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Verfahren zur Herstellung von Dextrose Die Erfindung bezieht sich
auf die Herstellung von hochreiner, kristallinischer Dextrose aus Stärke oder stärkehaltigen
Stoffen.
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Die Lösung der Aufgabe der Herstellung eines solchen Erzeugnisses
in körniger Form und von hoher Reinheit bei weißer Farbe setzt voraus, daß im Kristallisator
ein aus Dextrosekristallen und Muttersaft bestehender Kristallbrei von solcher Beschaffenheit
erzielt wird, daß der Muttersaft von der Kristallmasse vollständig, beispielsweise
mit Hilfe einer Schleuder, abgeschieden werden kann. Man kann einen solchen Kristallbrei,
der sich in dieser Weise abschleudern läßt, aus konvertierten Stärkelösungen von
gewöhnlichem Reinheitsgrade (8g bis go % Dextrose) dadurch erzielen, daß
man die Kristallisierung unter leichter Bewegung des Kristallbreies sowie unter
Aufrechterhaltung von Dichte- und Temperaturbedingungen durchführt, die in ausgesprochenem
Maße für die Entwicklung entweder von Anhydrid- oder von Hydratkristallen günstig
sind. Da sich diese Bedingungen manchmal im gewöhnlichen Fabrikbetriebe nicht leicht
innehalten lassen, ist das Verfahren gemäß dem Patent 468 751 in der Weise verbessert
worden, daß eine verhältnis mäßig große Menge fester Dextrose entweder in der ursprünglichen
Lösung als Saat oder in durch Kristallisierung gewonnenem Zustande zur Überwachung
der Induzierung neuer Kristalle benutzt wird, so daß man nicht nötig hat, so viel
Sorgfalt und Aufmerksamkeit auf die Aufrechterhaltung der übrigen Bedingungen während
des Kristallisierungsvorganges zu richten, wie es bei den früher üblichen Verfahren
nötig war. Die Gefahr, gegen die man sich dabei schützen muß, besteht offenbar in
einer zu schnellen Kristallisierung, die leicht unkontrollierbar wird bzw. zur Bildung
von kleinen und deformierten Kristallen statt von normalen Anhydrid- oder Hydratkristallen
führt. Die allzu schnelle Kristallisierung kann eintreten, da unter gewissen Bedingungen
die natürliche Geschwindigkeit der Kristallisation hoch ist; sie kann auch von einem
zu hohen Sättigungsgrade sowie auch von beiden Ursachen zugleich herrühren. Die
Gegenwart von Verunreinigungen in der Stärkelösung hat je nach der Menge und der
Art der Verunreinigungen die Wirkung, die anfängliche Kristallisation zu verzögern,
so daß,
bevor die Kristallisierung richtig in Gang kommt, Übersättigung
eintritt, die zur Folge hat, daß, wenn die Kristallisierung beginnt, diese so schnell
vor sich geht, daß sehr leicht ein nicht reinigungsfähiger Kristallbrei (sogenanntes
falsches Korn) entsteht statt des gewünschten Breies von leicht zu zentrifugierenden
normalen Kristallen. Eine gewöhnliche, aus konvertierter Stärke gewonnene Dextroselösung
von 89 °/o Reinheit kann ohne Gegenwart der festen Phase eine Übersättigung
von annähernd 30 0@o Dextrose erreichen, das heißt annähernd 30 0@o mehr Dextrose,
als die Lösung im Sättigungszustande enthält, bevor die Kristallisation beginnt.
Bei Vorhandensein der verhältnismäßig großen Menge fester Dextrose von der geeigneten
Kristallart und bei geeigneter Verteilung innerhalb der Lösung hat man den Kristallisationsvorgang
selbst bei hoher Übersättigung so in der Hand, daß ein in der Hauptsache nur normale
Kristalle enthaltender Brei erzielt wird, der sich leicht reinigen läßt.
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Weitere Forschungen und Versuche haben nun ergeben, daß, wenigstens
bis zu einem gewissen Grade, gleichwertige Ergebnisse auch auf andere Weise als
durch Verwendung großer Mengen vorher hergestellter und in die konvertierte Lösung
eingeführter fester Dextrose erzielt werden können.
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i. Löst oder schmilzt man beispielsweise eine unreine Anhydriddextrose
unvollständig derart, daß eine gewisse Menge von Kristallen in der Lösung verbleibt,
so kann die Kristallisierung ohne Zusatz jeder Saat ausgeführt werden, mit dem Ergebnis,
daß ein reinigungsfähiger Anhydridkristallbre'i entsteht. Die Kristallisierung wird
zweckmäßig bei oder über einer Temperatur von 4g° C durchgeführt, das ist bei einer
solchen Temperatur, die für die Entstehung von Anhydridkristallen günstig ist. Der
Kristallbrei wird dabei mäßig gerührt, und zwar derart, daß die feste Phase innerhalb
der Flüssigkeit verteilt bleibt, wie es in den angeführten Patenten beschrieben
ist. Die Masse wird dann zentrifugiert und gewaschen.
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2. In ähnlicher Weise kann man eine unreine, unvollständige Lösung
von Dextrosehydrat ohne Schwierigkeiten bei Temperaturen kristallisieren, die innerhalb
des für die Bildung von Hydratkristallen kennzeichnenden Bereichs (4o,5° C und niedriger)
liegen und sogar bei höheren Temperaturen bis zu 43,5° C, ohne daß man die Lösung
anzusäen brauchte.
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In beiden Fällen können die Anfangstemperaturen zwecks Erhöhung der
Ausbeute herabgesetzt werden, nachdem sich eine gewisse Menge fester Phase gebildet
hat.
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Es sind zwei Arten von Dextrose unter der Bezeichnung a und ß bekannt.
Die oc-Dextrose zeigt eine spezifische Rechtsdrehung von ungefähr ==o°; die ß-Dextrose
zeigt eine spezifische Drehung in derselben Richtung von =g°. Eine Mischung der
beiden Arten zu gleichen Teilen weist eine spezifische Rechtsdrehung von ungefähr
52,5° auf. Man nimmt an, daß eine Dextroselösung, ob sie nun anfänglich a- oder
ß-Dextrose oder unausgeglichene Mischungen beider Arten enthält, die Neigung zeigt,
sich teilweise umzuwandeln, und zwar je nach dem besonderen Fall aus a- in ß- oder
aus ß- in u.-Dextrose, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.
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Enthält die Lösung vorwiegend a-Dextrose, so neigen die Kristalle
dazu, sich als normale, reinigungsfähige Kristalle zu bilden, und zwar entweder
als Anhydrid- oder als Hydratkristalle, je nach den übrigen Bedingungen. Irgendeine
Mischung aus fester Dextrose und einer gesättigten Dextroselösung ist in Richtung
der in der Mischung vorhandenen festen Phase unausgeglichen. Kristallisation tritt
ein, wenn das Gleichgewicht in der Richtung der vorhandenen festen Phase gestört
ist, das heißt sobald Übersättigung eintritt. Die Verunreinigungen sind insofern
von Bedeutung, als sie die Wirkung haben, den Kristallisationsvorgang nach der Bildung
von Hydratkristallen hin zu beeinflussen und die Anfangskristallisation zu verzögern.
Bei einem teilweise gelösten Anhydridzucker handelt es sich um einen unausgeglichenen
Zustand zwischen der festen Phase oder der ungelösten Dextrose und der in Lösung
befindlichen Dextrose, die in der a-Anhydridphase ist, und die wegen der Anwesenheit
der festen Dextrose, die ebenfalls a-Anhydrid darstellt, keine Aussicht hat, sich
in die ß-Phase zu verwandeln. Dementsprechend bestehen keine Schwierigkeiten, einen
geeigneten Anhydridzucker mit normaler Anhydridkristallbildung (oc-Anhydrid) aus
einer solchen Lösung zu erzeugen, sofern die Temperaturen nicht zu weit über den
für die Anhydridbildung maßgebenden Bereich gehen, das heißt daß die Kristallisationstemperatur
unterhalb der für die Bildung von Anhydrid günstigen Grenzen, nämlich. unter 4g°
C, liegen kann, je nach dem Verhältnis der vorhandenen festen Phase.
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In entsprechender Weise enthält, wenn man Hydratdextrose löst oder
schmilzt, und zwar nur unvollständig, so daß Hydratkristalle in der Lösung verbleiben
und die größeren, besser geformten, normalen Kristalle nicht in Lösung gehen, die
Lösung vorwiegend oc-Monohydrat, das, ebenso wie die feste Phase, noch nicht ausgeglichen
ist, so daß die Dextrose oder Lösung leicht in Form wohlgebildeter, normaler Hydratkristalle
kristallisiert.
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Im nachstehenden möge das Verfahren an Hand eines praktischen Ausführungsbeispieles
erläutert werden: Die in dem betreffenden Falle zur Verwendung
gelangte
kristallisierte Lösung stellte ein Gemisch von Muttersaft, Waschwasser und geschmolzenem
Zucker dar, das eine Reinheit von 84,8 °/o und eine Dichte von 41,49 B@ besaß. 45
ooo kg von dieser Lösung wurden bei einer Temperatur von 45,59 C in den Kristallisator
gelassen. Die Temperaturen der Masse im Kristallisator waren im Verlauf der Kristallisation
folgende
| Tag Stunde "Temperatur |
| x. 6 Uhr vorm. 45,59 C |
| 1. 1a - mittags 43,3° - |
| i. 6 - nachm. 43,8° - |
| 2. 12 - mitternachts 40,09 - |
| 2. 6 - vorm. 40,09 - |
| 2. 12 - mittags 40,09 - |
| 2. 6 - nachm. 38,89 - |
| 3. , 12 - mitternachts 36,69 - |
| 3. 6 - vorm. 36,6° - |
| 3. 12 - mittags 36,69 - |
Es wurde nunmehr Dampf zugelassen, um die gebildeten Kristalle teilweise zu schmelzen.
Es ergaben sich dann weiter folgende Temperaturen:
| Tag Stunde Temperatur |
| 3. 6 Uhr nachm. 38,89 C |
| 4. 12 - mittags 35,5° - |
| 4. 6 - vorm. 35,5° - |
| 4. 12 - mittags 35,5° - |
| 4. 6 - nachm. 35.5° - |
| 5. 12 - mitternachts 33,3° - |
| 5. 6 - vorm. 32,29 - |
| 5. 12 - mittags 32,29 - |
| 5. 6 - nachm. 30,09 - |
| 6. 12 - mitternachts 30,09 - |
| 6. 6 - vorm. 29#4° - |
Die Beschickung wurde dann abgelassen und kristallisiert.
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In einem anderen Falle betrug die Dichte 4o9 B6. Der Kristallisator
wurde bei einer Temperatur von 359 C gefüllt. Am ersten Tage erhielt sich die Temperatur
auf dieser Höhe. Dann wurde Dampf zugelassen, um die gebildeten Kristalle teilweise
zu schmelzen. Die Temperatur betrug am Ende des ersten Tages 459 C und hielt sich
auch den 2. Tag über auf dieser Höhe. Im Verlauf des 3. und 4. Tages sank die Temperatur
allmählich auf 369 C. Bei dieser Temperatur wurde die Beschickung abgelassen.
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Unter normalen Kristallen sind solche Kristalle verstanden, die in
allen Achsrichtungen wesentliche Querschnittausdehnung aufweisen, so daß der Kristallbrei
eine harte, körnige oder sandige Konsistenz besitzt zum Unterschied von einem Kristallbrei,
der falsches Korn enthält, nämlich sehr kleine oder flocken- oder nadelartige Kristalle,
die, wenn sie vorhanden sind, wenigstens in verhälnismäßig großen Mengen, dem Kristallbrei
eine weiche, schmierige Beschaffenheit verleihen. Maßgebend ist, daß ein Kristallbrei
der erstgenannten Art sich durch Zentrifugieren vollständig oder so gut wie vollständig
reinigen läßt, während eine solche Reinigung bei dem an zweiter Stelle genannten
Kristallbrei nicht möglich ist. Die flocken-oder nadelförmigen Kristalle brechen
zusammen, und die kleinen mikroskopischen Bruchstücke füllen die Lücken zwischen
den normalen Körnern aus, wenn der Brei in der Schleuder den Zentrifugalkräf tn
ausgesetzt wird, so daß der Muttersaft nichteabfließen kann. Man kann sich dadurch
helfen daß man den Waschvorgang verlängert. Dies führt aber nur in einigen Fällen
zum Ziel, besonders wenn der Brei irgendwie erhebliche Mengen falschen Korns enthält,
und bedeutet im übrigen natürlich einen erheblichen Verlust an Ausbeute, da sich
der Zucker in demWaschwasser löst.
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Mit dem Ausdruck die eine oder andere Kristallart ist entweder die
Anhydrid- oder Hydratart gemeint.
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Zur Erzeugung einer kristallinischen Dextrose, die praktisch rein
ist (95,5 bis ioo°/o Dextrose ohne Beücksichtigung des Kristallwassers im Hydrat
ist es nötig, den kristallisierenden Brei in Bewegung zu halten, damit die Kristalle
sich einzeln und nicht in Gruppen bilden, sowie den Kristallbrei von dem Muttersaft
zu trennen, während er sich in flüssigem oder halbfestem Zustande befindet. Das
Verfahren gemäß der Erfindung bietet aber auch in der Richtung Vorteile, daß eine
höhere Reinheit bei der Anwendung auf die Herstellung von Blockzucker erzielt wird,
wobei die Kristallisation ganz oder fast zu dem Punkt geführt wird, wo ein Festwerden
eintritt, worauf der Muttersaft durch Schleudern oder Abpressen entfernt wird.