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Verfahren zur Herstellung von Dextrose Die Erfindung bezieht sich
auf die Herstellung einer hochreinen Anhydriddextrose in der Form von natürlich
erzeugten Kristallen oder Körnern.
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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. -Nach dem Verfahren des Patents
513 570
kann man einen Kristallbrei, der sich in dieser Weise abschleudern
läßt, aus konvertierten Stärkelösungen von gewöhnlichem Reinheitsgrade (8g bis go
°/o Dextrose) dadurch erzielen, daß man die Kristallisierung unter leichter Bewegung
des Kristallbreies sowie 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 oft im gewöhnlichen
Fabrikbetriebe nicht leicht innehalten lassen, ist das Verfahren gemäß dem Patent
468 751 in der Weise verbessert worden, daß eine verhältnismäßig große Menge fester
Dextrose entweder in der ursprünglichen Lösung als Saat oder in durch Kristallisierurig
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 führt
statt der normalen Kristalle von solcher Struktur, die eine leichte Reinigungsmöglichkeit
gewährleistet. 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 leicht ein nicht reinigungsfähiger,
sogenanntes falsches Korn enthaltender Kristallbrei entsteht statt des gewünschten
Breies von leicht zu zentrifugierenden normalen Kristallen.
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Weitere Forschungen und Versuche haben nun ergeben, daß sich körniges
Dextroseanhydrid, das praktisch keine Unreinigkeiten enthält, auch auf anderem Wege
ohne Schwi°rigkeiten fabrikmäßig und wirtschaftlich herstellen läßt, ohne daß es
nötig wäre, die nach dem Verfahren des Patents 513 570 erforderliche große
Sorgfalt anzuwenden und ohne Benutzung großer Mengen vorbereiteter Saatkristalle,
wie sie nach Patent 468 751 erforderlich sind.
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Das neue Verfahren bedingt die Verwendung fester Dextrose, die einen
niedrigeren Prozentsatz von Verunreinigungen enthält als die gewöhnliche Dextröselösung
aus konvertierter Stärke, die in irgendwie geeigneter Weise erzeugt werden kann.
Dieser unreine Zucker wird gelöst und in der nachstehend beschriebenen Weise wieder
kristallisiert. Der Zucker soll eine Reinheit von über 9o 111, besitzen. Zweckmäßig
geht man von Dextrose aus, die ungefähr .l. oder 5 1111 Verunreinigungen enthält.
Diese Dextrose wird unter Zusatz von Wasser vollständig gelöst, so daß sie eine
Dichte von etwa .4o1 Be aufweist. Die Lösung iäßt man dann unter Aufrechterhaltung
einer mäßigen Bewegung kristallisieren, und zwar bei einer Temperatur von etwa 49°
C oder darüber. Dieses Temperaturgebiet wird gewöhnlich mit Anhydrattemperaturbereieh
bezeichnet. Es findet dann spontan eine Kristallbildung in Form normaler Anhydridkristalle
statt, ohne daß überhaupt Saatkristalle hinzugefügt zu werden brauchen. Der Kristallbrei
wird in sanfter Bewegung gehalten, um die feste Phase bei der Bildung in im wesentlichen
gleichförmiger Verteilung durch die Flüssigkeit zu halten. Die Kristallisation findet
statt, sobald Übersättigung eintritt. Die Verwendung von Saatkristallen von der
geeigneten Anhydridart ist natürlich keineswegs nachteilig, unterstützt vielmehr
unter gewissen Bedingungen die Bildung der gewünschten Kristalle. Wenn die feste
Phase im Kristallbrei zunimmt, kann die Temperatur erniedrigt werden, da bei Vorhandensein
einer größeren Menge der festen Phase und gleichmäßiger Verteilung in der Lösung
der Übersättigungsgrad erhöht werden kann, ohne daß dadurch die Bildung falschen
Korns hervorgerufen würde. Der Vorteil der Temperaturverringerung liegt darin, daß
bei der dadurch bedingten Zunahme des übersättigungsgrades die Kristallisation schneller
stattfindet, wodurch sich eine höhere Ausbeute für eine gewisse Zeitspanne ergibt.
Man kann tatsächlich das Anhydrid bei niedrigeren Anfangsternperaturen als den erwähnten
erzeugen, vorausgesetzt, daß die Lösung bei Beginn .ausgiebig mit Anhydridkristallen
angesät ist. Dies geschieht aber unter Verzicht auf einen der Vorteile der Erfindung,
der darin besteht, die Ansaat zu vermeiden oder wenigstens die Menge der Saatkristalle
herabzusetzen.
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Wenn die Kristallisation vollendet ist, wird der Kristallbrei noch
im flüssigen Zustande zentrifugiert. Bei geeigneter Waschung ergibt sich auf diese
Weise ein Zucker, der so gut wie vollständig rein ist.
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Es mag erwähnt werden, daß es keinen Unterschied macht, ob der gelöste
Zucker Hydrat- oder Anhydridzucker ist oder eine #dischung, von beiden.
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Die Gründe dafür, daß, wenn man das angegebene Verfahren befolgt,
eine reinigungsfähige Masse von Anhydridkristallen gebildet wird, sind offenbar
folgende: Es gibt zwei Arten von Dextrose, die als a- und ß-Dextrose bekannt sind.
Die a-Dextrose zeigt eine spezifische Rechtsdrehung von ungefähr iio°, während die
(-Dextrose eine spezifische Drehung in der gleichen Richtung von i91 aufweist. Eine
Mischung der beiden Arten zu gleichen Teilen zeigt eine spezifische Rechtsdrehung
von ungefähr 52,5°. Es ist anzunehmen, daß eine Dextroselösung, ob sie nun anfänglich
a- oder ß-Dextrose oder unausgeglichene Mischungen beider Arten enthält, die Neigung
zeigt, sich, je nach dem besonderen Fall, teilweise von a- in ß- oder von
ß- in a-Dextrose umzuwandeln, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Die a.-Anhydriddextrose
zeigt das Bestreben, in Kristallen von normaler Form zu kristallisieren (vorausgesetzt,
daß die Lösung, wie beschrieben, in leichter Bewegung erhalten wird), wenn folgende
Bedingungen innegehalten werden: i. Unausgeglichenes Gleichgewicht in der Richtung
der a-Anhydriddextrose; 2. sobald Gleichgewicht vorhanden ist, muß die Lösung verhältnismäßig
frei von Verunreinigungen und die Temperatur nicht zu niedrig sein.
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ß-Dextroseanhy drid kristallisiert unter folgenden Bedingungen: i.
Ein stark unausgeglichener Gleichgewichtszustand in der Richtung von ß-Dextroseanhydrid;
2. Temperaturen von ungefähr 98° C oder höher; 3. hohe Reinheit der Lösung.
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Die a-Anhydriddextrose kann man aus der Lösung auskristallisieren
lassen, selbst wenn die obengenannten Bedingungen in bezug auf
diese
Art ungünstig sind, vorausgesetzt, daß eine große Menge von a-Anhydriddextrose in
fester Form vorhanden ist.
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Wenn ein verhältnismäßig unreiner Zucker (der aber eine höhere Reinheit
als die gewöhnliche konvertierte Stärkelösung aufweist) vollständig gelöst wird,
so tritt zwischen der w-und der ß-Dextrose, das heißt zwischen den Anhydrid- und
Hydratphasen der a- und (;-Dextrose ein Gleichge#,v icht ein, und da der unterdrückende
Einfluß der Verunreinigungen auf die a-Anhydriddextrose geringer ist, kristallisiert
die Anhydriddextrose leichter aus als das Hydrat. Die sich ergebenden Kristalle
sind wohlgebildete, normaleAnhydridkristalle. Wenn die Anhydridkristalle aus der
Lösung kommen, wird das Gleichgewicht in der Richtung der a Anhydratdextrose gestört,
so daß die Kristallisation regelmäßig und normal ist und ohne übermäßige Anfangsübertragung
stattfindet.
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Unter normalen Kristallen sind solche Kristalle verstanden, die in
allen Achsrichtungen erhebliche Ouerschnittsausdehnung aufweisen, so daß der Kristallbrei
eine harte körnige oder sandige Konsistenz besitzt, zum Unterschied von einem Kristallbrei,
der falsches Korn enthält, das heißt sehr kleine, flocken- oder nadelartige Kristalle,
deren Anwesenheit, wenigstens in verhältnismäßig großen Mengen, dem Kristallbrei
eine seifige oder schmierige Beschaffenheit verleiht. Maßäebend ist, daß ein Kristallbrei
der ersterwähnten Art sich durch Zentrifugieren vollständig oder fast vollständig
reinigen läßt, während ein Kristallbrei der anderen Art nicht in dieser Weise gereinigt
werden kann. Die flocken- oder nadelförmigen Kristalle brechen zusammen, und die
kleinen oder mikroskopischen Kristalle füllen die Zwischenräume zwischen den normalen
Körnern aus, :o daß, wenn der Kristallbrei der Schleuderkraft in der Zentrifuge
unterworfen wird, der Muttersaft nicht abfließen kann. Man kann sich durch einen
länger ausgedehnten Waschvorgang helfen. Das führt aber nur teilweise zum Ziel,
besonders wenn der Kristallbrei eine irgendwie erhebliche Menge falschen Korns enthält;
außerdem bedingt diese Maßnahme einen erheblichen Verlust an Ausbeute, weil sich
der Zucker in dem Waschwasser löst. Während des Kristallisiervorganges muß man den
Kristallbrei in Bewegung halten, so daß die Kristalle sich in einzelnen Körnern
bilden, und nicht in zusammenhängenden Gruppen oder Klumpen. Der Kristallbrei muß
von dein Muttersaft getrennt werden, während er sich in flüssigem oder halbfestem
Zustande befindet, da sonst der Muttersaft nicht vollständig entfernt werden kann.
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Es ist noch zu erwähnen, daß es bei der Herstellung von Dextrosemonohydrat
in Form von Blockzucker bekannt ist, eine wiederholte Kristallisation anzuwenden,
die jedesmal ohne Rühren des Kristallbreies erfolgt. Die auf diese Weise entstehende
Masse wird dann durch Pressen vom Muttersaft befreit. Das Erzeugnis ist ein harter
Kuchen, der aus Dextrosekristallen der Hydratform besteht. Um nach diesem Verfahren
ein hochreines Erzeugnis zu gewinnen, muß die Kristallisation entsprechend oft wiederholt
werden, wodurch das Verfahren ganz unwirtschaftlich wird.
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Demgegenüber ist für die vorliegende Erfindung zunächst wesentlich,
daß man von der Lösung einer festen Dextrose von mindestens 95 °/`o Reinheit ausgeht
und daß man die Kristallisation unter dauerndem Rühren vor sich gehen läßt, derart,
daß die feste Phase, wie sie sich bildet, in der Masse verteilt gehalten wird. Überraschenderweise
bilden sich unter diesen Verhältnissen ohne jede Ansaat und ohne daß es nötig wäre,
die Kristallisationsbedingungen sorgfältig zu überwachen, gut geformte Kristalle
der wasserfreien Art, die sich ohne weiteres durch Zentrifugieren vom Muttersaft
trennen lassen. Diese Wirkung ist um so bemerkenswerter, als man auf Grund der sonstigen
Erfahrungen bei der Herstellung von Dextrose erwarten mußte, daß zumindest eine
Verunreinigung durch Hydratkristalle eintreten würde, deren Bildung ja durch das
Umrühren begünstigt wird. Ein weiterer durch die besondere Art der gebildeten Kristalle
bedingter Unterschied gegenüber dem im vorstehenden erwähnten bekannten Verfahren
ist der, daß der Kristallbrei nach dem Abschleudern des Muttersaftes einen praktisch
ioo°joigen Zucker von körniger, weißer Beschaffenheit ergibt, der im Aussehen dem
Rohr- oder Rübenzucker fast gleichkommt.