DE4041317A1

DE4041317A1 - Verbessertes verfahren zum kristallisieren kristallwasserfreier fruktose aus ihren waessrigen loesungen

Info

Publication number: DE4041317A1
Application number: DE4041317A
Authority: DE
Inventors: Heikki Heikkilae; Juha Nurmi
Original assignee: Xyrofin Oy
Current assignee: Xyrofin Oy
Priority date: 1990-01-18
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1991-07-25
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: FI104738B; CA2034475C; RU2050417C1; DE4041317B4; FI910117A; UA10895A; JP3165966B2; KR0170405B1; KR910014393A; FI910117A0; JPH04325100A; CA2034475A1

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von kristalliner Fruktose. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung kristalliner Fruktose im Hinblick auf einen großen Umsatz, hohe Kapazität, hohe Ausbeute durch Verwendung eines Kristallisators mit optimalen Wärme- und Masseübertragungseigenschaften.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Kristallisieren kristallwasserfreier Fruktosekristalle aus Wasserlösung. Es wird ein ökonomisches Verfahren zum Herstellen von kristalliner Fruktose mit hohem Umsatz und hohen Ausbeuten offenbart. Kristalline Fruktose wird im allgemeinen erhalten, indem übersättigte Fruktoselösungen beimpft werden, um Kristallwachstum zu induzieren. Aufgrund der Löslichkeits- und Stabilitätseigenschaften von Fruktose und der hohen Viskosität von Fruktoselösungen ist es jedoch oft problematisch, optimale Bedingungen aufrecht zu erhalten, um die ökonomische Herstellung eines reinen kristallinen Produktes zu gewährleisten.

Fruktose ist sehr wasserlöslich und die Lösungen sind extrem viskos. Eine große Wärmemenge aufgrund einer hohen Kristallisationswärme der Fruktose, und Mischwärme müssen durch zusätzliches Kühlen der Masse während der Fruktosekristallisation abgeführt werden. Darüber hinaus muß, weil Fruktose eine sehr enge metastabile Zone hat, die Temperaturdifferenz zwischen der Lösung und der kühlenden Oberfläche ziemlich gering sein, wodurch die Kristallisation sehr schwierig wird.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, umfassen verschiedene Verfahren gemäß dem Stand der Technik die Verwendung von organischen Lösungsmitteln, um Fruktose aus wäßrigen Lösungen zu kristallisieren. In der finnischen Patentanmeldung Nr. 8 62 025 wird beispielsweise ein kontinuierliches Fruktosekristallisationsverfahren offenbart, bei dem organische Lösungsmittel verwendet werden. Die Viskosität der Fruktoselösung führt jedoch zu einer Verringerung der Produktivität, wobei demgemäß die Ausbeute nur 40% beträgt und die Produktivität um 0,17 t/m³/Tag liegt, selbst wenn die Masse durch einen vertikalen Kristallisator gepumpt wird. Die Produktivität (t/m³/Tag) ist definiert als Produktionsrate von Kristallen (metrische Tonnen) pro Gesamtvolumen des Kristallisators (m³).

Die Kristallisation aus einer organischen Lösungsmittel- oder Wasser-Lösungsmittelmischung ist auch in Staley′s europäischem Patent 0 15 617 beschrieben. Die Verwendung organischer Lösungsmittel bewirkt jedoch bei Kristallisationen im großen Umfang Nachteile. Diese umfassen Feuergefahren wie auch die Tatsache, daß Lösungsmittel toxisch und deshalb ungeeignet sind, weil geringe Reste in dem kristallinen Produkt zurückbleiben, und diese machen es ungeeignet für die Verwendung bei Nahrungsmitteln.

Es sind einige Verfahren entwickelt worden, die die Verwendung organischer Lösungsmittel bei dem Fruktosekristallisationsverfahren vermeiden, aber diese Verfahren sind aus ökonomischer Sicht oft unvorteilhaft, und zwar wegen der hohen Viskosität und der instabilen Natur von übersättigten Fruktoselösungen. Die GB-A-21 72 288 offenbart ein Verfahren zur kontinuierlichen Kristallisation von Fruktose aus einer wäßrigen Lösung. Der Sirup wird schnell mit Keimgut gemischt und auf eine Oberfläche gelegt, bis ein Kuchen gebildet ist, der dann in ein freifließendes granulöses Produkt zerkleinert wird.

Obwohl dieses Verfahren das Problem der kontinuierlichen Handhabung viskoser Lösungen vermeidet, enthält das granulöse amorphe Produkt alle Unreinheiten, die in dem zugeführten Sirup enthalten waren. Darüber hinaus lassen die Extrazerkleinerungs- und Trocknungsstufen die Betriebskosten beträchtlich anwachsen. Ähnliche Kosten fallen an, wenn das in der US-PS 41 99 373 beschriebene Verfahren verwendet wird, bei dem der Sirup mit kristalliner Fruktose beimpft wird, und in einer Form oder einem Behälter stehen gelassen wird, und anschließend das kristalline Material wiedergewonnen, getrocknet und gemahlen wird.

Einige Patente offenbaren Verfahren, bei denen Fruktose selektiv aus wäßriger Lösung auskristallisiert wird. In der japanischen Anmeldung 1 18 200 sind zwei Türme beschrieben, einer zum Granulieren und einer für die Kristallisation. Beschickung aus dem ersten Turm, die 33 bis 50% Fruktosesirup enthält, wird mit dem Füllmasse (kristallhaltig) -Überfluß aus dem zweiten Turm gemischt. Die sich ergebende Mischung wird abgekühlt, während das Produkt sich in laminarem Fluß abwärts bewegt. Die kristalline Fruktose wird dann durch Zentrifugation erhalten. Obwohl dieses Verfahren die zusätzlichen Trocknungs- und Zerkleinerungsschritte anderer Kristallisationsverfahren vermeidet, ist seine Produktivität gering und die Umfangskapazität begrenzt, und zwar wegen dem Erfordernis des vertikalen laminaren Flusses und den Wärmetransferanforderungen.

Ein effektives Verfahren für die Kristallisation von Fruktose aus wäßrigen Lösungen ist in US-PS 39 28 062 beschrieben. Das Patent beschreibt ein Verfahren, bei dem eine übersättigte Lösung beimpft und dann verdampft wird und/oder unter mäßigem Rühren abgekühlt wird, während Konzentration und Temperatur innerhalb bestimmter Bereiche aufrecht erhalten werden. Durch kontinuierliches Konzentrieren der Mutterlauge kann sie dazu verwendet werden, viele Kristallisationsprodukte von Fruktosekristallen herzustellen. Obwohl bereits ein Vorschlag dahingehend gemacht worden ist, daß Kühlen alleine verwendet werden kann, wird ein solches Verfahren nicht als so vorteilhaft angesehen, wie diejenigen, bei denen kontinuierliche Eindampfung verwendet wird, weil die Mutterlauge beim Start jeder Charge wieder angereichert werden muß. Obwohl ein solches Verfahren für die Herstellung kleiner Chargen kristalliner Fruktose geeignet ist, könnte ein solches Verfahren nicht in einem industriellen Maßstab verwendet werden, und zwar wegen Wärmeübertragungszwängen, wie auch einem Mangel an adäquatem Mischen und Übersättigungskontrolle.

Gemäß US-PS 38 83 365 werden große Fruktosekristalle in einem 2-stufigen Chargenverfahren aus Wasserlösung erhalten, indem der pH-Wert der Lösung eingestellt wird und die Masse langsam abgekühlt wird, um eine übersättigte Lösung zu erzeugen, die bei Beimpfung optimal im Hinblick auf Kristallbildung ist. Wegen der langen Kristallisationszeit des Verfahrens muß eine pH-Einstellung vorgenommen werden und die Produktivität des Verfahrens beläuft sich auf nur ungefähr 0,25 t/m³/Tag.

Obwohl alle zuvor genannten Verfahren erfolgreich bei der Herstellung kristalliner Fruktose verwendet worden sind, wurde bisher davon ausgegangen, daß es unmöglich ist, kristalline Fruktose in großem Umfang mit hohen Ausbeuten, hoher Kapazität (Produktivität) und guter Reinheit aus ihren wäßrigen Lösungen zu gewinnen, oder auf kostspielige Verfahrensstufen auszuweichen, die das Eindampfen, Trocknen und Zermahlen umfassen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kosteneffizientes Verfahren für die Herstellung von Fruktosekristallen im Hinblick auf einen hohen Umfang, hohe Kapazität und hohe Ausbeuten zur Verfügung zu stellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Kristallisation von Fruktose zur Verfügung zu stellen, das die Verwendung organischer Lösungsmittel und die Notwendigkeit der pH-Einstellung nicht erforderlich macht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kristallisationsapparat zur Verfügung zu stellen, der optimale Wärmeübertragung und Mischungskapazitäten im Hinblick auf eine Produktion von Fruktosekristallen mit hoher Reinheit in großem Umfang hat.

Weitere Ziele sind aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen kristalliner, kristallwasserfreier Fruktose offenbart, bei dem eine kleine Menge kristalliner Fruktose, die eine Kristallkeimbildungsstelle liefert, zu einer Fruktoselösung hinzugefügt wird, oder bei dem man kristalline Samen sich spontan in der Lösung bilden läßt. In einem vielstufigen Kristallisationsverfahren werden alle Stufen, mit Ausnahme der ersten, mit einem Kristallsatz beimpft, der eine Masse aus Kristallen und Mutterlauge (Füllmasse) aus einer vorangegangenen Kristallisation darstellt. Die resultierende Mischung wird gemischt, während sie langsam abgekühlt wird, um sorgfältig die Temperatur und den Sättigungsgrad für die kristallwasserfreie Kristallisation aufrecht zu erhalten.

Bei der Herstellung von Fruktosekristallen sollten eine geringe Übersättigung und ein geringes Differential aufrechterhalten werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Temperaturdifferential zwischen der Lösung und den verwendeten Kühlmitteln für die Lösung weniger als ungefähr 6°C und die Fruktoselösung hat, obwohl übersättigt, eine Übersättigung von nicht mehr als 1,25, vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,2. Solche Bedingungen können auf die einfachste Weise in einem Wärmeübertragungsapparat oder Kristallisator kontrolliert werden, wobei eine Wärmeübertragungsoberfläche von mindestens 5/m²/m³ zur Verfügung gestellt wird. Wenn ein solcher Kristallisator verwendet wird, ist er nicht mehr als 45° geneigt und er enthält eine wirksame Mischvorrichtung wie auch Kühlplatten, die einen optimalen Abstand von nicht mehr als 300 mm voneinander haben, mit einem offenen Sektor in den Kühlplatten von wenigstens 5° längs des Kristallisators.

Bei dieser Ausführungsform sind die Mischerflügel dazwischen und nicht mehr als 30 mm von den Kühloberflächen angeordnet. Vorzugsweise beträgt die Geschwindigkeit der Mischerflügel während des Kristallisationsprozesses wenigstens etwa 50 mm/Sek.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, eines erfindungsgemäßen Fruktosekristallisierapparates;

Fig. 1A ist eine rechtsseitige Draufsicht, teilweise im Querschnitt, eines Kristallisierapparates;

Fig. 1B ist eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 1A gezeigten Kristallisators; und

Fig. 2 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.

(A) ALLGEMEINES VERFAHREN

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jetzt möglich, Fruktosekristallisation aus Wasserlösung mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem ein horizontaler zylindrischer Kristallisator verwendet wird, zu verbessern, wobei ein effizienter Wärmetransfer innerhalb eines kleinen Temperaturdifferentials und eine gute Durchmischung der Masse bewirkt werden. Obwohl es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung zu begrenzen, wird angenommen, daß die hier beschriebenen Parameter angepaßt sind, um ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der kristallinen kristallwasserfreien Fruktose und der gelösten Fruktose zu bewirken, so daß das Wachstum der kristallinen Struktur ausreichend langsam ist, um ein Einfangen von Wassermolekülen zu vermeiden.

Die Kristallisation wird durchgeführt, indem eine gesättigte oder übersättigte Fruktoselösung mit einer passenden Menge von Keimkristallen beimpft wird oder indem man Keime sich spontan in der Lösung bilden läßt, und indem man anschließend die Füllmasse nach einem Gradienten, der während der Kristallisation bestimmt wird, abkühlt. Bei einem vielstufigen Kristallisationsverfahren werden die Stufen von der zweiten bis zur letzten Kristallisation mit der passenden Menge an Kristallisationssatz beimpft. Die passende Menge von Impfkristallen (seeding crystals) (M_s) hängt von ihrer Größe (d_s), ihrer Länge (m), der Menge der fertigen Kristalle (M) und der gewünschten Kristallgröße (D) wie folgt ab:
M_s (Tonnen) = (d_s/D)³×M (Tonnen).

Die Fruktosemasse wird gleichzeitig gemischt, um optimale Wärmeübertragung und maximale Kristallwachstumsrate innerhalb der Masse zu gewährleisten. Das Kristallisationsverfahren ist ein Chargenverfahren, aber es kann durch Zwischenverbindung von verschiedenen ähnlichen Kristallisatoren halbkontinuierlich gemacht werden. Ein 2-stufiges Verfahren ist vorteilhaft, wenn eine große Kristallgröße des Produktes vorzuziehen ist. Das Kühlprogramm hängt von der Qualität des zugeführten Sirups ab, aber die Produktivität liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 0,8 t/m³/Tag und die Kühlzeit liegt üblicherweise bei diesem verbesserten Verfahren zwischen 15 und 30 Stunden.

Eine Kristallausbeute von 65% an Trockensubstanz kann am Ende der Kristallisation erreicht werden. Die Wiedergewinnung und das Trocknen der Kristalle wird mit Hilfe konventioneller Verfahren durchgeführt. Wenn die Ausbeute sehr hoch ist, können Luftblasen, und zwar nicht mehr als 20%, in die Masse gemischt werden, bevor die Kristalle von der Mutterlauge abgetrennt werden, um die Viskosität zu reduzieren. Dieses macht das Zentrifugieren leichter. Die Größe des Produktes liegt üblicherweise zwischen 0,4 und 0,6 mm und die Reinheit liegt bei über 99,5%.

(B) KRISTALLISATOR

Durch die Verwendung eines Kristallisators können die Bedingungen der Übersättigung und des optimalen Kühlens, Mischens und der Masseübertragung in einem großen Umfang erreicht werden. Im Hinblick auf die Produktion von Fruktose in großem Umfang hat der Kristallisator optimalerweise eine Größe von etwa 30 m³.

In den Figuren sind Kristallisatoren gezeigt, die horizontal sind, oder in typischer Weise um 5° geneigt sind, aber um nicht mehr als 45°, um effektives axiales Mischen und Entwässerung des Systems zu gewährleisten. Bei einem Kristallisator muß die Wärmeübertragungsoberfläche wenigstens 5 m²/m³ betragen, vorzugsweise mehr als 10 m²/m³, so daß der Temperaturunterschied zwischen der Fruktosemasse und den Kühlplatten nicht mehr als etwa 6,0°C beträgt, selbst wenn die Kühlgeschwindigkeit 4°C/h ist.

Mit Bezug auf die Fig. 1, 1A und 1B, die eine Ausführungsform zeigen, bei der mannigfaltige Kristallisationszonen vorhanden sind, wird ein effektiver Wärmetransfer erreicht, wenn das kühlende Wasser durch einen Einlaß (8) in einen Kühlmantel (3) eintritt und durch die Kühlplatten (2) zirkuliert, die innerhalb des Kristallisators liegen und einen Abstand von nicht mehr als 300 mm aufweisen. Das Kühlwasser tritt durch die Kühlplatten und aus einem Austritt (9) heraus, der am entgegengesetzten Ende vom Wassereintritt des Kristallisators liegt.

Ein Motor (6), der auf ein Trägerstativ (7) aufmontiert ist, treibt eine Welle (4) an, die an ihrem Eintrittspunkt in den Kristallisator von Dichtungsmaterial (5) umgeben ist. Starke Mischerflügel (1) gehen vom Schaft innerhalb des Kristallisators aus. Die Mischerflügel sind so zwischen den Kühlplatten (2) angeordnet, daß der Abstand zwischen den Schaufeln und den Kühlplatten nicht mehr als 30 mm beträgt, um ein ausreichendes Durchmischen der Mutterlauge in der Nähe der Kristalloberflächen zu gewährleisten. Die Rotationsgeschwindigkeit des Mischers ist so, daß die Geschwindigkeit der Spitze der Mischerflügel üblicherweise 130 mm/Sek. beträgt, aber nicht weniger als 50 mm/Sek. zu jedem Kristallisationszeitpunkt. Es wurde gefunden, das eine geringe Mischeffizienz unzureichend ist, um die Kristallwachstumsrate hoch zu halten, wohingegen zu starkes Mischen zu einer spontanen Kristallbildung führt, falls die Übesättigung hoch ist.

Zu kristallisierender Fruktosesirup (Mutterlauge) tritt durch die Eintrittspforte (10) in den Kristallisator. Ein horizontaler Fluß in dem Kristallisator wird durch einen geringen offenen Sektor in den Kühlplatten von wenigstens 5° entlang dem Kristallisator bewirkt.

Lösung, die Füllmasse enthält, wird aus dem Kristallisator durch den Austritt (11) entfernt, wonach diese zentrifugiert wird, um das kristalline Material zu sammeln.

Mit Bezug auf Fig. 2 kann der Kristallisationsapparat in einer anderen Ausführungsform der Erfindung nur zwei Kristallisationszonen enthalten. Ein solcher Kristallisator verwendet die gleichen allgemeinen Komponenten des Kristallisators, wie in Fig. 1 gezeigt, aber effektiver Wärmetransfer wird durch Zirkulation des Kühlwassers durch einen Kühlwassermantel (3′) und in eine einzelne Kühlplatte (2′), die sich durch das Zentrum des Apparates nach oben erstreckt, bewirkt. In ähnlicher Weise sind nur zwei Mischflügel (1′) zum Mischen der kristallisierenden Mischung notwendig. Der Motor (5′) und die Welle (4′) sind den gleichen Komponenten in Fig. 1 ähnlich.

(C) DAS KRISTALLISATIONSVERFAHREN

Der Temperaturunterschied zwischen der Fruktosemasse und den Kühlelementen wird auf weniger als etwa 6°C gehalten, und die Übersättigung wird auf weniger als 1,25, vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,2, während des gesamten Kristallisationsverfahrens gehalten. Die ausreichende Wärmeübertragungsfläche und Mischeffizienz hält den Temperaturunterschied zwischen der Fruktosemasse und den Kühlplatten trotz der sehr kurzen Kristallisationszeiten ausreichend gering. Die Übersättigung, die die Kühlgeschwindigkeit bestimmt, wird während der Kristallisation wie folgt berechnet:

Y = Kristallausbeute, % Trockensubstanzmenge
Ct = Gesamtkonzentration der Trockensubstanz, % G/G
Cml = gemessene Konzentration der Mutterlauge, % G/G
Qml = Reinheit der Mutterlauge, % G/G Trockensubstanz
Cml′ = Sättigungskonzentration der Mutterlauge, % G/G
F = experimentell gemessene Löslichkeitsfunktion
Tm = Temperatur der Masse, °C
S = Übersättigung

Die Konzentration der Mutterlauge und die Temperatur werden beispielsweise mit einem On-Line-Refraktometer und einem geeigneten Thermometer gemessen. Die Gesamtkonzentration der Trockensubstanz der Masse und die Reinheit der zugeführten Flüssigkeit werden aus Laboranalysen erhalten. Die Löslichkeit der Fruktose in Wasser ist eine Funktion der Reinheit und der Temperatur und wird experimentell bestimmt.

Die zugeführte wäßrige Lösung enthält Glukose als Hauptverunreinigung und sie enthält nicht weniger als 90 Gew.% Fruktose, bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Feststoffe. Die Konzentration der trockenen Feststoffe der Masse muß höher als 90% G/G sein, um eine vernünftige Ausbeute zu erhalten, wenn die Endkühltemperatur etwa 25°C beträgt. Die pH-Einstellung des zugeführten Sirups ist wegen der kurzen Kristallisationszeiten nicht notwendig, aber der optimale pH-Bereich des zugeführten Sirups beträgt 4,5 bis 5,5, um den Abbau der Fruktose zu minimieren.

Die sorgfältige Übersättigungskontrolle, verbunden mit effizientem Wärmetransfer und effektivem Mischen führt zu maximalen Kristallwachstumsgeschwindigkeiten ohne spontaner Kristallbildung während des gesamten Kristallisationsverfahrens. Die Produktivität von 0,5 bis 0,8 t/m³/Tag, die durch dieses verbesserte Verfahren bei der Hauptkristallisation erreicht wird, ist im wesentlichen höher als die Ausbeute, die erhalten wird, wenn man das vorteilhafteste Verfahren des Standes der Technik anwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Fruktoselösung in den Kristallisator gestellt, nachdem sie auf eine Konzentration eingedampft worden ist, die größer als etwa 90% (G/G) trockene Feststoffe ist, und auf die Impftemperatur eingestellt. Während dieser Vorkristallisationsphase wird das Impfen durchgeführt und das Kühlprogramm wird, wie zuvor beschrieben, bestimmt. Anschließend an diese Stufe wird ein Teil der Masse entfernt, wobei ein kristalliner Satz zurückgelassen wird, der als Keimkristall bei der nachfolgenden Hauptkristallisation dient. Zusätzlich wird konzentrierter Eintrag hinzugeführt und das Kühlprogramm weiterhin fortgesetzt, wie zuvor ausgeführt worden ist. Nach der Hauptkristallisation werden die Kristalle von der anderen Flüssigkeit durch Zentrifugation abgetrennt und anschließend getrocknet.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Kristallsatz in einem anderen Kristallisator verwendet, der mit zusätzlichem Sirup gefüllt ist.

BEISPIELE 1 BIS 6 Kristallisationsparameter

Sowohl die Vor- wie auch Hauptkristallisationsexperimente wurden mit dem in Fig. 2 gezeigten 6 l-Pilotkristallisator durchgeführt, der mit einem Kühlwassermantel und effektivem Mischer ausgerüstet ist. Der Kristallisator war mit einem programmierbaren Thermostaten Mgw Lauda RKP 20 verbunden. Die Länge des Kristallisators betrug 18 cm und sein Durchmesser 21 cm. Der Kristallisator hatte eine 42 m²/m³-Wärmeübertragungsfläche und er war leicht geneigt.

Der Kristallisator, bestehend aus zwei Kristallisationszonen, deren Breite 8 cm betrug, und zwei Mischflügel waren in den beiden Zonen installiert. Der Abstand zwischen den Mischflügeln und Kühlplatten betrug etwa 1,5 cm. Die Rotationsgeschwindigkeit des Mischers betrug 11 Upm und die Geschwindigkeit der Spitze der Mischschaufeln betrug bei den Beispielen 130 mm/Sek.

Der zuzuführende Sirup wurde aus einer industriellen Anlage erhalten und bestand aus 95,5% Fruktose, 1,0% Dextrose, 2,2% Oligosacchariden und der Rest bestand hauptsächlich aus Salzen, wie mittels HPLC analysiert worden war. Dieser Sirup, der geringe Kristallisationseigenschaften aufwies, wurde ausgewählt, um die Effektivität der vorliegenden Erfindung darzulegen. Der pH-Wert des zuzuführenden Sirups betrug 4,1 und er wurde bei allen Beispielen, außer Nr. 4, auf 5,0 etwa eingestellt.

Die Keimkristalle wurden aus kommerziell erhältlichen Fruktosekristallen gemacht, indem sie mit einer Fritsh Pulverisettevorrichtung Typ 14.702 zermahlen wurden. Die Durchschnittsteilchengröße der Keimkristalle betrug etwa 0,03 mm und 90% der Kristalle lagen zwischen 0,02 und 0,08 mm, wie mittels eines PMT-PAMAS-Teilchenmeß- und Analysiersystems analysiert worden war. Die Kristallisationsparameter der Beispiele sind in Tabelle 1 aufgeführt und die Resultate sind in Tabelle 2 aufgelistet.

Tabelle 1

Die Kristallisationsparameter

In Beispiel 1 wurde die Fruktoselösung zuerst mit 5% G/G NaHCO₃-Lösung auf einen pH-Wert von 5,0 eingestellt. Der zuzuführende Sirup wurde auf 91,0% G/G eingedampft und 8,1 kg davon wurden in den Kristallisator überführt, dessen Temperatur 56,5°C betrug. Als der Kristallisator gefüllt war, wurde der Sirup mit 0,014% Keimen beimpft und das Kühlprogramm der Vorkristallisation wurde begonnen. Die Konzentration der Mutterlauge wurde mit einem Laborrefraktometer gemessen und die Masse wurde auf 35,5°C abgekühlt, so daß die berechnete Übersättigung, die erhalten worden war, geringer als 1,25 war. Die Kristallisationsdauer betrug 24 Stunden und die Ausbeute am Ende der Kristallisation betrug 44,3%.

Nach Beendigung der Vorkristallisation wurde ein Teil der Masse abgezogen und der Rest wurde im Kristallisator belassen, so daß der Kristallsatz, der die Kristallgröße des Produktes bestimmt, am Anfang der Hauptkristallisation 17,7% betrug. Der Kristallisator wurde mit eingedampftem Zufuhrsirup gefüllt, der mit dem Kristallsatz gemischt wurde, so daß die Temperatur allmählich auf 57°C anstieg und die Konzentration der trockenen Substanz auf 92,6% anstieg. Das Kühlprogramm wurde gestartet, als der Kristallisator gefüllt war. Die Masse wurde auf 28°C abgekühlt, so daß die Übersättigung bei weniger als 1,25 erhalten blieb. Die Dauer der Hauptkristallisation betrug 21 Stunden.

Nach der Hauptkristallisation wurden die Kristalle von der Mutterlauge abgetrennt und mit einer Siebzentrifuge (laboratory centrifugal) Hettich Roto Silenta 2 gewaschen. Der Durchmesser der Zentrifugensiebtrommel betrug 21 cm und die Menge des Waschwassers belief sich auf 1,5 bis 2,5 Gew.% der Masse. Die Kristalle wurden mit einem Laborfluidisationstrockner (laboratory fluidization dryer) getrocknet.

Die Kristallausbeute betrug am Ende der Kristallisation 56,6% und die Reinheit der Kristalle betrug 99% der Trockensubstanz. Die durchschnittliche Größe des Produktes betrug 0,49 mm und die Standardabweichung von der Durchschnittsgröße war 47%, wobei dieses mittels Siebanalyse gemessen worden war.

Die Kristallisationsverfahren, die in den restlichen Beispielen dargestellt sind, hatten alle die gleichen Operationsstufen wie das Beispiel 1. Die Variablen wurden während der Experimente, wie in den Tabellen 2 bis 7 beschrieben, gemessen. Die Zeit vom Beginn des Kühlens der Hauptkristallisation, die Kühlwassertemperatur, die Konzentration und Übersättigung der Mutterlauge sind aufgelistet. In jedem Fall wurde die Konzentration mit Hilfe eines Laborrefraktometers gemessen. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlwasser und der Masse betrug weniger als 1,0°C.

Beispiel 1

Tabelle 2

Variable beim Testlauf Nr. 1

Beispiel 2

Tabelle 3

Variable beim Testlauf Nr. 2

Beispiel 3

Tabelle 4

Variable beim Testlauf Nr. 3

Beispiel 4

Tabelle 5

Variable beim Testlauf Nr. 4

Beispiel 5

Tabelle 6

Variable beim Testlauf Nr. 5

Beispiel 6

Tabelle 7

Variable beim Testlauf Nr. 6

Tabelle 8

Ergebnisse der Testläufe der Beispiele 1 bis 6

Die Durchschnittsgröße und die Standardabweichung des Produktes wurden mit der Siebanalyse und am Ende der Vorkristallisation mit einem Labormikroskop gemessen.

Claims

1. Verfahren zum Kristallisieren kristallwasserfreier Fruktose aus Wasser, umfassend:

a) Herstellen einer wäßrigen Lösung, die wenigstens etwa 90% Trockensubstanz enthält, wobei der Fruktosegehalt der Trockensubstanz mindestens etwa 90 Gew.% beträgt;
b) Beimpfen der wäßrigen Lösung bei einer Temperatur von 50 bis 60°C; und
c) Abkühlen der sich ergebenden Masse mit einer kontrollierten Geschwindigkeit und unter kontinuierlichem Mischen, so daß die Übersättigung der flüssigen Lösung im Hinblick auf die gesättigte Fruktose weniger als ein Verhältnis von etwa 1,25 ist und die Temperaturdifferenz zwischen den wärmsten und kältesten Teilen der Lösung nicht mehr als etwa 6°C beträgt, wobei das Abkühlen in einem Kristallisator mit einer Wärmeübertragungsfläche von 5 mm²/mm³ oder mehr durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die sich ergebenden Kristalle zentrifugiert und getrocknet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Luftblasen in die Masse gemischt werden, und zwar mit einem Volumen von nicht mehr als 20% des Volumens der Masse vor dem Zentrifugieren.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Übersättigung zwischen etwa 1,1 und 1,2 liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kristallisator horizontal oder um nicht mehr als etwa 45° geneigt ist, und wobei er Mischflügel und Kühlplatten, die innerhalb des Kühlapparates mit nicht mehr als etwa 300 mm Abstand zwischen den Platten angeordnet sind, umfaßt, und einen offenen Sektor in den Kühlplatten von mindestens etwa 5° entlang des Kühlapparates hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Mischflügel zwischen den Kühlelementen so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen den Flügeln und Kühlelementen nicht mehr als 30 mm beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der Mischflügel so ist, daß die Geschwindigkeit der Spitze der Mischflügel nicht weniger als etwa 50 mm/Sek. an jedem Kristallisationspunkt beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Wärmeübertragungsfläche des Kühlapparates 10 m²/m³ beträgt.

9. Kristallisator, geeignet für die Produktion von kristalliner Fruktose mit hoher Kapazität, wobei der Kristallisator eine Wärmeübertragungsfläche von über 5 m²/m³ aufweist, und eine wirksame Mischvorrichtung hat, so daß der Temperaturunterschied zwischen dem wärmsten und dem kältesten Teil der Lösung nicht größer als etwa 10°C ist.

10. Kristallisator nach Anspruch 9, wobei der Kühlapparat horizontal oder um nicht mehr als etwa 45° geneigt ist, und der einen Mischer und Kühlplatten, die innerhalb des Kristallisators angeordnet sind, umfaßt, wobei die Kühlplatten einen Abstand von nicht mehr als 300 mm voneinander aufweisen und einen offenen Sektor von wenigstens 5° entlang dem Kristallisator haben.

11. Kristallisator nach Anspruch 10, wobei der Mischer Flügel umfaßt, die zwischen den Kühlplatten so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen den Flügeln und den Kühlplatten nicht größer als 30 mm ist.

12. Kristallisator nach Anspruch 10, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Mischers so ist, daß die Geschwindigkeit der Flügel nicht geringer als 50 mmSek. an jedem Kristallisationspunkt ist.