DE2333513A1

DE2333513A1 - Verfahren zur bildung von kristallinischen mischungen aus fruktose und glukose

Info

Publication number: DE2333513A1
Application number: DE19732333513
Authority: DE
Inventors: Asko J Melaja
Original assignee: SUMOEN SOKERI OSAKEYHTIOE
Current assignee: SUMOEN SOKERI OSAKEYHTIOE
Priority date: 1972-07-03
Filing date: 1973-07-02
Publication date: 1974-01-24
Also published as: FI57785B; AU5716973A; NL175643C; GB1405987A; NL7308797A; DE2333513B2; FR2236940A1; FI57785C; DE2333513C3; IE37848B1; AU474072B2; IE37848L; JPS4955855A; SE398890B; FR2236940B1; CH573473A5; US3816175A; ZA734095B; NL175643B; CA990130A

Description

PATENTANWÄLTE

Dr. Andrej ewski Dr. -I η g. Honke Dipl.-Ing. Gesthuysen 43 Essen, Theaterplatz 3 Telefon 223994

Verfahren zur Bildung von kristallinischen Mischungen aus Fruktose und Glukose

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer trockenen, frei fliessenden, granulierten Mischung aus Fruktose und Glukose. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Bildung eines trockenen Invertzuckers, d.h. eines Erzeugnisses, das etwa gleiche Mengen Fruktose und Glukose enthält.

Zuckererzeugnisse, die Mischungen aus Fruktose und Glu*· kose enthalten, wie z.B. Invertzucker, der etwa gleich grosse Mengen der genannten Substanzen enthält, werden gewöhnlich als Lösungen mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa·60 bis etwa 75 Gewichtsprozent hergestellt und auf den Markt gebracht. Habfeste Produkte, wie z.B. Invertzucker mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 80 bis etwa 85 Gewichtsprozent, sind auch bekannt. Die Verwendung von derartigen Lösungen und halbfesten

309884/1089

Produkten ist jedoch'mit Schwierigkeiten verbunden, da sie bei Transporten schwer zu hantieren und darüber hinaus nicht sehr lagerungsbeständig sind, was zu grossem Teil von ihrer Empfindlichkeit gegen Mikro-organismen abhängt. Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren zur Bildung eines im wesentlichen trockenen, frei fliessenden, granulierten, Glukose und Fruktose enthaltenden Erzeugnisses, das sich bei Transporten leichter hantieren lässt und das gegen mikrobiotische Verunreinigungen und Beschädigungen weniger empfindlich ist.

Der Bedarf an einem derartigen Verfahren ist besonders gross in bezug auf Invertzucker, ein Gemisch aus gleich grossen Mengen Fruktose und Glukose, weil trockener Invertzucker ein in kommerzieller Hinsicht bedeutungsvolles Erzeugnis ist. Der Invertzucker ist fast ebenso siiss wie Saccharose und daher in den meisten Produkten als Ersatz dafür verwendbar. Lösungen oder halbfeste Präparate aus Invertzucker sind allgemein in einer Anzahl Bäckerei- und Konditoreiwaren wie auch in Erfrischungsgetränken ausgenutzt worden, aber in den Fällen, wo die Abwesenheit von Wasser erforderlich ist, ist die Verwendung dieser Invertzuckerlosungen und halbfesten Präparate nicht möglich gewesen.

In der bekannten Technik ist zur Herstellung eines trokkenen Invertzuckers aus Invertzuckerlosungen die Vakuumverdampfungstechnik, wie z.B. in Confectionery Production, November 1967, Seite 792, beschrieben, benutzt worden. Mittels dieser Verfahren wird aber eher ein amorphes glasartiges Produkt als das erwünschte trockene frei fliessende Erzeugnis erhalten. Obwohl, wie in Kusch et al. USA-Patent Nr. 3 513 023 und im britischen Patent Nr. 1 117 90 3 beschrieben, trockene hochreine Fruktose sich einfach dadurch herstellen lässt, dass eine Fruktoselösung mit Fruktosekristallen geimpft wird, wonach das Gemisch in einer kalten Atmosphäre umgerührt wird, wurde bisher allgemein geglaubt, dass ein derartiges Verfahren in Gegenwart

309884/1089

von Dextrose, d.h. rechtsdrehender Glukose, nicht anwendbar wäre. Dies wurde von Young et al. in der USA-Patentschrift Nr. 2 5 88 449 angedeutet. Jetzt hat aber der Anmelder der vorliegenden Erfindung unerwartet gefunden, dass es möglich ist, ein Erzeugnis aus Fruktose und Glukose dadurch herzustellen, dass eine Fruktose und. Glukose enthaltende Lösung mit Fruktose-Glukose-Kristallen geimpft wird und das"erhaltene Gemisch in einer kalten trockenen Atmosphäre umgerührt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines trockenen, granulierten, frei fliessenden Zuckererzeugnisses , das eine Mischung aus Fruktose und Glukose enthält. Dieses Verfahren wird vor allem zur Bildung von trockenen Produkten, in denen der Fruktosegehalt zwischen 25 und 75 Gewichtsprozent vom Produkt beträgt, während der Rest aus Glukose besteht, angewendet. Zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung ist die Beschreibung hauptsächlich auf die Anwendung des Verfahrens zur Bildung von Invertzucker, einem Produkt, das gleiche Mengen Fruktose und Glukose enthält, gerichtet. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von Invertzucker aus einem Ausgangsmaterial/ das durch enzymatisch^ Isomerisierung von Glukose oder aus Stärke hergestelltem Glukosesirup erhalten worden ist. Vor allem eignet es sich für die Herstellung von trockenem Invertzucker aus gereinigtem isomerisierten Maissirup, wod.urch es möglich ist, ein trockenes Zuckergemisch, das ebenso süss wie aus Stärke hergestellte Saccharose ist, herzustellen.

Im vorliegenden Verfahren wird als Ausgangsmaterial eine Lösung aus Fruktose und Glukose, z.B. eine Invertzuckerlösung verwendet, die durch Ionenaustauschbehandlung gereinigt und entsalzt und unter Vakuum abgedampft worden ist, so dass die Lösung einen hohen Trockensubstanzgehalt, d.h. einen Feststoffgehalt von wenigstens etwa 94%, aufweist. Ein derartiges Ausgangsmaterial ist innerhalb der Zuckererzeugungstechnik bekannt, und die Verfahren zur Herstellung desselben mittels der oben

309884/1089

erwähnten Reinigungs-, Entsalzungs- und Ionenaustauschverfahren sind in einer Anzahl vorbekannten Patentschriften und Veröffentlichungen, wie z.B. H. Schneider: International Sugar Journal, Seite 101 (1971) und Haack et al.: USA-Patentschrift Nr. 3 511 705, beschrieben.

Zur Herstellung eines Erzeugnisses gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Invertzuckerlösung, die einen Feststoffgehalt von 94 Gewichtsprozent oder höher aufweist, bis auf eine Temperatur zwischen etwa 40° und 50⁰C abgekühlt, wonach eine Mischung aus Glukose und Fruktose in Form eines trockenen feinverteilten Pulvers hinzugesetzt wird. Vorzugsweise ist die Zusammensetzung der Mischung aus Glukose und Fruktose annähernd die gleiche wie bei dem mittels dieses Verfahrens herzustellenden Erzeugnis. Die in dem Pulver enthaltene Glukose liegt vorzugsweise in Form von Glukose-Monohydratkristallen vor, während die Fruktose in Form von anhydriden Fruktosekristallen auftritt. Diese Stufe kann auch so durchgeführt werden, dass die Zuckerlösung der genannten Kristallmischung aus Glukose und Fruktose zugegeben wird.

Nachdem die Lösung und die trockene Kristallmischung vermischt worden sind, wird das Gemisch dieser beiden Komponenten umgerührt und in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von höchstens etwa 30% bei einer Temperatur zwischen etwa 20° und etwa 50⁰C abgekühlt, bis sich ein trockenes Er-' Zeugnis gebildet hat. Diese Stufe, wo die Mischung in einer kalten trockenen Atmosphäre umgerührt wird, hat zur Folge, dass der in der Mischung enthaltene Wasserüberschuss als Kristallwasser in der Glukose-Monohydratkomponente gebunden wird und dass gleichzeitig Fruktose- und Glukosemonohydrat kristallisiert wird.

Das in der Mischstufe benutzte Verhältnis zwischen den Kristallen und der Lösung hängt von der Kristallgrösse und von dem Typ des in der Umrührungsstufe verwendeten Mischgerätes

30 9 884/1089

wie auch yon den Arbeitsverhältnissen, d.h. von der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit während der Umrührung, ab. Es ist wichtig, dass die Impfkristalle gründlich mit der Lösung vermischt werden, und weiter ist es im Hinblick auf eine schnelle und befriedigende Kristallisierung notwendig, dass die gesamte· Oberfläche der Impfkristalle so gross, wie· möglich und der Abstand zwischen den Impfkristallen so gering wie möglich ist. Durch. Verwendung von sehr feinverteilten Impfkristallen ist es möglich, eine grosse Gesamtoberfläche mit einer recht geringen Anzahl von Impfkristallen zu erhalten. Wenn grössere Kristalle verwendet werden, müssen zum Erhalten der gleichen Gesamtoberfläche mehr Impfkristalle hinzugesetzt werden. Die Arbeitsverhältnisse des Mischgerätes bewirken, dass auch die Anwendungsgrenzen und die optimalen Verhältnisse etwas variieren. So z.B. werden mit einem Mischgerät des thermischen Bearbeitungstyps gute Ergebnisse erreicht, wenn das Gewichtsverhältnis zwischen den Kristallen und der Lösung etwa 0,3:1 bis etwa 10,0:1 ist und die durchschnittliche Impfkristallgrösse 0,1 mm im Diameter beträgt. Durch Kühlung des Gemisches bis auf etwa 35 C und Umrührung desselben in einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von höchstens '30% werden in einem Mischgerät des thermischen Bearbeitungstyps gute Ergebnisse erreicht. Wenn das Gemisch mehr als 75 Gewichtsprozent Glukose enthält, sind eine kurze Kontaktperiode und eine hohe Temperatur (Dünnfilmverdampfer) erforderlich. Unter solchen Verhältnissen bildet sich eine granulierte Invertzuckermasse in 3 bis 4 Stunden und sie enthält agglomerierte Kristalle aus Glukosemonohydrat und Fruktose.

Der gesamte Wassergehalt des im wesentlichen trockenen Inverterzeugnisses beträgt etwa 4 bis 5% gemäss der Karl Fischer-Methode, die in "International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis", Report of the Proceedings of the 15th Session, Seiten 120 bis 122 (1970), beschrieben ist..Das gebil-

309884/1089

dete Produkt ist unter normalen Verhältnissen fest und verändert sich nicht in bezug auf seine Textur, Farbe oder anderen physikalischen Eigenschaften bei mehrwöchiger Lagerung in einer trockenen Atmosphäre bei Raumtemperatur.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich bei Bedarf in einem thermischen Wärmeaustauscher, der in Chemical Engineering , Seite 96, 22. März 1971, beschrieben ist, kontinuierlich durchführen. In einem derartigen Apparat wird ein Teil des trockenen Produktes entfernt, während der Rest zum Umlauf zurückgeleitet wird, um in einem kontinuierlichen Kristallisationsverfahren Impfkristalle zu bilden.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel I

Eine mittels konventioneller Ionenaustauschverfahren hergestellte und gereinigte Invertzückerlösung wurde in einem kontinuierlich arbeitenden Dünnfilmverdampfer abgedampft. Im Verdampfer betrug die Temperatur 74°C am Einlauf und 91°C am Auslauf. Das Vakuum betrug 0,2 atm. und die Kontaktzeit etwa 1 Minute. Die im Verdampfer erzeugte Invertzückerlösung wies einen Feststoffgehalt von 94,5 Gewichtsprozent auf.

Eine trockene Kristallmischung aus Glukosemonohydrat und Fruktose (Gewichtsverhältnis 50:50), d.h. Invertzucker, mit einer durchschnittlichen Kristallgrösse von etwa 0,1 mm im Diameter, wurde einem thermischen Bearbeitungsapparat zugeführt, wonach die Invertzückerlösung hinzugesetzt wurde. Das Verhältnis zwischen den Kristallen und der Lösung war 100 Kg zu HQ Kg bzw. 2,5:1. Die Mischung wurde bis auf 35 C abgekühlt und gleichzeitig 3 Stunden lang in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 20% umgerührt. Dabei wurde eine granulierte trockene Masse, die gleiche Mengen von agglomerierten¹ Glukosemonohydrat-und Fruktosekristallen enthielt, "-Ti. Γ

30988^/1089

d.h. Invertzucker, gebildet. Der Wassergehalt des frei fliessenden Erzeugnisses betrug 4,7% gemäss der Karl Fischer-Methode.

Beispiel II

Eine Invertzuckerlösung wurde hergestellt und abgedampft, wie in Beispiel I. 1OQ.Kg eines trockenen InvertzuckererZeugnisses aus Beispiel I wurde zerkleinert, bis die durchschnittliche Korngrösse etwa 0,1 mm im Diameter betrug, und einem thermischen Bearbeitungsapparat zugeführt. Etwa 40 Kg der Invertzuckerlösung (Feststoffgehalt 94,5%) wurde dann hinzugegeben und die Mischung wurde auf etwa 35°C abgekühlt und gleichzeitig 3 Stunden lang in einer trockenen Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 20% umgerührt. Dabei bildete sich eine trockene granulierte Zuckermasse, die agglomerierte· Glukosemonohydrat-und Fruktosekristalle mit einem Wassergehalt von 4,8% gemäss der Karl Fischer-Methode enthielt.

Beispiel III

3O_xO g gereinigter und entsalzter Invertzuckerlösung mit einem ' - ' Fes'tstoffgehalt von 95% wurden mit 120 g einer Mischung aus pulverisierten Glukose- und Fruktosekristallen, die eine durchschnittliche Korngrösse von 0,04 mm aufwiesen, geimpft. Das Gemisch wurde 8 Stunden lang in einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von höchstens 30% bei einer Temperatur von 40 C umgerührt, wobei sich ein trockenes granuliertes Invertzuckererzeugnxs bildete.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass das vorliegende Verfahren die Bildung eines trockenen, frei fliessenden, granulierten Erzeugnisses, das Glukose und Fruktose enthält, ermöglicht. Ein derartiges Verfahren eignet sich besonders zur Bildung eines trockenen granulierten Invertzuckers.

Wenn Fachleute die obige Beschreibung lesen, wird ihnen die Modifikationen auffallen, die im Rahmen der Patentansprüche

309884/1089

möglich sind. Somit dient das Obige lediglich dazu, eine Anzahl erfxndungsgemasse Ausführungsformen zu veranschaulxchen. Der Schutzumfang der Erfindung ist in den beigelegten Patentansprüchen definiert.

30988W 1089

Claims

Patentansprüche:

HjL Verfahren zur Bildung einer trockenen granulierten Mischung aus Fruktose und Glukose, gekennzeichnet durch die
folgenden Verfahrensschritte:

a) Vermischen einer Fruktose und Glukose enthaltenden Lösung mit einer trockenen Kristallmasse aus Fruktose und Glukose, und

b) Umrühren des aus der Lösung und der Kristallmasse
bestehenden Gemisches in einer verhSltnismässig trockenen Atmosphäre zur Bildung der trockenen granulierten Mischung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt der Zuckerlösung wenigstens etwa 95 Gewichtsprozent beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrührung in einer Atmosphäre, deren relative Feuchtigkeit höchstens etwa 30% beträgt, durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung und die Kristallmasse bei einer Temperatur
zwischen etwa hO° und etwa 50⁰C vermischt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrührung des aus der Lösung und der Kristallmasse
bestehenden Gemisches bei einer Temperatur zwischen etwa 20° und 50⁰C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuckerlösung mit der trockenen Kristallmasse geimpft wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuckerlösung zu der trockenen Kristallmasse hinzugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis zwischen der Kristallmasse und der

309884/1089

Lösung von etwa 0,3:1 bis etwa 10,0:1 beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuckerlösung einen Fruktosegehalt von 25 bis 75 Gewichtsprozent aufweist, während der Rest aus Glukose besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuckerlösung, die trockene Kristallmasse und das Erzeugnis Invertzucker enthalten.

309834/1039