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Verfahren zur Herstellung von Zuckersirupen aus polysaccharidhaltigen
Pflanzensäften Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrolyse von
polysaccharidhaltigen Pflanzenextrakten, welches vorteilhaft bei der Herstellung
von Zuckersirupen direkt aus solchen Pflanzensäften Anwendung finden kann.
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Polysaccharide, wie z. B. Stärke oder Inulin, müssen, bevor sie als
Zucker der menschlichen Ernährung nutzbar gemacht werden können, hydrolysiert werden.
Dies geschieht durch Erhitzen derselben nach Zusatz von anorganischen oder organischen
Säuren.. Solange es sich um die Darstellung kristallisierter Zucker handelt, wird
ein solcher Säurezusatz zu den betreffenden Pflanzensäften nicht nachteilig auf
das Endprodukt einwirken, da der Zucker durch Kristallisation von der zugesetzten
Säure und anderen im Pflanzensaft enthaltenen Verunreinigungen, getrennt werden
kann. Deshalb ist auch in solchen Fällen eine vorherige Reinigung der Pflanzensäfte,
wie etwa in der Zuckerindustrie, durch Zusatz von gebranntem oder gelöschtem Kalk
durchaus möglich. Ganz anders gestalten sich die Verhältnisse hingegen, wenn es
sich um die Herstellung von Zuckersirupen aus den Pflanzensäften direkt handelt,
eine Reinigung des Zuckers durch Kristallisation also nicht in Frage kommt. Bei
der Herstellung des Rübensirups, der durch Eindicken von Rübensaft gewonnen wird,
liegt ein solcher Fall. vor. Nur ist das Verfahren hier noch verhältnismäßig einfach,
da der Zucker schon als solcher, nämlich als Saecharose, in der Rübe vorhanden ist
und die Hydrolyse eine nur untergeordnete Bedeutung hat und außerdem wegen der hohen
Inversionskonstanten der Saccharose schon bei niedrigen Wasserstoffionenkonzentrationen
leicht vor sich geht. Eine Reinigung des Rübensaftes durch Zusatz von Kalk, wodurch
die Pflanzenkolloide ausgeflockt werden, soll vermieden werden, wenn der Saft auf
Sirup verarbeitet werden soll, da selbst bei mehrfacher Carbonation Spuren von Calciumsalzen
im Saft und damit später im Sirup verbleiben, die diesem einen bitteren Geschmack
verleihen. In anderen Fällen, in denen die in gewissen Pflanzensäften vorhandenen
Polysaccharide schwer zu hydrolysieren sind, ist die Herstellung von Sirupen mit
großen Schwierigkeiten verknüpft, oft sogar unmöglich.
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Um in Pflanzensäften vorhandene Polysaccharide zu hydrolysieren, war
es bisher üblich, diesen vor der Hydrolyse Säure zuzusetzen, um die zur Hydrolyse
notwendige Wasserstoffionenkonzentration (PH) zu erzielen. Wegen der hohen Pufferkapazität
aller
Pflanzensäfte muß die zugesetzte Säuremenge ziemlich groß sein. Man wandte nun bisher
entweder Säuren an, die später als lösliche Natriumsalze im Saft verblieben, wie
z. B. Salzsäure oder organische Säuren, oder solche, die mit Hilfe eines geeigneteaKations
größtenteils wieder entfernt werden konnten, wie z. B. Schwefelsäure. In jedem .Fall
aber verbleiben zum mindesten geringe Mengen fremder Salze im Saft und damit später
im Sirup und beeinflussen dessen -Geschmack ungünstig. Hinzu kommt, daß jeder Pflanzensaft
eine Menge Salze, in der Hauptsache Kaliuinsalze, enthält, so daß der den Geschmack
schädigende Aschengehalt solcher Sirupe recht groß ist.
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Die vorliegende Erfindung hat nun ein Verfahren zum Gegenstand, das
die Herstellung von Zuckersirupen aus polysaccharidhaltigen Pflanzensäften ohne
oder mit nur geringem Zusatz fremder Stoffe ermöglicht.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren beruht sauf der Erscheinung,'
daß Pflanzensäfte, die der Elektrodialyse zwischen zwei Membranen in einem Dreizellenapparat
unterworfen werden, eine Änderung ihrer Wasserstoffionenkonzentration .erfahren.
Dieses Phänomen, das im Falle der Elektrodialyse von Zuckerrübensäften bereits beobachtet
wurde, beruht auf der verschiedenen Wanderungsgeschwindigkeit der in dem Saft enthaltenen
lonenarten. Da die Kationen der im Saftenthaltenen Salze infolge ihrer, verglichen
mit der der meist komplexen organischen Anionen, viel größeren Beweglichkeit schneller
abwandern als diese, nimmt der Saft allmählich eine saure Reaktion an. Diese Bildung
geringer Säuremengen im Saft macht sich bei der elektrodialytischen Reinigung von
Zuckerrübensäften recht störend bemerkbar, und es sind verschiedene Verfahren geschützt,
die diese unliebsame Nebenerscheinung verhindern sollen.
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Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß bei geeigneter Wahl.
von Stromdichte, Diaphragmenmaterial und Saftkonzentration dieser Ansäuerungseffekt
so weit gesteigert werden kann, da.ß der Säuregrad bis zu einem pH von 3 bis
2,6 ansteigt. Eine solche Säurekonzentration ist hinreichend, um auch schwerer
hydrolysierbare Polysaccharide, wie z. B. Stärke oder Inulin, in einfache Zucker
,aufzuspalten. Die .elektrodialytische Ansäuerung von polysaccharidhaltigen Pflanzensäften
wirkt sich in noch zwei weiteren Punkten vorteilhaft bei der Herstellung von Sirupen
aus: Der elektrolysierte Saft durchläuft nämlich, bevor er den gewünschten Säuregrad
erreicht, die isoelektrischen Punkte einer Anzahl im Saft anwesender Kolloide, die
ausflocken und in irgendeinem Stadium des Prozesses durch Filtration vom Saft getrennt
werden können. Auf diese Weise erfolgt .eine weitgehende Reinigung des Saftes von
kolloidalen Verunreinigungen. Weiterhin wird durch diese Behandlung die Pufferkapazität
des Saftes erheblich vermindert. Diese beruht auf der Anwesenheit geringer Mengen
freier organischer Säuren neben Kaliumsalzen dieser Säuren. Da das Kalium während
des Prozesses größtenteils aus dem Saft entfernt wird, nimmt auch dessen
Pufferkapazität ab. Diese Tatsache ist'von Bedeutung dann nämlich, wenn aus Gründen
der Stromersparnis die Elektrodialyse nur bis zu .einem zur Hydrolyse noch nicht
ausreichenden PH ausgeführt werden soll. Es genügt in einem solchen Fall der Zusatz
einer nur kleinen Säuremenge nach der elektrodia.lytischen Behandlung, um auf das
gewünschte PH zu kommen.
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Das Verfahren der Erfindung arbeitet im Gegensatz zu den bekannten
elektrocUalytischen oder elektroosmotischen Reinigungsverfahren unter Anwendung
niedriger Spannungen und hoher Elektrolyt-, d. h. Saftkonzentrationen, da der eigentliche
Zweck in erster Linie die Ansäuerung des Saftes darstellt. Daher können Energieausbeuten
bis zu 5o% erzielt werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gewährleistet
ist.
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Die Ansäuerung von Pflanzensäften kann in manchen Fällen auch in dem
Anodenabteil einer durch nur ein Diaphragma in zwei Abteile geteilten Zelle vorgenommen
werden.
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Nachdem der angesäuerte Saft hydrolysiert worden ist, kann er entweder
durch Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat oder Natriumhydr oxyd neutralisiert werden.
Hierin liegt ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens, indem nämlich das gesundheitlich
-wie auch g eschmacklich zu beanstandende Kalium wenigstens zum Teil durch Natrium
ersetzt ist.
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Anstatt durch Zusatz von Chemikalien zu neutralisieren, kann dieses
auch auf @elektrischem Wege erfolgen. Der hydrolysierte saure Pflanzensaft kommt
in das mittlere Ab-
teil einer aus drei Abteilen bestehenden Zelle und wird
zwischen sogenannten positiven Dia,-phragmen elektrodialysiert. Die Neutralisation
kann auch in dem Kathodenabteil einer nur zwei Abteile enthaltenden Zelle stattfinden.
Beispiele i. Herstellung von Lävulosesirup aus T-opinambur i 1 Topinambursaft, hergestellt
durch Extraktion von trockenen Topinamburschnitzeln mit einem Polyfruktosidgehalt
von etwa 3o%, wurde in das mittlere Abteil einer drei Abteile enthaltenden Elektrolysierzellle
gefüllt. Die Diaphragmen bestanden aus dicht gewebtem
Baumwolltuch
und die Elektroden aus Graphit; letztere befanden sich in den beiden äußeren Abteilen
der Zelle in Wasser. Die Spannung betrug i bis 2 Volt/cm bei einer Stromdichte von
etwa i Amp./cm2. Während der Elektrolyse lief ein langsamer Strom von Wasser durch
die Elektrodenabteile.
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Der im mittleren Abteil befindliche Saft wurde schnell sauer; gleichzeitig
trat ein beträchtliches Ausflocken von Kolloiden ein. Nachdem ein pH von 3 erreicht
war, wurde der Saft bei i25° 40 Minuten lang hydrolysiert. Danach wurde :er durch
Norit filtriert, mit Natriumhydroxyd neutralisiert und eingedampft. Der Sirup hatte
einen reinen süßen Geschmack.
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Auf die gleiche Weise kann ein .guter Lävulosesirup aus Zichorien
gewonnen werden. 2. Inversion von Kartoffelstärke Rohe zerriebene Kartoffeln wurden
in das Anodenabteil eines ,aus zwei Abteilen bestehenden Elektrolysiergefäßes gefällt.
Nachdem ein pH von 3 erreicht war,. wurde unter Druck bei i35° hydrolysiert und
nach Filtration durch Kohle im Anodenabteil des gleichen Apparats neutralisiert.
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3. Herstellung von Rübensirup Bei der Herstellung von Rübensirup ist
es von Wichtigkeit, daß .ein Teil der Saecharose invertiert ist, um ein Auskristallisieren
des Zuckers zu vermeiden. Die Inversion kann leicht nach der unter i. beschriebenen
Methode erreicht werden.