) Bereitstellen eines Chromatographiesystems umfassend eine stationäre Phase und eine wässrige mobile Phase, wobei die stationäre Phase ein Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form ist, wobei die wässrige mobile Phase einen pH-Wert im Bereich von
pH 3 bispH 7 aufweist, - c) Injektion der Lösung in das Chromatographiesystem, und
- d) Elution mindestens einer D-Fructose reduzierten Fraktion.
- a) providing a solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate,
- b) providing a chromatography system comprising a stationary phase and an aqueous mobile phase, the stationary phase being an ion exchanger having sulfonic acid groups in protonated form, the aqueous mobile phase having a pH in the range from
pH 3 topH 7, - c) injection of the solution into the chromatography system, and
- d) Elution of at least one D-fructose reduced fraction.
Vorteilhaft werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Lösungen umfassend natürliche Fruchtsäfte oder Fruchtsaftkonzentrate spezifisch um D-Fructose reduziert, bevorzugt um mindestens 50 % (m/v) im Verhältnis zum Fruchtsaft oder Fruchtsaftkonzentrat. Weiterhin vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren unter wässrigen Bedingungen und bei niedrigen Temperaturen, bevorzugt bei maximal 35 °C, durchgeführt.Advantageously, the method according to the invention specifically reduces solutions comprising natural fruit juices or fruit juice concentrates by D-fructose, preferably by at least 50% (m / v) in relation to the fruit juice or fruit juice concentrate. With further advantage the process according to the invention is carried out under aqueous conditions and at low temperatures, preferably at a maximum of 35 ° C.
Weiterhin vorteilhaft weist das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Produktivität der D-Fructose reduzierten Fraktion auf, bevorzugt eine Produktivität an Feststoff von mindestens 1,5 g/(min·l), besonders bevorzugt eine Produktivität an Feststoff von mindestens 30 g/(min·l).Further advantageously, the inventive method has a high productivity of the D-fructose reduced fraction, preferably a productivity of solids of at least 1.5 g / (min · l), more preferably a productivity of solids of at least 30 g / (min · l ).
Erfindungsgemäß erfolgt das Verfahren mit einer Reihenfolge der Schritte a), b), c) und d) oder b), a), c) und d).According to the invention, the process is carried out with an order of steps a), b), c) and d) or b), a), c) and d).
Unter Chromatographie wird ein Verfahren zur Trennung von Mischungen verschiedener Verbindungen durch die unterschiedliche Verteilung der Verbindungen zwischen einer stationären und einer mobilen Phase verstanden. Bevorzugt ist die Chromatographie eine Flüssigchromatographie.Chromatography is understood to mean a process for the separation of mixtures of different compounds by the different distribution of the compounds between a stationary and a mobile phase. Preferably, the chromatography is liquid chromatography.
Unter Fruchtsaft oder Fruchtsaftkonzentrat wird eine Flüssigkeit umfassend mindestens eine Frucht verstanden, deren Fruchtgehalt mindestens 100 % beträgt.Fruit juice or fruit juice concentrate is understood to mean a fluid comprising at least one fruit whose fruit content is at least 100%.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat aus Apfelsaft, Apfelsaftkonzentrat, Orangensaft, Orangensaftkonzentrat, Zitronensaft, Zitronensaftkonzentrat, Sauerkirschsaft oder Sauerkirschsaftkonzentrat ausgewählt, bevorzugt aus Apfelsaft, Apfelsaftkonzentrat, Orangensaft oder Orangensaftkonzentrat.In one embodiment of the method, the solution comprising at least one fruit juice or fruit juice concentrate is selected from apple juice, apple juice concentrate, orange juice, orange juice concentrate, lemon juice, lemon juice concentrate, sour cherry juice or sour cherry juice concentrate, preferably from apple juice, apple juice concentrate, orange juice or orange juice concentrate.
Bevorzugt weist die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat 0,5 °Brix bis 50 °Brix auf, bevorzugt 25 °Brix bis 37,5 °Brix. Unter „°Brix“ wird eine Maßeinheit für die relative Dichte einer Flüssigkeit verstanden. Die Bestimmung der relativen Dichte einer Flüssigkeit erfolgt mit einem Refraktometer. The solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate preferably has 0.5 ° Brix to 50 ° Brix, preferably 25 ° Brix to 37.5 ° Brix. By "° Brix" is meant a unit of measurement for the relative density of a liquid. The determination of the relative density of a liquid is carried out with a refractometer.
Besonders bevorzugt ist die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat ein Apfelsaftkonzentrat mit 25 °Brix.The solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate is particularly preferably an apple juice concentrate with 25 ° Brix.
Unter einer stationären Phase wird eine unbewegliche feste oder flüssige Substanz verstanden, an der durch Wechselwirkungen eine Trennung von Mischungen verschiedener Verbindungen im chromatographischen Verfahren stattfindet. Bevorzugt ist die stationäre Phase eine feste Substanz in Form einer gepackten Säule.A stationary phase is understood to mean an immobile solid or liquid substance on which a separation of mixtures of different compounds takes place by interactions in the chromatographic process. Preferably, the stationary phase is a solid substance in the form of a packed column.
Erfindungsgemäß ist die stationäre Phase ein Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form. Unter einem Ionenaustauscher wird ein Feststoff verstanden, der Ionen aus einer Lösung aufnehmen kann und dabei eine äquivalente Menge an Ionen abgibt.According to the invention, the stationary phase is an ion exchanger with sulfonic acid groups in protonated form. An ion exchanger is understood as meaning a solid which can absorb ions from a solution and thereby emits an equivalent amount of ions.
Vorteilhaft ist der Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form ein starker Kationenaustauscher. Unter einem Kationenaustauscher wird ein Ionenaustauscher verstanden, welcher Kationen aus einer Lösung gegen andere Kationen austauscht. Weiterhin vorteilhaft wird mittels der stationären Phase, einem Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form, eine hohe Spezifität der Abtrennung von D-Fructose aus Fruchtsaft oder Fruchtsaftkonzentraten erreicht.Advantageously, the ion exchanger with sulfonic acid groups in protonated form is a strong cation exchanger. A cation exchanger is understood as meaning an ion exchanger which exchanges cations from a solution for other cations. It is furthermore advantageously achieved by means of the stationary phase, an ion exchanger having sulfonic acid groups in protonated form, a high specificity of the separation of D-fructose from fruit juice or fruit juice concentrates.
In einer Ausführungsform ist die stationäre Phase ein Polymer mit kovalent gebundenen polaren funktionellen Gruppen, insbesondere Sulfonsäuregruppen in protonierter Form.In one embodiment, the stationary phase is a polymer having covalently bonded polar functional groups, in particular sulfonic acid groups in protonated form.
In einer Ausführungsform ist die stationäre Phase ein Polystyrol, bevorzugt ein vernetztes Polystyrol. Vorteilhaft weisen vernetzte Polystyrole eine hohe chemische Stabilität auf. Unter einem vernetzten Polystyrol wird ein durch Copolymerisation von Styrol und Divinylbenzol hergestelltes, dreidimensional vernetztes Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymer verstanden. Vorteilhaft entstehen bei Verwendung von dreidimensional vernetzten Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymeren als stationäre Phase geringe Vordrücke.In one embodiment, the stationary phase is a polystyrene, preferably a crosslinked polystyrene. Crosslinked polystyrenes advantageously have a high chemical stability. A crosslinked polystyrene is understood to mean a three-dimensionally crosslinked polystyrene-divinylbenzene copolymer prepared by copolymerization of styrene and divinylbenzene. The use of three-dimensionally crosslinked polystyrene-divinylbenzene copolymers as the stationary phase advantageously produces low prepressures.
In einer Ausführungsform ist die stationäre Phase ein sulfoniertes Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymer in protonierter Form.In one embodiment, the stationary phase is a sulfonated polystyrene-divinylbenzene copolymer in protonated form.
Besonders bevorzugt ist die stationäre Phase Nucleogel Sugar 810 H (Firma Machery Nagel) oder Purolite PCR 833 H (Firma Purolite Ltd.).The stationary phase is particularly preferably Nucleogel Sugar 810 H (Machery Nagel) or Purolite PCR 833 H (Purolite Ltd.).
In einer Ausführungsform weist die stationäre Phase eine Partikelgröße im Bereich von 5 µm bis 350 µm auf, bevorzugt 5 µm bis 15 µm. Unter Partikelgröße wird der durchschnittliche Durchmesser der Partikel der stationären Phase verstanden.In one embodiment, the stationary phase has a particle size in the range of 5 .mu.m to 350 .mu.m, preferably 5 .mu.m to 15 .mu.m. Particle size is understood to mean the average diameter of the stationary phase particles.
In einer Ausführungsform weist die stationäre Phase einen Säuleninnendurchmesser im Bereich von 4 mm bis 1,0 m, bevorzugt 20 mm bis 100 mm, auf. Unter Säuleninnendurchmesser wird der Durchmesser einer gepackten Säule der stationären Phase verstanden.In one embodiment, the stationary phase has a column inner diameter in the range of 4 mm to 1.0 m, preferably 20 mm to 100 mm. Column internal diameter is understood to mean the diameter of a packed column of stationary phase.
In einer Ausführungsform weist die stationäre Phase eine Porenweite im Bereich von 60 Å bis 2000 Å, bevorzugt 90 Å bis 120 Å, auf. Unter Porenweite wird der durchschnittliche Durchmesser der Poren der stationären Phase verstanden.In one embodiment, the stationary phase has a pore size in the range of 60 Å to 2000 Å, preferably 90 Å to 120 Å. By pore size is meant the average diameter of the pores of the stationary phase.
In einer Ausführungsform weist die stationäre Phase eine Porosität im Bereich von 0,2 bis 0,4 auf. Unter Porosität wird das Verhältnis des Volumens der Poren zum gesamten Volumen der stationären Phase verstanden.In one embodiment, the stationary phase has a porosity in the range of 0.2 to 0.4. By porosity is meant the ratio of the volume of the pores to the total volume of the stationary phase.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die stationäre Phase eine Porosität im Bereich von 0,2 bis 0,4 bei stationären Phasen mit einem Säuleninnendurchmesser im Bereich von 8 mm bis 20 mm auf. Besonders bevorzugt weist die stationäre Phase eine Porosität im Bereich von 0,23 bis 0,24 auf. Unter Porosität wird das Verhältnis des Volumens der Poren zum gesamten Volumen der stationären Phase verstanden. Die Bestimmung der Porosität kann aus dem Verhältnis des Volumens der mobilen Phase Vmobil und des Säulenvolumens Vgesamt oder mittels der Totzeit t0 der Säule und der Strömungsgeschwindigkeit v berechnet werden:
Die Bestimmung der Totzeit t0 der Säule erfolgt mittels einer Substanz, die nicht in die Poren der stationären Phase eindringt und nicht wechselwirkt, z. B. Dextran T 2000 mit einer mittleren Molmasse von 1.950.000 g/mol.The determination of the dead time t 0 of the column by means of a substance which does not penetrate into the pores of the stationary phase and does not interact, for. B. Dextran T 2000 with an average molecular weight of 1,950,000 g / mol.
Erfindungsgemäß weist die wässrige mobile Phase einen pH-Wert im Bereich von pH 3 bis pH 7 auf, bevorzugt im Bereich von pH 3,8 bis pH 6, besonders bevorzugt pH 6. Vorteilhaft ermöglicht der pH-Wert im Bereich von pH 3 bis pH 7 eine spezifische Trennung von D-Fructose und D-Sorbit aus der Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat aufgrund der Reihenfolge der Elution im chromatographischen Verfahren.According to the invention, the aqueous mobile phase has a pH in the range from
Unter einer mobilen Phase wird eine bewegliche flüssige oder gasförmige Substanz verstanden. Vorteilhaft löst und transportiert die mobile Phase die zu trennende Mischung von Verbindungen im chromatographischen Verfahren.A mobile phase is understood as meaning a mobile liquid or gaseous substance. Advantageously, the mobile phase dissolves and transports the mixture of compounds to be separated in the chromatographic process.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die wässrige mobile Phase Wasser oder eine wässrige Pufferlösung, besonders bevorzugt Wasser.In a preferred embodiment, the aqueous mobile phase is water or an aqueous buffer solution, more preferably water.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Injektion der Lösung in das Chromatographiesystem in Schritt c) unter Konzentrations- und/oder Volumenüberladung der Chromatographiesäule. Unter einer Konzentrationsüberladung wird eine Erhöhung der Konzentration einer Probe bei konstantem Injektionsvolumen verstanden. Unter einer Volumenüberladung wird eine Erhöhung des Injektionsvolumens einer Probe bei konstanter Konzentration verstanden. In einer bevorzugten Ausführungsform des präparativen Verfahrens erfolgt die Injektion der Lösung in das Chromatographiesystem in Schritt c) mit einer Konzentrationsüberladung im Bereich von 0,5 °Brix bis 50 °Brix, besonders bevorzugt im Bereich von 10 °Brix bis 30 °Brix.In one embodiment of the method, the solution is injected into the chromatography system in step c) under concentration and / or volume overload of the chromatography column. Concentration overload is understood to mean an increase in the concentration of a sample at a constant injection volume. A volume overload is understood to mean an increase in the injection volume of a sample at a constant concentration. In a preferred embodiment of the preparative method, the solution is injected into the chromatography system in step c) with a concentration overload in the range of 0.5 ° Brix to 50 ° Brix, more preferably in the range of 10 ° Brix to 30 ° Brix.
Erfindungsgemäß erfolgt die Elution mindestens einer D-Fructose reduzierten Fraktion in Schritt d). Unter einer Fraktion wird ein Teil einer Mischung verschiedener Verbindungen, insbesondere der Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat, verstanden. Unter einer Reduktion von D-Fructose wird ein verringerter Gehalt an D-Fructose bezogen auf die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat verstanden.According to the invention, the elution of at least one reduced D-fructose fraction in step d). A fraction is understood as part of a mixture of various compounds, in particular the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate. A reduction of D-fructose is understood to mean a reduced content of D-fructose relative to the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
Vorteilhaft weist die D-Fructose reduzierte Fraktion weiterhin eine Zusammensetzung entsprechend der Zusammensetzung der Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat auf.Advantageously, the D-fructose reduced fraction further comprises a composition according to the composition of the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
Bevorzugt umfasst die D-Fructose reduzierte Fraktion Glucose, Saccharose, L-Äpfelsäure, Citronensäure und Wasser. Bevorzugt umfasst die D-Fructose reduzierte Fraktion 90 % bis 100 % (m/m) des absoluten Gehalts an Glucose, Saccharose, L-Äpfelsäure und Citronensäure der Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat.Preferably, the D-fructose reduced fraction comprises glucose, sucrose, L-malic acid, citric acid and water. Preferably, the D-fructose reduced fraction comprises 90% to 100% (m / m) of the absolute content of glucose, sucrose, L-malic acid and citric acid of the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
In einer Ausführungsform umfasst die D-Fructose reduzierte Fraktion weiterhin Mineralstoffe und/oder Polyphenole.In one embodiment, the D-fructose reduced fraction further comprises minerals and / or polyphenols.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine D-Fructose reduzierte Fraktion eine Reduzierung von D-Fructose um 50 % bis 98 % (m/v) bezogen auf die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat auf.In a preferred embodiment, the at least one D-fructose reduced fraction comprises a reduction of D-fructose by 50% to 98% (m / v) relative to the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
In einer Ausführungsform weist die D-Fructose reduzierte Fraktion einen D-Fructosegehalt von maximal 5 % (m/v), bevorzugt maximal 3 % (m/v), auf.In one embodiment, the D-fructose reduced fraction has a D-fructose content of at most 5% (m / v), preferably at most 3% (m / v).
Bevorzugt umfasst die Elution mindestens einer D-Fructose reduzierten Fraktion in Schritt d) die Vereinigung der mindestens einen Fraktion.Preferably, the elution of at least one D-fructose reduced fraction in step d) comprises the union of the at least one fraction.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden Schritt c) und Schritt d) kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt.In one embodiment of the method, step c) and step d) are carried out continuously or discontinuously.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt d) mittels Gegenstromchromatographie durchgeführt, bevorzugt mittels Simulated-Moving-Bed-Chromatographie. Unter Simulated-Moving-Bed-Chromatographie (SMB-Chromatographie) wird ein kontinuierliches, chromatographisches Verfahren verstanden, bei dem eine gegenläufige Bewegung von fester stationärer Phase und flüssiger mobiler Phase simuliert wird. Vorteilhaft erfolgt eine Trennung in mehreren Zonen. In one embodiment of the method, step d) is carried out by means of countercurrent chromatography, preferably by means of simulated moving bed chromatography. Simulated Moving Bed Chromatography (SMB Chromatography) is understood as a continuous, chromatographic process in which an opposite motion of solid stationary phase and liquid mobile phase is simulated. Advantageously, a separation takes place in several zones.
Vorteilhaft weist die SMB-Chromatographie einen geringen Verbrauch der mobilen Phase auf. Bevorzugt wird mittels SMB-Chromatographie ein Verbrauch der mobilen Phase von maximal 4 I/g, besonders bevorzugt von maximal 0,4 I/g erreicht. Weiterhin vorteilhaft wird mittels der SMB-Chromatographie eine höhere Reinheit erreicht.Advantageously, the SMB chromatography has a low consumption of the mobile phase. Preferably, by means of SMB chromatography, a consumption of the mobile phase of not more than 4 l / g, more preferably of not more than 0.4 l / g is achieved. Further advantageously, a higher purity is achieved by means of SMB chromatography.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt Schritt d) unter Rückführung der mobilen Phase.In one embodiment of the method, step d) takes place with recycling of the mobile phase.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die mindestens eine D-Fructose reduzierte Fraktion in Schritt d) D-Sorbit reduziert. Unter einer Reduktion von D-Sorbit wird ein verringerter Gehalt an D-Sorbit bezogen auf die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat verstanden.In one embodiment of the method, the at least one D-fructose reduced fraction in step d) D-sorbitol is reduced. A reduction of D-sorbitol is understood to mean a reduced content of D-sorbitol relative to the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist in der D-Fructose reduzierten Fraktion in Schritt d) D-Sorbit um 98 % bis 100 % (m/v), bezogen auf die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat, reduziert.In a preferred embodiment of the process in the D-fructose reduced fraction in step d) D-sorbitol is reduced by 98% to 100% (m / v), based on the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
In einer Ausführungsform weist die D-Fructose reduzierte Fraktion einen D-Sorbitgehalt von maximal 0,5 % (m/v) auf.In one embodiment, the D-fructose reduced fraction has a maximum D-sorbitol content of 0.5% (m / v).
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt, wobei der weitere Schritt nach den Schritten a), b), c) und Schritt d) erfolgt und eine Elution mindestens einer D-Fructose angereicherten Fraktion ist. Unter einer Anreicherung von D-Fructose wird ein erhöhter Gehalt an D-Fructose, bezogen auf die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat, verstanden.In one embodiment, the method comprises at least one further step, the further step being after the steps a), b), c) and step d), and an elution of at least one D-fructose-enriched fraction. An enrichment of D-fructose is understood to mean an increased content of D-fructose, based on the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
Vorteilhaft wird mit dem Verfahren eine hohe Wiedergewinnung von D-Fructose in der mindestens einen D-Fructose angereicherten Fraktion erreicht, bevorzugt eine Wiedergewinnung von mindestens 90 % (m/v) bezogen auf die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat, besonders bevorzugt eine Wiedergewinnung von mindestens 95 % (m/v) bezogen auf die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat.Advantageously, the process achieves a high recovery of D-fructose in the fraction enriched in at least one D-fructose, preferably a recovery of at least 90% (m / v) based on the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate, more preferably one Recovery of at least 95% (m / v) based on the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
Bevorzugt weist die mindestens eine D-Fructose angereicherte Fraktion 90 % bis 100 % (m/m) des absoluten Gehalts an D-Fructose der Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat auf.Preferably, the fraction enriched in at least one D-fructose comprises 90% to 100% (m / m) of the absolute content of D-fructose of the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die mindestens eine D-Fructose angereicherte Fraktion D-Sorbit angereichert. Unter einer Anreicherung von D-Sorbit wird ein erhöhter Gehalt an D-Sorbit, bezogen auf die Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat, verstanden.In one embodiment of the method, the at least one D-fructose enriched fraction D-sorbitol is enriched. An enrichment of D-sorbitol is understood as meaning an increased content of D-sorbitol, based on the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
Bevorzugt weist die D-Fructose angereicherte Fraktion 90 % bis 100 % (m/m) des absoluten Gehalts an D-Sorbit der Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat auf.Preferably, the D-fructose enriched fraction comprises 90% to 100% (m / m) of the absolute D-sorbitol content of the solution comprising at least one fruit juice or fruit juice concentrate.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt, wobei der weitere Schritt aus einer Konzentrierung und/oder Reinigung, bevorzugt einer Filtration und/oder Vakuumverdampfung, ausgewählt ist. Bevorzugt umfasst das Verfahren eine Konzentrierung und/oder Reinigung der mindestens einen D-Fructose reduzierten Fraktion, besonders bevorzugt einer Filtration und/oder Vakuumverdampfung der mindestens einen D-Fructose reduzierten Fraktion.In one embodiment, the method comprises at least one further step, wherein the further step is selected from a concentration and / or purification, preferably a filtration and / or vacuum evaporation. The process preferably comprises concentration and / or purification of the fraction reduced in size of at least one D-fructose, particularly preferably filtration and / or vacuum evaporation of the fraction which is reduced in D-fructose.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Fructose-reduzierter Extrakt umfassend Glucose, Saccharose, L-Äpfelsäure, Citronensäure und Wasser, wobei der Fructose-reduzierte Extrakt ein Fruchtsaftextrakt oder Fruchtsaftkonzentratextrakt ist, wobei der Fructose-reduzierte Extrakt einen D-Fructosegehalt von maximal 5 % (m/v) aufweist.The invention also provides a fructose-reduced extract comprising glucose, sucrose, L-malic acid, citric acid and water, wherein the fructose-reduced extract is a fruit juice extract or fruit juice concentrate extract, wherein the fructose-reduced extract has a D-fructose content of not more than 5% ( m / v).
Unter einem Extrakt wird ein Auszug oder ein Teil einer Mischung verschiedener Verbindungen aus Pflanzen, insbesondere eines Fruchtsafts oder eines Fruchtsaftkonzentrats, verstanden.An extract is understood as meaning an extract or a part of a mixture of various compounds from plants, in particular a fruit juice or a fruit juice concentrate.
Vorteilhaft ist der Fructose-reduzierte Extrakt natürlich und/oder weist natürliche Inhaltsstoffe auf. Weiterhin vorteilhaft weist der Fructose-reduzierte Extrakt keine Modifizierungen oder Zusätze von Verbindungen auf, welche durch biotechnologische oder chemische Synthese hergestellt wurden. Advantageously, the fructose-reduced extract is natural and / or has natural ingredients. Further advantageously, the fructose-reduced extract has no modifications or additions of compounds which have been prepared by biotechnological or chemical synthesis.
Weiterhin vorteilhaft weist der Fructose-reduzierte Extrakt eine Zusammensetzung entsprechend der Zusammensetzung der Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat auf. Bevorzugt umfasst der Fructose-reduzierte Extrakt 90 % bis 100 % (m/m) des absoluten Gehalts an Glucose, Saccharose, L-Äpfelsäure und Citronensäure der Lösung umfassend mindestens einen Fruchtsaft oder ein Fruchtsaftkonzentrat.With further advantage, the fructose-reduced extract has a composition corresponding to the composition of the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate. Preferably, the fructose-reduced extract comprises 90% to 100% (m / m) of the absolute content of glucose, sucrose, L-malic acid and citric acid of the solution comprising at least one fruit juice or a fruit juice concentrate.
In einer Ausführungsform umfasst der Fructose-reduzierte Extrakt Mineralstoffe und/oder Polyphenole.In one embodiment, the fructose-reduced extract comprises minerals and / or polyphenols.
In einer Ausführungsform weist der Fructose-reduzierte Extrakt einen D-Sorbitgehalt von maximal 0,5 % (m/v) auf.In one embodiment, the fructose-reduced extract has a maximum D-sorbitol content of 0.5% (m / v).
In einer Ausführungsform ist der Fructose-reduzierte Extrakt ein Apfelsaftextrakt oder ein Orangensaftextrakt.In one embodiment, the fructose-reduced extract is an apple juice extract or an orange juice extract.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fructose-reduzierte Extrakt einen D-Fructosegehalt von maximal 3 % (m/v) auf.In a preferred embodiment, the fructose-reduced extract has a D-fructose content of not more than 3% (m / v).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Fructose-reduzierten Extrakts.Another aspect of the invention relates to the use of the method according to the invention for producing a fructose-reduced extract.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren.For the realization of the invention, it is also expedient to combine the above-described embodiments and features of the claims.
Ausführungsbeispieleembodiments
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.The invention will be explained in more detail with reference to some embodiments and associated figures. The embodiments are intended to describe the invention without limiting it.
Dabei zeigen die
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1 A eine Überlagerung von Chromatogrammen der Hauptinhaltsstoffe eines Fruchtsaftes an einem Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form bei pH = 1,5 und -
1 B eine Überlagerung von Chromatogrammen der Hauptinhaltsstoffe eines Fruchtsaftes an einem Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form bei pH = 3,8. -
2 ein Chromatogramm eines Apfelsaftes (Probenverdünnung 1:10, 0,4 mL/min, T = 25 °C, Eluent Wasser, RI-Detektor) an einem Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form.Fließgeschwindigkeit
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1 A a superposition of chromatograms of the main ingredients of a fruit juice on an ion exchanger with sulfonic acid groups in protonated form at pH = 1.5 and -
1 B a superposition of chromatograms of the main ingredients of a fruit juice on an ion exchanger with sulfonic acid groups in protonated form at pH = 3.8. -
2 a chromatogram of an apple juice (sample dilution 1:10, flow rate 0.4 mL / min, T = 25 ° C, eluent water, RI detector) on an ion exchanger with sulfonic acid groups in protonated form.
Ausführungsbeispiel 1: Verfahren zur Abtrennung von D-Fructose aus einer Lösung umfassend ApfelsaftEMBODIMENT 1: Process for the separation of D-fructose from a solution comprising apple juice
Die Abtrennung von D-Fructose erfolgt ausgehend von verdünntem Apfelsaft mit 1,12 °Brix, Apfelsaft mit 11,2 °Brix oder einem Apfelsaftkonzentrat (ASK) mit 22,4 °Brix mittels Simulated-Moving-Bed-Chromatographie (SMB-Chromatographie) mit dem SMB-System CSEP C9116 (KNAUER Wissenschaftliche Geräte GmbH) (Parameter siehe Tabelle 1) an einem Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form, wobei eine Reinheit (Pur), eine Ausbeute (Rec), eine Produktivität (Pr), ein Eluentenverbrauch (EC) und eine Produktverdünnung (Verd) entsprechend Tabelle 2 erreicht wurde.
Tabelle 1: Parameter für die SMB-Chromatographie mit den vier Volumenströmen V̇1,SMB, V̇2,SMB, V̇3,SMB, V̇4,SMB, der Schaltzeit ts und des Volumenstroms der Probe (Feed) V̇Feed.
Unter Verwendung von Apfelsaftkonzentrat (ASK) kann im Vergleich zum Apfelsaft die Produktivität des Verfahrens um das Doppelte (15,3 g/(min·L) auf 30,9 g/(min·L)) gesteigert werden. Der Eluentenverbrauch nimmt um 50 % von 0,4 L/g auf 0,2 L/g ab. Das Verfahren kann effizienter durch die Anwendung höherer Rohstoffkonzentrationen betrieben werden. Für die Herstellung eines Fructose-reduzierten Extrakts eignet sich daher der Einsatz von ASK.Using apple juice concentrate (ASK), the productivity of the process can be doubled (15.3 g / (min.L) to 30.9 g / (min.L)) compared to apple juice. Eluent consumption decreases by 50% from 0.4 L / g to 0.2 L / g. The process can be operated more efficiently by using higher concentrations of raw materials. Therefore, the use of ASK is suitable for the production of a fructose-reduced extract.
Die erste eluierte Fraktion, der Fructose-reduzierte Extrakt, umfasst einen Gehalt an D-Fructose von 1 g/L. Somit ist in der D-Fructose reduzierten Fraktion D-Fructose um 98 % (m/v) im Verhältnis zu Apfelsaft reduziert.The first eluted fraction, the fructose-reduced extract, has a content of D-fructose of 1 g / L. Thus, in the D-fructose reduced fraction, D-fructose is reduced by 98% (m / v) relative to apple juice.
Die Gehalte an D-Glucose mit 31,3 g/L und L-Äpfelsäure mit 2,1 g/L liegen im Konzentrationsbereich des Apfelsaftes.The contents of D-glucose at 31.3 g / L and L-malic acid at 2.1 g / L are in the concentration range of the apple juice.
In einer alternativen Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels erfolgt die Konzentration des Fructose-reduzierten Extrakts.In an alternative embodiment of the embodiment, the concentration of the fructose-reduced extract takes place.
Ausführungsbeispiel 2: Verfahren zur Abtrennung von D-Fructose aus einer Lösung umfassend OrangensaftEmbodiment 2: A method for separating D-fructose from a solution comprising orange juice
Die Abtrennung von D-Fructose erfolgt ausgehend von Orangensaft mit 11,2 °Brix mittels SMB-Chromatographie mit dem SMB-System CSEP C9116 (KNAUER Wissenschaftliche Geräte GmbH) an einem Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen in protonierter Form, wobei eine Reinheit (Pur), eine Ausbeute (Rec), Produktivität (Pr), ein Eluentenverbrauch (EC) und eine Produktverdünnung (Verd) entsprechend Tabelle 3 erreicht wurde.
Tabelle 3: Reinheit (Pur), Ausbeute (Rec), Produktivität (Pr), Eluentenverbrauch (EC) und Produktverdünnung (Verd) bezogen auf den Rohstoff (n = 3 ± s) (D-Fructose angereicherte Fraktion - FaF, D-Fructose reduzierte Fraktion - FrF).
Zitierte NichtpatentliteraturQuoted non-patent literature
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Saccharosesucrose
- 22
- Citronensäurecitric acid
- 33
- Glucoseglucose
- 44
- D-FructoseD-fructose
- 55
- L-ÄpfelsäureL-malic acid
- 66
- D-SorbitD-sorbitol
- 77
- mindestens eine D-Fructose reduzierte Fraktionat least one D-fructose reduced fraction
- 88th
- mindestens eine D-Fructose angereicherte Fraktionat least one D-fructose enriched fraction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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