FI104738B - Menetelmä vedettömän fruktoosin kiteyttämiseksi sen vesiliuoksista - Google Patents

Description

104738

Menetelmä vedettömän fruktoosin kiteyttämiseksi sen vesiliuoksista Tämä keksintö koskee kiteisen fruktoosin valmista-5 mistä. Tarkemmin sen avulla saadaan menetelmä, jolla voidaan valmistaa suuressa mittakaavassa, suurella kapasiteetillä, hyvällä saannolla kiteistä fruktoosia. Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään kiteyttäjää, jolla on optimaaliset lämmön- ja massansiirto-ominaisuudet.

10 Esillä oleva keksintö koskee parannettua menetelmää vedettömien fruktoosikiteiden kiteyttämiseksi vesiliuoksesta.

Keksinnössä tuodaan esille taloudellinen menetelmä kiteisen fruktoosin valmistamiseksi suuressa mittakaavas-15 sa, hyvillä saannoilla. Kiteistä fruktoosia saadaan tavallisesti siementämällä ylikyllästettyjä fruktoosiliuoksia kidekasvun aikaan saamiseksi. Fruktoosin liukoisuus- ja stabiiliusominaisuuksista ja fruktoosiliuosten korkeasta viskositeetista johtuen usein on kuitenkin ongelmallista 20 ylläpitää optimiolosuhteita, joilla varmistetaan puhtaan kiteisen tuotteen taloudellinen valmistus.

. Fruktoosi on erittäin vesiliukoista ja sen väkevät * * · *’ . liuokset ovat hyvin viskoosisia. Fruktoosin kiteytymisläm- mön, sekoittamislämmön ja massan lisäjäähdyttämisen vuoksi *··’ 25 lämpöä täytyy poistaa suuri määrä fruktoosin kiteyttämisen “ ’ * aikana. Lisäksi, koska fruktoosilla on erittäin kapea me- • · * V · tastabiili alue, liuoksen ja jäähdytyspinnan välisen läm- r; pötilaeron täytyy olla alhainen, mikä tekee kiteytyksestä :T: erittäin vaikean.

;*·*; 30 Tämän vaikeuden voittamiseksi monissa tunnetuissa menetelmissä käytetään orgaanisia liuottimia kiteytettäes- - * * * ’l"' sä fruktoosia vesiliuoksista. Esimerkiksi FI-patentin no. = « ....... ...... 7 ’··' 84 082 mukaisessa jatkuvassa fruktoosin kiteyttämis- menetelmässä käytetään orgaanisia liuottimia. Fruktoosi-35 liuoksen viskoosisuuden vuoksi tuottavuus kuitenkin las- « · > · 2 104738 kee, ja saanto on vain noin 40 % ja tuottavuus noin 0,17 t/m3/d, vaikka massa pumpataan pystykiteyttimen läpi. Tuottavuus (t/m3/d) määritetään kiteiden tuottomääränä (tonnia) kiteyttimen kokonaistilavuuden (kuutiometriä) 5 suhteen.

Kiteyttäminen orgaanisesta liuotin- tai vesiseok-sesta kuvataan myös Staleyn EP-patentissa 015 617. Orgaanisten liuottimien käytöstä seuraa kuitenkin haittoja, kun kiteytyksiä suoritetaan suuressa mittakaavassa. Tällaisia 10 haittapuolia ovat palovaarat kuin myös se tosiasia, että liuottimet ovat myrkyllisiä ja siten epäsopivia, sillä kiteiseen tuotteeseen jäävien pienten jäännösten vuoksi tuote ei sovi käytettäväksi elintarvikkeena.

On kehitetty monia menetelmiä, joilla vältetään 15 orgaanisten liuosten käyttö fruktoosin kiteytysmenetelmäs- sä, mutta nämä menetelmät ovat usein taloudellisesti sopimattomia, koska ylikylläiset fruktoosiliuokset ovat erittäin viskoosisia ja luonteeltaan epästabiileja. GB-patent-tihakemuksessa 2 172 288A esitetään menetelmä fruktoosin 20 jatkuvalle kiteytykselle vesiliuoksesta. Siirappi sekoite taan nopeasti siemenkiteiden kanssa ja laitetaan pinnan päälle, kunnes kerros on muodostunut, ja tämä kerros jauhetaan sitten vapaasti virtaavaksi rakeiseksi tuotteeksi.

’Vaikka tällä menetelmällä vältetään viskoosien liuosten 25 jatkuvaan käsittelyyn liittyvät ongelmat, rakeisessa amor- fisessa tuotteessa on kaikki epäpuhtaudet, jotka olivat • · · ·;··· syötetyssä siirapissa. Lisäksi ylimääräiset jauhamis- ja kuivaamisvaiheet nostavat työkustannuksia huomattavasti.

Vastaaviin kustannuksiin joudutaan, kun käytetään US-pa- . . 30 tentissä no. 4 199 373 kuvattavaa menetelmää, jossa sii- • * · • · « !.* rappi ympätään kiteisellä fruktoosilla ja sen annetaan • · · seistä muotissa tai säiliössä, minkä jälkeen kiteinen aine *:·*: otetaan talteen, kuivataan ja jauhetaan.

·:·’· Useissa patenteissa kuvataan menetelmiä, joissa '. 35 fruktoosin annetaan selektiivisesti kiteytyä vesiliuokses- • · · MM • · « * « • « · « · Λ 3-- 104738 ta. JP-patenttihakemuksessa 223170/1983 kuvataan kaksi tornia, joista toinen on tarkoitettu rakeistamiseen ja toinen kiteyttämiseen. Ensimmäisestä tornista saatava seos jossa on 33 - 50 % fruktoosisiirappia, sekoitetaan toises-5 ta tornista saatavan täyttömässä (kiteitä sisältävän) - ylivirtauksen kanssa. Syntynyt seos jäähdytetään tuotteen liikkuessa alaspäin laminaarivirtauksessa. Kiteinen fruktoosi saadaan sitten sentrifugoimalla. Vaikka tällä menetelmällä vältetään toisten kiteytysmenetelmien kuivaus- ja 10 jauhamislisävaiheet, sen tuottavuus on alhainen ja suuren- tamiskapasiteetti on rajoittunut, koska laminaarivirtaus ja riittävä lämmönsiirto ovat välttämättömiä.

Eräs tehokas menetelmä fruktoosin kiteyttämiseksi vesiliuoksista kuvataan US-patentissa 3 928 062. Patentis-15 sa kuvataan menetelmä, jossa ylikylläinen liuos siemenne tään ja haihdutetaan sitten ja/tai jäähdytetään kohtuullisella nopeudella sekoittaen, pitäen konsentraatio ja lämpötila tietyissä rajoissa. Väkevöimällä emäliuosta jatkuvasti, menetelmää voidaan käyttää moninkertaisten fruk-20 toosikide-erien valmistamiseksi. Vaikka patentissa on mai nittu, että voidaan käyttää ainoastaan jäähdytystä, täl- , laista menetelmää ei voida pitää yhtä edullisena kuin me- • · • " netelmiä, joissa käytetään jatkuvaa haihdutusta, koska ' ' emäliuos täytyy väkevöidä uudelleen kunkin erän alussa.

25 Vaikka tällainen menetelmä on käyttökelpoinen valmistetta- • · « essa pieniä eriä kiteistä fruktoosia, tätä menetelmää ei voida käyttää teollisen valmistuksen mittakaavassa lämmön-siirtovaikeuksien vuoksi, ja myös riittävän sekoituksen ja a ylikylläisyystilan valvonnan puuttumisen vuoksi.

30 US-patentin 3 883 365 (FI 58654) mukaan suuria t » » M fruktoosikiteitä saadaan kaksivaiheisella erämenetelmällä ~ • · « • · · _ vesiliuoksesta, säätämällä liuoksen pH ja jäähdyttämällä "**·1 massa hitaasti siten, että muodostuu ylikylläinen liuos, joka, kun se siemennetään, on optimaalinen kidemuodostuk-35 selle. Menetelmän pitkän kiteytysajan (yli 100 tuntia) • 1 I · ·

« < I

f · · __ « · 4 104738 vuoksi pH täytyy säätää ja menetelmän tuottavuus on ainoastaan noin 0,25 t/m3/d, johtuen tehottomasta sekoituksesta .

Vaikka kaikkia edellä kuvattuja menetelmiä on käy-5 tetty menestyksellisesti kiteisen fruktoosin valmistami seksi, tähän asti on ajateltu, että on mahdotonta tuottaa kiteistä fruktoosia sen vesiliuoksesta suuressa mittakaavassa, hyvillä saannoilla, suurella kapasiteetilla (tuottavuudella) ja puhtaana, turvautumatta kalliisiin proses-10 sivaiheisiin, jollaisia ovat haihdutus, kuivaus ja jauhaminen. Esillä olevan keksinnön kohteena on kustannukseltaan tehokas menetelmä fruktoosikiteiden tuottamiseksi hyvillä saannoilla, suuressa mittakaavassa ja suurella kapasiteetilla.

15 Keksinnön kohteena on menetelmä vedettömän fruk toosin valmistamiseksi kiteyttämällä sellaisesta vesiliuoksesta, joka sisältää vähintään 90 % kuiva-ainetta, jonka kuiva-aineen fruktoosipitoisuus on vähintään noin 90 paino-%, jossa menetelmässä siemennetään mainittu vesili-20 uos 50 - 60 °C lämpötilassa ja jäähdytetään syntynyt seos valvotulla nopeudella ja jatkuvasti sekoittaen siten, että liuoksen ylikyllästys on alle noin 1,25, ja lämpötilaero mainitun seoksen lämpimimpien ja kylmimpien osien välillä on korkeintaan noin 6 °C.

: 25 Keksinnön mukaisen menetelmän etuja on, ettei tar- vitse käyttää orgaanisia liuottimia eikä pH:ta tarvitse •f” säätää.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään edul- ...·· lisesti kiteytyslaitetta, jolla on optimaaliset lämmön- ,··.·. 30 siirto- ja sekoituskapasiteetit erittäin puhtaiden fruk- « · · toosikiteiden tuottamiseksi suuressa mittakaavassa.

... Lisäkohteet selviävät seuraavista keksintöä kuvaa- a * *;*·. vista kappaleista.

» ·

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetaan ki-·;··: 35 teistä vedetöntä fruktoosia. Pieni määrä kiteistä fruktoo- • · « · · • * » - « · · • · · • · -m

Lm *1 5 104738 siä, jonka avulla saadaan kiteytymispaikka, lisätään fruk-toosiliuokseen. Monivaiheisessa kiteytysmenetelmässä kaikki vaiheet, ensimmäistä lukuun ottamatta, siemennetään kidealustalla, joka on kidemassaa ja emäliuosta 5 (täyttömassaa) aikaisemmasta kiteytyksestä. Syntynyttä seosta sekoitetaan samalla, kun sitä jäähdytetään hitaasti, pitäen huolellisesti yllä vedettömälle kiteytykselle ominainen lämpötila ja kyllästysaste.

Fruktoosikiteiden valmistuksessa tulisi ylläpitää 10 alhaista ylikyllästystä ja pientä lämpötilaeroa. Menetelmässä lämpötilaero liuoksen ja liuoksen jäähdyttämiseen : käytettävien laitteiden välillä on vähemmän kuin noin 6 °C, ja fruktoosiliuos on ylikylläinen, mutta ylikylläs-tys ei ole suurempi kuin 1,25, edullisesti se on 1,1 -15 1,2. Tällaisia olosuhteita voidaan helpoiten säätää sel laisessa lämmönsiirtolaitteessa tai kiteyttimessä, jonka avulla saadaan lämmönsiirtopinta, joka on suuruudeltaan vähintään 5/m2/m3. Kun tällaista kiteytintä käytetään, sen kallistuma on korkeintaan 45 astetta ja siinä on välineet 20 tehokkaaseen sekoitukseen, kuin myös jäähdytyslevyt, jotka sijaitsevat optimaalisesti korkeintaan 300 mm etäisyydellä toisistaan, ja jäähdytyslevyissä on avoin sektori, joka on vähintään viiden asteen kulmassa kiteyttimen suhteen.

Tässä suoritusmuodossa sekoittimen lavat sijaitse- 25 vat jäähdytyspintojen välissä ja korkeintaan 30 mm etäi- Ξ ·; syydellä niistä. Edullisesti sekoitinlapoj en nopeus on vähintään noin 50 mm/sek kiteysprosessin aikana.

,···. Kuvio 1 on sivukuva, osittainen poikkileikkaus, • 1 esillä olevan keksinnön mukaisessa fruktoosin i: * · ... 30 kiteytyksessä käytettävästä laitteesta.

• · 1

'·’ Kuvio IA ori" " oikean puolen pystykuva, osittainen I

poikkileikkaus, kiteytyslaitteesta.

• · »

Kuvio IB on suurennettu osittainen « · · läpileikkauskuva kuviossa IA esitetystä kiteyttimestä.

....: 35 Kuvio 2 on sivukuva, osittainen läpileikkaus • 1 II· • · I « — · · · · • · • 1 1 • » 4 · 6 104738 keksinnössä käytettävästä laitteesta.

A. Menetelmä yleisesti

Esillä olevan keksinnön mukaan nyt on todettu, että on mahdollista parantaa fruktoosin kiteyttämistä 5 vesiliuoksesta. Menetelmässä käytetään edullisesti vaakatasossa olevaa sylinterimäistä kiteytintä, jolloin mahdollistetaan sekä tehokas lämmönsiirto pienellä lämpötilaerolla että toteutetaan hyvä massan sekoitus. Vaikkakaan ei ole tarkoitus rajoittaa keksintöä, uskotaan, 10 että tässä kuvattuja parametrejä sovellettaessa saadaan dynaaminen tasapaino kiteisen vedettömän fruktoosin ja liuenneen fruktoosin välille siten, että kiteisen rakenteen kasvu on riittävän hidasta, jolloin vältetään vesimolekyylien pidättyminen rakenteeseen.

15 Kiteyttäminen suoritetaan siementämällä kylläinen tai ylikylläinen fruktoosiliuos riittävällä määrällä sie-menkiteitä ja jäähdyttämällä täyttömässä sitten kiteyt-tämisen aikana määritettävän gradientin mukaan. Monivaiheisessa kiteyttämismenetelmässä kiteyttämisvaiheet toi-20 sesta viimeiseen siemennetään oikealla määrällä kidealustaa. Siemenkiteiden (Ms) oikea määrä riippu niiden koosta (ds), niiden pituudesta (m), muodostuneiden kiteiden määrästä (M) ja halutusta kidekoosta (D) seuraavasti: 25

Ms (tonnia) = (ds/D)3 x M (tonnia) • · 9 • · ... Fruktoosimassa sekoitetaan samanaikaisesti, • · *···. jolloin varmistetaan optimaalinen lämmönsiirto ja 30 mahdollisimman suuri kidekasvunopeus massassa.

• · · • · · ·.* ' Kiteytysmenetelmä on erämenetelmä, mutta siitä voidaan tehdä puolijätkuva yhdistämällä keskenään useita samanlaisia kiteyttämiä. Kaksivaiheinen menetelmä on edullinen, jos halutaan kidekooltaan suuri • Is ' . 35 tuote. Jäähdytysohjelma riippuu siemenkidesiirapin m • * » • · • * · * · * m m -ϋ 7-- 104738 laadusta, mutta tuottavuus on tyypillisesti 0,5 -0,8 t/m3/d ja jäähdytysaika on tyypillisesti 15-30 tuntia tässä parannetussa menetelmässä.

Kiteyttämisen lopussa voidaan päästä 65 % kidesaan-5 toon kuiva-aineena laskettuna. Kiteiden talteen otto ja kuivaus suoritetaan tunnetuilla menetelmillä. Jos saanto on hyvin suuri, massaan voidaan sekoittaa ilmakuplia määränä, joka on korkeintaan 20 %, ennenkuin kiteet erotetaan emäliuoksesta viskositeetin alentamiseksi. Tämä helpottaa 10 sentrifugointia. Tuotteen raekoko on tavallisesti 0,4 - 0,6 mm ja puhtaus on yli 99,5 %.

B. Kiteytin

Kiteyttimen käytön avulla on mahdollista saada aikaan ylikylläisen tilan, optimaalisen jäähdytyksen, sekoi-15 tuksen ja massansiirron olosuhteet suuressa mittakaavassa.

Tuotettaessa fruktoosia suuressa mittakaavassa, kiteytin on kooltaan optimaalisesti noin 30 m3.

Piirroksissa esitetään kiteyttämiä, jotka ovat vaakatasossa tai jotka on kallistettu tavallisesti viisi as-20 tetta, jolla varmistetaan tehokas akselin suuntainen se koitus ja aineen liikkuminen putkistoissa. Kiteyttimessä lämmönsiirtopinnan tulee olla vähintään 5 m2/m3, edullises- i « : " ti se on suurempi kuin 10 m2/m3, jotta fruktoosimassan ja f jäähdytyslevyjen välinen lämpötilaero on korkeintaan noin 25 6 °C, vaikka jäähdytysnopeus on 4 °C/h.

• ·

Kuvioissa 1, IA ja IB, jotka kuvaavat suoritusmuo-·:··: toa, jossa on mukana moninkertaisia kiteytysalueita, teho- kas lämmönsiirto saadaan, kun jäähdytysvesi tulee sisään f jäähdytysvaippaan 3 syöttökohdan 8 kautta ja kiertää jääh-3 0 dytyslevyjen 2 kautta, jotka levyt sijaitsevat kiteyttimen » « i sisällä ja jotka ovat korkeintaan 300 mm etäisyydellä toi- • · » \ sistaan. Jäähdytysvesi kulkee jäähdytyslevyjen ja ulostu- lokohdan 9 kautta, ja ulostulokohta sijaitsee veden si-sääntulokohtaan nähden kiteyttimen toisessa päässä.

a • · < · « * • · I M « 104738 8

Moottori 6, joka on kiinnitetty kannattimeen 7, käyttää akselia 4, jota ympäröi sen kiteytyslaitteeseen sisääntulokohdassa tiivisteaine 5. Vahvat sekoitinlavat 1 lähtevät kiteytyslaitteessa olevasta akselista. Sekoitin-5 lavat sijaitsevat jäähdytyslevyjen 2 välissä siten, että etäisyys lapojen ja jäähdytyslevyjen välillä on korkeintaan 30 mm, jolloin varmistetaan emäliuoksen kunnollinen sekoittuminen kidepintojen lähellä. Sekoittimen pyörimisnopeus on sellainen, että nopeus sekoitinlapojen päässä on 10 tavallisesti 130 mm/sek, mutta vähintään 50 mm/sek kiteytyksen joka hetkellä. Pienen sekoitustehokkuuden todettiin olevan riittämätön pitämään yllä nopeaa kidekasvua, kun taas liika sekoittaminen johti spontaaniin kidemuodostuk-seen, jos ylikyllästys oli suuri.

15 Kiteytettävä fruktoosisiirappi (emäliuos) johde taan kiteyttimeen tuloaukon 10 kautta. Vaakatasoinen virtaus saadaan aikaan kiteyttimessä pienellä avoimella jääh-dytyslevyissä olevalla sektorilla, joka on vähintään viiden asteen kulmassa kiteyttimen suhteen. Täyttömassaa si-20 sältävä liuos poistetaan kiteyttimestä ulostulokohdan 11 kautta, minkä jälkeen se sentrifugoidaan kiteisen aineen talteen ottamiseksi.

Kuviossa 2 esitettävässä kiteytinlaitteessa voi olla ainoastaan kaksi kiteytysaluetta. Tällaisessa 25 kiteyttimessä käytetään samoja yleisiä komponentteja kuin kuviossa 1 esitetyssä kiteyttimessä, mutta tehokas lämmönsiirto saadaan aikaan kierrättämällä jäähdytysvettä • * ... jäähdyt ysvesivaipan 3' kautta ja yksittäiseen • · *··*, jäähdytyslevyyn 2', joka suuntautuu ylöspäin laitteen 30 keskuksen läpi. Vastaavasti tarvitaan ainoastaan kaksi *.* ’ sekoituslapaa 1' kiteytettävän seoksen sekoittamiseen.

Moottori 5' ja akseli 4' ovat samoja komponentteja kuin : : kuviossa 1.

• · « • · « · • · • III· • · • · f • · II» * • · · • · · • i r v » i • · · • · 9 104738 C. Kiteytysmenetelmä Lämpötilaero fruktoosimassan ja jäähdytyselement-tien välillä pidetään pienempänä kuin noin 6 °C ja ylikyl-lästys pidetään pienempänä kuin 1,25, edullisesti arvossa 5 1,1 - 1,2, koko kiteytysprosessin ajan. Riittävän lämmön- siirtopinta-alan ja sekoitustehon avulla lämpötilaero fruktoosimassan ja jäähdytyslevyjen välillä pysyy riittävän pienenä erittäin lyhyistä kiteytysajoista huolimatta. Ylikyllästys, joka määrää jäähdytysnopeuden, lasketaan 10 kiteytyksen aikana seuraavasti: Y = 10000 x (Ct-Cml)

Ct x (100-Cml)

15 Qml = 100 x OF - Y

100 - Y

Cml = F (Qml, Tm) 20 S Cml x f100 - Cml^)

Cml' x (100 - Cml) Y = kidesaanto, % kuiva-ainemäärästä

Ct = kokonaiskuiva-ainekonsentraatio, paino-% 25 Cml = mitattu emäliuoskonsentraatio, paino-% .·, Qml = emäliuoksen puhtaus, paino-% kuiva-ainetta · · [ii>; Cml'= emäliuoksen kyllästyskonsentraatio, paino-% • · , F = kokeellisesti mitattu liukoisuusfunktio

Tm massan lämpötila, °C

• · '···* 3 0 S ylikyllästys

Emäliuoksen konsentraatio ja lämpötila mitataan • · · ·.· ·* esimerkiksi on-line -refraktometrillä ja sopivalla lämpö mittarilla. Massan kokonaiskuiva-ainekonsentraatio ja syöttönesteen puhtaus saadaan laboratorioanalyysistä.

• » - 35 Fruktoosin liukoisuus veteen on puhtauden ja lämpötilan • _ *. funktio, ja se saadaan kokeellisesti.

] Syöttövesiliuos sisältää glukoosia suurimpana epä puhtautena, ja siinä on ainakin 90 paino-% fruktoosia suh- · teessä kuivien kiintoaineiden kokonaispainoon. Massan kui- » · · • · __ • · · * · · 9 · 10 104738 vien kiintoaineiden konsentraation täytyy olla suurempi kuin 90 paino-%, jolloin saadaan järkevä saanto, jos jäähdytyksen loppulämpötila on noin 25 °C. Syöttösiirapin pH:n säätäminen ei ole välttämätöntä lyhyiden kiteytysaikojen 5 vuoksi, mutta syöttösiirapin optimi pH-alue on 4,5 - 5,5, jolloin minimoidaan fruktoosin pilkkoutuminen.

YlikylIäisyyden tarkka seuranta sekä tehokas lämmönsiirto ja sekoitus johtavat maksimaaliseen kidekasvuno-peuteen ilman, että koko kiteytysprosessin aikana ilmenee 10 spontaania kidemuodostusta. Tällä parannetulla menetelmäl lä saavutettu pääkiteytyksen tuottavuus, joka on 0,5 -0,8 t/m3/cl, on oleellisesti suurempi kuin saanto, joka saadaan käytettäessä edullisinta sinänsä tunnettua menetelmää .

15 Edullisessa suoritusmuodossa fruktoosiliuos johde taan kiteyttimeen sen jälkeen, kun se on haihdutettu kon-sentraatioon, joka on suurempi kuin noin 90 paino-% kuivaa kiintoainetta, ja säädetty siemennyslämpötilaan. Tämän esikiteytysvaiheen aikana suoritetaan siemennys, ja jääh-20 dytysohjelma määrätään edellä kuvatulla tavalla. Tämän vaiheen jälkeen osa massasta otetaan pois, jolloin jää kiteinen "alusta", joka toimii siemenkiteinä seuraavassa

« I

: " pääkiteytyksessä. Lisäksi konsentroitu syöttöliuos lisä tään ja jäähdytysohjelmaa jatketaan jälleen edellä kuva-"'25 tulla tavalla. Pääkiteytyksen jälkeen kiteet erotetaan

« I I

muusta nesteestä sentrifugoimalla ja kuivataan sitten.

Toisessa suoritusmuodossa kidealustaa käytetään toisessa kiteyttimessä, joka täytetään lisämäärällä sii- • rappia.

30 Esimerkit 1-6 · · .···. Kiteytysparametrit · v

Sekä esi- että pääkiteytyskokeet suoritettiin kuu-’"· den litran koekiteyttimessä, joka on esitetty kuviossa 2 ja joka oli varustettu jäähdytysvaipalla ja tehokkaalla 35 sekoittimellä. Kiteytin yhdistettiin ohjelmoitavaan ter- » ·

« * I

« < · • · Ί w _ 104738 mostaattiin Mgw Lauda RKP 20. Kiteyttimen pituus oli 18 cm ja halkaisija 21 cm. Kiteyttimen lämmönsiirtopinta-ala oli 42 m2/m3, ja se oli jonkin verran kallistettu.

Kiteytin koostui kahdesta kiteytysalueesta, joiden 5 leveys oli 8 cm, ja kaksi sekoitinlapaa oli asennettu kum mallekin alueelle. Etäisyys sekoi-tinlapojen ja jäähdytys-levyjen välillä oli noin 1,5 cm. Sekoittimen pyörimisnopeus oli 11 rpm ja nopeus sekoitinlapojen päässä oli 130 mm/sek.

10 Syöttösiirappi saatiin teollisuuslaitoksesta ja se käsitti 95,5 % fruktoosia, 1,0 % dekstroosia, 2,2 % oligosakkarideja ja loppuosa oli pääasiassa suoloja HPLC:llä analysoitaessa. Tämä siirappi, jolla oli huonot kiteyty-misominaisuudet, valittiin kuvaamaan esillä olevan keksin-15 nön tehokkuutta. Syöttösiirapin pH oli 4,1, ja se säädet tiin noin arvoon 5,0 kaikissa esimerkeissä, esimerkkiä 4 lukuun ottamatta.

Siemenkiteet valmistettiin kaupallisesti saatavista fruktoosikiteistä jauhamalla tyypin 14.702 Fritish-pulve-20 risettellä. Siemenkiteiden keskiarvopartikkelikoko oli noin 0,03 mm ja 90 % kiteistä oli suuruudeltaan 0,02 -0,08 mm, analysoitaessa PMT-PAMAS -partikkelin mittaus- ja ·' " analysointisysteemillä. Esimerkkien kiteytysparametrit esitetään taulukossa 1 ja tulokset esitetään taulukossa 2. 25

Taulukko 1 ··» ·;··{ Kiteytysparametrit ··» • · · » · ·

Esim. 1 Esim. 2 Esim. 3 Esim. 4 Esim. 5 Esim. 6 . . 30 esi- pää- esi- pää- esi- pää- esi- pää- esi- pää- esi- pää- ·.·.· kit. kit. kit. kit. kit. kit. kit. kit. kit. kit. kit. kit.

.·:·. a 91.0 92.6 90,9 92,0 91.3 93,3 91,3 91.8 90.9 92,4 91.0.92 2 b 8,1 8,2 8,1 7.9 8,2 8.6 8,1 3,4 7.9 7.3 8,1 88 c 0.014 17 7 0,038 14,2 0,038 9 7 0,038 10,8 .0,036 1>,5 0,038 10,3 d $6,5 57 0 56,0 57 0 57 0 57,0 56 0 56 5 56,0 57,0 56,0 57,0 e 35,5 28,0 36,0 28,0 40 0 23 0 37j0 24,5 35,0 28,0 37,0 25,0 f 24 21 26 24 24 15 24 20 72 24 24 30 35 g 5,0 5,1 5,0 4,1 5,0 4,9 • · t · • · < · i · * • · 12 104738 a massan konsentraatio, paino-% b massan määrä, kg

c kidealustan siemenkiteiden määrä, paino-% kuiva-ainetta d kiteytyksen alkulämpötila, °C 5 e kiteytyksen loppulämpötila, °C

f kiteytysaika, h g syöttösiirapin pH

Esimerkissä 1 fruktoosiliuoksen pH säädettiin ensin arvoon 5,0 5 paino-% NaHC03-liuoksella. Syöttösiirappi 10 haihdutettiin 91,0 paino-%:in ja 8,1 kg siitä siirrettiin kiteyttimeen, jonka lämpötila oli 56,5 °C. Kun kiteytin oli täynnä, siirappi siemennettiin 0,014 % ympeillä ja esikiteytyksen jäähdytysohjelma aloitettiin. Emäliuoksen konsentraatio mitattiin laboratorio-refraktometrillä, ja 15 massa jäähdytettiin 35,5 °C:eseen niin, että lasketun yli- kyllästyksen arvo pysyi pienempänä kuin 1,25. Kiteytys kesti 24 tuntia ja saanto oli 44,3 % kiteytyksen lopussa.

Kun esikiteytys oli päättynyt, osa massasta otettiin pois ja loput jätettiin kiteyttimeen niin, että kide-20 alusta, joka määrittää tuotteen kidekoon, oli pääkiteytyk- sen alussa 17,7 %. Kiteytin täytettiin haihdutetulla syöt-tösiirapilla, jota sekoitettiin kidealustan kanssa siten, : että lämpötila nousi vähitellen 57 °C:eseen ja kuiva-aine- konsentraatio nousi 92,6 %:in. Jäähdytysohjelma aloitet-25 tiin, kun kiteytin oli täytetty. Massa jäähdytettiin 28 °C:eseen siten, että ylikyllästys pidettiin arvossa, • · · joka oli vähemmän kuin 1,25. Pääkiteytys kesti 21 h.

Pääkiteytyksen jälkeen kiteet erotettiin emäliuok- • · * sesta ja pestiin laboratoriosentrifugilla Hettich Roto . . 30 Silenta 2. Sentrifugin korin halkaisija oli 21 cm ja pesu- • · · • · · veden määrä oli 1,5 - 2,5 % massan painosta. Kiteet kui- • · · vattiin laboratoriofluidaatiokuivurilla.

Kidesaanto oli 56,5 % kiteytyksen lopussa, ja ki- ·: teiden puhtaus oli 99 % kuiva-aineesta. Tuotteen keskiar- \ 35 vokoko oli 0,49 mm ja keskihajonta keskiarvokoosta oli "**. 47 % seula-analyysillä mitattuna.

• * · • « g 104738 13 - Jäljellä olevissa esimerkeissä esitetyissä kitey-tysmenetelmissä on kaikissa samat esimerkin 1 toimintavaiheet. Muuttujat mitattiin kokeiden aikana ja ne kuvataan taulukoissa 2 - 7. Aika jäähdytyksen alusta pääkiteytyk-5 sessä, jäähdytysveden lämpötila, emäliuoksen konsentraatio ja ylikyllästys esitetään luettelona. Kussakin tapauksessa konsentraatio mitattiin laboratoriorefraktometrillä. Lämpötilaero jäähdytysveden ja massa välillä oli vähemmän kuin 1,0 °C.

10 Esimerkki 1

Taulukko 2

Muuttujat koesuorituksessa no. 1 6slklt. ' konsentr. ' ~~~~~~ pääkit · konsentr% 15 Aika lämpötila paino-% s aika lämpöt. paino-% s h ' -c . _h •C _=_ 0,0 56.5 91,0 1,16 0.0 57,0 '91.2 lf15 12.9 52,2 90,5 1,23 0,5 57.0 91,1 1,15 14 1 51,1 90,2 1,23 11,3 50 5 88.5 1,03 15,6 49,7 89,6 1,20 12,5 50.0 88.3 1,02 16,6- 48 8 89 4 1,20 14,3 46.9 88.'l 1,08 20 17,5 48 0 89 2 1,20 15,9 44 3 87^7 1.11 18,5 47 0 8317 1,16 23,0 28,0 84,5 1,13 20,3 42,9 88,3 1)23 24.9 35,5 84 «9 1,05 _:_ •

Esimerkki 2 25 Taulukko 3

Muuttujat koesuorituksessa no. 2 • · • ♦ · « « · _ _____ _ *·* ’ " esikit: konsentr. pääkit. konsentr.

aika lämpöt. paino-% s aika lämpöt. paino-% s . . 30 JL- -C_=_h -C .__________-_ = • * · • · · .’.I 0,0 56,0 90,9 1,17 0,0 57' 0 '90,8 1,11 V · 0,5 56,0 90,9 1,17 0,5 57,0 90,4 1,06 4,1 54,0 90.9 1.24 1,6 56,2 90,3 1,07 ·:··: 10,7 54,1 90,2 l(l4 2,5 55,5 90,0 1.,05 22,0 42,9 87,7 1,16 (42,7 28 0 83f2 1,02) 23,5 39,8 87,0 1,15 ' -dc 24,5 37t8 36 4 1,14 35 26,0 36,0 85,6 1 10 \··:# 26 .t 8 36,0 85(2 1.07 _ • « · _ • · 14 104738

Esimerkki 3

Taulukko 4

Muuttujat koesuorituksessa no. 3 5 esikit. konsentr. . pääkit. konsentr.

aika lämpöt. paino-% s aika lämpöt. paino-% s h -C_. _h -C_- 0;0 57,0 91,3 1 ,21 11,2 41,0 87.2 1,12 3.6 56,5 91.'1 1,18 12,5 37.0 86 0 1,09 18.0 49^3 68.;9 1.12 13,0 35*4 85 7 1^09 10 19.2 48.0 88.9 1,15 1416 30,7 84.8 1,10 20.1 46.9 88,5 1..14 15,5 28 12 84,5 1,13 21.4 44.7 8716 1,10 ' 7 2 2 ’. 7 4 2 .'3 8 6.'9 1,08 24.1 39.9 86;5 1,10_ 15 Esimerkki 4

Taulukko 5

Muuttujat koesuorituksessa no. 4 20 -—— -t~*—^ --— --" ~ “ “ " ^ ·.'; esikit. konsentr. .. P^kit. konsentr. s aika lämpöt. paino-% s aika lampot. paino %^ ^ y·': _h__*c _I_h ,‘C - 0.0 5 6,0 *1.3 1.23 14.6 3 9 ,6 Ö6,8 1;13 θ', 5 56,3 9l! 0 1.17 151,5 37,7 86.2 1,12 :··: 3 2 55.S 90,0 1,19 16,5 3 5,5 85,7 1,12 • · 20,5 45ll 87 ,4 1.,07 17,5 32,3 85,2 1,12 ' 25 21,9 42,4 86.9 1.01 13,5 29,9 85,1 1,18 23 2 39,7 86,6 1,11 19,5 27,0 84,5 1,17 2 4,5 3 7.2 8 5,7 1,09_20.0 24 :5 83,8 1,16 'n 15 104738

Esimerkki 5

Taulukko 6

Muuttujat koesuorituksessa no. 5 5 eslkit. konsentr. pääkit. konsentr.

. aika lämpöt. paino-% s aika lämpöt. paino-% s h -C __=_h . *C_^_- 0,0 56,0 §0,9 1,17 0,0 57,0 '91,1 1.15 5,5 55,5 90.9 1,18 1,3 56.2 90,5 1,09 70,6 36,1 85,'3 1,07 16,8 43,0 87,3 1,09 19,0 39,5 86,5 1,09 21,9 33,3 85*1 1,09 10 _24.0 28.9 84 .4 1.,11

Esimerkki 6

Taulukko 7 15 Muuttujat koesuorituksessa no. 6 _ ___- ‘ —! esikit. konsentr. pääkit. konsentr. s aika lämpöt. paino-% s aika lämpöt. paino-% _h__*0 _I_h__C______ or. 0.0 56.0 91,0 1,18 0.0 57,0 90.5 Ij07 ‘ ' 20 0!. 8 5519 90 i 8 lil7 14,5 39;8 87’0 1,14 ·;··: 13.3 47I1 87.9 1,07 15,4 38,0 86.0 1,08 2 2^1 41.'9 86.8 1,09 16,4 35..6 85,4 1,03 22,'8 40'5 86)4 1,08 18.1 30,7 84,6 1.10 23,9 38 12 85 9 1,08 18,8 28.9 84,3 1,11 ':1 ’: 24.5 37'o 85.7 1,09_20.0 25.3 63.7 1.12 25

Taulukko 8

Tulokset esimerkkien 1-6 koesuorituksista

Esim. 1 Esim. 2 Esim. 3. Esim. 4 Esim. 5 Esim. 6 . 30 Es_i- pää- esi- pää- esi- .pää- fisi- pää- .esi- pää·- -&β4· pää— ..... leit. fcit. kit. kit. kit. kit. kit. kit. kit, kit. kit. kith a 44 .3 56.6 40,5 57,5 38,8 62,8 42. 6 54,5 41,§ 58,8 4<J,9 57.8 b 1 ’ 60,6 56,2 ) 58,' 7 57.1 ’· c 0.17 0.49 0,16 0,62 0.16 0.,66 0,13 0,35 0,19 0,62 0.13 0.;37 d ' Ai 31 27 59 38 57 e 99 99.5 99,9 - 99,9 f 0.52 0.75 Q.,46 0,70 0,48 0.90 0,52 0,71 Q.,17 0.67 0.50 0,78 :... 35 " 1 ’ ’ ’ ' ‘ ’ ’ ’ ‘ 16 104738 a kidesaanto esikiteytyksen lopussa ja ennen sentrifugoin-tia pääkiteytyksessä, paino-% b tuotteen kidesaanto, paino-% c tuotteen keskiarvokoko, mm 5 d keskihajonta tuotteen keskiarvokoosta, % e tuotteen puhtaus, paino-% kuiva-aineesta f tuottavuus, t/m3/päivä

Tuotteen keskiarvokoko ja keskihajonta mitattiin seula-analyysillä ja esikiteytyksen lopussa laboratorio-10 mikroskoopilla.

« · · · • * · * • · · :i

Claims (16)

104738

1. Menetelmä vedettömän fruktoosin valmistamiseksi kiteyttämällä sellaisesta vesiliuoksesta, joka sisältää 5 vähintään 90 % kuiva-ainetta, jonka kuiva-aineen fruk- toosipitoisuus on vähintään noin 90 paino-%, jossa menetelmässä siemennetään mainittu vesiliuos 50 - 60 °C lämpötilassa ja jäähdytetään syntynyt seos valvotulla nopeudella ja jatkuvasti sekoittaen siten, että liuoksen ylikyl-10 lästys on alle noin 1,25, ja lämpötilaero mainitun seoksen lämpimimpien ja kylmimpien osien välillä on korkeintaan noin 6 °C, tunnettu siitä, että jäähdytys saadaan aikaan 5 m2/m3 tai suuremmalla kiteyttimen lämmönsiirto-pinta-alalla ja hyvällä sekoitustehokkuudella, joiden 15 avulla kiteytys suoritetaan jäähdyttäen lämpötilaan 40 °C tai alle ajassa 30 tuntia tai alle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytys suoritetaan lämpötilaan 24,5 - 28 °C.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytys suoritetaan 15-30 .·. tunnissa, edullisesti 15-24 tunnissa.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen . menetelmä, tunnettu siitä, että kiteytys ... 25 toteutetaan erämenetelmänä tai puoli jatkuvana kitey- « · '···] tyksenä.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 • · · *.· * menetelmä, tunnettu siitä, että kiteytys on kaksivaiheinen ja esikiteytyksen ja pääkiteytyksen :<t<: 30 yhteenlaskettu kiteytysaika on 54 tuntia tai alle, edullisesti 45 tuntia tai alle.

• · · . 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kidetuotteen raekoko on 0,4-0,6 mm, edullisesti I I » » » I · « · f · · — 18 104738 keskimäärin 0,49 mm.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syntyneet fruktoosikiteet erotetaan linkoamalla ja kuivataan.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ennen linkoamista ilmakuplia sekoitetaan seokseen tilavuutena, joka on korkeintaan 20 % massan tilavuudesta.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen mene-10 telmä, tunnettu siitä, että ylikyllästys on noin 1,1 - 1,2.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään makavaa kiteytintä, joka on kallistettu korkeintaan 45 astetta, ja 15 joka käsittää sekoitinlavat ja jäähdytyslevyt, jotka si jaitsevat jäähdytyslaitteen sisällä ja levyjen välillä on korkeintaan 300 mm: n etäisyys, ja jäähdytyslevyissä on avoin sektori, joka on vähintään 5 asteen kulmassa jäähdytyslaitteen suhteen.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut sekoitinlavat sijaitsevat jäähdytyselementtien välissä siten, että etäisyys lapojen ja jäähdytyselementtien välillä on korkeintaan 30 mm.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen f...# menetelmä, tunnettu siitä, että sekoitinlapojen • · **'. pyörimisnopeus on sellainen, että nopeus sekoitinlapojen ji#' päässä on vähintään noin 50 mm/sek jokaisessa * « 1 kiteytyskohdassa.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 10 - 12 mukainen • · · menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytyslaitteen lämmönsiirtopinta-ala on 10 m2/m3. ,·1

; 14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen t · « menetelmä, tunnettu siitä, että kiteiden < « « I 35 kasvunopeus on vähintään noin 0,01 mm/h. •ti • · « • · • tl 104738

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuottavuus on vähintään 0,5 t/m3/d.

16. Jonkin patenttivaatimuksen 1-15 mukainen 5 menetelmä, tunnettu siitä, että tuotteen puhtaus on vähintään 99 %. 9 Mill • « « • · • · • « • t · • » · • · · • · · • · • V 1 9 . ·♦1 • · • · • · · • · __ I I I < « « ( • · • I · 104738