DE1567340A1

DE1567340A1 - Verfahren zur Herstellung von Zuckern

Info

Publication number: DE1567340A1
Application number: DE19631567340
Authority: DE
Inventors: Smith Norman B; Petzold Edgar N
Original assignee: Grain Processing Corp
Current assignee: Grain Processing Corp
Priority date: 1962-07-09
Filing date: 1963-07-09
Publication date: 1970-12-23
Also published as: GB1012405A; US3236687A

Description

Grain Processing Corporation, Muscatine, Iowa, V.St.A,

Verfahren zur Herstellung von Zuckern

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Zuckern aus Zucker enthaltenden Lösungen, wie sie durch Säure- oder Enzymhydrolyse von Stärkeprodukten entstehen.

Es wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung kristalliner Zucker, insbesondere kristalliner Glueöse(Dextrose) in der Technik entwickelt, wobei Stärke als Grundmaterial dient· Sehr frühe Verfahren betrafen die Herstellung von "70"- bis "80"-Zuckern, wie sie üblicherweise bezeichnet werden. Nach diesen Verfahren wird Stärke, wie etwa Kartoffel- oder Maisetärke, durch Säure hydrolysiert, wobei ein unreiner Zucker mit •inen maximalen Gehalt von etwa 70 bis 80 # Glucose entsteht. Dl· durch Konzentrierung der Hydrolysate entstandenen Sirupe

009862/0353

15673A0

wurden zu Blöcken vergossen, mehrere Tage kristallisieren gelassen, aus den Formen entfernt, zerkleinert und anschließend "bis zu einem Endfeuchtigkeitsgehalt getrocknet« Aufgrund des niedrigen Glucosegehaltes der "70"- bis "80"-Zucker sowie aufgrund der großen Mengen an Verunreinigungen in den Blöcken war die Nachfrage nach diesem Produkt sehr gering, während die Herstellungskosten derartiger Verfahren aufgrund der umfangreichen Anlage und großen Mengen an Materialien während des langen und langsamen Kristallisationsprozesses sehr hoch waren. Bei der weiteren Entwicklung der Technik wurde gefunden, daß die nach einem ansatzweisen Verfahren hergestellten Glucosekristalla^e in befriedigender Weise von der Mutterlauge durch Zentrifugieren abgetrennt werden konnten. Dieses "Bewegungs"-Kristallisationsverfahren, unter welcher Bezeichnung es bekannt geworden ist, wurde weitverbreitet zur Herstellung kristalliner Glucose verwendet* Eine Vielzahl anderer Verfahren, die besondere Verbesserungen der Kristallisierungs- und Abtrennungstechniken der Glucose von den Mutterlaugen betrafen, wurden in der Technik entwickelt, wie z.B, Versprühen der Glucose enthaltenden Flüssigkeit auf ein Bett von Glucose-Impfkristallen usw.·

Die verschiedenen Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung kristalliner Glucose haben gewöhnlich ein oder mehrere Nachteile, die vom wirtschaftlichen Standpunkt gesehen die Vorteile stark vermindern· Ein Hauptnachteil, de"r bei der Herstellung der Glucose nach den Verfahren des Standes

009852/0353

der Technik eintritt, ist die verhältnismäßig geringe Ausbeute an Glucose«, Bei durch Säure hydrolysierter Stärke und den Rohkri st allisat ions verfahr en "beträgt die maximal gerinnbare Menge an Glucose im allgemeinen etwa 80 fo der theoretischen» Diese niedrige Ausbeute wird wegen der zusammen mit den Verunreinigungen im Hydrol. verlorengehenden Glucose _:_ erhalten; mit Hydrol wird das Glucose enthaltende Nebenprodukt der herkömmlichen Verfahren bezeichnete Mit der weiteren Entwicklung der Technik der Glucoseherstellung, insbesondere im Hinblick, auf neuerlich entwickelte Raffinations verfahren, wie ZoBe die Verwendung von Ionenaustauschharzen und dgl«., konnten die Glucos-eausbeuten auf nahezu 90 f° der theoretischen Ausbeute gesteigert werden„ JDarüberhinaus konnten durch Hydrolyse -der Stärke mit mikrobiologischen Enzymen wegen der Bildung geringer Mengen an Verunreinigungen in den-Hydroly-.säten und damit einhergehend wegen der Verminderung der GIucoseverluste, die normalerweise bei der Abtrennung der Verunreinigungen eintreten., etwas höhere Gliicoseausbeuten erhalten werden«, Trotz dieser neueren Entwicklungen konnte nach -den_Verfahren des Standes der Technik im allgemeinen keine praktisch vollständige, doh«, nahezu 100 $>ige Ausbeute an kristalliner Glucose erhalten werden. Daneben haben die Verfahren djas. Standes der Technik zur Herstellung von" Glucosekristallen, die die Kristallisation und Abtrennung der GIucosekristalle aus der Mutterlauge umfassen, gewisse andere inherente Nachteile«, Der Kristallisationsschritt verläuft

009852/0353
BADORJQfNAL

im allgemeinen sehr langsam, so daß umfangreiche Anlagen und Materialien längere Zeit in Anspruch genommen werden müssen, was die Herstellung von Glucose auf ununterbrochener Basis ausschließt· Außerdem wird nach den Kristallisationsverfahren des Standes der Technik eine Glucose enthaltende Melasse er- · halten,' die nur geringen Wert besitzt und das Problem der weiteren Verwendbarkeit aufwirft, das zu den Gesamtkosten der Zuckerherstellungsverfahren beiträgt.

Kurz gesagt, die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung kristalliner Zucker vor, das darin besteht, Stärke oder ein Stärkeumwandlungsprodukt mit Hilfe einer Mineralsäure oder mit mikrobiologischen Enzymen zu verflüssigen und zu hydrolysieren, um die Umwandlung der Stärke zu Zuckern, hauptsächlich Glucose, zu bewirken. Die aus Stärke erhaltene Glue ο selb* sung wird auf über etwa 88 und vorzugsweise auf etwa 92 bis etwa 99 $> Pest stoff gehalt konzentriert, mit einer kleinen Menge Gas vermischt und die konzentrierte Zuckerlösung einer Scherkraft unterworfen, die die Kristallisation der Gluoose herbeiführen soll. Die so behandelte Glucoselösung verfestigt sich dann schnell} das festgewordene Glucoseprodukt wird gewonnen und gewünschtenfalls weiterverarbeitet. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können wirtschaftlich und wirkungsvoll Zucker hergestellt werden, die für eine Vielzahl von An- und Verwendungsmöglichkeiten besonders geeignet sind, so z.B· für süße Getränke, Backwaren, Eierrahm, Puddings und andere Dessertspeisen und dgl., sowie in Zuckerfermentationsverfahren usw..

009852/0353
BAD ORIQiNAL

Das neue erfindungsgemäße Verfahren wird weiter durch die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen Figur 1 ein Fließschema darstellt, das die "bevorzugte Ausführungsform des gesamten Verfahrens erläuterte In der Figur 1 "bezeichnet Hummer 10 einen Reaktionskessel, in dem die Verflüssigung der rohen, nicht-gelatinisierten Stärke oder des Stärkeproduktes ausgeführt wird_e Für das Verfahren können alle Arten von Stärke, Stärkeprodukten und amylosehaltigen Materialien verwendet werden_o Eine wäßrege Aufschlämmung der umzuwandelnden Stärke wird durch Leitung 11 eingeführt und durch Leitung 12 ein Verflüssigungsmittel zu der Stärkeaufschlämmung zugefügt» Die Verflüssigung der Stärke zwecks Verminderung der sehr hohen Viskosität der in Wasser dispergierten nativen Stärke kann nach einer Heihe bekannter Verfahren erreicht werden, wie etwa durch Verwendung einer Mineralsäure, z„B_e Salzsäure, oder durch Verwendung von Enzymen, wie a-Amylase«, Die Verflüssigungsbehandlung kann eine Kombination zweier oder mehrerer Verfahren sein, z.B. eine a-Amylasebehandlung kombiniert mit einer physikalischen Behandlung, wie etwa die Durcharbeitung der Stärkepaste durch einen Homogenisator_o Auf jeden Fall wird die Verflüssigung so weit getrieben, daß eine verarbeitbare Flüssigkeit mit einem Feststoffgehalt von etwa 25 bis etwa 50 Gew_P-$, vorzugsweise 35 Grew_o-$ entsteht, wobei die Temperatur der Flüssigkeit im Bereich von etwa 45° biß 50⁰C liegt.

Anschließend an die Verflüssigung der Stärke wird die

0098S2/03S3

Aufschlämmung durch Leitung 13 zum Umwandlungstank 14 gepumpt, wa die Hydrolyse der Stärke in üblicher Weise unter Verwendung von entweder Mineralsäuren oder Enzymen ausgeführt wird, bis praktisch die gesamte Stärke zu Zucker umgewandelt ist. Vorzugsweise wird die Hydrolyse der verflüssigten Stärke mit einem Glucamylase-(Amyloglucosidase-)Enzym durchgeführte Beispielsweise wird die Hydrolyse der Stärke mit einem reinen Glucamylaseenzym bei einer Temperatur im Bereich von etwa 35 bis etwa 6O⁰C und bei einem pH von 4 bis 6,5 durchgeführt. Die für die Hydrolyse der Stärke benötigte Zeitdauer hängt von den verschiedenen Arbeitsbedingungen ab, wie z.B, dem Verhältnis von Glucamylase zu Substrat, der Vorbehandlung der Stärke, dem Zusatz von Hilfsenzymen, den Temperatur- und pH-Bedingungen und der Substratkonzentration« Bei der praktischen Durchführung kann die Hydrolyse durch analytische Bestimmungen, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind, verfolgt werden, z_eB. durch die von Lane und Eynon modifizierte Zuckerbestimmung nach Fehlingo Die Hydrolyse der Stärke wird fortgesetzt, bis nach der Analyse die Wirkung der G-lucamylase unter den gewählten Arbeitsbedingungen praktisch beendet ist und die Glucosemenge im Hydrolysat mehr als etwa 85 i° und vorzugsweise etwa 90 bis 100 ^, bezogen auf das Trockengewicht, beträgt.

Nach der Hydrolysestufe wird das Hydrolysat durch Leitung 15 geleitet und in einer geeigneten Anlage filtriert, wie ZoBo in einer Vakuumfilterpresse 16, um die unlöslichen

009852/0353

Materialien zu entfernen«, Vorteilhafterweise können Filterhilfsmittel verwendet werden, um die Filtrierung zu unter-'stützen; die Temperatur des Hydrolysate wird auf etwa 49 Ms 6O⁰C gehalten, um die Filtriergeschwindigkeit zu erhöhen. Falls erforderlich oder falls erwünscht» kann das Filtrat von Filter 16 einer 2„ Filtration in einem Feinfilter nach Art des Filters 18 unterworfen werden, der ein Platten- und Rahmen- oder ein Blattfilter sein kann«, Auch hierbei können übliche Filtrierhilfsmittel bei der Feinfiltration verwendet werden»

Wenn ein außerordentlich hoher Reinheitsgrad des Zuckers.angestrebt wird, kann das Filtrat aus Filter 18 durch Überleiten über eine Reihe von Ionenaustauschsäulen weiter gereinigt werden, die zur Entfernung verschiedener Verunreinigungen dienen, welche im Stärkehydrolysat in Form von färbbildenden Substanzen und Asche bildenden Feststoffen zugegen sein können. Es ist jedoch zu beachten, daß diese Ionenaustauschreinigung bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegebenenfalls durchgeführt werden kann, die nur dann angewendet zu werden braucht, wenn ein sehr hoher Reinheitsgrad für das Zuckerprodukt erwünscht wird·

Das Glucose enthaltende Hydrolysat wird dann bis zu einem Feststoffgehalt von mindestens etwa 88 "/> konzentriert, wobei gefunden wurde, daß im vorliegenden Verfahren hohe Feststoffkonzentrationen in dieser Größenordnung erforderlich sind. Die Konzentrierung wird vorzugsweise in zwei Schritten durch-

009852/0353

geführt. Zuerst wird bei 22 durch Verdampfung eine genügende Menge Wasser entfernt, so daß ein Peststoffgehalt von etwa 70 - 75 % im Hydrolysat erhalten wird. Dieser erste Verdampfungsschritt kann durch Verwendung üblicher Rotationsverdampfer ausgeführt werden, wobei das Hydrolysat auf eine Temperatur von etwa 82 bis 88⁰C erwärmt wird, ohne die Gefahr des Auftretens nachteiliger Effekte im Hydrolysat, wie unerwünschte Verfärbungen und Glucoseabbau·

Die zweite Verdampfung, die in einem Verdampfer 24 ausgeführt wird, entfernt weitere Wassermengen, so daß ein Zuckersirup mit einem Feststoffgehalt von über 88 % und vorzugsweise im Bereich von etwa 92 bis 99 °/° entsteht· Es können verschiedene Arten üblicher Verdampfer in befriedigender Weise eingesetzt werden, um diese hohen Konzentrationen zu erreichen. Jedoch werden für diese Stufe des Verfahrens bevorzugt solche Verdampfer verwendet, die einen dünnen Film aus Zuckersirup auf der erhitzten Oberfläche des Verdampfers ausbilden, wodurch eine gute Wärmeübertragung zum Sirup und eine wirksame Erzielung der benötigten Konzentration bis zu einem sehr hohen Feststoffgehalt erreicht wird· Die zweite Verdampfung bei 24 wird vorzugsweise bei Unterdruck durchgeführt, so daß niedrigere Temperaturen bei der Verdampfung angewendet werden können, wodurch das Risiko des Auftretens nachteiliger Effekte im Zuckerprodukt vermindert wird. Es wurde gefunden, daß das Betreiben des Verdampfers 24 unter Vakuum bei etwa 18 bis 22 mm Hg (im Orig.: 18 to 22 inches of mercury; ?) außerordentlich zufriedenstellend ist und mittlere Temperaturen für die

009852/0353

Konzentrierung von etwa 88 bis 99°C verwendet werden können«

Nach der Konzentrierung der Glucose enthaltenden Lösung im Verdampfer 24 bis zu einem genügend hohen Feststoff gehalt wird der konzentrierte Zuckersirup durch Leitung 25 mit Hilfe der Pumpe 26 abgepumpt und durch eine zweite Pumpe 28 geleitet, die eine Scherwirkung auf den Zuckersirup auszuüben vermag,, Getriebepumpen, in welchen die Flüssigkeit einer Scherwirkung durch die JTetzgetriebe (meshing gears) unterworfen wird, sind für diesen Zweck geeignet und werden bevorzugt· In dieser Stufe unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren von den Verfahren des Standes der Technik vollkommen, bei denen die Kristallisation der Glucose und Abtrennung der Glucosekristalle von der Mutterlauge herbeigeführt wird· Es wurde völlig unerwarteterweise gefunden, daß, wenn man eine kleine Menge Gas mit dem konzentrierten Zuckersirup vermischt und den Zuckersirup einer Scherkraft unterwirft, wie sie durch eine Getriebepumpe ausgeübt wird, eine praktisch momentane Verfestigung des Zuckersirups erreicht werden kann· Es ist schwierig, die Intensität der Scherkraft, der der Sirup unterworfen wird, genau zu bestimmen, da für diese Stufe des Verfahrens verschiedene Arten von Anlagen verwendet werden können· Es kann jedoch gesagt werden, daß der Zuckersirup einer sehr viel intensiveren Scherwirkung unterworfen wird, als sie normalerweise als Ergebnis beim Pumpen mit gewöhnlichen Flüssigkeitspumpen eintritt. Es können verschiedene Mittel und verschiedene Arten von Anlagen

00985270353

für die Erzeugung der Scherwirkung verwendet werden, jedoch werden, wie vordem angedeutet, Pumpen nach Art der Getriebepumpe^ die eine Scherwirkung auf den Zuckersirup ausüben, bevorzugt. Getriebepumpen dieser Art sind in der Technik bekannt und finden beim Umpumpen von Flüssigkeiten mit hohen Peststoffkonzentrationen und zum Umpumpen von Flüssigkeiten in Vakuumsystemen Verwendung, Die Getriebepumpe 28 wird gewöhnlich unter wirtschaftlichen Arbeitsbedingungen und bei Rotationsgeschwindigkeiten betrieben, die eine genügend schnelle Zuckerherstellung gestatten«, Bei der einen bevorzugten Arbeitsweise wird'die Scherpumpe 28 mit einer höheren Durchsatzgeschwindigkeit als die Pumpe 26 betrieben. Z„B_ewird die Pumpe 28 mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 300 Umdrehungen je Minute und die Pumpe 26 mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 UpM betrieben» Bei dieser Arbeitsweise wird zwischen den Pumpen 26 und 28 ein Vakuum erzeugt, sodaß ein Gas, z,B_e Luft, durch eine Zuführleitung 30 eingeführt und mit dem Zuckersirup vermischt werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine dreifache Getriebepumpe der Art, wie sie gewöhnlich für die Herstellung von Speiseeis verwendet wird, zur Durchlüftung des Produktes an Stelle der Pumpen 26 und·28 zur Ausübung einer Scherwirkung auf den Zuckersirup und gleichzeitige Einverleibung einer geringen Gasmenge verwendet.

Es wurde bei der Ausarbeitung des hierin beschriebenen Verfahrens gefunden, daß die Einführung eines Gases, wie Luft, in den Zuckersirup zusammen mit der Unterwerfung de3

009852/0353

Zuckersirups einer hohen Scherbeanspruchung absolut notwendig ist, um eine im wesentlichen momentane Verfestigung der kristallinen Glucose zu erreichen, wodurch eine ununterbrochene Arbeitsweise ermöglicht wird«, Ohne Schereinwirkung und Begasung entsteht ein glasartiges, klebriges, amorphes Produkt, das sehr viele Schwierigkeiten bei der Handhabung, Lagerung und Verwendung bereitet© Jedoch ist die mit dem Sirup vermischte Gasmenge nicht wesentlich, da schon verhältnismäßig kleine oder Spurenmengen an Gas wirksam sind» Andererseits tritt oft Verspritzen des Sirups ein, wenn zu große Gasmengen in den Sirup eingeblasen werden; aus diesem Grunde-ist es vorzuziehen, die Verwendung zu großer Gasmengen zu vermeiden_o So werden Z₀B₀ bei der Verarbeitung eines Zuckersirups mit einer etwa 96 folgen Peststoff konzentration etwa (3 to 12 cbf) 0,085 bis 0,34 m⁵ Luft je 3,8 Liter Sirup vorzugsweise verwendet« Bei anderen Peststoffkonzentrationen können kleinere oder größere Gasmengen befriedigend verwendet werden«

Nachdem der Zuckersirup einer verhältnismäßig intensiven Scherwirkung in Gegenwart von Gas unterworfen ist, verfestigt sieh der Zuckersirup schnell, gewöhnlich innerhalb einiger Minuten, zu einem praktisch aus Glucose bestehenden kristallinen Peststoff. An diesem Punkt kann der hoch konzentrierte Zuckersirup aus der Pumpe 28 gewöhnlich bei einer Temperatur im Bereich von etwa 82 bis 104⁰C herauskommende Zuckersirup unter kontrollierten Bedingungen zwecks Vervoll-

009852/0353

ständigung der Verfestigung abgekühlt werden« Das Ausmaß der Kühlung des Zuckerproduktes hängt von der besonderen Arbeitsweise und der sich anschließenden Weiterverarbeitung des Zuckerproduktes ab« Wenn der Zucker bei erhöhten Temperaturen weiterverarbeitet werden soll, kann der Zucker für eine wirtschaftliche Verarbeitung auf einer erhöhten Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Zuckers gehalten werden, bis die Verfestigung vollständig ist, wobei im allgemeinen eine etwas längere Zeitdauer benötigt wird. Auf jeden Fall wird der Zucker auf einer erhöhten Temperatur, etwa oberhalb von ungefähr 71⁰C, mehrere Minuten lang gehalten, nachdem er aus der Pumpe 28 herauskommt, um eine praktisch vollständige Kristallisation zu gewährleisten. Wenn andererseits erwünscht ist, die Verfestigung des Zuckerproduktes zu beschleunigen, kann anschließend an die anfängliche Belassung auf erhöhter Temperatur das Zuckerprodukt auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur von etwa 27⁰C heruntergekühlt werden« Wenn das Zuckerprodukt sofort nach dem Herauskommen aus der Pumpe 28 abgekühlt wird, wird das Kristallisationswachstum gestört und ein nicht befriedigendes, klebriges, amorphes Zuckerendprodukt erhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der aus der Pumpe 28 herauskommende hoch konzentrierte Zuckersirup auf ein Förderband 32 ausgebreitet, das zum Aufrechterhalten des Zuckerproduktes auf vorherbestimmte Temperaturen während der Verfestigung eingerichtet ist. Ein derartiges, für diesen Zweck eingerichtetes

009862/0353

Förderband -wird in der USA-Patentschrift 2 437 492 von Allen vom 9»März 1948 beschrieben; es besteht im wesentlichen aus einem endlosen Stahl- oder anderen wärmeleitenden Förderband, das mit Mitteln für Kühlflüssigkeit bei verschiedenen Temperaturen ausgestattet ist. Diese Art von Förderband gestattet es, ein darauf ausgebreitetes Produkt anfangs auf verhältnismäßig hoher Temperatur zu halten und danach auf eine Temperatur abzukühlen, die die Handhabung des Produktes erleichtert. Unter Verwendung eines derartigen geeigneten Förderbandes wird der Zuckersirup auf die oben liegende Oberfläche aus einer Schuttvorrichtung 33 aufgebracht, so daß er unter Bildung einer einheitlichen dünnen Schicht sich ausbreitet, die ununterbrochen mit dem Band befördert wird. Der Abschnitt 34 des Förderbandes 32, der an der Stelle der Zuführung des Zuckers anliegt, wird als "heißer Abschnitt" bezeichnet und auf einer Temperatur von etwa 32 bis 10O⁰C gehalten, vorzugsweise auf etwa 60 bis 82⁰G₀ Das entgegengesetzte Ende 35 des Förderbandes wird als "Kühlungs"-Abschnitt bezeichnet und auf einer Temperatur von unterhalb 32⁰C gehalten· Bei einer bevorzugten Arbeitsweise wird das Zuckerprodukt auf einer Temperatur von etwa 71⁰C oder darüber für 2 oder 3 Minuten gehalten, nachdem es auf das Förderband aufgegeben wurde, worauf es zur Beschleunigung der vollständigen Verfestigung abgekühlt wird. Durch die Kühlung des Zuckers auf eine Temperatur praktisch nicht oberhalb von 38⁰C auf dem Kühlungsabschnitt 35 des Förderbandes wird der Zucker

009852/0353

innerhalb einer Zeitspanne von etwa 3 oder 4 Minuten zu einem verhältnismäßig festen Schicht, die praktisch aus reiner Glucose besteht, vollständig verfestigt. Die Dicke dieser Zuckerschicht wird durch die Geschwindigkeit der Herstellung des Zuckers und insbesondere durch die Geschwindigkeit, mit der der Zucker auf das Förderband aufgegeben wird, bestimmt« Die Dicke der Zuckerschicht ist auch durch die Wirksamkeit der Wärmeübertragung während der Abkühlung begrenzt. Wenn beispielsweise ein Förderband von etwa 5,35 m Länge und einer wirksamen Breite von etwa 15 cm mit einem heißen Abschnitt von etwa 1,36 m Länge, der auf einer Temperatur von etwa 82⁰C gehalten wird, und einem Kühlabschnitt von etwa 2 m, der auf einer Temperatur von 12,2⁰C gehalten wird, verwendet wird, kann der Zucker auf das Förderband mit einer Geschwindigkeit von etwa 454 g je Minute mit einer Gesamtverweilzeit auf dem Förderband von etwa 5 bis 9 Minuten aufgegeben werden.

Das vom Kühlende 35 des Förderbandes 32 abgehende Zuckerprodukt kann in einer Mühle 36 vermählen oder zerkleinert werden, so daß ein körniges Zuckerprodukt erhalten wird, und dann im Trockner 38 getrocknet werden bis zu einem Feuohtigkeitsendgehalt von im wesentlichen nicht mehr als etwa 1 °fo» Der Feuchtigkeitsgehalt des Zuckerendprodukt es sollte unter 1 % liegen, damit der Zucker freifließend und nicht hygroskopisch wird. Der Trockner 38 kann jede Art eines gewöhnlich für die Entfernung von Feuchtigkeit aus kör-

009852/0353

nigen Feststoffen verwendeten Warmlufttrockners sein, wobei die besondere Vorsichtsmaßnahme zu beachten ist, daß die "Lufttemperatur, die zur Trocknung verwendet wird, im wesentlichen 116⁰C nicht übersteigen sollte, um Karamelisierung und Schmelzen des Zuckers zu verhüten.

Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Glucose besteht im allgemeinen aus einem Gemisch von Isomeren, das normalerweise etwa 40 bis 65 % a-D-Glucose und etwa 35 bis 60 ^c/o ß-D-Glucose enthalte Es wurde gefunden, daß es möglich ist, bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens den Gehalt an a-D-Glucose im Endprodukt wahlweise zu verändern und wesentlich zu erhöhen, indem der Zucker vor der Trocknung des Produktes konditioniert wird, was noch beschrieben werden wird«. Dieses erfinderische Merkmal ist als solches einzigartig und stellt eine besonders vorteilhafte AusführungGform der Erfindung dar, die, falls es vom Hersteller gewünscht wird, angewendet werden kann, um ein Zuckerprodukt mit hohem Gehalt an a-D-Glucose zu erhalten,, Die Konditionierung des Zuckerproduktes zwecks Einstellung eines bestimm-" ten Gehaltes an a-D-Glucose wird ausgeführt _r indem das Zuckerprodukt, das vom Förderband 32 erhalten wird, verschieden lange Zeit auf erhöhten Temperaturen gehalten wird, um Mutarotation der Glucoseisomeren herbeizuführen« Wenn das Glucoseprodukt auf erhöhte Temperaturen im Bereich von etwa 49 bis 82⁰O für eine Dauer von etwa 3 bis 4 Stunden gehalten wird, ist es möglich, ein Endprodukt mit einem Gehalt von etwa 80

009852/0353

bis 85 °/o α-D-Glucose zu erhalten₀ längere Zeitdauer, z.B. 24 Stunden, erhöht weiter den Gehalt an α-D-Glucose, so daß gewünschtenfalls ein Gehalt an diesem Isomeren von unter Umständen 1OU /-> erreicht werden kann» Kürzere Konditionierungszeiten bewirken weniger Mutarotation zu α-D-Glucose, und der' Zucker enthält einen größeren Anteil an dem ß-D-Isomeren_e Damit die Mutarotation fortschreiten kann, ist es notwendig, etwas Feuchtigkeit im·Zucker während der Konditionierung bei erhöhten Temperaturen zugegen zu haben. Im allgemeinen sollte der Feuchtigkeitsgehalt in dem der Konditionierung unterworfenen Zucker im Bereich von etwa 2 bis 8 Gew*$ liegenβ Zwecks bequemerer Handhabung kann der Zucker vor der Konditionierung zerkleinert oder vermählen werden; die Teilchengröße des vermahlenen Produktes sollte jedoch nicht so klein sein, daß die Zuckerkristalle während der Konditionierung bei erhöhter Temperatur Feuchtigkeit verlieren. Im allgemeinen ist eine Teilchengröße von größer als etwa 2,38 mm lichter Maschenweite verwendbar.

Die Konditionierungsdauer bzw» Verweilzeit bei erhöhter Temperatur, die für die Erzielung eines bestimmten Gehaltes an α-D-Glucose benötigt wird, hängt von der im Konditioniergefäß 40 eingehaltenen Temperatur sowie von der Teilchengröße des zu behandelnden Zuckers ab und kann durch einen Vorversuch leicht bestimmt werden. Figur 2 ist eine graphische Darstellung, die die Geschwindigkeit der a-D-Glucosebildung bei der Konditionierung von Zuckersorten verschiedener Teilchengröße bei Temperaturen zwischen etwa 49

009852/0353

bis etwa 71⁰C zeigt. Ähnliche graphische Darstellungen können experimentell für andere Temperaturbereiche und andere Zuckerteilchengrößen erhalten werden. Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß bei einem feinteiligen Zuckerprodukt (weniger als 2,38 mm Größe) nur ein geringer oder kein Anstieg im a-D-Glucοsegehalt eintritt« Das ist dem Umstand zuzuschreiben, daß der feinteilige Zucker dazu neigt, schnell zu trocknen, und nicht die für das Fortschreiten der Mutarotation erforderliche Mindestmenge an Feuchtigkeit zurückhält. Nach dem Entleeren des konditionierten Zuckers mit dem gewünschten Gehalt an a-D-Glucose aus dem Konditioniergefäß kann der Zucker zu einer feinteiligen Teilchengröße in Mühle 36 vermählen und anschließend im Trockner 38, wie vordem beschrieben, getrocknet werden.

Die folgenden besonderen Beispiele, die die Grundtatsachen der Erfindung erläutern, beschreiben das kontinuierliche erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Glucosezucker.

Beispiel I

Ungefähr 1630 kg Maisstärke wurden in Wasser dispergiert und die flüssige Aufschlämmung dann durch Behandeln mit ct-Amylase aus Bakterien bis zu einem Feststoffgehalt von etwa 27 - 30 ^υ/> verflüssigt. Zu der verflüssigten Maisstärke wurde dann eine Kulturflüssigkeit mit gereinigtem Glucamylaseenzym gegeben. Die enzymatiBohe Hydrolyse wurde 60 Stunden bei 60⁰C und einem pH von 4,0 - 4»2 fortschreiten gelassen, um die Stärke in Zucker umzuwandeln. Das Hydrolysat hatte

009852/0353

9715 - 98,2 GoE. (Glucoseäquivalente, die den Gehalt an reduzierendem Zucker, berechnet als Glucose und ausgedrückt in Gew.-⁰Jo Substanz, angeben). Das Hydrolysat wurde dann in einer Filterpresse filtriert unter Verwendung eines üblichen Filtrierhilfsmittels, SiI PIo Grade 0272, das eine Art Perlitfilter bei einer Konzentration von 2 bis 3 g je 100 cm Hydrolysat ist. Es wurden etwa 1 - 2 % (18 bis 36 kg) flockige, nicht-lösliche Stoffe abgetrennt; das Filtrat hatte eine nur schwache Färbung. Das Filtrat wurde durch eine Reihe Ionenaustauschersäulen geschickt, die zur Entfernung der farbgebenden und aschebildenden Stoffe dienten. Die Säulen waren in der Reihenfolge Kation-, Anion-, Kation- und Anionaustauscher angeordnet. Beide Arten der verwendeten Harze waren handelsmäßig erhältliche Produkte. Das Filtrat wurde durch die Ionenaustauschersäulen mit einer Geschwindigkeit von etwa 7X je Minute in abwärtsfließender Richtung geschickt. Das aus einem dünnen Zuckersirup mit einem Peststoffgehalt von etwa 27 - 30 $ bestehende Filtrat wurde dann in einem gewöhnlichen Rotationsverdampfer, in dem die Temperatur der Flüssigkeit auf unter etwa 49°C gehalten wurde, bei einem Unterdruck von 27 bis 28 mm Hg (im Orig·: 27 - 28 inches;?) konzentriert. Bei dieser ersten Eindickung wurde der Zuckersirup auf einen Feststoffgehalt von etwa 70 - 75 i° konzentriert und der verhältnismäßig zähe Sirup in einem zweiten Verdampfer weiter konzentriert. Für die zweite Verdampfung wurde ein Taumelverdampfer, der unter einem Vakuum von 20 - 21 mm (inches;?) Hg betrieben wurde, eingesetzt. Die Tem-

009852/0353

peratur des Destillats betrug etwa 70 bis 71,5°C; der Zuckersirup wurde auf "einen Feststoff gehalt von etwa 93 bis 96 Jo eingedampfte Der konzentrierte Zuckersirup (93 - 96 % Feststoffe) wurde aus dem zweiten Verdampfer abgepumpt und durch eine mit 300 Umdrehungen je Minute betriebene Getriebepumpe geschickt« Die Uirkung der Getriebepumpe verursachte ein Vakuum und saugte durch eine Zuführleitung, die am Einlaß "der Pumpe angebracht war_t Luft in kleinen Mengen ein«, Beim Durchleiten durch die Setriebepumpe wurde der Zuckersirup in Gegenwart von Luft einer hohen Scherbeanspruchung unterworfen, was zur Folge hatte, daß ein kremartiges und steifig viskoses Material, dessen Masse kleine Zuckerkristallkeime enthielt, aus der Getriebepumpe herauskam. Dieses Material wurde sofort auf den heißen Abschnitt einer Förderbandes gegebene Die heiße Zone des Förderbandes, mit einer Länge von etwa 1,36 m, wurde auf einer Temperatur von etwa 71 - 77 C gehalten«, Das Förderband wurde mit einer solchen Geschwindigkeit betrieben, daß der Zucker für etwa 3 Minuten in der heißen Zone verblieb, bevor er zu der kalten Zone des Bandesgeleitet wurde. Der 1,36 m lange kühle Abschnitt des Förderbandes wurde auf einer Temperatur von etwa 19,4 - 21,7⁰G gehaltene Der Zucker verblieb in der kühlen Zone des Förderbandes für etwa 3 Minuten und wurde von dieser in Form eines flachen Kuchens oder Blattes (15,2 cm breit und 0,63 cm dick) bei einer Temperatur von etwa 32 bis 38⁰C abgeleitet. Während der sechs Minuten, die der Zucker auf dem Förderband war, veränderte sich das Material von einem kremig steifen zu einem

009852/0353 ^

BAD ORIGINAL ■■■*'.

harten spröden Zuckerprodukt, das aufgrund der Analyse aus 49,1 io a-D-Glucose und 50,9 % ß-D-Glucose bestände

Da es erwünscht war, den Gehalt an a-D-Glucose im Zuckerprodukt zu erhöhen, wurde das Produkt zu Stücken von etwa 5 χ 5 χ 0,6 cm Größe zerkleinert«, Diese Stücke wurden dann in· ein Konditioniergefäß gefüllt, das aus einem Rotierzylinder mit einem Einlaß, durch den luft mit einer Temperatur von etwa 110 bis 116⁰C und einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 60 m je Minute eingeführt wurde, bestände Die Zuführgeschwindigkeit des Zuckers zum Konditionierer wurde auf etwa 20 - 25 kg je Stunde eingestellt, und die Gesamtgröße des Kondition!erers war so bemessen, daß die Verweilzeit des Zuckers im Konditionierer etwa 4 Stunden betrug. Das Zuckerprodukt wurde aus dem Konditionierer abgeführt und dann durch ein weitmaschiges Netz unter Verwendung einer gewöhnlichen Mühle gemahlen und durch Erwärmen in einem Versuchsdrehofentrockner unter Hindurchblasen von Luft bei 104 bis 110 G getrocknet, bevor es dem Lager zugeführt wurde,, Es wurden etwa 1730 bis 1770 kg Glucose aus den ursprünglichen 1630 kg Maisstärke erhalten,, Das Verfahren wurde in einer Zeitdauer von 72 Stunden ununterbrochen durchgeführt; das Zuckerendprodukt bestand aus 99»7 % Peststoffen mit einem Glucoseaquivalent von 97,2; es enthielt 81,2 $ a-D-Glucose.

Beispiel II

Nach dem Verfahren des Beispiels I wurden etwa 545 kg Maisstärke behandelt. In diesem Falle wurde jedoch das Zuokerprodukt durch einstündige Belassung des körnigen Produktes im

009852/0353 . BAD ORIGINAL - .

Konditionierer bei 49 bis 71⁰C an Stelle der 4-stündigen Belassung konditioniert. Das Verfahren wurde ununterbrochen durchgeführt und ergab 567 bis 590 kg fertigen Maiszucker mit einem 99,4 folgen Feststoff gehalt und einem Glucose äquivalent von 97,2 , wobei 65 % a-D-Glucose waren»

Beispiel III

Etwa 590 kg Maisstärke wurden verflüssigt und bis zu einem GlUcoseäquivalent von 97,2 %, wie in Beispiel I beschrieben, hydrolysiert· Das Hydrolysat wurde filtriert und die Filtratflüssigkeit durch den Ionenaustauscher geschickt, konzentriert, belüftet, der Scherwirkung unterworfen und auf einem Förderband, wie in Beispiel I beschrieben, zur Kristallisation gebracht· Der vom Band kommende harte spröde Zuoker wurde zu einer Teilchengröße.von unter etwa 2,38 mm Größe zerkleinert und sofort wie in Beispiel I getrocknet. Das Zuckerprodukt, das nicht der Konditionierung unterworfen wurde, bestand aus 99,5 % Feststoffen, hatte ein Glueöseäquivalent von 97,2 und einen Gehalt von 50 °/o a-D-Glucose und 50 $ ß-D-Glucose.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich,daß das erfindungsgemäße Verfahren ein^enesentliohen technischen Fortschritt in der Teohnologie der Zuckerherstellung aus Stärke darstellt. Die Erfindung erreicht alle vorgenannten Ziele und geetattet, Glucose in hohen Ausbeuten in ununterbrochener Durohführungsart, wie sie vordem nicht bekannt war, herzustellen. Außerdem ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglioh, den Gehalt der beiden Isomeren, a-D-Glucose und ß-B-Glucoee, im Endprodukt wahlweise zu verändern,

009852/0353

- Patentansprüche -

Claims

G 1017

567340

Pat entansprüche :

1* Verfahren zur Herstellung von Zuckern aus Stärke, dadurch gekennzeichnet, daß man Stärke zwecks Umwandlung der Stärke zu Zucker hydrolysiert, das Hydrolysat eindampft bis auf einen Feststoffgehalt von oberhalb etwa 88 #, das konzentrierte Hydrolysat in Gegenwart eines Gases einer Scherbeanspruchung unterwirft, wobei Verfestigung des kristallinen Zuckers eintritt, und den verfestigten Zucker gewinnt·

2„ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Luft unter das konzentrierte Material mischt und das konzentrierte belüftete Material einer Scherbeanspruchung unterwirft»

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das behandelte Material unter kontrollierten Bedingungen zwecks Vervollständigung der Verfestigung vor Gewinnung des verfestigten kristallinen Zuckers abkühlt.

4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das behandelte Material unter bestimmten Bedingungen zweoks Vervollständigung der Verfestigung des Zuckermaterials abkühlt, das Verhältnis von a-D-§lucose zu ß-D-Glucose in lot dem verfestigten Zuckermaterial durch Haltung des Zuckers auf einer erhöhten Temperatur während einer zur Erreichung der gewünschten Mutarotation der isomeren Formen des Zuckers

009852/0353

" " -23-

ausreichenden Zeit einstellt und dann den verfestigten kristallinen Zucker gewinnt«

5β Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Hydrolysat auf einen Peststoff gehalt von etwa 92 Ms 99 Gew.-^ konzentriert,,

6o Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrierung des Hydrolysate in zwei Stufen "bis zu einem Endfeststoffgehalt von 92 Ms 99 % durchgeführt wir do

7ο Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Zucker bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von praktisch nicht mehr als 1 Gew_c-'/o getrocknet wird.,

8„ Verfahren zur Herstellung vonGlucose, dadurch gekennzeichnet, daß man Stärke zwecks Umwandlung der Stärke zu Glucose hydrolysiert, das Hydrolysat klärt, Ms zu einem reststoffgehalt von oberhalb etwa 88 ^c/o eindampft, das konzentrierte Hydrolysat in Gegenwart eines Gases einer Scherbeanspruchung unterwirft, wodurch Verfestigung der Glucose erreicht wird, und dann das so behandelte Material unter bestimmten Bedingungen abkühlt, das Verhältnis von a-D-Glucose zu ß-D-Glucose in der verfestigten Glucose durch Halten derselben in Gegenwart von Feuchtigkeit auf einer Temperatur von 49 bis 82⁰G für mehrere Minuten bis zu etwa 24 Stunden einstellt, dann die feste Glucose zerkleinertund trocknet und die trockene Glucose gewinnt.

00 985 2 /03 5 3^:n;>'-

BAD ORIQlNAU

9β Ununterbrochenes Verfahren zur Herstellung von Glucose, dadurch gekennzeichnet, daß man wtärke zwecks Umwandlung der otärke zu Glucose hydrolysiert, das Hydrolysat filtriert, das Hydrolysatfiltrat bis auf einen Feststoffgehalt von etwa oberhalb 88 ^ eindampft^ das konzentrierte Hydrolysatfiltrat in Gegenwart eines Gases einer ocherbeanspruchung unterwirft, wodurch Verfestigung der kristallinen Glucose erreicht wird, das so behandelte Material auf ein Förderband mit mehreren Zonen gibt, in denen es auf verschiedenen Temperaturen gehalten wird, wobei das Material von einer ersten Zone höherer Temperatur zu einer zweiten Zone tieferer Temperatur bewegt wird, wodurch vollständige Verfestigung der Glucose eintritt, die feste Glucose zerkleinert und die zerkleinerte Glucose trocknet,

10. Verfahren nach Anspruch 91 dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eindampfen das Hydrolysatfiltrat durch Behandlung mit Ionenaustauschharzen gereinigt wird,

11, Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von a-I3-^rilucose zu ß-D-Glucose im Glucoseprodukt eingestellt wird, indem Glucoseteilchen nit eine:" Teilchengröße von über 2,36 mn in Gegenwart von Feuchtigkeit bei einer Temperatur von ^g bis 82⁰G für mehrere Minuten eis zu etv;o-. 2£ stunden vor den Zerkleinern und Trocknen der Glucose gehalten werden.

12* Ununterbrochenes Verfahren nach Anspruch 9» 10 oder 11, daduroh gekennzeichnet, daß das aufgegebene Material ru-

009852/0353

bad ornmm: >>

er3t über eine auf einer Temperatur von mindestens 32,2 C gehaltene Zone bewegt und dann über eine auf einer Temperatur von im wesentlichen nicht über 32,2⁰C gehaltene Zone geleitet wird ο

13ο Ununterbrochenes Verfahren zur Herstellung von Glucose, dadurch gekennzeichnet, daß man Stärke zwecks umwandlung der Stärke zu Glucose hydrolysiert, das Hydrolysat filtriert, das filtrierte Hydrolysat in zwei Stufen bis zu einem Endfeststoff gehalt von 92 bis 98 fo eindampft, unter das konzentrierte filtrierte Hydrolysat Luft mischt, das konzentrierte belüftete Material einer Scherbeanspruchung unterwirft, wodurch Verfestigung der kristallinen Glucose eintritt, das so behandelte Material auf ein Förderband gibt, das zwei Zonen hat, die auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden, wobei das aufgegebene Material zuerst über eine auf eine Temperatur von mindestens 32,2⁰G gehaltene Zone bewegt und dann über eine auf eine Temperatur von im wesentlichen nicht über etwa 32,2⁰C gehaltene Zone geleitet wird, wodurch die Verfestigung der Glucose, vervollständigt wird, daß man das Verhältnis von a-D-Glucose zu ß-D-Glucose im Glucoseendprodukt einstellt, indem die Glucoseteilchen mit einer Größe von über 2,38 mm lichter Maschenweite in Gegenwart von Feuchtigkeit auf einer Temperatur von etwa 49 bis 82⁰O für mehrere Minuten bis zu etwa 24 Stunden gehalten werden, daß man dann die feste Glucose zerkleinert und bis zu einem Feuchtigkeitsendgehalt von praktisch nicht über 1$ Gew*-?& trocknete

009652/0353

, ,BAD