FI116532B - Prodn. of crystalline fructose - by cooling a seeded soln. at different rates with a slower intermediate rate - Google Patents
Prodn. of crystalline fructose - by cooling a seeded soln. at different rates with a slower intermediate rate Download PDFInfo
- Publication number
- FI116532B FI116532B FI931170A FI931170A FI116532B FI 116532 B FI116532 B FI 116532B FI 931170 A FI931170 A FI 931170A FI 931170 A FI931170 A FI 931170A FI 116532 B FI116532 B FI 116532B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- fructose
- dextrose
- solution
- stream
- syrup
- Prior art date
Links
Landscapes
- Seasonings (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
116532116532
Menetelmä nestemäisen fruktoosia ja dekstroosia käsittävän makeutusaineen tuottamiseksi - Förfarande för produktion av fruktos och dextros innefattande sötnings-medel i vätskeform.Process for the production of a liquid sweetener comprising fructose and dextrose - Förfarande för Produktion av fruktos och dextros innefattande sötnings-medel i vätskeform.
5 Oheinen keksintö kohdistuu syötäviin sokereihin. Keksinnön erityisenä kohteena on menetelmä fruktoosista ja dekstroosista koostuvan makeutusaineen valmistamiseksi.The present invention relates to edible sugars. A particular object of the invention is a process for the preparation of a sweetener consisting of fructose and dextrose.
Fruktoosi on monosakkaridi, jota arvostetaan suuresti ravitsevana makeutusaineena. Suurin osa tässä maassa myydystä fruktoosista on peräisin maissitärkkelyksestä, 10 tuotteen pääasiallisen muodon ollessa runsaasti fruktoosia sisältävä maissi-siirappi [High Fructose Corn Syrup; (HFCS)]. Nämä kaupalliset siirapit sisältävät fruktoosia 42-90 paino-% kuivan kiinteän aineen painosta laskien (kkpl). (Ohessa, patenttivaatimukset mukaan lukien, käytetty lyhenne "kkpr tarkoittaa "kuivan kiintoaineen painosta laskien".) Loppu on pääasiassa dekstroosia. Tavallisesti virvoitusjuomissa sak-15 karoosin korvaamiseksi käytetty HFCS käsittää tyypillisesti 55 paino-% fruktoosin, 41 paino-% dekstroosia ja 4 paino-% suurempia sakkarideja, kulloinkin kuivan kiintoaineen painosta laskien. Tällaisen siirapin kiintoainepitoisuus on tavallisesti noin 77 paino-%.Fructose is a monosaccharide which is highly valued as a nourishing sweetener. Most of the fructose sold in this country is derived from corn starch, with 10 fructose-rich corn syrups being the major form of the product [High Fructose Corn Syrup; (HFCS)]. These commercial syrups contain fructose in an amount of 42-90% by weight on a dry solid basis (pcs). (The term "kkpr" used herein, including the claims, refers to "dry solids by weight.") The remainder is mainly dextrose. HFCS typically used in soft drinks to replace sucrose typically comprises 55% fructose, 41% dextrose and 4% by weight. -% higher saccharides, each based on the weight of the dry solids, such a syrup usually having a solids content of about 77% by weight.
20 Teollisessa mitassa HFCS:n tuotanto alkaa puhdistetun tärkkelyslietteen entsymaat-·. tisella nesteytyksellä., yhdysvalloissa raaka-aineen pääasiallisena lähteenä on mais- : ( sitärkkelys, joka on saatu märkäjauhatusmenetelmällä. Käyttökelpoisia ovat, kui- .. .: tenkin myös muista lähteistä peräisin olevat, puhtaudeltaan samankaltaiset tärkke- .; ; lykset.20 On an industrial scale, production of HFCS begins with enzymes of refined starch slurry. The main source of raw material in the United States is maize (starch obtained by the wet milling process. However, starches of similar purity from other sources are also useful.
25 : ‘:Tyypillisen prosessin ensimmäisessä vaiheessa tärkkelys liisteröidään keittämällä suuressa lämpötilassa. Sitten liisteröity tärkkelys nesteytetään ja dekstrinoidaan lämpöstabiilia alfa-amylaasia käyttäen jatkuvalla kaksivaiheisella reaktiolla. Tämän : ; reaktion tuotteena on liukoinen dekstriinihydrolysaatti, jonka dekstroosiekvivalentti . 30 (DE) on 6-15, ja jota voidaan käyttää myöhemmässä sokerointivaiheessa.25: ': In the first step of a typical process, the starch is liquefied by boiling at high temperature. The starch is then liquefied and dextrinized using a heat-stable alpha-amylase in a continuous two-step reaction. This:; the reaction product is a soluble dextrin hydrolyzate having a dextrose equivalent. 30 (DE) is 6-15 and can be used in the subsequent sugaring step.
'·' Nesteytys-dekstrinointivaiheen jälkeen tämän hydrolysaatin, jonka DE on 10-15, pHAfter the liquefaction-dextrinization step, the pH of this hydrolyzate having a DE of 10-15
ja lämpötila asetetaan sopiviksi sokeroimisvaihetta varten. Sokerointivaiheen aikana hydrolysaatti hydrolysoidaan edelleen dekstroosiksi glukoamylaasin entsymaattisen 2 116532 vaikutuksen avulla. Vaikka sokerointi voidaankin toteuttaa panosreaktiona, niin kuitenkin jatkuvaa sokerointia käytetään useimmissa nykyaikaisissa laitoksissa. Jatkuvassa sakkarointireaktiossa glukoamylaasia lisätään hydrolysaattiin, jonka DE on 10-15, pH: n ja lämpötilan säätämisen jälkeen. Tyypillisen, runsaasti dekstroosia sisäl-5 tävän sokerointiliemen hiilihydraattikoostumus on: 94-96 p-% dekstroosia, 2-3 p-% maltoosia, 0,3-0,5 p-% maltotrioosia ja 1-2 p-% korkeampia sakkarideja (kaikki prosenttiset osuudet kkpl). Tuotteen kuiva-ainepainopitoisuus on tyypillisesti 25-37 %. Sitten tämä runsaasti dekstroosia sisältävä hydrolysaatti puhdistetaan dekst-roosisyötön tuottamiseksi isomerointireaktiota varten.and adjusting the temperature to suit the saccharification step. During the saccharification step, the hydrolyzate is further hydrolyzed to dextrose by the enzymatic action of glucoamylase 2 116532. Although sugaring can be carried out as a batch reaction, continuous sugaring is still used in most modern plants. In a continuous saccharification reaction, glucoamylase is added to the hydrolyzate having a DE of 10 to 15 after adjusting the pH and temperature. The carbohydrate composition of a typical dextrose-rich sugar broth is: 94-96 wt% dextrose, 2-3 wt% maltose, 0.3-0.5 wt% maltotriose and 1-2 wt% higher saccharides (all percentages pc). The dry weight content of the product is typically 25-37%. This dextrose-rich hydrolyzate is then purified to provide a dextrose feed for the isomerization reaction.
1010
Isomerointia varten on valmistettava erittäin korkealaatuinen dekstroosisyöttö, koska lopullinen HFCS saa sisältää vain hyvin vähän väriä ja tuhkaa. Erittäin puhdas syöttö on myös välttämätöntä, jotta immobilisoitua isomeraasientsyymiä käsittävää kolonnia kyettäisiin käyttämään tehokkaasti.Very high quality dextrose feeds must be prepared for isomerization since the final HFCS must contain only very little color and ash. Highly pure feed is also necessary for efficient use of the column containing the immobilized isomerase enzyme.
1515
Immobilisoitua isomeraasientsyymiä käsittäviä kolonneja käytetään jatkuvasti useiden kuukausien pituisen ajanjakson ajan. Tämän ajanjakson aikana suuria tilavuuksia dekstroosisyöttöä kulkee kolonnin läpi. Esimerkiksi sellaisten, syötössä läsnäolevien epäpuhtauksien kuten tuhkan, metalli-ionien ja/tai proteiinien erittäin pieniäColumns containing the immobilized isomerase enzyme are used continuously over a period of several months. During this period, large volumes of dextrose feed pass through the column. For example, very small amounts of impurities present in the feed such as ash, metal ions and / or proteins
20 määriä saattaa kerääntyä kolonniin, mikä johtaa entsyymin heikentyneeseen tuotta-. vuuteen. Näistä syistä dekstroosisyöttö puhdistetaan siten, että sen väri on 0,1 (CRA20 volumes may accumulate on the column, resulting in reduced enzyme production. dence. For these reasons, the dextrose feed is purified to a color of 0.1 (CRA
;v,t x 100) ja sen johtokyky on 5-10 mikro-ohmia.; v, t x 100) and has a conductivity of 5-10 micro ohms.
» •: Hiilikäsitelty, suodatettu ja ionittomaksi tehty, runsaasti dekstroosia sisältävä liemi * · ‘. 25 haihdutetaan sopivaan kiintoaine-pitoisuuteen isomerointia varten. Lisäksi syöttöä '; ‘. käsitellään kemiallisesti lisäämällä siihen magnesiumioneja, jotka eivät ainoastaan aktivoi immobilisoitua isomeraasia, vaan inhiboivat jäljelle jääneiden, isomeraasia : ; voimakkaasti inhiboivien kalsiumionien vaikutusta niiden kanssa kilpaillen.»•: Carbon-treated, filtered and deionized, high-dextrose broth * · '. Evaporate to a suitable solid concentration for isomerization. In addition, '; '. chemically treated by the addition of magnesium ions which not only activate immobilized isomerase but also inhibit residual isomerase:; potent inhibitory effect of calcium ions in competition with them.
> 30 Isomerointireaktio, jossa osa dekstroosista muuttuu fruktoosiksi, toteutetaan tavalli- Ί! / sesti syöttövirralla, joka käsittää 94-96 p-% (kkpl) dekstroosia ja 4-6 p-% (kkpl) korkeampia sakkarideja, kuiva-aineen osuuden ollessa 40-50 p-%. Tämän virran pH on 7,5-8,2 25 °C: n lämpötilassa, ja isomeraasientsyymin annetaan vaikuttaa siihen 0,5-4 tunnin ajan 55-65 °C: n lämpötilassa.> 30 The isomerization reaction in which some dextrose is converted to fructose is carried out as usual Ί! with a feed stream comprising 94-96 wt% dextrose and 4-6 wt% higher saccharides with a dry matter content of 40-50 wt%. The pH of this stream is 7.5-8.2 at 25 ° C and is exposed to the isomerase enzyme for 0.5-4 hours at 55-65 ° C.
3 1165323, 116532
Glukoosin konversio fruktoosiksi on palautuva reaktio, jonka tasapainovakio on noin 1,0 60 °C:ssa. Niinpä tasapainossa fruktoosipitoisuuden voitaisiin odottaa olevan noin 47-48 % lähdettäessä syötöstä, joka sisältää dekstroosia 94-96 %. Isomerointi-reaktion reaktionopeus tasapainon läheisyydessä on kuitenkin niin pieni, että reaktio 5 on järkevää lopettaa silloin, kun fruktoosia on muodostunut noin 42 %, jotta päästäisiin käyttökelpoisiin viiveaikoihin reaktorissa.The conversion of glucose to fructose is a reversible reaction with an equilibrium constant of about 1.0 at 60 ° C. Thus, the equilibrium fructose content would be expected to be about 47-48% at the start of the feed containing 94-96% dextrose. However, the reaction rate of the isomerization reaction in the vicinity of the equilibrium is so low that it is reasonable to terminate the reaction 5 when fructose has been formed at about 42% in order to obtain useful delay times in the reactor.
Tietyssä isokolonnissa (immobilisoitua isomeraasia käsittävässä kolonnissa) dekst-roosin (glukoosin) konversionopeus fruktoosiksi on verrannollinen immobilisoidun 10 isomeraasin entsymaattiseen aktiivisuuteen. Tämä aktiivisuus heikkenee ajan mittaan lähes eksponentiaalisesti. Kun kolonni on uusi ja aktiivisuus on suuri, niin syötön virtaus kolonnin läpi on suhteellisen suuri, koska 42 % olevan fruktoositason saavuttamiseksi tarvitaan lyhyempi viiveaika. Kolonnin käyttöiän kasvaessa kolonnin läpi johdettavaa virtausta on pienennettävä vähitellen pitempiin viiveaikoihin pää-15 semiseksi, millä kompensoidaan pienentynyt aktiivisuus ja millä konversiotaso säilytetään muuttumattomana.The conversion rate of dextrose (glucose) to fructose in a given is column (column containing immobilized isomerase) is proportional to the enzymatic activity of the immobilized isomerase. This activity declines almost exponentially over time. When the column is new and the activity is high, the feed flow through the column is relatively high because a shorter lag time is required to reach a fructose level of 42%. As the column life increases, the flow through the column must be gradually reduced to reach longer delay times, which compensates for the reduced activity and maintains the conversion level unchanged.
Käytännössä toiminnassa käytetään useita rinnakkaisia isokolonneja, joilla pyritään minimoimaan tuotannon vaihtelu kapasiteetin j a konversiotason suhteen. Tässä 20 järjestelyssä kutakin isokolonnia voidaan käyttää olennaisesti toisistaan riippumatta. Isokolonnien kokonaisvirtauksen vaihtelu on pidettävä suhteellisen kapeissa rajoissa haihdutuksen ja muiden viimeistelytoimenpiteiden vaatimuksista johtuen. Käytän-. nössä virtausta ei voida säätää täsmällisesti kaikilla ajanhetkillä siten, että saadaan 42 % fruktoosia sisältävä virta, mutta tällainen keskimääräinen säätäminen on kui-25 tenkin helppoa.In practice, multiple parallel columns are used to minimize production fluctuations in terms of capacity and conversion rate. In this arrangement, each of the major columns may be used substantially independently of one another. Fluctuations in the total flow of large columns must be kept within relatively narrow limits due to the requirements of evaporation and other finishing operations. In practice. While it is not possible to precisely control the flow at all times to obtain a current containing 42% fructose, such an average adjustment is nevertheless easy.
Tällaisessa prosessissa eräs kaikkein kriittisimmistä toimintamuuttujista on isokolon-: .'; nin sisäinen pH. Tämä toiminta-pH on tavallisesti suurimpaan aktiivisuuteen johta- ; * * *; van pH-arvon (tyypillisesti noin pH 8) ja suurimpaan stabiilisuuteen johtavan pH- . \ 30 arvon (tyypillisesti pH 7,07,5) välinen kompromissi. Asiaa mutkistaa se tosiseikka, ‘’ ettei dekstroosisyöttö ole pH-stabiilia noin 60 °C olevissa lämpötiloissa. Tällöin ta- ’! * pahtuu jonkinlaista hajoamista, jolloin syntyy happamia sivutuotteita, jotka aiheut- ‘ ' tavat pH-arvon laskua isokolonnia pitkin toiminnan aikana.In such a process, one of the most critical action variables is the isocolon:. '; internal pH. This operating pH is usually the one leading to the highest activity; * * *; pH (typically about pH 8) and the pH leading to the highest stability. 30 (typically pH 7.07.5). The fact is complicated by the fact that the dextrose feed is not pH stable at temperatures around 60 ° C. Then! * some decomposition occurs, resulting in acidic byproducts which cause a drop in pH along the isocolumn during operation.
4 1165324, 116532
Tyypillisessä valmistusprosessissa käytetään isomeroinnin jälkeen 42-prosenttisen HFCS-tuotteen toista puhdistusta tai kiillotusta. Kemiallisen käsittelyn ja isomeroinnin aikana tuotteeseen siirtyy vähän lisäväriä, kun syöttöä pidetään suuremmassa pH:ssa ja lämpötilassa jonkin ajanjakson ajan. Tuote sisältää myös jonkin verran 5 ylimääräistä tuhkaa, joka on peräisin isomerointia varten lisätyistä kemikaaleista. Tämä väri j a tuhka poistetaan toisilla hiili- ja ioninvaihtojärjestelmillä. Puhdistettu 42-prosenttinen HFCS haihdutetaan sitten tyypillisesti 71 %:n kiintoainepitoisuuteen kuljetusta varten.In a typical manufacturing process, after isomerization, a second purification or polishing of a 42% HFCS product is used. During chemical treatment and isomerization, little additional color is transferred to the product when the feed is maintained at a higher pH and temperature for a period of time. The product also contains some 5 additional ash from chemicals added for isomerization. This dye and ash are removed by other carbon and ion exchange systems. The purified 42% HFCS is then evaporated to a solids content of typically 71% for transport.
10 Aktiivihiilen käyttö sokerisiirappien puhdistamiseksi on yleisesti tunnettua. Patenttijulkaisussa US 1 979 781 (van Sherpenberg) on kuvattu menetelmä, jossa raakaan sokerisiirappiin (eli jota ei ole sekoitettu glukoosisiirappiin eikä inverttisokerisiirap-piin), jonka Brix on 60° (kuiva kiintoainepitoisuus 60 %), sekoitetaan 1-2 paino-% aktiivihiiltä ja seosta kuumennetaan 134 °C:ssa lyhyen ajanjakson ajan. Patenttijul-15 kaisussa US 2 763 580 (Zabor) on kuvattu laajasti sokeriliemien (esim. ruoko-, juurikas- tai maissisokereiden), joiden kiintoainepitoisuus on 10-60 p-%, erityisesti 20-56 paino käsittely aktiivihiilellä 125-200 °F:n (noin 52-93 °C: n) lämpötilassa. Tässä patenttijulkaisussa on kuvattu, että osittainen käsittely voidaan toteuttaa yhdessä pitoisuudessa tai yhdenlaisissa olosuhteissa, minkä jälkeen käsittely voidaan viedä 20 loppuun suuremmassa pitoisuudessa (johon on päästy haihduttamalla) tai muissa olosuhteissa.The use of activated carbon for the purification of sugar syrups is generally known. U.S. Pat. No. 1,979,781 (van Sherpenberg) discloses a process for mixing crude sugar syrup (i.e., not mixed with glucose syrup and invert sugar syrup) having a Brix of 60 ° (60% dry solids) and the mixture is heated at 134 ° C for a short period. U.S. Pat. No. 2,763,580 (Zabor) describes extensively the treatment of sugar liquors (e.g., cane, beet or corn sugar) with a solids content of 10-60 wt.%, In particular 20-56% by weight with activated charcoal 125-200 ° F: n (about 52-93 ° C). It is described in this patent that the partial treatment may be carried out at a single concentration or under one type of condition, after which the treatment may be completed at a higher concentration (achieved by evaporation) or under other conditions.
s 116532 kuvattu fruktoosia ja dekstroosia käsittävän hiilikäsitellyn seoksen, jossa kuivan kiintoaineen pitoisuus on 10-70 %, edullisesti 40 %, syöttäminen fraktiointikolonniin ja fruktoosia sisältävien jakeiden väkevöinti. Tässä patentti-julkaisussa 4 395 292 on kuvattu, että yli 90 % fruktoosia sisältäviä jakeita voidaan saada, ja siinä on esitetty 5 esimerkki (esimerkki 7), jossa 40 % kuiva-ainetta sisältävä syöttö fraktioitiin sellaisen jakeen tuottamiseksi, joka jae sisälsi fruktoosia 100 p-% (kkpl), kuivan kiintoaineen pitoisuuden ollessa 9 %.116532 describes the introduction of a carbon-treated mixture of fructose and dextrose with a dry solids content of 10-70%, preferably 40%, and concentration of fructose-containing fractions. This patent specification 4,395,292 describes that fractions containing more than 90% fructose can be obtained and provides 5 examples (Example 7) in which the 40% dry matter feed was fractionated to produce a fraction containing fructose at 100 µl. -% (pc) with a dry solids content of 9%.
Isomerointireaktiosta saatu HFCS sisältää tyypillisesti 42 fruktoosia, 52 % muuntu-10 matonta dekstroosia ja noin 6 % oligosakkarideja. Edellä mainituista syistä johtuen tämä tuote edustaa sitä suurinta fruktoosipitoisuutta, joka voidaan käytännössä saavuttaa isomeroimalla. Jotta päästäisiin enemmän fruktoosia sisältäviin tuotteisiin, niin fruktoosi on väkevöitävä selektiivisesti. Useat tavalliset erotustekniikat eivät sovellu tähän tarkoitukseen, koska ne eivät kykene tekemään selvää eroa kahden 15 isomeerin, joiden molekyylit ovat olennaisesti samankokoiset, välillä. Fruktoosi muodostaa kuitenkin edullisesti kompleksin eri kationien kuten kalsiumin kanssa. Tätä eroa on käytetty hyväksi kaupallisia erotusprosesseja kehitettäessä.The HFCS obtained from the isomerization reaction typically contains 42 fructose, 52% unmodified dextrose and about 6% oligosaccharides. For the above reasons, this product represents the highest fructose content that can be practically achieved by isomerization. In order to reach more fructose-containing products, fructose must be selectively concentrated. Many conventional separation techniques are not suitable for this purpose because they are incapable of distinguishing clearly between two isomers of substantially the same size. However, fructose preferably forms a complex with various cations such as calcium. This distinction has been utilized in the development of commercial separation processes.
Tällä hetkellä käytettävissä on periaatteessa kaksi erilaista kaupallista prosessia 20 fruktoosin puhdistamiseksi suuressa mittakaavassa. Kummassakin prosessissa : ’; edullisessa kationisessa muodossa olevia hartseja käytetään pakatun petin käsittä- •' ,, vissä järjestelmissä. Yhdessä prosessissa käytetään epäorgaanista hartsia, joka joh- ·: · taa fruktoosin selektiiviseen molekulaariseen absorptioon (katso RJ. Jensen, "The •; · · Sarex Process for the Fractionation of High Fructose Corn Syrup", Abstracts of the ·' 25 Institute of Chemical Engineers, 85th National Meeting, Philadelphia, Pa., 1978).At present, there are basically two different commercial processes for large-scale purification of 20 fructose. In both processes: '; resins in the preferred cationic form are used in packed bed systems. In one process, an inorganic resin is used which leads to selective molecular absorption of fructose (see RJ. Jensen, "The Sarex Process for the High Fructose Corn Syrup", Abstracts of the Institute) Engineers, 85th National Meeting, Philadelphia, Pa., 1978).
Mainittu toinen kaupallinen erotusmenetelmä perustuu kromatografiseen fraktiointiin • orgaanisten hartsien avulla (katso esim. K. Venkatasubramanian, "Integration of * * t 0 : ’ “: Large Scale Production and Purification of Biomolecules", Enzyme Engineering, : ]·, 30 6:37-43, 1982). Kun dekstroosin ja fruktoosin vesiliuosta (esim. 42 % HFCS) syöte-Said second commercial separation method is based on chromatographic fractionation using organic resins (see, e.g., K. Venkatasubramania, "Integration of * * t 0:": Enzyme Engineering, Large Scale Production and Purification of Biomolecules:], 30 6:37 -43, 1982). When an aqueous solution of dextrose and fructose (e.g. 42% HFCS) is
« t I«T I
‘ · * · * tään fraktioivaan kolonniin, niin hartsi pidättää fruktoosia voimakkaammin kuin ’ ’ t dekstroosia. Eluenttina käytetään ionittomaksi ja hapettomaksi tehtyä vettä.'· * · * Is fractionated on a fractionating column, so the resin retains more fructose than' 'dextrose. The eluent used is deionized and deoxygenated water.
6 1165326 116532
Erottaminen toteutetaan tyypillisesti kolonnissa, joka on pakattu hieman silloitetusta, hienojakoisesta, polystyreenisulfonaattikationinvaihtohartsista muodostetulla petillä, jossa kalsiumia on käytetty edullisena suolamuotona. Tätä noin 90 % fruktoosia sisältävää rikastettua tuotetta kutsutaan voimakkaasti rikastetuksi fruktoosi-5 maissisiirapiksi (Very Enriched Fructose Corn Syrup; VEFCS). Tähän VEFCS-jakee-seen voidaan sekoittaa 42 % HFCS-syöttömateriaalia 42-90 % fruktoosia sisältävien tuotteiden saamiseksi. Näistä tuotteista kaikkein tyypillisin on 55-prosenttinen rikastettu fruktoosimaissisiirappi, josta käytetään joskus lyhennettä EFCS (Enriched Fructose Corn Syrup) tai 55 EFCS. Patenttijulkaisussa US 4 395 292 (Katz et ai.) on esi-10 tetty esimerkki (esimerkki 1) siitä, kuinka fruktoosia ja dekstroosia sisältävä seos voidaan fraktioita erilaisiksi jakeiksi, ja kuinka fruktoosilla rikastuneita fraktioita voidaan yhdistää 55,8 paino-% (kkpl) fruktoosia sisältävän siirapin saamiseksi. Tässä samassa esimerkissä on myös kuvattu yhdet ainoat fraktiot, jotka sisältävät fruktoosia suurina pitoisuuksina (kkpl) [esim. 75,1 p-% (kkpl)], ja siinä on kuvattu fruk-15 toosia pienempinä pitoisuuksina sisältävien fraktioiden yhdistäminen [esim. fraktio, joka sisältää fruktoosia 64,5 p-% (kkpl), yhdistetään fraktioon, joka sisältää fruktoosia 58,2 p-% (kkpl)).The separation is typically carried out on a column packed with a bed of slightly crosslinked, finely divided polystyrene sulfonate cation exchange resin in which calcium is used as the preferred salt form. This enriched product containing about 90% fructose is called Very Enriched Fructose Corn Syrup (VEFCS). This VEFCS fraction can be blended with 42% HFCS feed to obtain products containing 42-90% fructose. The most typical of these products is 55% enriched fructose corn syrup, sometimes referred to as EFCS (Enriched Fructose Corn Syrup) or 55 EFCS. U.S. Pat. No. 4,395,292 (Katz et al.) Discloses an example (Example 1) of how a mixture containing fructose and dextrose can be fractionated into various fractions, and how fructose-enriched fractions can be combined at 55.8% (w / w). fructose-containing syrup. This same example also describes single fractions containing fructose in high concentrations (kpl) [e.g. 75.1% (w / w)], and combinations of fractions containing fruc-15 in lower concentrations have been described [e.g. the fraction containing 64.5 wt% fructose (pcs) is combined with the fraction containing 58.2 wt% fructose (pcs)).
Tärkeä huomioonotettava seikka on muiden raffinaattivirtojen käsittely tässä frakti-20 ointiprosessissa. Yleisesti, runsaasti dekstroosia sisältävä raffinaattivirta kierrätetään 1isokolonnijärjestelmän dekstroosisyöttöön sen muuttamiseksi edelleen 42-prosentti- ; * · :' , seksi HFCSrksi. Dekstroosia ja fruktoosia sisältävä raffinaattivirta, joka sisältää fruk- : · toosia enemmän kuin syöttövirta, voidaan kierrättää fraktiointilaitteen läpi kiinto- •.; ainepitoisuuden pitämiseksi suurena ja veden kulutuksen vähentämiseksi. Runsaasti 25 oligosakkarideja sisältävä raffinaattivirta voidaan kierrättää sokerointijärjestelmään.An important consideration is the treatment of other raffinate streams in this fractionation process. Generally, the dextrose-rich raffinate stream is recycled to the dextrose feed of the 1-column system to further convert it to 42%; * ·: ', Sex for HFCS. A dextrose and fructose-containing raffinate stream containing more fructose than: feed may be recycled through a fractionator through a solid; to keep the content high and to reduce water consumption. A stream of raffinate rich in oligosaccharides 25 can be recycled to the sugaring system.
»»
Koska vettä käytetään eluointiaineena, niin se vaikuttaa huomattavasti järjestelmän :': kokonaishaihdutuskuormitukseen. Erittäin pienet kiintoainepitoisuudet lisäävät mik- : ’ *: robikontaminaation vaaraa järjestelmässä. Täten kaikkein tärkein suunnittelupara- '·_ 30 metri, joka sanelee prosessin kokonaistaloudellisuuden, on kiintoainesaannon mak- [ ’ ’ · ‘ simointi puhtauden pysyessä hyväksyttävänä, eluenttihuuhtelun laimennusvaikutus : ’ samalla minimoiden. Syötön ja veden käytön tehokkuus on maksimoitava optimaa lista saantoa varten. Saanto on tärkeä uudelleenisomeroinnista syntyvien kustannus- M M t ten pienentämiseksi.Because water is used as the eluent, it has a significant effect on the total evaporative loading of the system: ':. Extremely low solids concentrations increase the risk of microbial contamination in the system. Thus, the most important design parameter, which dictates the overall economy of the process, is to maximize solids yield while maintaining purity, while minimizing the dilution effect of eluent rinse. The efficiency of feed and water use must be maximized for optimum yield. Yield is important to reduce the cost of re-isomerization.
7 116532 Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi käytettävissä olevista toimenpiteistä voidaan mainita kierrätystekniikat, hartsifaasin parempi yhdenmukaistaminen ja asianmukainen uudelleenjakautuminen pakatussa kolonnissa, sekä useiden sisäänmeno- ja ulostulokohtien lisääminen kolonniin. Näitä lähestymistapoja voidaan käyttää puh-5 tauden ja saannon parantamiseksi.7 116532 Among the measures available to achieve these goals are recycling techniques, better alignment and proper redistribution of the resin phase in the packed column, and the addition of multiple entry and exit points to the column. These approaches can be used to improve purity and yield.
Panoksittain toimivassa fraktiointijärjestelmässä fraktioivaan kolonniin johdettavan syötön puhtauden pieni ilmeinen suureneminen, eli suurempi fruktoosipitoisuus, johtaa paljon suurempaan tuotannon lisäykseen suuremman saannon ansiosta, kun 10 tuotteella on tietty puhtaus. Käytännössä tämä näkyy syötetyn sokeritilavuuden ja hartsitilavuuden välisen suhteen suurenemisena jaksoa kohden, tarvitun vesitilavuu-den ja hartsitilavuuden välisen suhteen pienenemisenä jaksoa kohden sekä fluidien huolellisesta jakautumisesta kolonneihin.In a batch fractionation system, a slight apparent increase in the purity of the feed to the fractionating column, i.e. a higher fructose content, results in a much higher production increase due to the higher yields with 10 products of a certain purity. In practice, this is reflected in an increase in the ratio between the volume of sugar fed to the volume of resin per cycle, a decrease in the ratio of volume of water required to volume of resin per cycle, and a careful distribution of fluids into the columns.
15 Alalla tunnetaan monia menetelmiä fruktoosin kiteyttämiseksi. Esimerkiksi kiteistä fruktoosia voidaan valmistaa lisäämällä absoluuttista alkoholia siirappiin, joka on saatu inuliinin happohydrolyysistä (Bates et ai., Natl. Bur. Std. Circ. C440 399, 1942). Fruktoosin valmistus dekstroosista on kuvattu patenttijulkaisussa US 2 354 664 ja patenttijulkaisussa US 2 729 587 on kuvattu fruktoosin valmistus sakka-20 roosista entsymaattisen konversion avulla.Many methods for crystallizing fructose are known in the art. For example, crystalline fructose can be prepared by adding absolute alcohol to a syrup obtained by acid hydrolysis of inulin (Bates et al., Natl. Bur. Std. Circ. C440 399, 1942). The preparation of fructose from dextrose is described in US 2 354 664 and US 2 729 587 describes the preparation of fructose from sucrose 20 by enzymatic conversion.
Fruktoosi muodostaa alkoholissa ortorombisia, bisfenoidaalisia prismoja, jotka ha-l joavat noin 103-105 °C: n lämpötilassa. Kiteiset hemihydraatti- ja dihydraattimuodot -; > · ovat myös tunnettuja, mutta edullista on välttää näiden lajien muodostuminen, • ‘ 25 sillä ne ovat olennaisesti hygroskooppisempia kuin vedetön muoto, ja niiden sula-Fructose in the alcohol forms orthorhombic, bisphenoidal prisms which halt at a temperature of about 103-105 ° C. Crystalline Hemihydrate and Dihydrate Forms -; Are also known, but it is preferable to avoid the formation of these species, since they are substantially more hygroscopic than the anhydrous form, and
1 I1 I
:'; ’j mispisteet ovat lähellä huoneen lämpötilaa. Näiden ominaisuuksiensa takia fruktoo sin näiden kidemuotojen käsittely on hyvin vaikeata.: '; The points are close to room temperature. Because of these properties, it is very difficult to handle these crystalline forms of fructose.
I t · • * · 1 » * * ;" ‘: Liuottimena kiteytettyä fruktoosia (Solvent Crystalline Fructose; SCF) valmistetaan I k i ; | , 30 prosessilla, jossa orgaanista liuotinta kuten esimerkiksi denaturoitua etyylialkoholiaThe crystallized fructose (Solvent Crystalline Fructose; SCF) as a solvent is prepared by a process with an organic solvent such as denatured ethyl alcohol.
t I It I I
’ -' > ‘ sekoitetaan runsaasti fruktoosia (95 p-% kkpl) sisältävään virtaan. Tuote sentrifu- * » ' · ’ t goidaan sen erottamiseksi emäliemestä, liuotin poistetaan tuotteesta ja se kuiva- | taan.Is mixed with a stream rich in fructose (95% w / w). The product is centrifuged to separate it from the mother liquor, the solvent is removed from the product and it is dried | a.
tilli I Itilli I I
8 1165328 116532
Patenttijulkaisussa US 4 199 374 on kuvattu menetelmä liuottimena kiteytetyn fruktoosin valmistamiseksi. Fruktoosi kiteytetään VEFCS-siirapin etanoliliuoksesta. Liuokseen lisätään kidealkioiksi hienoja fruktoosi- tai glukoosikiteitä. Kiteet otetaan talteen suodattamalla, sentrifugoimalla tai muulla sopivalla tavalla. Sitten nämä kiteet 5 pestään alkoholilla ja kuivataan vakuumissa. Alkoholin ja siirapin kosteuspitoisuus on säädettävä huolella tässä prosessissa hienojen, vapaasti juoksevien fruktoosikiteiden saamiseksi.US 4,199,374 describes a process for preparing crystallized fructose as a solvent. The fructose is crystallized from ethanol solution of VEFCS syrup. Fine fructose or glucose crystals are added to the solution as crystal embryos. The crystals are recovered by filtration, centrifugation or other suitable means. These crystals are then washed with alcohol and dried in vacuo. The moisture content of the alcohol and syrup must be carefully adjusted in this process to obtain fine free-flowing fructose crystals.
Mahdollista on myös valmistaa yksinkertaisesti kuivattua fruktoosimakeutusainetta 10 (Dried Fructose Sweetener; DFS). DFS-menetelmässä fraktioinnista saatu, runsaasti fruktoosia sisältävä virta kuivataan rumpukuivurissa, minkä jälkeen se lajitellaan hiukkaskoon mukaan lajittelijassa, joka käsittää seuloja ja jauhavia laitteita. Patenttijulkaisussa US 4 517 021 on kuvattu sellaisen rakeisen, puolikiteisen, kiinteän fruktoosin valmistus, joka käsittää vähintään noin 2 p-% vettä. Tässä patenttijulkaisussa 15 on esitetty, että noin 60 painotuotteesta on kiteistä fruktoosia, ja vähemmän kuin 35 painoon amorfista fruktoosia. Siinä käytetään rumpukuivuria, johon sisäänmene-vän ilman alkuperäinen lämpötila on 50-80 °C. Osa tästä kiinteästä fruktoosituot-teesta voidaan kierrättää takaisin kiteytymisen käynnistäjäksi.It is also possible to prepare a simply dried fructose sweetener 10 (DFS). In the DFS process, the fructose-rich stream obtained by fractionation is dried in a tumble dryer and then sorted by particle size in a separator comprising sieves and grinders. US 4,517,021 describes the preparation of granular semi-crystalline solid fructose comprising at least about 2% by weight of water. This patent 15 discloses that about 60% by weight of the product contains crystalline fructose and less than 35% by weight amorphous fructose. It uses a tumble drier with an inlet air temperature of 50-80 ° C. Some of this solid fructose product can be recycled to initiate crystallization.
20 DFS-prosessin eräänä haittana on se, ettei tuotetta voida kutsua puhtaaksi fruktoo- .' ·. siksi, koska se on kokonaissokerituote eikä se täytä Food Chemicals Codex:sissa * ·· * ;·. "fruktoosille" asetettuja vaatimuksia. Lisäksi, koska se ei ole täysin kiteistä; se on ,.,,: hygroskooppisempaa ja täten sen käsittely on vaikeampaa kosteissa olosuhteissa ....: kuin kiteisen fruktoosin.One disadvantage of the DFS process is that the product cannot be called pure fructose. ' ·. because it is a total sugar product and does not comply with the Food Chemicals Codex * ·· *; requirements for "fructose". Also, because it is not completely crystalline; that is,. ,,: more hygroscopic and thus more difficult to handle under humid conditions ....: than crystalline fructose.
• · :·.·. 25 > # • a . ·: \ Kiteisen fruktoosin tuottamiseen voidaan myös käyttää veteen perustuvaa menetel- • · · mää. veteen perustuva, kiteistä fruktoosia tuottava prosessi aloitetaan tyypillisesti : . ·. runsaasti fruktoosia sisältävästä syöttövirralla, joka jäähdytetään fruktoosin kiteyt- , · · *. tämiseksi liuoksesta. Tällainen menetelmä on kuvattu lukuisissa kirjallisuuslähteissä.• ·: ·. ·. 25> # • a. ·: \ A water-based process may also be used to produce crystalline fructose. the water - based crystalline fructose process is typically started:. ·. with a fructose-rich feed stream which is cooled by fructose crystals, · · *. solution. Such a method has been described in numerous literature references.
30 ;;, ‘ Patenttijulkaisussa US 3 513 023 kiteistä, vedetöntä fruktoosia saadaan fruktoosin : ‘ vesiliuoksesta (väh. 95 % kuivasta kiintoaineesta). Liuoksen pH: n on oltava alueella ' · 3,5-8,0. Fruktoosiliuosta väkevöidään vakuumissa, kunnes vesipitoisuus on saatu : ’ · alueelle 2-5 %. Liuos jäähdytetään alueella 60-80 °C olevaan lämpötilaan, siihen 9 116532 lisätään kidealkioiksi kiteistä fruktoosia ja sitä sekoitetaan voimakkaasti pitäen lämpötila alueella 60-85 °C. Tässä patenttijulkaisussa on mainittu, että tuloksena on kiteinen massa, joka voidaan hitaan jäähtymisen jälkeen murskata tai jauhaa ja myöhemmin kaivata ei-tarttuvan, vapaasti juoksevan, hienoista kiteistä muodostu-5 van jauheen tuottamiseksi. Julkaisussa on esitetty, että tässä menetelmässä vältetään lasifaasissa olevan tuotteen muodostuminen, jollainen tuote saadaan tavallisesti silloin, kun tämäntyyppisiä fruktoosiliuoksia väkevöidään vakuumissa ja kun niiden annetaan jäähtyä tavalliseen tapaan.In U.S. Patent No. 3,513,023, anhydrous fructose is obtained from an aqueous solution of fructose: (at least 95% of dry solids). The pH of the solution should be in the range '· 3.5-8.0. The fructose solution is concentrated in vacuo until a water content of: 2-5% is obtained. The solution is cooled to a temperature in the range 60-80 ° C, crystalline fructose is added as crystalline embryos and stirred vigorously while maintaining the temperature at 60-85 ° C. It is mentioned in this patent that the result is a crystalline mass which, after slow cooling, can be crushed or ground and subsequently required to produce a non-sticking, free-flowing fine crystalline powder. It is stated in this publication that this process avoids the formation of a product in the glass phase which is usually obtained by concentrating these types of fructose solutions in vacuo and allowing them to cool in the usual manner.
10 Patenttijulkaisussa US 3 883 365 fruktoosi kiteytetään fruktoosia ja glukoosia sisältävästä vesiliuoksesta, joka sisältää kuivaa kiintoainetta 90 % ja 90-99 p-% fruktoosia (kkpl). Tämä liuos on kylläinen (58-65 °C:ssa). Fruktoosi kiteytetään tästä liuoksesta lisäämällä kooltaan homogeenisia fruktoosikiteitä. Uusien kiteiden muodostuminen minimoidaan pitämällä kidealkioiden etäisyys toisistaan riittävän piene-15 nä ja säilyttämällä ylikyllästymisaste alueella 1,1-1,2. Liuoksen tilavuutta suurennetaan joko jatkuvasti tai portaittain kiteytymisen edetessä. Fruktoosiliuoksen optimaalisen pH-arvan on esitetty olevan 5,0. Tällä tavalla saatujen kiteiden keskimääräiseksi kidekooksi on esitetty 200-600 mikronia. Sentrifugointia käytetään kiteiden erottamiseksi liuoksesta.In US 3,883,365, fructose is crystallized from an aqueous solution of fructose and glucose containing 90% by weight dry solids and 90-99% by weight fructose (kpl). This solution is saturated (at 58-65 ° C). The fructose is crystallized from this solution by the addition of homogeneous fructose crystals. The formation of new crystals is minimized by keeping the distance between the crystal embryos small enough and maintaining the degree of supersaturation in the range of 1.1 to 1.2. The volume of the solution is increased either continuously or incrementally as the crystallization proceeds. The optimum pH of the fructose solution is shown to be 5.0. The crystals thus obtained have an average crystal size of 200-600 microns. Centrifugation is used to separate the crystals from the solution.
20 , . Patenttijulkaisussa US 3 928 062 on esitetty, että vedettömiä fruktoosikiteitä saa- ’ » daan lisäämällä kidealkioita liuokseen, jonka kokonaissokeripitoisuus on 83-95,5 % ,,,.: (kuivapainosta), ja joka käsittää 88-99 % fruktoosia. Kiteyttäminen voidaan to- ,,..: teuttaa yksinkertaisesti jäähdyttämällä liuosta ilmakehän paineessa tai haihdutta- > · ; v. 25 maila vettä alennetussa paineessa. Hemihydraatin ja dehydraatin muodostuminen * » ; ·. vältetään toteuttamalla kiteytys tietyllä fruktoosipitoisuus- ja lämpötila-alueella. Tä- • · mä alue on ylikyllästysalueella sen pisteen alapuolella, jossa pisteessä hemihydraatti .·. alkaa erottua kiteytymällä. Julkaisussa on mainittu, että emäliuosta voidaan käyttää k »20,. U.S. Patent No. 3,928,062 discloses that anhydrous fructose crystals may be obtained by adding crystal embryos to a solution having a total sugar content of 83-95.5% (w / w), comprising 88-99% fructose. The crystallization can be accomplished simply by cooling the solution under atmospheric pressure or by evaporation-> ·; v. 25 miles of water under reduced pressure. Formation of hemihydrate and dehydrate * »; ·. is avoided by carrying out crystallization over a specific range of fructose concentration and temperature. This area is • within the supersaturation area below the point at which the hemihydrate. begins to separate by crystallization. It is mentioned in the publication that the mother liquor can be used for
• » » I• »» I
.' ·. toistamiseen lisäsatojen kiteyttämiseksi samalla tavalla kuin ensimmäisen sadon , ·, 30 tapauksessa ilman lisäkäsittelyä. Kidealkioiden lisääminen voidaan toteuttaa käyttä-. ' ·. repeat to crystallize additional harvests in the same manner as for the first crop, ·, 30 without further treatment. Adding crystal embryos can be done using
i · Ii · I
';;.' en täyttömassamuotoa, joka on valmistettu aikaisemmin suspendoimalla kiteet fruk- ;* toosiliuokseen.';;.' not a bulk form prepared previously by suspending the crystals in a fructose solution.
«MM«MM
• a 116532 ίο• a 116532 ίο
Patenttijulkaisussa US 4 199 373 kiteistä fruktoosia tuotetaan lisäämällä fruktoosisii-rappiin (88-96 p-% kkpl) 2-15 painokidealkioina toimivia fruktoosikiteitä ja antamalla kidealkioita sisältävän siirapin seisoa noin 50-90 °F:n (noin 10-32 °C) lämpötilassa, olosuhteissa, joissa suhteellinen kosteus on alle 70 %. Kiteytymisen esitetään 5 kestävän 2-72 tuntia. Tällä menetelmällä tuotettu kiteinen tuote on suurina pelletteinä.In U.S. Pat. No. 4,199,373, crystalline fructose is produced by adding to fructose syrup (88-96% w / w) 2 to 15 fructose crystals acting as printing crystal embryos and allowing the syrup containing crystal embryos to stand at a temperature of about 50-90 ° F (about 10-32 ° C). , in conditions where the relative humidity is less than 70%. Crystallization is shown to take 2-72 hours. The crystalline product produced by this process is in large pellets.
Patenttijulkaisussa US 4 164 429 on kuvattu menetelmä ja laite kiteytymisalkioiden tuottamiseksi. Lukuisia sentrifugierotuksia käytetään sellaisten kidealkioiden valikoi-10 miseksi kidealkioita sisältävästä liuoksesta, jotka kidealkiot ovat ennalta määrätyllä kokoalueella.US 4,164,429 describes a method and apparatus for producing crystallization embryos. Numerous centrifuge separations are used to select crystal embryos from a solution containing crystal embryos that are within a predetermined size range.
Kylläisen tai ylikylläisen liuoksen jäähdyttäminen aineen kiteyttämiseksi siitä on luonnollisestikin yleisesti tunnettua.Cooling a saturated or supersaturated solution to crystallize the substance is, of course, well known in the art.
1515
Tunnettua on myös se, että kylläisen tai ylikylläisen liuoksen luonnollinen jäähtyminen johtaa usein kidealkioiden voimakkaaseen muodostumiseen, mikä myötävaikuttaa kiteisen tuotteen mahdolliseen, epätoivotun laajaan hiukkaskokojakaumaan. Esimerkiksi teoksessa Encyclopedia of Chemical Technology, voi. 7, sivut 243-285 20 (Kirk-Othmer, toimittaja, John Wiley 8i Sons, N. Y., 3. painos, 1979) on esitetty, , . että luonnollinen jäähtyminen johtaa ylikyllästymispiikkiin varhain jäähtymisjakson aikana, mikä indusoi kidealkioiden voimakasta muodostumista. Tässä artikkelissa on ,...: mainittu, että hallittua jäähtymiskäyrää seuraamalla muuttumatonta ylikyllästystilaa ....: voidaan ylläpitää, jolloin kidealkioiden muodostuminen saadaan säädetyksi hyväk- : v. 25 syttävien rajoihin. Kuvio 5 esittää tässä teoksessa julkaistuja luonnollisen ja hallitun . ·: ·. jäähtyminen käyriä.It is also known that the natural cooling of a saturated or supersaturated solution often results in a strong formation of crystal embryos, which contributes to the possible undesirable wide particle size distribution of the crystalline product. For example, in Encyclopedia of Chemical Technology, vol. 7, pp. 243-285 20 (Kirk-Othmer, ed., John Wiley 8i Sons, N. Y., 3rd Edition, 1979), is hereby incorporated by reference. that natural cooling leads to a peak of supersaturation during the early cooling period, which induces a strong formation of crystal embryos. In this article, ...: it is mentioned that a controlled cooling curve by following the constant supersaturation state ....: can be maintained, whereby the formation of crystal embryos can be adjusted to an acceptable ignition range of 25. Figure 5 illustrates the natural and controlled features disclosed in this work. ·: ·. cooling curves.
: . ·. Seuraavassa tarkastellaan tämän keksinnön eri piirteitä.:. ·. Various aspects of the present invention will now be considered.
I t I · » · 30 Keksinnön eräs erityinen piirre kohdistuu menetelmään nestefaasina olevan, fruk- » · · > » * '!:. ‘ toosia ja dekstroosia sisältävän makeutusaineen tuottamiseksi, jossa menetelmässä ‘ * - fruktoosia kiteytetään fruktoosin vesiliuoksesta kiteistä fruktoosia ja emälientä ' ‘ käsittävän seoksen tuottamiseksi; u 116532 - kiteinen fruktoosi erotetaan tästä emäliemestä; ja - emäliemeen sekoitetaan dekstroosia nestefaasina olevan, dekstroosia ja fruktoosia käsittävän makeutusaineen tuottamiseksi.One particular aspect of the invention relates to a process for the preparation of a liquid phase fruc-. For the production of a sweetener containing 'tosose and dextrose, wherein the process comprises crystallizing' * - fructose from an aqueous solution of fructose to form a mixture comprising crystalline fructose and mother liquor '; u 116532 - the crystalline fructose is separated from this mother liquor; and - mixing dextrose in the mother liquor to produce a liquid phase sweetener comprising dextrose and fructose.
55
Valmistettaessa kiteistä sakkaroosia vesiliuoksesta yleisenä käytäntönä on ottaa talteen toistuvia peräkkäisiä kide-eriä epäpuhtauksien väkevöimiseksi emäliemeen, jota kutsutaan melassiksi. Tämä melassi on yleensä niin epäpuhdasta, että sillä on arvoa vain eläinrehun lisänä tai fermentointialustana. Patenttijulkaisussa US 3 928 10 062 on esitetty, että fruktoosin kiteytyksestä peräisin olevaa emälientä voidaan käyttää useaan kertaan fruktoosikiteiden lisäsatojen kiteyttämiseksi. Fruktoosi-kiteiden verrattain huono saanto yhdestä ainoasta kide-erästä tavanomaisia kiteyt-tämistekniikoita käyttäen sekä ne vaikeudet, jotka liittyvät maissisiirapin isomeroin-tiin ja fraktiointiin runsaasti fruktoosia sisältävän kiteytyslaitteen syötön saamiseksi, 15 saa emäliemen kierrätyksen, jossa emäliemestä otetaan talteen fruktoosikiteiden peräkkäisiä eriä, näyttämään toivottavalta. Kuitenkin kiteisen fruktoosin tuotannon integrointi nestefaasina olevan makeutusaineen valmistukseen, joka tapahtuu lisäämällä dekstroosia emäliemeen, tekee mahdolliseksi kahden ensiluokkaisen makeutusaineen saamisen. Tämän avulla puolestaan makeutusaineena käyttökelpoisen 20 fruktoosin saanto saadaan maksimoiduksi, millä isomeroinnin vaikeutta voidaan puolustella. Tämä menetelmä johtaa kuitenkin fraktioinnissa saavutetun hyödyn heikkenemiseen siinä mielessä, että koko fraktioinnin tarkoituksena on dekstroosin poisto : kiteytyslaitteen syötön valmistamiseksi, joten dekstroosin lisääminen emäliemeen ; huonontaa osittain fraktioinnilla saavutettua rikastumista.In the preparation of crystalline sucrose from an aqueous solution, it is a common practice to recover successive batches of crystals to concentrate impurities in a mother liquor called molasses. This molasses is usually so impure that it is of value only as a supplement to animal feed or as a fermentation medium. US 3 928 10 062 discloses that the mother liquor from the crystallization of fructose can be used several times to crystallize additional crops of fructose crystals. The relatively poor yield of fructose crystals from a single batch of crystals using conventional crystallization techniques, as well as the difficulties associated with isomerisation and fractionation of corn syrup to obtain a feed with a high fructose crystallization device, . However, the integration of crystalline fructose production into the preparation of a liquid phase sweetener by adding dextrose to the mother liquor makes it possible to obtain two first-class sweeteners. This, in turn, maximizes the yield of the 20 fructose useful as a sweetener, thereby defending the difficulty of isomerization. However, this method leads to a reduction in the benefit obtained by fractionation in the sense that the whole fractionation is intended to remove dextrose: to prepare a feed for the crystallizer, thus adding dextrose to the mother liquor; partially impairs the enrichment obtained by fractionation.
2525
Keksinnön tämän piirteen erityisessä suoritusmuodossa keksinnön kohteena on me- » netelmä dekstroosia ja fruktoosia käsittävän virran tuottamiseksi dekstroosia sisältävästä syöttövirrasta, jossa menetelmässä: 30 - osa syöttövirrassa olevasta dekstroosista isomeroidaan dekstroosia ja fruktoosia ;;, ’ käsittävän ensimmäisen dekstroosi/fruktoosivirran tuottamiseksi; : - ensimmäinen dekstroosi/fruktoosivirta jaetaan ensimmäiseksi syöttövirraksi ja toi- ' : seksi syöttövirraksi; 12 116532 - ensimmäinen syöttövirta fraktioidaan runsaasti fruktoosia sisältävän virran tuottamiseksi; - runsaasti fruktoosia sisältävässä virrassa läsnäolevaa fruktoosia kiteytetään kiteistä 5 fruktoosia ja emälientä käsittävän seoksen tuottamiseksi; - kiteistä fruktoosia erotetaan emäliemestä; ja - vähintään osa emäliemestä sekoitetaan mainittuun toiseen syöttövirtaan toisen 10 dekstroosi/fruktoosi-virran tuottamiseksi, jossa toisessa dekstroosi/fruktoosivirrassa fruktoosin ja dekstroosin välinen suhde on suurempi kuin ensimmäisessä dekstroosi/fruktoosivirrassa. (Ohessa, patenttivaatimukset mukaan lukien, käytetyllä käsitteellä "dekstroosi/fruktoosivirta" tarkoitetaan dekstroosista ja fruktoosista muodostuvaa virtaa.) 15In a particular embodiment of this aspect of the invention, the present invention relates to a process for producing a stream comprising dextrose and fructose from a dextrose-containing feed stream comprising: - part of the dextrose in the feed stream being isomerized to produce dextrose and fructose; dividing the first dextrose / fructose stream into a first feed stream and a second feed stream; 116532 - fractionating the first feed stream to produce a stream rich in fructose; crystallizing the fructose present in the fructose-rich stream to produce a mixture of crystalline 5 fructose and mother liquor; crystalline fructose is separated from the mother liquor; and - mixing at least a portion of the mother liquor with said second feed stream to produce a second dextrose / fructose stream wherein the ratio of fructose to dextrose in the second dextrose / fructose stream is greater than in the first dextrose / fructose stream. (As used herein, the term "dextrose / fructose stream", as used in the claims, refers to a stream consisting of dextrose and fructose.)
Kiteytyksen jälkeen jäljelle jäävä emäliemi on fruktoosin kylläinen liuos. Alalla, esimerkiksi patenttijulkaisussa US 3 928 052 on kuvattu, että emälientä voidaan käyttää toistuvasti ylimääräisten kidesatojen kiteyttämiseen. Näiden ylimääräisten kide-satojen tuottamiseksi kylläinen emäliemi on kuumennettava ja väkevöitävä sopivalla 20 tavalla ylikyllästyneen fruktoosiliuoksen saamiseksi, mikä mahdollistaa kiteytyksen , ·. emäliemessä. Ollaan todettu, että lisäsatojen kiteytymisen mahdollistamisen sijasta edullisempaa olisi yrittää estää lisäkiteytyminen siten, että emälientä voidaan käyt-, , : tää nestefaasina olevan makeutusaineen tuottamiseen. Kuten edellä on mainittu, ,: emäliemi on kylläinen fruktoosiliuos. Jotta fruktoosikiteiden saostuminen siitä käsit- . 25 telyn, kuljetuksen j a/tai varastoinnin aikana saataisiin estetyksi, niin fruktoosin ki- *. teytyminen emäliemessä on estettävä. Keksinnön tämä piirre on samankaltainen kuin keksinnön edellä tarkasteltu ensimmäinen piirre siinä suhteessa, että siinä väl-: tetään lisäkiteytyminen. Tämä piirre ei edellytä kuitenkaan välttämättä fraktiointi- . 1. voittojen uhraamista, koska lisäkiteytyminen inhibointi ei edellytä välttämättä dekst- 30 roosin lisäämistä, vaan emäliemen yksinkertainen laimentaminen vedellä estää ki-teytymisen siten, ettei fruktoosin puhtaus emäliemessä huonone kuiva-aineesta las-kien.The mother liquor remaining after crystallization is a saturated solution of fructose. It is described in the art, for example in US 3,928,052, that the mother liquor can be used repeatedly to crystallize excess crystal yields. To produce these additional crystalline crops, the saturated mother liquor must be heated and concentrated in an appropriate manner to obtain a supersaturated fructose solution which allows crystallization, ·. from the mother liquor. It has been found that rather than allowing additional crops to crystallize, it would be more advantageous to try to prevent further crystallization so that the mother liquor can be used to produce a liquid phase sweetener. As mentioned above, the mother liquor is a saturated fructose solution. In order for the fructose crystals to precipitate from it, 25 during transport, transport and / or storage, such as fructose. the mother liquor must be prevented. This aspect of the invention is similar to the first aspect of the invention discussed above in that it avoids further crystallization. However, this feature does not necessarily require fractionation. 1. sacrifice of profits since inhibition of further crystallization does not necessarily require the addition of dextrose, but simple dilution of the mother liquor with water prevents crystallization so that the purity of the fructose in the mother liquor does not deteriorate from the dry matter.
13 11653213 116532
Oheisen keksinnön eräs piirre kohdistuu menetelmään useiden fruktoosia sisältävien makeutusaineiden tuottamiseksi, joista makeutusaineista vähintään yksi käsittää dekstroosia ja fruktoosia, jossa menetelmässä: 5 - dekstroosia ja fruktoosia käsittävä syöttövirta fraktioidaan dekstroosilla rikastetuksi raffinaatiksi, vähemmän fruktoosia sisältäväksi jakeeksi ja enemmän fruktoosia sisältäväksi jakeeksi, mainitun enemmän fruktoosia sisältävän jakeen sisältäessä fruktoosia enemmän kuin noin 90 p-% (kkpl); ja 10 - vähemmän fruktoosia sisältävään jakeeseen sekoitetaan dekstroosikoostumusta, jonka dekstroosipitoisuus (kkpl) on suurempi kuin mainitussa vähemmän fruktoosia sisältävässä jakeessa, nestefaasina olevan makeutusaineen tuottamiseksi.One aspect of the present invention relates to a process for producing a plurality of fructose-containing sweeteners, at least one of which comprises dextrose and fructose, wherein: the fraction containing more than about 90 wt% fructose (pcs); and a fraction of 10 to less fructose is mixed with a dextrose composition having a dextrose content (kpl) higher than said fraction containing less fructose to produce a liquid phase sweetener.
Tässä yhteydessä "fruktoosia sisältävällä makeutusaineella" tarkoitetaan mitä tahan-15 sa fruktoosia sisältävää makeutusainetta riippumatta siitä, onko fruktoosi liuoksena, dispersiona, amorfista tai kiteistä.As used herein, "fructose-containing sweetener" refers to any fructose-containing sweetener, whether fructose in solution, dispersion, amorphous or crystalline.
Isomeroituneen dekstroosisiirapin, eli sekä fruktoosia että dekstroosia sisältävän siirapin fraktiointi fruktoosia sisältävän makeutusaineen tuottamiseksi toteutetaan 20 tavallisesti ottamalla talteen dekstroosiraffinaatti ja ffuktoosijae, fraktioinnista saa-" . tua muuta jäännöstä kierrättäen. Esimerkiksi patenttijulkaisussa US 4 395 292 on mainittu, että tällaiset toimintaolosuhteet ovat edulliset. Kuitenkin, kun otetaan tai- > > · ,. : teen kaksi jaetta, joista yksi sisältää fruktoosia suurempana pitoisuutena (kkpl) (eli : enemmän fruktoosia sisältävä jae) ja toinen sisältää fruktoosia pienempänä pitoi- 25 suutena (kkpl), niin tällöin voidaan saada fruktoosijae, jossa pitoisuus on suurempi . kuin vain yhdessä jakeessa, tällöin kuitenkaan suurentamatta isomeroituneen syötön yhteistä resoluutioastetta ja siihen liittyviä ongelmia [esim. heikentynyt fraktiointiky-ky, suurempi haihdutuskuormitus eluointiveden suuremmasta määrästä johtuen, * » · \ ja/tai haitallinen painehäviö eluointiveden suuremmista virtausnopeuksista johtuen, 30 jotka suuremmat virtausnopeudet ovat välttämättömiä erotuskyvyn (resoluution) '!!. ’ parantamiseksi) vaikeuttamatta.The fractionation of isomerized dextrose syrup, i.e. a syrup containing both fructose and dextrose, to produce a fructose-containing sweetener is usually accomplished by recovering the dextrose raffinate and ffuctose fraction from the fractionation, however. taking two fractions, one containing fructose at a higher concentration (kpl) (ie: a fructose-containing fraction) and the other containing fructose at a lower concentration (kpl), whereby a fructose fraction can be obtained with a higher concentration than in only one fraction, but without increasing the overall resolution and associated problems of the isomerized feed [e.g., reduced fractionation capacity, higher evaporation load due to higher amount of elution water, * » \ And / or deleterious pressure drop due to higher flow rates eluointiveden, 30 are higher flow rates are necessary for the resolution (resolution) "!!. 'To improve) without difficulty.
’ ‘ Vähemmän fruktoosia sisältävän jakeen käyttökelpoisuus on rajoitetumpaa kuin * enemmän fruktoosia sisältävän jakeen käyttökelpoisuus (esimerkiksi vähemmän 14 116532 fruktoosia sisältävän jakeen käyttö kiteisen fruktoosin tuottamiseksi olisi vaikeata), mutta tässä jakeessa läsnäolevalla fruktoosista voidaan nostaa vieläkin vähemmän fruktoosia sisältävien maissisiirappien fruktoosipitoisuutta, esimerkiksi sekoittamalla niitä isomeroituun maissisiirappiin (esim. 42 % fruktoosia sisältävään maissisiirap-5 piin) enemmän fruktoosia sisältävän maissisiirapin (esim. 55 % fruktoosia sisältävän maissisiirapin) tuottamiseksi.The usefulness of the less fructose-containing fraction is more limited than that of the * more fructose-containing fraction (for example, the use of less fructose-containing fractions to produce crystalline fructose would be difficult), but the fructose present in corn syrup (e.g., 42% fructose-containing corn syrup-silicon) to produce more fructose-containing corn syrup (e.g., 55% fructose-containing corn syrup).
Tämän piirteen erään erityisen edullisen suoritusmuodon mukaan enemmän fruktoosia sisältävää jaetta käytetään kiteytyslaitteen syötön valmistamiseksi fruktoosin 10 kiteyttämistä varten. Niinpä keksinnön tämän piirteen kohteena on menetelmä nestefaasina olevan, dekstroosia ja fruktoosia käsittävän makeutusaineen tuottamiseksi, jossa menetelmässä: - dekstroosia ja fruktoosia käsittävä virta fraktioidaan dekstroosilla rikastuneeksi 15 raffinaatiksi, vähemmän fruktoosia sisältäväksi jakeeksi ja enemmän fruktoosia sisältäväksi jakeeksi; - fruktoosi kiteytetään enemmän fruktoosia sisältävästä jakeesta saadusta vesiliuoksesta; ja 20 •. - vähemmän fruktoosia sisältävään jakeeseen sekoitetaan dekstroosikoostumusta, jonka dekstroosipitoisuus (kkpl) on suurempi kuin vähemmän fruktoosia sisältävässä ; : jakeessa, neste faasina olevan, dekstroosia ja fruktoosia käsittävän makeutusaineen . : tuottamiseksi.According to a particularly preferred embodiment of this aspect, the more fructose-containing fraction is used to prepare the feed of the crystallizer for crystallization of fructose 10. Accordingly, this aspect of the invention relates to a process for the production of a liquid phase sweetener comprising dextrose and fructose, comprising: fractionating a stream comprising dextrose and fructose into a dextrose-enriched raffinate, a fraction containing less fructose and a fraction containing more fructose; crystallizing the fructose from the aqueous solution obtained from the fructose-containing fraction; and 20 •. mixing the fraction containing less fructose with a dextrose composition having a dextrose content (kpl) higher than that containing less fructose; : in the fraction, a liquid phase sweetener comprising dextrose and fructose. : for production.
25 : \ Tämä suoritusmuoto on erityisen edullinen, koska fruktoosipitoisuus (kkpl), joka tarvitaan yleensä, jotta fruktoosin kiteyttäminen vesiliuoksesta olisi mahdollista, on ‘ niin suuri, että isomerointiprosessista peräisin olevan, dekstroosia ja fruktoosia kä- ! » · ; ‘‘; sittävän syöttövirran fraktiointi saattaa olla epäkäytännöllistä. Toisin sanoen sellai- . 30 nen resoluutioaste, joka tarvitaan vain yhden jakeen tuottamiseksi, jossa jakeessa "! / fruktoosin puhtaus on riittävän suurta jakeen käyttämiseksi kiteytyslaitteen syöttö- • i nä, pienentää usein fraktiointikykyä ja/tai suurentaa muita fraktiointiin liittyviä vai- » t I « · keuksia siten, ettei tällainen resoluutio ole käytännöllistä.This embodiment is particularly advantageous because the concentration of fructose (kpl), which is generally required to crystallize fructose from an aqueous solution, is so high that dextrose and fructose from the isomerization process are present. »·; ''; fractionating the feeder stream may be impractical. In other words, such. The degree of resolution required to produce only one fraction, where the purity of "! / Fructose is high enough to use the fraction as the feed of the crystallizer, often reduces the fractionation capacity and / or increases other fractionation-related difficulties," that such a resolution is not practical.
15 11653215 116532
Mahdollisena haittana, joka liittyy sekä enemmän fruktoosia että vähemmän fruktoosia sisältävien jakeiden talteenottoon ja niiden käyttöön toisistaan erillään kiteisen makeutusaineen ja nestefaasina olevan makeutusaineen valmistamiseksi, vastaavasti, on se, että vähemmän fruktoosia sisältävässä jakeessa läsnäoleva fruk-5 toosimäärä, joka on käytettävissä isomeroidun maissisiirapin fruktoosipitoisuuden suurentamiseen, on pienempi kuin vain yhdessä fruktoosijakeessa samalla yhteisellä resoluutioasteella läsnäoleva määrä. Niinpä nestefaasina olevana makeutusaineena käytettävissä olevan fruktoosin kokonaismäärä (kkpl) on pienentynyt. Tätä haittaa lieventää se, että emälientä saadaan enemmän fruktoosin sisältävässä jakeessa läs-10 näolevan fruktoosin osan kiteytyksestä. Toisin sanoen eräässä erityisen edullisessa suoritusmuodossa fruktoosin sisältävää emälientä, vähemmän fruktoosia sisältävää jaetta ja isomeroitua maissisiirappia sekoitetaan nestefaasina olevan makeutusaineen valmistamiseksi (esim. 55 % fruktoosin sisältävä maissisiirappi).A possible disadvantage associated with recovering and using both fructose and less fructose fractions separately for the preparation of the crystalline sweetener and the liquid phase sweetener, respectively, is that the high fructose content of fruc-5 , is less than the amount present in only one fraction of fructose at the same common resolution. Thus, the total amount (fr) of fructose available as a liquid phase sweetener has decreased. This disadvantage is alleviated by the fact that the mother liquor is obtained more from the crystallization of the fructose portion present in the fructose-containing fraction. In other words, in a particularly preferred embodiment, the fructose-containing mother liquor, the less-fructose-containing fraction and the isomerized corn syrup are mixed to make a liquid phase sweetener (e.g., 55% fructose corn syrup).
15 Kuviossa 4 on esitetty tyypillisiä, kiteytysprosesseissa käytettäviä jäähdytyskäyriä. Käyrä A on luonnollinen jäähtymiskäyrä ja käyrä B on hallittu käyrä, jolla pyritään saavuttamaan vakiona pysyvä ylikyllästymistila.Figure 4 shows typical cooling curves used in crystallization processes. Curve A is a natural cooling curve and curve B is a controlled curve to achieve a constant supersaturation state.
Sellaisen jäähdytysnopeuden, joka on pienempi kuin ensimmäinen jäähdytysnopeus 20 ja viimeinen jäähdytysnopeus, käyttö keskimmäisen jäähdytysjakson aikana tekee ·. mahdolliseksi sekä spontaanin kidealkioiden muodostumisen minimoinnin liuoksessa . _ että fruktoosin hajoamisen, jota lämpö indusoi, minimoinnin liuoksessa, erityisesti ensimmäisen jäähdytysjakson aikana. Kidealkioiden muodostumisen väheneminen johtaa kiteiseen tuotteeseen, jolla on paremmin lähes yhdenmukainen hiukkaskoko-25 jakauma, ja lämpövahinkojen väheneminen suurentaa fruktoosikiteiden ja emälie-:men saantoa ja vähentää epäpuhtauksina toimivien hajoamistuotteiden pitoisuutta emäliemessä, parantaen tällä tavalla sen käyttökelpoisuutta fruktoosin lähteenä nestefaasina olevaa makeutusainetta varten.Using a cooling rate lower than the first cooling rate 20 and the last cooling rate during the middle cooling period makes. as well as minimizing the spontaneous formation of crystal embryos in solution. and minimizing the degradation of fructose induced by heat in solution, especially during the first cooling period. Reduction of crystal embryo formation leads to a crystalline product with a more nearly uniform particle size distribution, and reduction of thermal damage increases the yield of fructose crystals and mother liquor and reduces the concentration of impurity degradation products in the mother liquor, thereby improving its usefulness as a fructose sweetener.
. ‘>t 30 Vaikka sokerisiirappien käsittely aktiivihiilellä näiden siirappien puhdistamiseksi onkin ’". ’ yleisesti tunnettua, niin kuitenkin on todettu, että fruktoosisiirapeissa, joissa fruk- toosipitoisuus on suuri (kkpl), tulisi olla suhteellisen pieni kiintoainepitoisuus aktiivi-* * hiilen läsnäollessa sivutuotteiden (esim. difruktoosin) muodostumisen vähentämi seksi, jotka sivutuotteet voivat pienentää fruktoosin saatavuutta siirapissa, estää 16 116532 fruktoosin kiteytymistä siirapista ja/tai vaikuttaa siitä valmistetun siirapin tai makeu-tusaineen organoleptisiin ominaisuuksiin. Taulukoissa II ja III on esitetty kiintoaine-pitoisuuden vaikutus difruktoosin muodostumiseen runsaasti fruktoosia (95+ p-% kkpl) sisältävässä siirapissa sen ajan, jolloin siirapii on kosketuksessa aktiivihiilen 5 kanssa, kuluessa.. Although treatment of sugar syrups with activated carbon to purify these syrups is well known, it has been found that fructose syrups with high fructose content (kpl) should have a relatively low solids content in the presence of active carbon by-products (*). e.g., difructose), which byproducts may reduce the availability of fructose in the syrup, prevent crystallization of fructose 16 116532 from the syrup and / or affect the organoleptic properties of the syrup or sweetener made from it. (95+% w / w) syrup during the time the syrup is in contact with the activated carbon 5.
Erityisen edullisissa suoritusmuodoissa fruktoosin kiteytyksestä saatuun emäliemeen sekoitetaan vettä käsittävää nestettä (esim. vesijohtovettä, makeaa vettä, sokerisii-rappeja kuten 42 % fruktoosia sisältäviä maissisiirappeja ja muita vastaavia) kiinto-10 ainepitoisuutta pienentämiseksi ennen käsittelyä aktiivihiilellä, minkä jälkeen toteutetaan haihdutus suurempaan kiintoainepitoisuuteen. Tuloksena olevaa liuosta, jossa kiintoainepitoisuus on suurempi, voidaan käyttää monella eri tavalla, esim. kitey-tyslaitteen syöttönä, makeutusaineena toimivana, runsaasti fruktoosia sisäl-tävänä maissisiirappina tai sitä varten tarkoitettuna tuotantovirtana, joissa kaikissa tapauk-15 sissa hyödytään edellä mainituista eduista, joihin päästään pienentämällä emälie-men kiintoainepitoisuutta ennen aktiivihiilikäsittelyä, ja toteuttamalla haih-dutus tämän jälkeen.In particularly preferred embodiments, the aqueous solution (e.g., tap water, fresh water, sugar syrups such as 42% fructose corn syrups and the like) is mixed with the mother liquor obtained from the crystallization of fructose to reduce the solids content prior to treatment with activated charcoal. The resulting higher solids solution can be used in a variety of ways, e.g., as a feed to the crystallizer, as a sweetener, as a high-fructose corn syrup, or as a production stream, which in each case benefits from the above advantages. reducing the solids content of the mother liquor prior to the treatment with activated carbon, and then performing evaporation thereafter.
Kuvio 1 esittää tavanomaisen menetelmän, jolla 42 % HFCStää ja 55 % HFCSiää 20 (EFCS) tuotetaan tärkkelyksestä, eri vaiheita.Figure 1 illustrates the various steps of the conventional method of producing 42% HFCS and 55% HFCS 20 (EFCS) from starch.
< · :'. Kuvio 2 esittää integroitua, tärkkelykseen perustuvaa menetelmää sekä kiteisen •...: fruktoosin että EFCS:n tuottamiseksi.<·: '. Figure 2 shows an integrated starch-based process for the production of both crystalline ... ... fructose and EFCS.
* t ;'. ‘. 25 Kuvio 3 esittää yksityiskohtaisemmin kuvion 2 mukaista menetelmää. Kuviossa 3 : esitetyt vaiheet kuivaus, vakiointi ja 99,5+% vedetön kiteinen fruktoosi eivät kuulu keksinnön suojapiiriin.* t; '. '. Figure 3 shows in more detail the method of Figure 2. Figure 3: The steps of drying, conditioning, and 99.5 +% anhydrous crystalline fructose shown are outside the scope of the invention.
» · ' ; Kuvio 4 on graafinen esitys, josta nähdään lämpötilan riippuvuus ajasta panostoimi- ; . 30 sessa kiteytyslaitteessa sekä luonnollisen jäähtymiskäyrän (käyrä A) tapauksessa -. * että vakiona pysyvää ylikyllästymistä vastaavan jäähtymiskäyrän (käyrä B) tapauk- • ‘ sessa.»· '; Fig. 4 is a graph showing temperature versus time for batch operation; . 30 and in the case of the natural cooling curve (curve A),. * that in the case of a constant cooling curve (curve B) corresponding to • permanent supersaturation.
! i t 17 116532! i t 17 116532
Oheisen keksinnön tärkeä piirre on se synergia, johon päästään, kun vedetöntä kiteistä fruktoosia (ACF) tuotetaan yhdessä EFCS:n kanssa. Fruktoosikiteiden saanto fruktoositäyttömassasta on tyypillisesti suuruusluokkaa 40-55 %, esimerkiksi 45 %. Pitemmät kiteytysajat voivat parantaa saantoa, mutta vain prosessin läpi kulkeneen 5 ainemäärän kustannuksella. Niinpä merkittävä etu saavutetaan integroimalla fruktoosin kiteyttäminen prosessiin, josta ei ainoastaan saada fruktoosisyöttöä ACF-kiteytysprosessia varten, vaan jossa voidaan myös käyttää vaikeuksitta ACF-proses-sista peräisin olevaa kiteytymätöntä fruktoosia.An important feature of the present invention is the synergy achieved when anhydrous crystalline fructose (ACF) is produced in combination with EFCS. The yield of fructose crystals from the fructose fill mass is typically in the order of 40-55%, for example 45%. Longer crystallization times can improve the yield, but only at the expense of the 5 substances passed through the process. Thus, a significant advantage is achieved by integrating the crystallization of fructose into a process which not only provides the fructose feed for the ACF crystallization process, but can also easily use non-crystallized fructose from the ACF process.
10 Eräissä tekniikan nykytason mukaisissa prosesseissa kiteisen fruktoosin tuottamiseksi kiteytymätön osa kierrätetään takaisin kiteytysprosessin läpi. Tähän vaihtoehtoon liittyy vaikeutena se, että epätoivottuja sivutuotteita kuten difruktoosia, 5-(hydroksi-metyyli)-2-furfuraalia (HMF) ja korkeampia sakkarideja pyrkii muodostumaan kierrä-tysvirtaan, koska kiteytys on olennaisesti selektiivinen fruktoosille. Tämän seurauk-15 sena kierrätysvirta on lopulta niin kontaminoitunut sivutuotteilla, että se on. poistettava järjestelmästä, mikä johtaa olennaisten fruktoosimäärien menetykseen.In some prior art processes for producing crystalline fructose, the non-crystalline moiety is recycled through the crystallization process. The difficulty of this alternative is that unwanted by-products such as difructose, 5- (hydroxymethyl) -2-furfural (HMF) and higher saccharides tend to form in the recycling stream because crystallization is essentially selective for fructose. As a result, the recycling stream is eventually so contaminated with by-products that it is. should be removed from the system, leading to the loss of essential fructose levels.
Oheisessa keksinnössä tämä sivutuotteiden muodostumiseen liittyvä ongelma on ratkaistu sisällyttämällä fruktoosin kiteytyksen jälkeen jäljelle jäävä, liuosfaasina 20 oleva materiaali (emäliemi) prosessiin, jossa tuotetaan runsaasti fruktoosia sisältä-, *vää, nestefaasina olevaa makeutusainetta tai makeutusaineita. Tällä tavalla epätoi- • (t voituja sivutuotteita ei väkevöidy integroidun prosessin siihen osaan, jossa tuote- • : taan ACF:ia, vaan niitä poistetaan jatkuvasti järjestelmästä. Tämä integrointi tekee :. j fruktoosia sisältävät poistovirrat tarpeettomiksi, jolloin fruktoosi saadaan säilymään ' 25 taloudellisesti arvokkaimmissa tuotteissa.In the present invention, this problem of byproduct formation is solved by incorporating the residual solution phase (mother liquor) remaining after crystallization of fructose into the process of producing a high amount of fructose-containing, liquid phase sweetener or sweeteners. In this way, the inactive by-products are not concentrated to the part of the • integrated process that produces ACF, but are continuously removed from the system. This integration eliminates the need for: j fructose-containing effluents, thereby maintaining fructose economically most valuable products.
••
Seuraavassa tarkastellaan kuviota 1, josta nähdään, että 55-prosenttisen HFCS:n (EFCS) tuotanto edellyttää erotusvaihetta (fraktiointivaihetta) prosessivirrassa.Referring now to Figure 1, it can be seen that 55% HFCS (EFCS) production requires a separation step (fractionation step) in the process stream.
; ” *; Yleensä fraktiointia tarvitaan sellaisten siirappien tekemiseksi, jotka siirapit sisältävät j. 30 fruktoosia enemmän kuin noin 48 %. Fruktoosin kiteyttämistä ajatellen edullinen siirappi sisältää enemmän kuin 95 p-% (kkpl) fruktoosia. Vaikka fruktoosia voidaan- • ’ kin kiteyttää sellaisista liuoksista, jotka sisältävät fruktoosia tätä vähemmän, niin ] tuloksena ovat tällöin kuitenkin huonommat saannot, eikä prosessi olisi taloudelli sesti yhtä toivottava.; "*; Generally, fractionation is required to make syrups containing j. 30 fructose more than about 48%. A syrup preferred for crystallization of fructose contains more than 95% (w / w) fructose. Although fructose may be crystallized from solutions containing less fructose, it will still result in lower yields and the process would not be as economically desirable.
18 11653218 116532
Alalla tunnetaan fraktiointitekniikoita, joissa noin 42 p-% (kkpl) fruktoosia sisältävästä syötöstä (dekstroosin isomeroinnin tyypillinen saanto) saadaan 95+ % fruktoosia sisältävä virta. Niinpä EFCS-prosessista voidaan saada ACF-syöttövirta vain vähäisin muutoksin tai ilman muutoksia. Edullisimmassa tapauksessa fraktiointijär-5 jestelmä on tyypiltään simuloidun liikkuvan petin käsittävä kromatografiajärjestelmä, mikä on alalla hyvin tunnettua.Fractionation techniques are known in the art in which a stream containing 95+% fructose is obtained from a feed containing about 42% (w / w) fructose (typical yield of dextrose isomerization). Thus, the ACCS feed stream can be obtained from the EFCS process with little or no change. Most preferably, the fractionation system is a chromatography system of the simulated moving bed type, which is well known in the art.
Seuraavassa viitataan kuvioon 2, jonka avulla kuvataan integroidun prosessin yksityiskohdat. Kuten lohkossa "alustava konversio/puhdistus" on esitetty, tärkkelys 10 muunnetaan ensin dekstroosiksi käyttäen tavanomaista, entsyymiin perustuvaa menetelmää, joka on kuvattu edellä.Referring now to Figure 2, the details of the integrated process will be described. As shown in the "preliminary conversion / purification" block, starch 10 is first converted to dextrose using the conventional enzyme-based method described above.
Isomerointi 15 Isomerointivaiheessa käytetään entsyymiä dekstroosin muuntamiseksi fruktoosiksi. Entsyymi on kiinnitetty kantajaan ja se pysyy paikoillaan kolonnissa (isokolonnissa), kunnes se korvataan uudelle sen jälkeen, kun sen aktiivisuus on kulunut loppuun. Oheisen keksinnön eräs etu on se, että se tekee mahdolliseksi suurien isomeraasi-määrien tehokkaan käytön isokolonneissa. Tuottajan, joka investoi lisäisomerointi-20 kapasiteettiin EFCS-siirapin (55 % fruktoosia) kysynnän kausivaihteluista johtuvan ’·. huippukysynnän tyydyttämiseksi, on maksettava tästä suuremmasta isomerointika- pasiteetista koko vuoden silloinkin, kun hänen EFCS-tuotantonsa on suhteellisen vähäistä. Sen sijaan toteuttamalla ohessa kuvattua integroitua menetelmää selek-; tiivisesti tuottaja voi hyväksikäyttää tehokkaasti suurempaa isomerointikapasiteettia ‘ · *; 25 kanavoimalla enemmän fraktiointivaiheesta saatua, runsaasti fruktoosia sisältävää : * \': virtaa EFCS-tuotantoon, kun tämän tuotteen kysyntä on suurta, ja käyttämällä suu remman osan tästä virrasta ACF-tuotantoon, kun EFCS-kysyntä on vähäisempää.Isomerisation The isomerization step uses an enzyme to convert dextrose to fructose. The enzyme is attached to the support and remains in place on the column (isobol) until it is replaced after its activity has ceased. An advantage of the present invention is that it enables the efficient use of large amounts of isomerase in isocolumns. Producer investing in additional isomerization-20 capacity due to seasonal fluctuations in demand for EFCS syrup (55% fructose). to meet peak demand, he must pay for this greater isomerization capacity throughout the year, even when his EFCS production is relatively low. Instead, by implementing the integrated method described below, selec-; the producer can efficiently exploit the greater isomerization capacity '· *; 25 by channeling more fructose-rich fructose: * \ ': flows to EFCS production when demand for this product is high and using the greater part of this flow to ACF production when demand for EFCS is lower.
j Tällä tavalla suurempaan isomerointikapasiteettiin tehtyjä investointeja voidaan hy- • * » 1 :'"; väksikäyttää tehokkaasti läpi koko vuoden.j In this way, investments in higher isomerization capacity can be efficiently exploited throughout the year.
30 t · ·30h · ·
• * I• * I
Fraktiointi ‘ Fraktiointi toteutetaan sarjajärjestelmässä eli joukossa hartsia sisältäviä astioita, jotka toimivat peräkkäin syöttövirtana käytetyssä siirapissa läsnäolevan fruktoosin 19 116532 erottamiseksi dekstroosista. Syöttövirta ja eluoiva vesivirta syötetään sarjajäijestel-mään, ja siitä poistetaan yksi tai useampi, runsaasti fruktoosia sisältävä tuotevirta, runsaasti dekstroosia sisältävä raffinaattivirta ja/tai yksi tai useampi, runsaasti oligosakkarideja sisältävä raffinaattivirta. Kuten kuviosta 3 nähdään, runsaasti dekst-5 roosia sisältävä virta kierrätetään isomerointiin dekstroosin muuttamiseksi fruktoosiksi, samalla kun runsaasti fruktoosia sisältävä virta (virrat) johdetaan prosessin ACF-osaan tai se sekoitetaan EFCS:n valmistamiseksi.Fractionation 'Fractionation is carried out in a batch system, i.e. a series of resin-containing vessels, which act as a feed stream to separate fructose 19 116532 from dextrose present in the syrup used. The feed stream and the eluting water stream are fed to a batch system, and one or more fructose-rich product streams, dextrose-rich raffinate streams and / or one or more oligosaccharide-rich raffinate streams are removed. As shown in Figure 3, the dextrose-rich stream is recycled to isomerization to convert dextrose to fructose, while the high-fructose stream (s) is fed to the ACF portion of the process or mixed to produce EFCS.
Fraktiointikapasiteetti mitataan syötön virtausnopeudesta, tuotevirran prosentuaali-10 sesta fruktoosipitoisuudesta ja virrassa läsnäolevan fruktoosin talteensaannista. Tietyn fruktoosipitoisuuden (kkpl) tapauksessa pätee, mitä suurempi on fraktiointikapasiteetti, sitä pienempi on isomeroinnissa tarvittava fruktoosikonversio. Tästä syystä isomeraasiin liittyvien kustannusten pienentämiseksi fraktiointia ajetaan edullisesti jatkuvasti suurimmalla kapasiteetillaan.Fractionation capacity is measured by the feed flow rate, the percent fructose content of the product stream, and the recovery of fructose present in the stream. For a given fructose content (kpl), the higher the fractionation capacity, the lower the fructose conversion needed for isomerization. Therefore, in order to reduce the costs associated with isomerase, fractionation is preferably run continuously at maximum capacity.
1515
Jotta ACF-prosessissa päästäisiin kiteytyslaitteen käytännöllisiin saantoihin, niin frak-tiointituotteen on oltava enemmän kuin noin 90 p-% (kkpl) fruktoosia, edullisesti enemmän kuin noin 95 p-% (kkpl) fruktoosia. Koska tämä on enemmän kuin se 90 p-% (kkpl) fruktoosia, joka eristetään normaalisti EFCS-prosessissa, niin tavanomai-20 sissa fraktiointijärjestelmissä on käytettävä erityisiä toimintaolosuhteita, jotka saat-: tavat johtaa pienempään fraktiointikapasiteettiin. Niitä ovat: 1) siirapin syöttöno- peuden hidastaminen muuttamatta eluoivan veden suhdetta erotuskyvyn (resoluu-j tio) parantamiseksi, ja/tai 2) eluoivan veden suhteen suurentaminen resoluution • parantamiseksi. Näiden toimintaolosuhteiden haittana on se, että joko tuotteen läpi- 25 menevä määrä pienenee ja/tai myöhemmin poistettavan veden määrä suurenee, : : mihin liittyy ainakin suurempaa energiankulutusta. Olemassa on kuitenkin edullinen vaihtoehto.In order to achieve practical yields of the crystallizer in the ACF process, the fractionation product must be more than about 90 wt% fructose, preferably more than about 95 wt% fructose. Because this is more than the 90 wt% (kpl) fructose that is normally isolated in the EFCS process, special fractionation conditions must be used in conventional fractionation systems, which may result in reduced fractionation capacity. These include: 1) slowing the syrup feed rate without changing the ratio of eluting water to improve resolution, and / or 2) increasing the ratio of eluting water to improve resolution. The disadvantage of these operating conditions is that either the throughput of the product is reduced and / or the amount of water subsequently removed is increased, which at least involves higher energy consumption. However, there is a cheap alternative.
''': Alan asiantuntijoille on selvää se, että kun dekstroosia ja fruktoosia käsittävä vesi- ; |_ 30 liuos johdetaan sopivan kromatografiakolonnin läpi, niin tällöin päästään näiden ’ ·> ‘ kahden lajin vähintään osittaiseen erottumiseen. Fraktioinnin toteuttamiseksi kolon- < » * · * nin poiste on jaettava sopivalla tavalla osiin toivottujen fraktioiden eristämiseksi.'' ': It is clear to those skilled in the art that when dextrose and fructose comprise water; The solution is passed through a suitable chromatography column, whereby at least partial separation of the two species is achieved. In order to effect fractionation, the removal of the column must be suitably subdivided to isolate the desired fractions.
Näitä toisistaan erotettuja osia kutsutaan yleisesti "jakeiksi". "Kapea jae" sisältää t e * j » vähemmän tilavuuselementtejä poistetta kuin "leveä jae". Näin ollen puhtaudesta 20 116532 puhuttaessa erotus voidaan optimoida erityisen lajin suhteen ottamalla sopivan kapea jae. Kompromissina, joka tehdään erotettaessa poisteesta kapea jae, on se, että kapea jae vaikuttaa haitallisesti valitun lajin talteensaatuun kokonaismäärään.These separated parts are commonly referred to as "fractions". A "narrow fraction" contains less volumetric elements than a "wide fraction". Thus, when talking about purity 20 116532, the separation can be optimized for a particular species by taking a suitably narrow fraction. The trade-off for separating a narrow fraction from the deletion is that the narrow fraction adversely affects the total amount recovered for the selected species.
Ollaan todettu, että 95+ p-% (kkpl) fruktoosivirta, jota käytetään edullisesti syöttö-5 nä kuvatun menetelmän siinä osassa, jossa tuotetaan kiteistä fruktoosia, voidaan saada ottamalla sopivan kapea jae tavanomaiseen prosessiin, jota käytetään EFCS: n tuottamiseksi, kuuluvan fraktiointijärjestelmän tuotevirrasta. Eräs tällainen erityisen edullinen fraktiointijärjestelmä on kuvattu saman hakijan, nimellä John F. Ra-sche 5.8.86 jätetyssä US-patenttihakemuksessa, jonka sarjanumero on 861 026, ja 10 jonka nimitys on "Simulated Moving Bed Chromatographic Separation Apparatus". Tämän julkaisun sisältö liitetään erityisesti oheen', ikäänkuin osaksi tätä selitystä.It has been found that 95+% by weight (pcs.) Of fructose stream, preferably used in the part of the process described as producing crystalline fructose, can be obtained by taking a suitable narrow fraction from the product stream of a fractionation system of the conventional process used to produce EFCS. . One such particularly advantageous fractionation system is described in U.S. Patent Application Serial No. 861,026, filed by the same applicant as John F. Rasche 5.8.86 and entitled "Simulated Moving Bed Chromatographic Separation Apparatus". The contents of this publication are specifically appended hereto, as if part of this disclosure.
Edullinen tapa käyttää edellä mainittua kromatografista erotuslaitetta, kun se toimii fraktiointijäijestelmänä oheisessa keksinnössä, on nostaa eluentin ja syötön välinen 15 suhde noin arvosta 1,7 noin arvoon 2,0. Siirappisyöttö käsittää edullisesti noin 60 p-% kuiva-ainetta j a sitä pidetään noin 140 ° F. n (noin 60 °C) lämpötilassa.A preferred way of using the aforementioned chromatographic separation apparatus, when operating as a fractionation residue system in the present invention, is to increase the eluent to feed ratio from about 1.7 to about 2.0. The syrup feed preferably comprises about 60% by weight of dry matter and is maintained at a temperature of about 140 ° F (about 60 ° C).
Fraktiointijärjestelmästä saatava raffinaattivirta voidaan jakaa osiin samalla tavalla kuin poistevirta. Tällä tavalla suhteellisen runsaasti oligosakkarideja sisältävä virta 20 voidaan eristää sen kierrättämiseksi sokerointijärjestelmään, se voidaan lähettää erilliseen, erityiseen sokerointijärjestelmään tai poistaa järjestelmästä.The raffinate stream from the fractionation system can be subdivided in the same manner as the effluent stream. In this way, the relatively high oligosaccharide stream 20 can be isolated to be recycled to the sugaring system, sent to a separate, specific sugaring system, or removed from the system.
,,: Siinä tapauksessa, ettei oligosakkarideja poisteta tai kierrätetä sokerointijärjestel- mään, oligosakkaridien ainoana ulospääsynä järjestelmästä on poistevirta, sillä tyy- : . \ 25 pillinen isomerointi ei vaikuta lainkaan oligosakkarideihin. Niinpä raffinaattivirrassa : ’. läsnäolevat oligosakkaridit, jotka kierrätetään takaisin isomerointijärjestelmään, kul- * « kevät yksinkertaisesti järjestelmän läpi muuttumattomana ja ne palaavat syötön mukana fraktiointijärjestelmään.,,: In the event that the oligosaccharides are not removed or recycled to the sugaring system, the only way out of the oligosaccharides is the effluent stream, because of the nature of the. 25 oligomeric oligosaccharides are not affected by isomerization of 25 columns. So in the raffinate stream: '. the oligosaccharides present, which are recycled back to the isomerization system, simply pass through the system unchanged and return with the feed to the fractionation system.
30 Oligosakkaridit ovat epätoivottuja poistevirrassa, koska ainakin osaa tästä virrasta ’;;, ‘ käytetään syöttönä prosessin siinä osassa, jossa fruktoosi kiteytetään, ja fruktoosin ‘: ‘ kiteyttäminen tapahtuu edullisesti liuoksesta, joka sisältää mahdollisimman vähän *:* muita lajeja. Samoin oligosakkaridit ovat epätoivottuja keksinnön mukaisella mene- ’: * telmällä tuotetussa, nestefaasina olevassa makeutusaineessa, koska vain rajallinen 21 116532 määrä tällaisia oligosakkarideja voidaan poistaa järjestelmästä nestefaasina olevan, tuotteen mukana.Oligosaccharides are undesirable in the effluent stream because at least part of this stream is used as a feed in the part of the process where the fructose is crystallized and the fructose is crystallized preferably from a solution containing as little *: * other species. Likewise, oligosaccharides are undesirable in the liquid phase sweetener produced by the process of the invention, since only a limited amount of 21 116532 such oligosaccharides can be removed from the system with the liquid phase product.
Lisäetu saavutetaan kierrättämällä runsaasti oligosakkarideja sisältävä virta frakti-5 ointijärjestelmästä sokerointijärjestelmään. Tällaisen virran kuiva-ainepitoisuus on tyypillisesti suhteellisen alhainen, kuiva-ainepitoisuuden ollessa yleisimmin noin 10 p-%, eli virta sisältää vettä noin 90 p-%. Prosessin nesteytys/dekstrinointiosasta saatava tärkkelysliete on tyypillisesti laimennettava ennen sokerointia. Vähintään osa tärkkelyslietteen laimentamiseen tarvittavasta vedestä voidaan korvata oli-10 gosakkaridivirrassa olevalla vedellä, tällä tavalla vettä säästäen ja järjestelmässä tarvittavaa kokonaishaihdutuskapasiteettia pienentäen.A further advantage is achieved by recycling the high oligosaccharide-rich stream from the fractionation system to the sugaring system. The dry solids content of such a stream is typically relatively low, with a dry solids content generally being about 10 wt%, i.e. the stream contains about 90 wt% water. The starch slurry from the liquefaction / dextrinization portion of the process is typically diluted prior to saccharification. At least a portion of the water required to dilute the starch slurry can be replaced by water in the ol-10 gosaccharide stream, thereby saving water and reducing the total evaporation capacity required by the system.
Sekoitus 15 Tavanomaisessa EFCS-menetelmässä fraktioinnista saatuun, runsaasti fruktoosia sisältävään jakeeseen sekoitetaan isomeroinnista saatua tuotetta [tyypillisesti 42-48 p-% (kkpl) fruktoosia] toivottuun fruktoosipitoisuuteen pääsemiseksi lopullisessa tuotteessa [55 p-% (kkpl) EFCS:n tapauksessa]. Oheisen keksinnön mukaisessa menetelmässä kiteytysprosessin sentrifugointivaiheesta saatua emälientä, joka sisäl-20 tää noin 88-92 p-% (kkpl) fruktoosia, edullisesti 90-92 p-% (kkpl) fruktoosia, kuiva-• ·, ainepitoisuuden ollessa noin 83 p-%, on myös käytettävissä sekoitusta varten. Tällä tavalla prosessi saadaan edelleen joustavammaksi, koska erilaisia virtoja voidaan ,,: sekoittaa ennen sekoitteen johtamista EFCS-kiillotusvaiheisiin, joissa sekoite tyypilli- ,: sesti ioninvaihdetaan, käsitellään hiilellä ja haihdutetaan sitten siten, että sen kuiva- 25 ainepitoisuudeksi saadaan 77 p-%, osana tavanomaista EFCS-tuotantoa. Eräät :·, mahdolliset sekoituskohdat on esitetty katkoviivoin kuviossa 3. Sekoitevirtojen lopul linen valinta riippuu luonnollisestikin koko järjestelmän ainetaseesta.Blend 15 In a conventional EFCS process, the fructose-rich fraction obtained from fractionation is mixed with the product of isomerization [typically 42-48 wt% fructose] to achieve the desired fructose content in the final product [55 wt% w / w EFCS]. In the process of the present invention, the mother liquor obtained from the centrifugation step of the crystallization process contains about 88-92 wt% fructose, preferably 90-92 wt% fructose, with a dry content of about 83 wt%. , is also available for mixing. In this way, the process is further made more flexible because various streams can be mixed before being fed to EFCS polishing steps, whereby the mixture is typically ion-exchanged, treated with carbon and then evaporated to give a solids content of 77% by weight, as part of normal EFCS production. Some: ·, possible mixing points are shown in dashed lines in Figure 3. Of course, the final choice of mixing streams depends on the material balance of the entire system.
Koska ACF-prosessissa runsaasti fruktoosia sisältävään virtaan ei lisätä lainkaan ke-30 mikaaleja, lukuunottamatta hyvin pieniä määriä kloorivetyhappoa tai kalsinoitua •;;,: soodaa pH:n säätää varten, niin ACF-prosessissa ei synny merkittäviä määriä uusia : hivenkomponentteja. Värillisiä yhdisteitä, HMFria ja difruktoosia voi syntyä kiteytys- ’: : laitteen syötön hiilikäsittely- ja haihdutusvaiheissa. Nämä yhdisteet voidaan kuiten- : ‘ : kin poistaa lopullisella hiilikäsittelyllä ja ioninvaihtokäsittelyllä EFCS-prosessissa.Since the ACF process does not add any ke-chemicals to the fructose-rich stream, except for very small amounts of hydrochloric acid or calcined soda for pH adjustment, the ACF process does not generate significant amounts of new: trace components. Colored compounds, HMFr and difructose may be formed during the crystallization and evaporation of the feed of the device. However, these compounds can also be removed by final carbon treatment and ion exchange treatment in the EFCS process.
22 11653222 116532
Koska koko fruktoosiprosessin useimmat vaiheet voidaan toteuttaa virroilla, joiden kuivapainepitoisuus on suuri, niin mikrobikasvulta vältytään eikä sen pitäisi olla suuri huolenaihe. Näin ollen asetaldehyditason ei pitäisi nousta merkittävästi ja sitä voidaan pienentää tarvittaessa lopullisessa ioninvaihtovaiheessa ja lopullisessa haihdu-5 tusvaiheissa.Because most steps in the entire fructose process can be accomplished with high dry pressure streams, microbial growth is avoided and should not be a major concern. Therefore, the acetaldehyde level should not increase significantly and may be reduced, if necessary, during the final ion exchange step and the final evaporation step.
Fruktoosin syöttö kiteytykseen pH-säätö 10 Ollaan todettu, että fruktoosin vesiliuoksen, josta fruktoosikiteitä on tarkoitus saada, pH on edullisesti noin alueella 3,7-4,3, huolimatta siitä, että alalla on esitetty myös päinvastaisia arvioita (katso esim. patenttijulkaisu US 3 883 365). Kiteytyslaittee-seen johdettavan fruktoosisyötön pH-arvon asianmukainen säätäminen on välttämätöntä difruktoosianhydridien muodostumisen minimoimiseksi. Difruktoosianhydridien 15 läsnäolon kiteytyslaitteessa on todettu johtavan kiteytyslaitteessa pienempiin saantoihin ja vaikuttavan haitallisesti muodostuvien fruktoosikiteiden kokojakaumaan. Oletetaan, että anhydridien muodostumisnopeus on pienimmillään pH-alueella 3,7-4,3. Anhydridien muodostumisnopeus on suurempi sekä tämän alueen alapuolella että sen yläpuolella. Edelleen oletetaan, että värillisiä yhdisteitä muodostuu her-20 kemmin suuremmilla pH-arvoilla.Input of Fructose to Crystallization pH Adjustment It has been found that the pH of the aqueous fructose solution from which the fructose crystals are to be obtained is preferably in the range of about 3.7 to 4.3, although contrary estimates have also been made in the art (see, e.g., U.S. Pat. 883,365). Appropriate adjustment of the pH of the fructose feed to the crystallizer is necessary to minimize the formation of difructose anhydrides. The presence of difructose anhydrides in the crystallizer has been found to result in lower yields in the crystallizer and to affect the size distribution of the fructose crystals that are formed adversely. It is assumed that the anhydride formation rate is at its lowest in the pH range of 3.7-4.3. The rate of formation of anhydrides is higher both below and above this range. It is further assumed that colored compounds are formed more readily at higher pH values.
Esimerkki Tässä esimerkissä selvitettiin alla kuvatulla tavalla pH:n vaikutusta fruktoosin liukoi-25 suuteen ja epäpuhtauksien muodostumiseen siirapissa, joka sisälsi noin 95 p-% : ·. fruktoosia kuiva-aineesta laskien. Tutkitut siirapit olivat samanlaisia kuin ne, joita käytetään syöttönä oheiseen prosessiin kuuluvassa fruktoosia kiteytysosassa.Example In this example, the effect of pH on the solubility of fructose and the formation of impurities in a syrup containing about 95% by weight was investigated as described below. fructose on a dry basis. The syrups studied were similar to those used as feed for the fructose crystallization part of the process below.
Kiteistä fruktoosia lisättiin VEFCS-näytteeseen (90 p-% fruktoosia, kkpl) noin 95 p-30 % (kkpl) fruktoosia käsittävän siirapin saamiseksi. Tämän jälkeen siirappia käsiteltiin ;;,' rakeisella aktiivihiilellä tavalla, joka on kuvattu oheisessa hakemuksensa hiilikäsitte- ':' lyyn kohdistuvassa kappaleessa (jäljempänä). Niinpä tätä siirappia käsiteltiin samalla : · tavalla kuin kiteytyslaitteen syöttöä.Crystalline fructose was added to a VEFCS sample (90 wt% fructose, kpl) to obtain a syrup comprising about 95 wt% to 30 wt% (kw) fructose. The syrup was then treated with 'granular activated carbon in the manner described in the accompanying paragraph on carbon treatment of the application (hereinafter). Thus, this syrup was treated in the same way: · In the same way as the feed of the crystallizer.
23 1 1 653223 1 1 6532
Edellä kuvatusta siirapista otettiin näyte, jonka pH asetettiin arvoon 3, 94, ja joka haihdutettiin 73 °C:ssa suureen kuiva-ainepitoisuuteen. Kaksi litraa tätä runsaasti kiintoainetta sisältävää siirappia laitettiin suljettuun, sekoitettuun pulloon, joka upotettiin hauteeseen, jonka lämpötila pidettiin vakiona, noin arvossa 55 °C. Tätä näy-5 tettä (pH 4-näyte) sekoitettiin jatkuvasti tässä hauteessa, jonka lämpötila oli vakio, samalla, kun toista näytettä esikäsiteltiin (noin 5 tunnin ajan).A sample was taken from the syrup described above, adjusted to a pH of 3, 94 and evaporated at 73 ° C to a high solids content. Two liters of this high solids syrup was placed in a sealed, mixed bottle, immersed in a bath maintained at a constant temperature of about 55 ° C. This sample-5 product (pH-4 sample) was continuously stirred in this constant temperature bath while another sample was pretreated (for about 5 hours).
Tästä 95 p-% fruktoosia sisältävästä siirapista otettiin toinen näyte, jonka pH asetettiin arvoon 5, 48, ja joka haihdutettiin 77 °C:ssa suureen kuiva-ainepitoisuuteen. 10 Haihduttaminen toteutettiin hitaammin kuin pH 4-näytteen tapauksessa. Kaksi litraa tätä näytettä (pH 5,5-näyte) laitettiin suljettuun sekoitettuun pulloon, joka upotettiin pH 4-näytteen sisältävään hauteeseen, jonka lämpötila pidettiin vakiona.A second sample of this 95 wt% fructose syrup was taken, adjusted to a pH of 5.48, and evaporated at 77 ° C to a high solids content. Evaporation was slower than the pH 4 sample. Two liters of this sample (pH 5.5 sample) was placed in a sealed mixed flask which was immersed in a bath containing pH 4 sample maintained at a constant temperature.
Sen jälkeen, kun hauteen lämpötila oli asetettu arvoon 55,5 °C, kumpaankin näyt-15 teeseen lisättiin 50 g fruktoosikidealkioita. Sekoittamista jatkettiin 60 tunnin ajan vakiolämpötilassa. Tämä on suunnilleen siirapin viiveaika ohessa kuvattuun ACF-prosessiin kuuluvassa kiteytyslaitteessa.After the bath temperature was set at 55.5 ° C, 50 g of fructose crystal embryos were added to each sample. Stirring was continued for 60 hours at constant temperature. This is approximately the syrup delay time in the crystallizer of the ACF process described below.
Tuloksena olleista täyttömassoista otettiin näyte, ne sentrifugoitiin ja emäliemi sekä 20 syöttösiirapista otetut näytteet analysoitiin. Analyyseistä saadut tulokset on koottu seuraavaan taulukkoon.The resulting filling masses were sampled, centrifuged and analyzed for mother liquor and 20 feed syrups. The results of the analyzes are summarized in the following table.
Taulukko ITable I
Syöttö_Tasapainotettu 25 pH 4 pH 5,5 pH 4 pH 5,5 t ·Input_ Balanced 25 pH 4 pH 5.5 pH 4 pH 5.5 t ·
Fruktoosi (p-%, kkpl) 95,81 95,86 95/33 95,24 • .·. Fruktoosi hydrolyysin 96,08 96,10 95/33 95,72 _···. jälkeen (p-%, kkpl) 30 Monoanhydridit (p-%, kkpl) 0,27 0,24 e. i. * 0,48Fructose (wt%, pc) 95.81 95.86 95/33 95.24 •. ·. Fructose hydrolysis 96.08 96.10 95/33 95.72 _ ···. after (wt%, pc) 30 Mono anhydrides (wt%, pc) 0.27 0.24 e. i. * 0.48
Kiintoaine, (p-%) 89,79 89,13 88/90 88,86 HMF (ppm, kkpl) 5,71 4,03 25,9 6,58 : Asetaldehydi 104 48 58 66 ': : (ppb, yhteensä) 24 116532Solid, (wt%) 89.79 89.13 88/90 88.86 HMF (ppm, pc) 5.71 4.03 25.9 6.58: Acetaldehyde 104 48 58 66 ':: (ppb, total) ) 24 116532
Furfuraali (ppm, kkpl) e. i. * e. i. * 0,29 0,44 Väri (RBU-yksikköä) 14,0 39,6 50,7 163,1Furfural (ppm, pc) e. I. * E. I. * 0.29 0.44 Color (RBUs) 14.0 39.6 50.7 163.1
Liukoisuus -- -- 7,64 7,60 (g fruktoosia/g vettä) 5 Ylikyllästyminen -- -- 1,0 1,0 * e.m.: ei kyetty ilmaisemaan.Solubility - - 7.64 7.60 (g fructose / g water) 5 Supersaturation - - 1.0 1.0 * e.m .: Unable to detect.
Monoanhydridit lasketaan ennen näytteen hydrolyysia ja näytteen hydrolyysin jälkeen saatujen fruktoosituloksien erosta. Fruktoosin liukoisuus lasketaan fruktoositu-10 loksesta (ennen hydrolyysia) ja näytteen kiintoainepitoisuudesta. Jonkin verran fruktoosia kiteytyi ulos näyteliuoksista tasapainon saavuttamiseksi.Mono anhydrides are calculated from the difference between the fructose results obtained before and after hydrolysis of the sample. The solubility of fructose is calculated from the fructose content (before hydrolysis) and the solids content of the sample. Some fructose crystallized out of the sample solutions to achieve equilibrium.
Väri voimistui pH 5,5-näytteessä merkittävästi enemmän kuin pH 4-näytteessä. Suurempi väri johtaa kiteytysprosessissa huonompaan saantoon, sillä sentrifugikakkua 15 on pestävä enemmän.The color enhancement in the pH 5.5 sample was significantly more than in the pH 4 sample. Higher color results in poorer yields in the crystallization process because more centrifuge cake 15 needs to be washed.
Todennäköistä on myös se, että emäliemen puhdistusvaatimukset kasvavat.It is also likely that the cleaning requirements of the mother liquor will increase.
Molemmissa näytteissä tapahtui samankaltaista mono-anhydridien lisääntymistä 20 syötön valmistuksen aikana (0,27 p-% kkpl pH 4:ssä verrattuna arvoon 0,24 p-% • . kkpl pH 5, 5:ssä); kuitenkin nestekromatografisten tutkimusten tulokset (ei esitetty : *. edellä) osoittivat, että pH 5,5:ssä on saattanut muodostua enemmän difruktoosi-di anhydridejä.Both samples exhibited similar increases in mono-anhydrides during 20 feed preparation (0.27 wt.% At pH 4 compared to 0.24 wt.% At pH 5.5); however, the results of liquid chromatography studies (not shown: *. above) indicated that more diffructose anhydrides may have formed at pH 5.5.
25 Yhteenvetona todettakoon, että pH 4-näytteissä tapahtui vähemmän värin muodos-;·. tumista, sen kokonaisasetaldehydipitoisuus laski, ja sen liukoisuus ei eronnut merkit tävästi pH 5,5-näytteen liukoisuudesta. Näin ollen ACF-prosessin pH 4-syöttösiirappi on edullisempaa pH 5,5-syöttöön nähden ajatellen tuotteen saantoa ja emäliemen ;' ‘ ’; laatua, joka on sen pienen väripitoisuuden ansiota. Pienempi pH ilmeisesti minimoi . \ 30 väriä ja difruktoosin muodostumista, ja sillä on mitätön vaikutus liukoisuuteen.25 In summary, the pH 4 samples showed less color formation. the total acetaldehyde content decreased, and its solubility did not significantly differ from that of the pH 5.5 sample. Thus, the pH 4 feed syrup of the ACF process is more favorable than the pH 5.5 feed in terms of product yield and mother liquor; ''; quality due to its low color content. Lower pH apparently minimizes. \ 30 color and formation of difructose, and has a negligible effect on solubility.
Kuten kuviossa 3 esitetään, pH-arvoa säädetään tarkoituksenmukaisesti fraktioinnin ‘ ’ jälkeen ja ennen hiilikäsittelyä. Prosessin tässä pisteessä fruktoosiliuoksen viskosi- ‘ * teetti on suhteellisen pieni, ja näin ollen liuokseen on suhteellisen helppoa sekoittaa 25 116532 huolellisesti happoa tai emästä pH-arvon säätämiseksi. Alalla tunnetaan lukuisia happoja ja emäksiä, joita voidaan käyttää, tähän tarkoitukseen. Erityisen edullisia ovat kloorivetyhappo (HC1) pH-arvon alentamiseksi ja vedetön natriumkarbonaatti (Na2C03, kalsinoitu sooda) pH-arvon nostamiseksi.As shown in Figure 3, the pH is suitably adjusted after fractionation '' and before carbon treatment. At this point in the process, the viscosity of the fructose solution is relatively low, and so it is relatively easy to mix the acid or base thoroughly to adjust the pH. Numerous acids and bases which can be used for this purpose are known in the art. Particularly preferred are hydrochloric acid (HCl) for lowering the pH and anhydrous sodium carbonate (Na 2 CO 3, calcined soda) for raising the pH.
55
HiilikäsittelvHiilikäsittelv
Kiteytysprosessiin johdettava, 95+ p-% (kkpl) fruktoosia sisältävä syöttövirta käsitellään edullisesti hiilellä ennen sen väkevöintiä haihduttamalla. Hiilikäsittelyn eräänä 10 tarkoituksena on poistaa epäpuhtauksia, jotka voivat estää kiteytymisen. Toisena tarkoituksena on poistaa sellaisia epäpuhtauksia kuten värillisiä yhdisteitä, HMF;ia, furfuraalia ja asetaldehydiä, jotka vaikuttavat haitallisesti emäliemen laatuun ja jotka näin ollen vaikeuttavat sen käyttöä nestefaasina olevan makeutusaineen komponenttina. Hiilikäsittely toteutetaan edullisesti rakeisella hiilellä, annostuksen ollessa 15 noin 1-3 kuiva-ainetta, tai jauhemaisella hiilellä, jota annostellaan tyypillisesti vähemmän kuin rakeista hiiltä. Siirapin lämpötila on edullisesti noin 160 °F (noin 71 °C), j a siirapin kiintoainepitoisuus on tyypillisesti 15-30 p-%, edullisesti noin 20-25 p-%. 1Preferably, the feed stream to the crystallization process containing 95% w / w fructose (w / w) is treated with carbon prior to concentration by evaporation. One of the purposes of carbon treatment 10 is to remove impurities that can prevent crystallization. Another object is to remove impurities such as colored compounds, HMF, furfural and acetaldehyde which adversely affect the quality of the mother liquor and thus make it difficult to use it as a component of the liquid phase sweetener. The carbon treatment is preferably carried out with granular carbon at a dosage of from about 1 to about 3 solids, or with powdered carbon which is typically dosed less than granular carbon. The temperature of the syrup is preferably about 160 ° F (about 71 ° C), and the syrup has a solids content typically of 15-30% by weight, preferably about 20-25% by weight. 1
Hiilikäsittely toteutetaan kaikkein edullisimmin välittömästi fraktioinnin jälkeen ja . ennen haihdutusta. Ollaan todettu, että hiilikäsittely pienessä kiintoainepitoisuudes- : ·. sa pitää difruktoosiksi johtavan fruktoosihäviön pienempänä kuin 0,5 %. Mikäli hiili- ,;: käsittely toteutetaan haihdutuksen jälkeen, niin fruktoosihäviöksi voidaan odottaa ....: enemmän kuin 2,5 %. Siirapin lämpötilan tulisi olla noin 160 °F (noin 71 °C) (eikä v. 25 140 °F; noin 60 °C) mikrobikasvun estämiseksi hiiliadsorptiolaitteessa sekä siirapin :·. viskositeetin alentamiseksi, jolloin diffuusio hiilihiukkasiin on parempi.The carbon treatment is most preferably carried out immediately after fractionation and. before evaporation. It has been found that low solids carbon treatment: ·. the fructose loss leading to difructose is less than 0.5%. If the carbon treatment is carried out after evaporation, a fructose loss of more than 2.5% can be expected. The temperature of the syrup should be about 160 ° F (about 71 ° C) (instead of 25 140 ° F; about 60 ° C) to prevent microbial growth in the carbon adsorbent and the syrup should:. viscosity, whereby diffusion to the carbon particles is better.
. ·. Esimerkki . ’. 30 Tässä esimerkissä mitattiin difruktoosin määrä, joka muodostui vähintään 95 p-% '!;. ’ (kkpl) fruktoosia sisältävissä vesiliuoksissa, joiden kuiva-ainepitoisuus vaihteli. En- simmäisessä kahdessa kokeessa vesiliuoksiin sekoitettiin pullossa 2,7 p-% rakeista ’ ‘ hiiltä (kuivaa rakeista hiiltä vesiliuoksen kuivapainosta laskien) j a pulloja sekoitettiin ’ 1 160 °F: n (noin 71 °C:n) lämpötilassa 24 tunnin ajan. Näytteitä otettiin 0, 6, 14 ja 26 1 1 6532 24 tunnin kuluttua niissä läsnäolevan difruktoosin mittaamiseksi. Tulokset on esitetty seuraavassa:. ·. An example. '. In this example, an amount of difructose of at least 95% by weight was measured. (Kpl) in fructose-containing aqueous solutions with varying dry solids content. In the first two experiments, the aqueous solutions were mixed in a bottle with 2.7 wt% granular carbon (dry granular carbon based on the dry weight of the aqueous solution), and the bottles were stirred at 1160 ° F (about 71 ° C) for 24 hours. Samples were taken at 0, 6, 14 and 26 1 6532 after 24 hours to measure the amount of difructose present. The results are shown below:
Taulukko 11 5 Difruktoosi (p-%; kkpl), kun kuivapaino on 25 p-% 50 p-%Table 11 5 Diffructose (wt%; pcs) at 25 wt% 50 wt% dry weight
Aika, (hl 0 0,25 0,47 6 0,32 0,85 10 14 0,38 1,62 24 0,78 1,94Time, (hl 0 0.25 0.47 6 0.32 0.85 10 14 0.38 1.62 24 0.78 1.94
Edellä esitetyistä tuloksista nähdään, että difruktoosia muodostui paljon nopeammin (jopa 4 kertaa nopeammin) liuoksessa, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 50 p-%, kuin 15 liuoksessa, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 25 p-%.From the above results, it is seen that difructose was formed much faster (up to 4 times faster) in a 50 wt% solids solution than in a 15 wt% solids solution.
Seuraavilla neljällä kokeella haluttiin jäljitellä kaupallisen mitan hiilikäsittelytornin toimintaa tulppavirtauksena, joilla kokeilla pyrittiin siis mittaamaan difruktoosin muodostuminen dynaamisessa virtausjärjestelmässä verrattuna sekoitettujen pullo-20 jen muodostamaan staattiseen järjestelmään.In the following four experiments, it was desired to mimic the operation of a commercial-scale carbon treatment tower as a plug flow, thus attempting to measure the formation of difructose in a dynamic flow system as compared to a static system formed by mixed vials.
; Kokeissa käytettiin kahta 12 tuuman (noin 30,5 cm) peräkkäistä lasikolonnia siten, ; että siirappisyötön viiveajaksi saatiin noin 20 tuntia. Nämä kolonnit ja ruostumatto- .: masta putkesta tehty lyhyt kierre, jota käytettiin syötön esilämmittämiseksi, upotet- 25 tiin vesihauteisiin, joiden lämpötilaa säädettiin.; Two 12-inch (about 30.5 cm) consecutive glass columns were used in the experiments; that the syrup feed was delayed for about 20 hours. These columns and the stainless steel short tube used to preheat the feed were immersed in water baths with temperature control.
Hiilen vastasuuntaisen virtauksen simuloimiseksi muuttumattomassa tilassa kolonne-ja ajettiin ensin hiilen vakioimiseksi ja sen aktiivisuuden osittaiseksi loppuunkulutta-miseksi, minkä jälkeen toinen kolonni ladattiin uudella rakeisella aktiivihiilellä siten, . 30 että noin kaksi tuumaa (noin 5,1 cm) uutta hiiltä laitettiin tämän kolonnin ulostu- loon.To simulate the reverse flow of carbon in the unchanged state, the columns were first run to stabilize the carbon and partially deplete its activity, after which the second column was loaded with new granular activated carbon. 30, that about two inches (about 5.1 cm) of new carbon was placed at the outlet of this column.
Tällä laitteistolla tutkittiin neljää erilaista tilaa (käyttäen kussakin tilassa vakioitua, uutta rakeista hiiltä): 27 116532 70 p-% kuiva-ainetta 140 °F:ssä (noin 60 °C) 70 p-% kuiva-ainetta 160 °F:ssä (noin 71 °C) 50 p-% kuiva-ainetta 160 °F:ssä 25 p-% kuiva-ainetta 160 °F:ssä.Four different modes (using standardized new granular carbon in each mode) were investigated with this apparatus: 27 116532 70 wt% solids at 140 ° F (about 60 ° C) 70 wt% solids at 160 ° F ( about 71 ° C) 50 wt% dry matter at 160 ° F 25 wt% dry matter at 160 ° F.
55
Kutakin mainittua tilaa ajettiin jatkuvalla syötöllä j a ilman kierrätystä 36 tunnin ajan ja difruktoosin määrät kolonnin poisteessa 0, 6, 14, 24 ja 36 tunnin kuluttua on esitetty seuraavassa:Each of these states was run with continuous feed and without circulation for 36 hours, and the amounts of difructose in the column effluent at 0, 6, 14, 24 and 36 hours are shown below:
10 Taulukko III10 Table III
Difruktoosi (p-% kkpl)Difructose (w / w pc)
Lämpötila 140 °F (n. 60°Ο_160 °F (n. 71 °GTemperature 140 ° F (60 ° Ο_160 ° F (71 ° G)
Kuiva kiinto- 70 p-% 25 p-% 50 p-% 70 p-% 15 ainepitoisuusDry solids 70 wt% 25 wt% 50 wt% 70 wt% 15 substance
Aika fh) 0 0,32 0,32 0,35 0,32 6 0,83 - - 1,6 14 0,26 0,92 0,95 20 24 0,39 0,61 1,35 1,83 36 0,24 0,64 1,72 2,24Time fh) 0 0.32 0.32 0.35 0.32 6 0.83 - - 1.6 14 0.26 0.92 0.95 20 24 0.39 0.61 1.35 1.83 36 0.24 0.64 1.72 2.24
Difruktoosin muodostuminen 140 °F:n (noin 60 °C) lämpötilassa ja 70 p-%:n kiinto-ainepitoisuudessa ei näytä olevan mikään ongelma, mutta pienempi lämpötila mer-v. 25 kitsee kuitenkin mikrobikasvun vaaraa ja siirapin suurempaa viskositeettia. Kum- : 1. massakin suuremmassa kiintoainepitoisuudessa (50 ja 70 p-% kuiva-ainetta) ja 160 °F:n (noin 71 °C) lämpötilassa suoritetuissa kokeissa todettiin difruktoositasoja, joi-. . den olennainen kasvu jatkui koko ajan, vaikka lämmön ja hiilen vaikutusaika olikin . sama kaikille otetuille näytteille. Vaikkei ohessa halutakaan rajoittua mihinkään teo- 30 riaan, niin mahdollisena selityksenä saattaa kuitenkin olla se, että difruktoosin muo-’dostumista katalysoi ja/tai kokatalysoi aine, jota hiili poistaa vesiliuoksesta, ja näin ': ’ ollen tämän materiaalin kerääntyminen hiilen pinnalle johtaa siihen, että fruktoosin ‘ ' konversio difruktoosiksi nopeutuu sinä aikana, kun hiiltä käytetään. Hiilikolonnista * ' poistuvassa siirapissa voidaan käyttää hiiltä pidättävää suodatinta virrassa mahdolli- 28 1 1 6532 sesti läsnäolevien hienojen hiilihiukkasten poistamiseksi. Tehokas suodatus on tärkeätä, koska kaikki kiteytyslaitteeseen kulkeutuva liukenematon materiaali sentrifu-goituu kiteiseen fruktoosiin, ja vaikuttaa näin ollen suoraan tuotteen laatuun.The formation of difructose at 140 ° F (about 60 ° C) and a solids content of 70 wt% does not seem to be a problem, but the lower temperature mer-v. However, they limit the risk of microbial growth and the higher viscosity of the syrup. In both experiments: 1. higher mass solids (50 and 70 wt.% Solids) and 160 ° F (about 71 ° C) experiments showed levels of difructose with . Significant growth continued all the time, even though heat and coal were active. the same for all samples taken. While not intended to be limited to any theory, a possible explanation may be that the molding of difructose is catalyzed and / or co-catalyzed by a substance removed by the aqueous solution of carbon and thus: that the conversion of fructose to difructose is accelerated while carbon is used. A syrup exiting the carbon column * 'may use a carbon retaining filter to remove any fine carbon particles present in the stream. Effective filtration is important because any insoluble material that enters the crystallizer is centrifuged into crystalline fructose and thus directly affects product quality.
Koska kiteytymätön fruktoosi sekoitetaan nestefaasina olevan makeutusaineen val-5 mistamiseksi, niin hiilikäsittely parantaa myös tämän tuotteen laatua. Koska EFCS käsitellään hiilellä tavallisesti lähellä prosessin loppua (eli sekoittamisen jälkeen), niin sentrifugista saatu emäliuos on puhdistettu jo kahdesti hiilikäsittelyllä sen saavuttaessa lopullisen tuotteen.Because non-crystallized fructose is mixed to form a liquid phase sweetener, carbon treatment also improves the quality of this product. Because EFCS is usually treated with carbon near the end of the process (i.e. after mixing), the mother liquor from the centrifuge is already twice purified by carbon treatment as it reaches the final product.
10 Kiteytvssyötön haudutin10 Crystallization Inlet Beaker
Kiteytyksen liikkeellepaneva voima on ylikyllästyminen, johon päästään jäähdyttämällä runsaasti fruktoosia sisältävä siirappi pisteeseen, joka on siirapin kyllästysläm-pötilan alapuolella. Fruktoosin kyllästyskäyrä (pitoisuuden riippuvuus kyllästys-15 lämpötilasta) on hyvin jyrkkä. Jotta kiteytyslaitteessa teoreettiset saannot saataisiin alueelle 40-55 %, esimerkiksi alueelle 40-48 %, niin fruktoosia sisältävä syöttösii-rappi on jäähdytettävä noin alueella 45-55 0 F (noin 7,2-12,8 °C) olevaan lämpötilaan, esimerkiksi 47 ° F:n (noin 8,3 °C) lämpötilaan.The driving force for crystallization is supersaturation, which is achieved by cooling the syrup rich in fructose to a point below the saturation temperature of the syrup. The saturation curve of fructose (concentration versus saturation temperature) is very steep. In order to obtain theoretical yields in the crystallization apparatus in the range of 40-55%, for example in the range of 40-48%, the fructose-containing syrup must be cooled to a temperature in the range of about 45-55 ° F (about 7.2-12.8 ° C), e.g. ° F (about 8.3 ° C).
20 Haihdutusvaiheen (-vaiheiden) aikana vettä poistetaan syöttösiirapista sen väkevöi-miseksi pisteeseen, jossa fruktoosi kiteytyy liuoksesta sitä jäähdytettäessä. Haihduttimet on edullisesti suunniteltu ja ne toimivat liuoksen väkevöimiseksi siten, että lämpö vahingoittaa siirappia mahdollisimman vähän. Eräs edullinen tapa haihdutuk-.; sen toteuttamiseksi käsittää kaksivaiheisen prosessin. Syöttösiirappi väkevöidään 25 ensin 6 läpikulkukanavaa käsittävässä, laskevaan kaivoon perustuvassa haihduttimessa, jossa on lukuisia efektejä sekä mekaaninen uudelleenkokoonpuristus. Hiilikä-sittelyvaiheesta saatu, 95+ p-% (kkpl) fruktoosia sisältävä virta, joka sisältää noin :; 20-25 p-% kuiva-ainetta, johdetaan haihduttimeen noin 190 °F: n (noin 88 °C) ‘i lämpötilassa, sen pH-arvon ollessa noin 3,7-4,3. Tästä vaiheesta saadaan siirappia, i . 30 jonka kuiva-ainepitoisuus on noin 55-65 p-%. 1During the evaporation step (s), water is removed from the feed syrup to concentrate it to the point where the fructose crystallizes from the solution upon cooling. The evaporators are preferably designed and operate to concentrate the solution with minimal damage to the syrup. One preferred method of evaporation; its implementation involves a two-step process. The feed syrup is concentrated in a 25-pass evaporator-based evaporator with a plurality of effects and mechanical re-compression. A stream containing 95+% w / w fructose from the carbon treatment step containing about:; 20-25% by weight of dry substance, is introduced into the evaporator at a temperature of about 190 ° F (about 88 ° C), with a pH of about 3.7-4.3. From this step a syrup is obtained, i. 30 having a solids content of about 55-65% by weight. 1
Toisessa haihdutusvaiheessa ensimmäisestä vaiheesta saatu virta syötetään levy- ‘ ' tyyppiseen, nousevaan kalvoon perustuvaan haihduttimeen, jossa on vain yksi efek ti, ja jota käytetään noin 23-24 Hg:n (584-610 mm Hg) vakuumissa. Tästä toisesta 29 116532 vaiheesta saadaan siirappia, jonka lämpötila on noin 165-175 0 F (noin 73,9-79,4 °C), ja jonka kuiva-ainepitoisuus on noin 88-90 paino-%. Haihdutinta käytetään edullisemmin noin 26 Hg:n (noin 660 mm Hg) vakuumissa, tuotteen lämpötilan ollessa noin alueella 140-150 0 F (noin 60-65,6 °C), fruktoosihäviö tällä tavalla mini-5 moiden.In the second evaporation step, the stream from the first step is fed to a plate '', rising film based evaporator with only one effect, operated at a vacuum of about 23-24 Hg (584-610 mm Hg). This second step of 29116532 yields a syrup having a temperature of about 165-175 ° F (about 73.9-79.4 ° C) and a solids content of about 88-90% by weight. More preferably, the evaporator is used in a vacuum of about 26 Hg (about 660 mm Hg), with a product temperature in the range of about 140-150 ° F (about 60-65.6 ° C), with a loss of fructose in this manner.
Kiteytyslaitteen syötön haihduttimen suunnittelussa ja toiminnassa tärkein kriteeri on liuoksen väkevöinti siten, että lämpö vahingoittaa siirappia mahdollisimman vähän. Kiteytyslaitteen syöttösi i ra pin kaikkein ongelmallisin lämpövaurio on fruktoosin 10 muuttuminen difruktoosiksi, joka pienentää kiteytys-laitteen saantoa. Difruktoosin muodostumista edistävät suuri lämpötila, suuri pitoisuus ja pitkä viiveaika haihduttimessa. Koska pitoisuus on olennaisesti kiinteä, niin haihduttimen rakenne ja toimintaolosuhteet tulisi valita siten, että siirapin lämpötila haihduttimessa olisi mahdollisimman pieni ja viiveaika haihduttimessa olisi mahdollisimman lyhyt.The most important criterion in the design and operation of the crystallizer feed evaporator is the concentration of the solution so that the syrup is minimized by heat. The most problematic heat damage to the feed of the crystallizer is the conversion of fructose 10 into difructose, which reduces the yield of the crystallizer. The formation of difructose is promoted by the high temperature, high concentration and long residence time in the evaporator. Since the concentration is essentially solid, the structure and operating conditions of the evaporator should be chosen so that the temperature of the syrup in the evaporator is minimized and the lag time in the evaporator is minimized.
1515
Sopivat haihduttimet kuten putkityyppinen, laskevaan kalvoon perustuva haihdutin ja levytyyppinen, nousevaan kalvoon perustuva haihdutin ovat alalla yleisesti tunnettuja.Suitable evaporators, such as the tubular descending film based evaporator and the sheet type rising film based evaporator are well known in the art.
20 Kitevtvs ’. Fruktoosin kiteytys voidaan toteuttaa joko panostoimisissa tai jatkuvatoimisissa ki- ...: teytyslaitteissa. Sekä panoksittain tapahtuvaan että jatkuvaan kiteytykseen liittyy : : etuja ja haittoja. Panoskiteytys on joustavampi siinä suhteessa, että siinä syntyy \ 25 erilaisia kidekokojakaumia, ja siinä prosessihäiriöihin voidaan reagoida helpommin ja nopeammin. Kuitenkin panoskiteytyksessä kiteytyslaitteen tuottavuus (aika, joka kuluu kiteytyslaitteen täyttämiseen, tyhjentämiseen ja kidealkioiden lisäämiseen) on .·. pienempi; muuttumattomien kidekokojakaumien tuottaminen panoksesta toiseen on * · '; vaikeampaa; siinä tarvitaan suurempia varastosäiliöitä syöttöä ja täyttömassaa var- ^ 30 ten panosjaksoaikojen pitämiseksi mahdollisimman lyhyinä; j a siinä tarvitaan erilli- 1. ‘ siä jäähdytysjärjestelmiä jokaista kiteytyslaitetta varten. Jatkuvaan kiteytykseen ^ “ liittyvät juuri päinvastaiset edut ja haitat.20 Kitvtvs'. The crystallization of fructose can be carried out in either batch or continuous crystallizers. Both batch crystallization and continuous crystallization have: advantages and disadvantages. Batch crystallization is more flexible in that it produces \ 25 different crystal size distributions, and can respond to process failures more easily and quickly. However, in batch crystallization, the productivity of the crystallizer (the time it takes to fill, drain, and add crystal embryos) is. less; generating constant crystal size distributions from one charge to another is * · '; harder; it requires larger storage tanks to keep the feed and fill mass to as short a charge period as possible; and requires separate cooling systems for each crystallizer. There are just the opposite advantages and disadvantages of continuous crystallization ^ “.
30 11653230 116532
Kiteytys voidaan toteuttaa joko yhtenä läpimenona tai useana läpimenona. Edullisesti käytetään kuitenkin yhtä läpimenoa. Arvioidaan, että panosta kohden saavutetaan vain 88 % saannosta, ja kiteytysaika olisi 87 % pitempi toisen läpimenon kiteytyksessä. Lisäksi toisen läpimenon kiteytyksestä saatava emäliemi on viskoosimpaa, 5 koska siinä on läsnä suurempia määriä korkeampia sakkarideja ja lietteen tiheys (kiloa kiteitä/kilo täyttömassaa) on pienempi toisen läpimenon täyttömassan tapauksessa. Nämä kummatkin tekijät pyrkivät pienentämään sentrifugin tuottavuutta. Emäliemen käyttökelpoisuus seoskomponenttina nestefaasina olevassa makeutusai-neessa varten riippuu suureksi osaksi emäliemen puhtaudesta. Vaikka sivutuotteiden 10 täsmälliset määrät, jotka voidaan suvaita emäliemessä tai poistaa siitä tehokkaasti, riippuvatkin lukuisista tekijöistä, niin sivutuotteiden muodostuminen prosessin kitey-tysosassa tulisi kuitenkin pyrkiä minimoimaan. Koska kiteytys on olennaisesti selektiivistä fruktoosin suhteen, niin sivutuotteet pyrkivät väkevöitymään emäliemeen jokaisessa peräkkäisessä kiteyttävässä läpimenossa. Niinpä tämä ongelma vaikeutuu 15 monin, läpimenoja käsittävässä kiteytyksessä, ja sivutuotteiden taso emäliemessä asettaa usein ylärajan niiden kiteyttävien läpimenojen lukumäärälle, joita läpimenoja voidaan todella käyttää tässä integroidussa menetelmässä.The crystallization can be carried out either as a single pass or as multiple passes. However, one passage is preferably used. It is estimated that only 88% of the yield is achieved per charge and the crystallization time would be 87% longer for the second pass crystallization. In addition, the mother liquor obtained from crystallization of the second passage is most viscous because it contains higher amounts of higher saccharides and the density of the slurry (kilograms of crystals / kg of fill mass) is lower in the case of the filler mass of the second passage. Both of these factors tend to reduce the productivity of the centrifuge. The usefulness of the mother liquor as a blend component in the liquid phase sweetener is largely dependent on the purity of the mother liquor. Although the exact amounts of by-products 10 that can be tolerated or effectively removed from the mother liquor depend on a number of factors, efforts should nevertheless be made to minimize the formation of by-products in the crystallization portion of the process. Since crystallization is essentially selective for fructose, by-products tend to concentrate in the mother liquor at each successive crystallization pass. Thus, this problem is exacerbated by many pass-through crystallizations, and the level of by-products in the mother liquor often sets an upper limit on the number of crystallizable passes that can actually be used in this integrated process.
Ollaan todettu, että sekä värin, tuhkan, HMF:n, furfuraalin että asetaldehydin pitoi-20 suus pyrkii kasvamaan emäliemessä monia läpimenoja käsittävän kiteytyksen aika-; na. Näistä sivutuotteista värin pitoisuus kasvaa nopeimmin, ja tästä syystä se on tekijä, joka määrää tehokkaiden kiteyttävien läpimenojen lukumäärän.It has been found that the content of both color, ash, HMF, furfural, and acetaldehyde tends to increase in the mother liquor over a period of multiple pass crystallization; as. Of these byproducts, the concentration of dye increases most rapidly and is therefore a factor that determines the number of effective crystallization passes.
• · Sopivista toimenpiteistä, joilla emäliemi voidaan säilyttää puhtaana, voidaan mainita 25 haihdutuksessa, hiilikäsittelyssä ja kiteytyksessä vallitsevien olosuhteiden kuten pH-'; arvon, lämpötilan ja viiveajan huolellinen säätö. Edullisia olosuhteita on tarkasteltu tämän kuvauksen eri kappaleissa, jotka kohdistuvat menetelmän eri vaiheisiin.• · Suitable measures for keeping the mother liquor pure include 25 conditions under evaporation, carbon treatment and crystallization such as pH; careful adjustment of value, temperature and delay time. Preferred conditions are discussed in the various paragraphs of this description, which address the various steps of the process.
· · » ' Kiteytyslaitteeseen syötettävä siirappi jäähdytetään edullisesti noin 140 °F:n (noin ; '30 60 °C) lämpötilaan ennen sen johtamista kiteytyslaitteeseen. Jotta kiteisen fruktoo- ' - - ’t sin teoreettiseksi saannoksi saataisiin 40-48 %, siirapin tulisi sisältää vähintään 95 I | ’ · ’ p-% (kkpl) fruktoosia ja sen kiintoainepitoisuuden tulisi olla 88,5-89,7 paino-% (ni mellisesti 89 p-% kkpl).The syrup fed to the crystallizer is preferably cooled to about 140 ° F (about 60 ° C to 30 ° C) before being introduced into the crystallizer. In order to obtain a theoretical yield of crystalline fructose '- -' of 40-48%, the syrup should contain at least 95 l | '·' Wt% (w / w) fructose and should have a solids content of 88.5 to 89.7 wt% (typically 89 wt% w / w).
3i 1 1 65323i 1 1 6532
Panokseen lisätään kidealkioita, jotka sekoitetaan siihen huolellisesti. Se lämpötila, jossa kidealkiot lisätään (noin 135 °F; noin 57,2 °C), perustuu kiteytettävässä erässä läsnäolevan kuiva-aineen ja fruktoosin arvioituun prosentuaaliseen pitoisuuteen. Sen jälkeen, kun siirappiin on sekoitettu huolellisesti kidealkioita, panoksesta otettu näy-5 te tulisi analysoida todellisen kyllästyslämpötilan määrittämiseksi. Kiteytyslaitteen jäähdytysjärjestelmä tulisi säätää siten, että panos saadaan alueella 1,00-1,05 olevalle ylikyllästysalueelle (fruktoosin pitoisuudesta laskien). Mikäli täyttömässä on jo tämän alueen alapuolella, mutta ydintymistä ei ole vielä tapahtunut, niin jäähdytystä tulisi jatkaa.Add crystal embryos to the batch and mix thoroughly. The temperature at which the crystal embryos are added (about 135 ° F; about 57.2 ° C) is based on the estimated percentage of dry matter and fructose present in the batch to be crystallized. After thoroughly mixing the crystal embryos with the syrup, the sample taken from the batch should be analyzed to determine the actual saturation temperature. The cooling system of the crystallizer should be adjusted to obtain a charge in the supersaturation range of 1.00-1.05 (based on the fructose content). If the filling mass is already below this range but nucleation has not yet occurred, cooling should be continued.
1010
Ydintyminen on tapahtuma, jossa kiteitä muodostuu nesteistä, yli ky 11 ä sty neistä liuoksista (geeleistä) tai kylläisistä höyryistä (pilvistä). Kide saa alkunsa vähäisestä määrästä vierasta ainetta, joka toimii kiteen ytimenä. Tavallisesti epäpuhtaudet toimivat tällaisina ytiminä. Kiteet muodostuvat ensin emäfaasin pieniin alueisiin ja sit-15 ten ne leviävät siihen yhteenkasvamalla. Oheisen keksinnön mukaisessa prosessissa ydintyminen on epätoivottua, koska se johtaa pienikokoisten kiteiden muodostumiseen. Lisäksi kidekoon jakautumaa ei enää kyetä hallitsemaan, mikäli huomattavaa ydintymistä tapahtuu. Tästä syystä on edullista käyttää kidealkioita.Nucleation is an event in which crystals are formed from liquids, supernatant solutions (gels) or saturated vapors (clouds). The crystal originates from a small amount of foreign matter that acts as the core of the crystal. Impurities usually act as such kernels. The crystals first form in small areas of the parent phase and then spread there by coalescing. In the process of the present invention, nucleation is undesirable because it results in the formation of small crystals. In addition, crystal size distribution can no longer be controlled if significant nucleation occurs. For this reason, it is preferable to use crystal embryos.
20 Kiteytymisen etenemistä voidaan säätää epäsuorasti täyttömassan jäähtymisnopeu-. den avulla, asettaen jäähdytysveden asetusarvo ennaltamäärätyn jäähdytyskäyrän mukaan siten, että ylikyllästymisaste on 1,0-1,35, esim. 1,0-1,3.The progress of crystallization can be indirectly controlled by the rate of cooling of the filling mass. by setting the cooling water setpoint according to a predetermined cooling curve such that the degree of supersaturation is 1.0-1.35, e.g. 1.0-1.3.
• ^• ^
Edullisemmassa tapauksessa ylikyllästyminen mitataan varsinaisesti kiteytymistapah-25 tuman suoraksi säätämiseksi. Ylikyllästyminen voidaan arvioida pelkästään emälie-·. men prosentuaalisesta kuiva-ainepitoisuudesta, kun alkuperäinen prosentuaalinen kuiva-ainepitoisuus ja prosentuaalinen fruktoosipitoisuus tunnetaan. Ylikyllästystie-.'. tojen perusteella voidaan tehdä se päätös, jatketaanko panoksen jäähdyttämistä ' t . “: ennaltamäärätyn jäähdytyskäyrän mukaisesti vai muutetaanko jäähdytyskäyrää si- , 30 ten, että ylikyllästymisaste saadaan pysymään toivottuna.More preferably, supersaturation is actually measured to directly control the crystallization pathway. Over-saturation can only be assessed by maternal ·. % dry matter content, when the original percentage dry matter content and percentage fructose content are known. Ylikyllästystie-. '. These decisions can be used to decide whether or not to continue cooling the stake. ": According to a predetermined cooling curve or changing the cooling curve so as to keep the degree of supersaturation desired.
Eräs edullinen tapa kiteytyksen toteuttamiseksi käsittää kidealkioiden lisäämisen ‘ ' 95+ p-% (kkpl) fruktoosisiirappiin, joka sisältää kuiva-ainetta noin 88-90 paino-%, jonka pH on noin 3,7-4,3 ja jonka lämpötila on noin 130-138 ° F (noin 54,4-58,9 32 116532 °C), käyttäen noin 7-10 paino-% kidealkioita, joiden keskimääräinen hiukkaskoko on noin 150-250 pm. Tämän jälkeen kidealkioita sisältävää siirappia jäähdytetään hallitusti liuoksessa olevan fruktoosin kiteyttämiseksi.One preferred way of carrying out the crystallization comprises adding crystal embryos to 95% by weight (pcs) of fructose syrup containing about 88-90% by weight of dry substance having a pH of about 3.7-4.3 and a temperature of about 130 -138 ° F (about 54.4-58.9 32116532 ° C), using about 7-10 wt% crystal embryos having an average particle size of about 150-250 µm. The syrup containing crystal embryos is then cooled in a controlled manner to crystallize the fructose in solution.
5 Jäähdytys voidaan toteuttaa seuraavasti: siirappi jäähdytetään noin 138 °F:n (noin 58,9 °C) lämpötilasta noin 115 0 F:n (noin 46,1 °C) lämpötilaan nopeudella 0,5 °F/h (noin 0,28 ' C/h); siirappi jäähdytetään noin 115 ° F:sta (noin 46,1 °C) noin 86 ° F:een (noin 30 °C) noin nopeudella 1,0-1,5 °F/h (noin 0,560,83 °C/h). On suositeltavaa, että ylikyllästystaso voidaan pitää pienempänä kuin noin 1,17, kun siirapin 10 lämpötila on suurempi kuin noin 115 ° F (noin 46,1 °C), ja se pidetään pienempänä kuin noin 1, 25, mikäli siirapin lämpötila on pienempi kuin noin 115 ° F (noin 46,1 °C). Jäähdytysaineen ja täyttömassan välinen suurin lämpötilaero on edullisesti noin 10 °F (noin 5,6 °C). Liian suuri lämpötilaero voi johtaa ydintymiseen.Cooling can be accomplished as follows: cooling the syrup from about 138 ° F (about 58.9 ° C) to about 115 ° F (about 46.1 ° C) at a rate of 0.5 ° F / h (about 0, 28 ° C / h); cooling the syrup from about 115 ° F (about 46.1 ° C) to about 86 ° F (about 30 ° C) at about 1.0 to 1.5 ° F / h (about 0.560.83 ° C / h) ). It is recommended that the supersaturation level be maintained below about 1.17 when the syrup 10 temperature is greater than about 115 ° F (about 46.1 ° C), and is maintained at less than about 1.25 if the syrup temperature is below about 115 ° F (about 46.1 ° C). Preferably, the maximum temperature difference between the coolant and the fill mass is about 10 ° F (about 5.6 ° C). Too much temperature difference can lead to nucleation.
15 Kuitenkin edullisessa tapauksessa jäähtymistä säädetään eri nopeuksilla vähintään kolmen ajanjakson aikana. Esimerkiksi ensimmäisen ajanjakson aikana, kun siirapin lämpötila on noin alueella 138-125 ° F (noin 58,9-51,7 °C), jäähdytys toteutetaan noin alueella 1,0-1,5 ° F/h (noin 0,56-0,83 °C/h) olevalla nopeudella, ja ylikyllästy-minen pidetään pienempänä kuin noin 1,20. Kriittisen ajanjakson aikana, jolloin.However, preferably, the cooling is controlled at different speeds for at least three time periods. For example, during the first period, when the syrup temperature is about 138-125 ° F (about 58.9-51.7 ° C), cooling is performed at about 1.0-1.5 ° F / h (about 0.56- 0.83 ° C / h) and supersaturation is kept below about 1.20. During the critical period in which.
20 siirapin lämpötila on noin 125-110 ° F (noin 51,7-43,3 °C), jäähdytysnopeus on : edullisesti noin 0,5-1,0 0 F/h (noin 0,28-0,56 °C/h), ja ylikyllästyminen pidetään " pienempänä kuin noin 1,17. Lopuksi, nopean jäähdytys jakson aikana, kun siirapin lämpötila on noin 110-86 °F (noin 43,3-30 °C), jäähdytysnopeus on edullisesti noin *; · | 1,5-2,5 ° F/h (noin 0,83-1,4 0 C/h), ja ylikyllästyminen pidetään pienempänä kuin •' · ‘; 25 noin 1,25.The temperature of the 20 syrups is about 125-110 ° F (about 51.7-43.3 ° C), the cooling rate is: preferably about 0.5-1.0 ° F / h (about 0.28-0.56 ° C) / h), and supersaturation is kept "less than about 1.17. Finally, during the rapid cooling period, when the syrup temperature is about 110-86 ° F (about 43.3-30 ° C), the cooling rate is preferably about *; · 1.5-2.5 ° F / h (about 0.83-1.4 ° C / h), and supersaturation is considered to be less than • '·'; 25 about 1.25.
> » ·> »·
Ollaan todettu, että edullisessa jäähdytystoimenpiteessä ylikyllästymistä jatkuvasti ; seuraava laite kytketään jäähdytysveden lämpötilan automaattiseen säätöön. Erääs-It has been found that in a preferred cooling operation, over-saturation is continuous; the next unit is connected to the automatic cooling water temperature control. Erääs-
ί J Iί J I
;'": sä erityisen edullisessa jäähdytystoimenpiteessä tietojenkäsittelylaite saa jatkuvasti ; '. t 30 informaatiota täyttömassan lämpötilasta, jäähdytysveden lämpötilasta ja ylikyllästy- * I » ’''.* misestä. Sitten prosessori käyttää tätä informaatiota jäähdytysveden lämpötilan ja ’: ’ näin ollen täyttömassan jäähtymisnopeuden säätämiseksi. Tietojenkäsittelylaite on ] ohjelmoitu siten, että täyttömässä jäähdytetään ensin siitä lämpötilasta, jossa ki- dealkiot lisättiin (Ta), ennaltamäärättyyn kriittisen lämpötilaan (T) nopeudella 2,5 33 116532 °F/h (noin 1,4 ° C/h). (Kriittinen lämpötila on määritetty edeltäkäsin laskemalla ki-teytyslaitteen syötössä läsnäolevan fruktoosin ja kuiva-aineen prosentuaalisesta pitoisuudesta, sen ollessa lämpötila, jossa ylikyllästyminen saavuttaa arvon 1,17). Sitten ohjelma jäähdyttää täyttömassanT:sta 115 ° F:een (noin 46,1 °C) nopeudella 5 1 °F/h (noin 0,56 °C/h) ja 115 °F:n lämpötilasta lopulliseen lämpötilaan (joka on tyypillisesti 86 °F, noin 30 °C) nopeudella 1,5 °F/h (noin 0,83° C/h). Ohjelma käsittää kuitenkin myös ohituksia liiallisen ydintymisen estämiseksi. Ensinnäkin ohjelma pitää joka tapauksessa huolta siitä, ettei täyttömassan lämpötilan ja jäähdytysveden lämpötilan välinen ero ylitä jäähtymisen aikana millään ajanhetkellä ennalta määrät-10 tyä arvoa (tyypillisesti noin 14 °F; noin 7, 8 °C). Toiseksi, ohjelma pitää joka tapauksessa huolta siitä, ettei ylikyllästyminen ylitä jäähtymisen aikana millään ajanhetkellä ennaltamäärättyä arvoa (tyypillisesti 1,28). Edellä kuvattuja erityisiä lämpötiloja ja nopeuksia voidaan muuttaa käyrän optimoimiseksi kiteyttämisen aikana vallitsevia tiettyjä olosuhteita silmälläpitäen ilman hankalia kokeita. Lämpötilaan vaikut-15 tavat tärkeimmät tekijät ovat kokonaiskuiva-ainepitoisuus (p-%) sekä kidealkioiden kokonaispinta-ala. Esimerkiksi kuiva-ainepitoisuuden kasvu siirtää kriittistä ajanjaksoa alueelle, joka esiintyy aikaisemmin jäähdytyskäyrällä, ja kääntäen. Kidealkioiden kokonaispinta-alan pieneneminen esimerkiksi lisättyjen kidealkioiden kokonaismäärää pienentämällä, laajentaa kriittistä ajanjaksoa, j a kääntäen.In a particularly advantageous cooling operation, the data processing device continuously receives; '. t 30 information about the mass of the mass, the temperature of the cooling water and the supersaturation * I »' '. *. The processor then uses this information to cool the temperature of the cooling water and The data processing device is] programmed to first cool the filling mass from the temperature at which the crystals were added (Ta) to a predetermined critical temperature (T) at a rate of 2.5 33 to 116532 ° F / h (about 1.4 ° C / h). (The critical temperature is predetermined by calculating the percentage of fructose and dry matter present in the feed of the crystallizer, the temperature at which the supersaturation reaches 1.17.) The program is then cooled from a fill mass of T to about 115 ° F (about 46.1). ° C) at 5 1 ° F / h (about 0.56 ° C / h) and 115 ° C F temperature to final temperature (typically 86 ° F to about 30 ° C) at a rate of 1.5 ° F / hr (about 0.83 ° C / hr). However, the program also includes bypasses to prevent excessive kerneling. First, the program will in any case ensure that the difference between the filling mass temperature and the cooling water temperature at any time during cooling does not exceed a predetermined value (typically about 14 ° F; about 7.8 ° C). Second, the program will in any case ensure that the supersaturation does not exceed a predetermined value at any time during cooling (typically 1.28). The specific temperatures and velocities described above can be varied to optimize the curve in view of certain conditions during crystallization without the need for cumbersome experiments. The most important factors affecting the temperature are the total solids content (wt%) and the total surface area of the crystal embryos. For example, the increase in dry matter content shifts the critical time period to the region that previously occurred on the cooling curve and vice versa. Decreasing the total area of crystal embryos, for example, by reducing the total number of crystal embryos added, expands the critical period, and vice versa.
20 ; Kiteytymisen kinetiikka20; Crystallization kinetics
Ylikyllästyminen ; ··; Kiteytymisen kinetiikassa kasvunopeus riippuu pitoisuudesta johtuvasta liikkeellepa- ‘. 25 nevasta voimasta, joka on emäliemessä läsnäoleva pitoisuus suhteessa tässä lämpö- ':'; tilassa, tasapainossa läsnäolevaan pitoisuuteen.Over saturation; ··; In crystallization kinetics, the rate of growth depends on the concentration-induced mobilization. 25, which is the concentration present in the mother liquor with respect to this heat; state, in equilibrium with the concentration present.
' Ylikyllästyminen on tämän pitoisuudesta johtuvan liikkeellepanevan voiman mitta.'Over saturation is a measure of this concentration-driven driving force.
Olemassa on monia tapoja määritellä ylikyllästyminen. Fruktoosia kiteytettäessä . ]. 30 ollaan todettu, että veteen perustuen määritelty ylikyllästyminen on kaikkein luo- ^ / tettavin määritelmä ajatellen panoksen etenemisen seuraamista. Näin ollen ylikylläs tyminen määritellään fruktoosin grammamäärän ja veden grammamäärän välisenä suhteena ylikylläisessä siirapissa jaettuna sillä suhteella, jolla saavutetaan tasapaino: 34 116532 (fruktoosi/vesi) todellinenThere are many ways to define over saturation. When crystallizing fructose. ]. It has been found that water-based supersaturation is the most reliable definition for monitoring the progress of a charge. Therefore, supersaturation is defined as the ratio of grams of fructose to grams of water in the supersaturated syrup divided by the ratio that achieves equilibrium: 34 116532 (fructose / water)
Ylikyllästyminen =-------------------------- (fruktoosi/vesi) tasapaino 5 Ihanteellisessa tapauksessa panoksen jäähdytysnopeus tulisi asettaa emäliemen ylikyllästystason säätämiseksi. Fruktoosia kiteytettäessä ollaan todettu, että alueella 1,0-1,30 oleva ylikyllästyminen johtaa toivotulla kokoalueella olevien kiteiden hyväksyttävään saantoon. Tämän alueen alapuolella olevat ylikyllästystasot johtavat panoksen pidentyneisiin jäähdytysaikoihin, kun taas yli 1,35 olevat ylikyllästystasot 10 johtavat voimakkaaseen ydintymiseen.Supersaturation = -------------------------- (Fructose / Water) Balance 5 Ideally, the cooling rate of the batch should be set to adjust the supernatant level of the mother liquor. In the crystallization of fructose, it has been found that supersaturation in the range of 1.0 to 1.30 results in an acceptable yield of crystals in the desired size range. Below this range, supersaturation levels lead to longer cooling times on the charge, while supersaturation levels above 1.35 result in strong nucleation.
YdintvminenYdintvminen
Ylikyllästymisen kohdearvon valinta edellyttää kompromisseja. Fruktoosilla ei näytä 15 olevan havaittavaa metastabiilia vyöhykettä, eli sellaista ylikyllästymistä, jossa ei esiinny ydintymistä. Jo olemassa olevien kiteiden kasvu kilpailee aina uusien kiteiden syntymisen (ydintymisen) kanssa. Kun ylikyllästystasoa nostetaan, kiteiden kasvunopeus kasvaa, mutta niin kasvaa myös ydintymisnopeus. Tavoitteena on löytää sellainen ylikyllästystaso, jolla päästää toivottuun kidekokoon taloudellisesti kannat-20 tavassa jaksoajassa.The choice of target value for supersaturation requires compromise. Fructose does not appear to have a detectable metastable zone, i.e., no nucleation. The growth of existing crystals is always in competition with the formation (nucleation) of new crystals. As the supersaturation level is raised, the growth rate of the crystals increases, but so does the nucleation rate. The goal is to find a level of supersaturation that will achieve the desired crystal size economically over a stock period.
; Edellä mainittu ydintyminen on "suihku-" tai "shokki"-tyyppinen. Kuten edellä on mainittu, fruktoosin kiteytymiseen liittyy aina ydintymistä. Shokkiydintymistä voi tapahtua panosta käynnistettäessä, kun siihen lisätään kidealkioita. Oletetaan, että 25 tämä johtuu alhaisesta lämpötilasta kidealkioita lisättäessä. Mikäli ydintymistä ta-; pahtuu, täyttömassaa olisi edullisesti kuumennettava ydinten poistamiseksi. Jäähdy tys voi alkaa ydinten liukenemisen jälkeen.; The above nucleation is of the "shower" or "shock" type. As mentioned above, crystallization of fructose always involves nucleation. Shock nucleation can occur upon initiation of a charge when crystal embryos are added to it. It is assumed that this is due to the low temperature when crystal embryos are added. If nucleation-; preferably, the filler mass should preferably be heated to remove the cores. Cooling may begin after the nuclei have dissolved.
. ; ’ · Edullinen menetelmä välttää shokkiydintyminen on pitää ylikyllästystaso pienempä- 30 nä kuin 1,30 kidealkioiden lisäämisen jälkeen. Voimakas ydintyminen suurentaa voi-'. makkaasti täyttömassan viskositeettia, jolloin sentrifugoinnista tulee hyvin hankalaa, '·' ja jolloin tyhjennysaika pitenee huomattavasti. Täyttömassasta erotettujen hienojen • kiteiden kuivaaminen on paljon vaikeampaa ja ne pyrkivät kasaantumaan helpom min. Voimakas ydintyminen johtaa tuotteeseen, jossa keskimääräinen kidekoko on 35 epätoivotun pieni.. ; '· The preferred method to avoid shock nucleation is to keep the supersaturation level below 1.30 after the addition of crystal embryos. Strong nucleation increases butter. viscous viscosity of the filling mass, which makes centrifugation very difficult, '·' and significantly increases the emptying time. Fine crystals separated from the fill mass are • much harder to dry and tend to aggregate more easily. Vigorous nucleation results in a product with an average crystal size of 35 undesirably small.
35 1 1 653235 1 1 6532
Ollaan havaittu, että 100 gallonan kiteytyslaitteessa olevan 95 gallonan siirappi-panoksen tapauksessa tarvitaan noin 30-80 tunnin pituista jäähdytysjaksoa ja tavallisesti noin 35-40 tunnin pituista jäähdytysjaksoa fruktoosin kiteyttämiseksi. Tämän ajanjakson aikana siirappia jäähdytetään edullisesti monella erilaisella, edullisesti 5 kolmella erilaisella nopeudella. Tämä erilaisten jäähdytysnopeuksien vaatimus johtuu fruktoosin kiteytymisen epälineaarisuudesta. Nämä eri nopeudet vastaavat eri kasvujaksoja, joita esiintyy jäähtymisen aikana.It has been found that for a batch of 95 gallon syrup in a 100 gallon crystallizer, a cooling period of about 30 to 80 hours and usually a cooling period of about 35 to 40 hours is required to crystallize fructose. During this period, the syrup is preferably cooled at many different, preferably three, different speeds. This requirement for different cooling rates is due to the non-linearity of the crystallization of fructose. These different rates correspond to the different growth cycles that occur during cooling.
Ensimmäinen jäähdytys kattaa lämpötila-alueen, jonka alaraja on noin 120 °F (noin 10 48,9 °C); tavoiteltu jäähdytysnopeus on noin 1-4 °F/h (noin 0,56-2,2 °C/h); tyypilli nen nopeus on 2 °F/h (noin 1,1 °C/h), jolloin tämä ajanjakso kestää neljästä kuuteen tuntia, edullisesti noin kahdeksan tuntia. Tämän ajanjakson aikana kasvu tapahtuu lähes yksinomaan kidealkioiden pinnalla ja lietteen tiheys kasvaa hitaasti. Suurin osa jäähdytysveden lämpökuormasta johtuu vapaan lämmön poistamisesta.The first cooling covers a temperature range of about 120 ° F (about 10 48.9 ° C); the desired cooling rate is about 1-4 ° F / h (about 0.56-2.2 ° C / h); a typical rate is 2 ° F / h (about 1.1 ° C / h), whereby this period lasts from four to six hours, preferably about eight hours. During this period, growth occurs almost exclusively on the surface of crystal embryos and the density of the slurry increases slowly. Most of the heat load of the cooling water is due to the removal of free heat.
15 Panoksen ydintymistä voi. tapahtua tällä alueella; tätä tapahtuu kuitenkin vain silloin, mikäli lämpötila kidealkioita lisättäessä on liian alhainen tai mikäli ylikyllästymi-nen on enemmän kuin 1,3.15 Core nucleation can. happen in this area; however, this only occurs if the temperature when crystal embryos are added is too low or if the supersaturation is greater than 1.3.
"Kriittisen ajanjakson" aikana kasvunopeus kasvaa kertoimen 2-4 verran. Lietteen 20 tiheys kasvaa nopeasti ja uusia kiteitä syntyy ja ne kasvavat toivotulle kokoalueelle. Sekä kiteiden kasvu että ydintyminen, jotka ovat kilpailevia tapahtumia, nopeutuvat. Tämän alueen rajoja ei ole määritetty selvästi. Parhaimmissa arvioissa se sijaitsee , · · arvojen 120 °F (48,8 °C) ja 110 °F (43,3 °C) välissä. Tällä alueella on toimittava ;··· varovasti, sillä ydintymistapahtumat pääsevät helposti hallitseviksi ja edelleen valloil- :' *; 25 leen. Ollaan todettu, että kohtalaista ylikyllästymistä (1,0-1,20) ylläpitämällä ydin- ' · ‘: tyminen saadaan pysymään hyväksyttävissä rajoissa. Pienempi jäähdytysnopeus on edullinen tapa säätää ylikyllästysastetta. Tällä alueella jäähdytysnopeus on noin 0,5- • :3,0 °F/h (noin 0,28-1,7 °C/h), tyypillisesti suositellaan jäähdytysnopeutta 0,5-1,5 • · · ♦ :"': °F/h (noin 0,28-0,83 °C/h). Tällä nopeudella kriittinen ajanjakso kestää arvioissa « « > : ‘ , 30 noin 10-40 tuntia, edullisesti noin 18-22 tuntia. Eräissä tilanteissa suuret ylikylläs- * · » . · · ·, tysasteet eivät johda ydintymiseen. Tässä tapauksessa lisäjäähdytys saattaa johtaa • fruktoosi-hemihydraatin muodostumiseen. Tämä laji esiintyy neulasmaisina kiteinä, jotka muodostavat lietteen, jonka viskositeetti on hyvin suuri (>800 000 cps; noin 800 Ns/m2)). Lietteen sentrifugointi on käytännössä mahdotonta ja se voi jopa yli- 36 116532 kuormittaa kiteytyslaitteen käyttölaitteen. Hemihydraatti voidaan todeta kiteiden rutiinitarkastuksella, joita tarkastuksia tulisi suorittaa koko jäähdytysvaiheen aikana. Kriittisen vaiheen päättymisen jälkeen lietteen tiheys on riittävän suuri ajatellen nopeamman jäähdytysnopeutta ylläpitämistä ilman ydintymistä. Tällä nopean jäähdy-5 tyksen alueella jäähdytysveden lämpötilaa voidaan laskea nopeasti. Suositeltavia ovat alueella 1-7 °F/h (noin 0,56-3,9 °C/h), edullisesti alueella 1-4 0 F/h (0,56-2,2 °C/h) olevat täyttömassan jäähdytysnopeudet. Jäähdytys 110 °F:sta (43,3 °C) noin alueella 100-75 °F (37,8-23,9 °C) olevaan lämpötilaan kestää noin 3-12, tyypillisesti 8-12 tuntia. Nopeampi jäähdytys on mahdollista ilman ydintymistä, mutta kasvu ei 10 tapahdu näin nopeasti ja panoksen lopussa ylikyllästyminen voi olla suurempaa. Jäljelle jäänyt ylikyllästyminen voidaan laukaista laittamalla täyttömässä sekoitti-meen tai sekoitussäiliöön joksikin ajaksi.During the "critical period", the growth rate increases by a factor of 2 to 4. The density of slurry 20 increases rapidly and new crystals are formed and grow to the desired size range. Both crystal growth and nucleation, which are competing events, accelerate. The boundaries of this area are not clearly defined. For best estimates, it is located between · · 120 ° F (48.8 ° C) and 110 ° F (43.3 ° C). There is a need for action in this area; ··· caution, as nucleation events are easy to control and still prevail: '*; 25 len. It has been found that by maintaining moderate supersaturation (1.0-1.20), core nucleation can be maintained within acceptable limits. A lower cooling rate is an advantageous way to control the degree of supersaturation. In this range, the cooling rate is about 0.5- •: 3.0 ° F / h (about 0.28-1.7 ° C / h), typically a cooling rate of 0.5-1.5 · · · ♦: "' : ° F / h (about 0.28-0.83 ° C / h) At this rate, a critical period of time is estimated at about 30 ~ 10-40 hours, preferably about 18-22 hours. - * · ». · · ·, The stages do not lead to nucleation In this case, additional cooling may lead to the formation of • fructose hemihydrate This species occurs as needle-like crystals forming a very high viscosity (> 800,000 cps; about 800 Ns / Centrifugation of the slurry is practically impossible and can even overload the actuator of the crystallizer. Hemihydrate can be detected by routine inspection of crystals, which should be performed throughout the cooling phase. After the critical stage, the density of the slurry is sufficiently high maintaining a faster cooling rate without nucleation. Within this range of rapid cooling, the temperature of the cooling water can be rapidly reduced. Cooling rates of the filling mass in the range of 1-7 ° F / h (about 0.56-3.9 ° C / h), preferably in the range of 1-40 ° F / h (0.56-2.2 ° C / h), are preferred. . Cooling from 110 ° F (43.3 ° C) to about 100-75 ° F (37.8-23.9 ° C) takes about 3-12 hours, typically 8-12 hours. Faster cooling is possible without nucleation, but growth does not occur so rapidly and at the end of the charge, supersaturation may be greater. Residual supersaturation can be triggered by placing the infill in the mixer or mixing tank for a period of time.
Vaikka jäähdytys voidaankin toteuttaa nopeammin nopean jäähdytysjakson aikana 15 kuin panoksen aikaisemmissa vaiheissa, niin kuitenkin olemassa on raja sille, kuinka suuret lämpötilaerot voidaan sallia jäähdytysveden ja täyttömassan välillä. Tätä rajaa ei tunneta täsmälleen, mutta jäähdytysnopeudet eivät saisi johtaa täyttömassan ja jäähdytysveden välillä sellaisiin lämpötilaeroihin, jotka ovat suurempia kuin noin 15 °F (noin 8,3 °C). Tätä suuremmat lämpötilaerot voivat aiheuttaa ydintymistä ja 20 jäähdytyspinnan likaantumista.Although cooling can be accomplished more rapidly during the rapid cooling period than in the earlier stages of the batch, there is a limit to how large a temperature difference can be allowed between the cooling water and the filling mass. This limit is not exactly known, but cooling rates should not lead to temperature differences between the mass of filling and the cooling water greater than about 15 ° F (about 8.3 ° C). Greater temperature differences can cause nucleation and fouling of the cooling surface.
Kidealkioiden muodostus l · « > · : · · · Kidealkioiden lisäyslämpötila voidaan saada täyden kiteytyslaitteen emäliemen kyl- 25 lästymislämpötilasta. Tämän tiedon saamiseksi syöttösiirapin nestekromatogrammi : i ajetaan ja sen taitekerroin määritetään. Fruktoosipitoisuus lasketaan sitten syöttösii- rapissa läsnäolevan fruktoosin prosentuaalisesti osuudesta ja kuiva-aineen prosen- : tuaalisesti osuudesta. Kidealkiot tulisi lisätä ylikyllästysalueella, joka on suurempi > * < » :'": kuin 0,96, esimerkiksi alueella 1,0-1,10.Formation of Crystalline Germs The addition temperature of the crystal germs can be obtained from the saturation temperature of the mother liquor of the full crystallizer. To obtain this information, the liquid chromatogram of the syrup is run and its refractive index is determined. The fructose content is then calculated as a percentage of the fructose present in the feed syrup and as a percentage of the dry matter. The crystal embryos should be added in a supersaturation range greater than > 0.96, for example, in the range of 1.0 to 1.10.
: :·. 30 ’···,’ Kaikkein edullisimmassa tapauksessa kidealkioina käytetään kiteistä fruktoosia, jon- • ka keskimääräinen kidekoko on noin 100-400 mikronia. 1-20 p-%:n (kkpl) annos on ’ suositeltava. Kidealkioiden annos riippuu siitä hiukkaskoosta, joka toivotaan lopulli seen tuotteeseen. Kidealkiot tulisi lisätä, täyteen kiteytyslaitteeseen, ja kidealkiot 37 116532 tulisi saada jakautumaan mahdollisimman tasaisesti kiteytyslaitteeseen. Kuten edellä on mainittu, patenttijulkaisussa US 4 164 429 on kuvattu menetelmä ja laitteisto kiteytyksessä käyttökelpoisten kidealkioiden tuottamiseksi.:: ·. In the most preferred case, crystalline fructose having an average crystal size of about 100-400 microns is used as crystal embryos. A dose of 1-20% (w / w) is recommended. The dose of the crystal embryos depends on the particle size desired in the final product. The crystal embryos should be added to the full crystallizer, and the crystal embryos 37 116532 should be distributed as evenly as possible into the crystallizer. As mentioned above, U.S. Patent No. 4,164,429 describes a method and apparatus for producing crystalline embryos useful in crystallization.
5 Kidealkioiden lisääminen toteutetaan edullisesti siten, että kidealkioina toimivat kiteet sekoitetaan ensin fruktoosisyöttösiirappiin nestemäinen lietteen saamiseksi, joka liete lisätään kiteytyslaitteeseen. Tällä tavalla kidealkioina toimivien kiteiden pinta saadaan vakioiduksi. Kidealkioina toimivien kiteiden sekoittaminen siirappiin minimoi myös kuplien muodostumista kiteytyslaitteessa siihen kidealkioina lisättäes-10 sä. Kuplat ovat mahdollisia ydintymiskohtia.The addition of crystal embryos is preferably accomplished by first mixing the crystal embryos with the fructose feed syrup to obtain a liquid slurry which is added to the crystallizer. In this way, the surface of the crystals acting as crystal embryos is stabilized. The mixing of crystal embryo crystals in the syrup also minimizes bubble formation in the crystallizer as crystal embryos are added. Bubbles are potential focal points.
Kidealkioiden tasaisen lisäämisen tarkoituksena on erityisesti saada aikaan sama pinta-ala fruktoosikiteiden kasvua varten. Koska kidealkioina toimivien kiteiden pin-ta-ala-tilavuus-suhde yleensä pienenee hiukkaskoon kasvaessa, niin mikäli kidealki-15 oina toimivien kiteiden kokoa suurennetaan, niin kidealkioina toimivia kiteitä tarvitaan suurempi painomäärä toivotun pinta-alan saamiseksi.The purpose of uniformly adding crystal embryos is particularly to provide the same surface area for the growth of fructose crystals. Since the surface-to-volume ratio of crystalline crystals generally decreases with increasing particle size, if the size of crystals that are crystalline crystals is increased, a greater weight of crystalline crystals is needed to obtain the desired surface area.
Vaihtoehtoisesti kiteytyslaitteeseen voidaan jättää noin 5-30 %:n, edullisesti noin 10-20 %:n jäännös, joka toimii kidealkiona. Tässä toimenpiteessä tarvitaan paljon 20 vähemmän työtä kuin kuivien kidealkioiden käyttö, mutta se johtaa kidekoon laa-jempaan jakautumaan, koska jäännökseen jää hienoja hiukkasia, jotka poistuisivat muussa tapauksessa sentrifugointi- ja kuivausvaiheissa. Tällä menetelmällä saadaan * suurempia kiteitä, jotka on ehkä myöhemmin jauhettava kidekokovaatimusten tyy- • dyttämiseksi lopullisessa tuotteessa.Alternatively, a residue of about 5 to 30%, preferably about 10 to 20%, may be left in the crystallizer, which acts as a crystal embryo. This operation requires much less work than the use of dry crystal embryos, but it results in a larger crystal size distribution, since fine particles remain which would otherwise be removed during the centrifugation and drying steps. This process yields * larger crystals that may need to be subsequently milled to meet crystal size requirements in the final product.
: 25: 25
Edullisessa toimenpiteessä kuumaa siirappia lisätään jäännöksen päälle. Kuuma siirappi nostaa täyttömassajäännöksen lämpötilan arvioituun kyllästymislämpötilaan : :(noin 133 °F; noin 56,1 °C), samalla kun syöttösiirappia jäähdytetään kidealkioiden • ’": lisäyslämpötilaan. Jonkin verran kidemassaa menetetään todennäköisesti tämän X 30 toimenpiteen aikana. Tästä huolimatta kidealkioiden lopullisen tiheyden tulisi edulli- • · · ’ sesti olla vähintään alueella 2-10 p-% (kkpl). Tämän toimenpiteen kriittinen osa on syöttösiirapin ja täyttömassajäännöksen saavuttama lopullinen lämpötila. Tällöin tuloksena on alueella 1,00-1,10 oleva ylikyllästysaste. Tällä alueella kidealkioiden häviö saadaan mahdollisimman pieneksi ja ytimien muodostuminen on vähäistä.In a preferred operation, hot syrup is added over the residue. The hot syrup raises the temperature of the filling mass residue to the estimated saturation temperature:: (about 133 ° F; about 56.1 ° C) while cooling the feed syrup to the addition temperature of the crystal embryo • '": Some crystal mass is likely to be lost during this X 30 operation. should preferably be at least in the range of 2 to 10% by weight (pcs.) The critical part of this operation is the final temperature reached by the feed syrup and filler residue resulting in a degree of supersaturation in the range of 1.00 to 1.10. loss is minimized and nucleation is minimized.
38 1 1 653238 1 1 6532
EsimerkkiExample
Fruktoosin kiteytys toteutettiin tavanomaisen kiteytyslaitteen pilot-mitan muunnoksessa käyttäen syöttösiirappia, joka käsitti 95,82 p-% (kkpl) fruktoosia, kuiva-5 ainepitoisuuden ollessa 89,60 %. Käytetyssä kiteytyslaitteessa oli keskiakseliin kiinnitetty sekoitin. Jäähdytys tapahtui sisäisillä jäähdytysrivoilla, jotka oli kiinnitetty keskiakseliin. Kiteytyslaite oli melkein täynnä sen sisältäessä 102 gallonaa (noin 386 I) siirappia. Jäähdytys tapahtui noin 40 tunnissa kidealkioiden lisäämisen jälkeen; ylikyllästyminen oli kuitenkin edelleen huomattavaa (1,17) tämän ajanjakson jäl-10 keen. Panosta seurattiin seuraamalla ylikyllästymisen muuttumista.Crystallization of fructose was carried out in a modification of the pilot size of a conventional crystallizer using a feed syrup comprising 95.82% (w / w) fructose with a dry solids content of 89.60%. The crystallizer used had a mixer attached to the center axis. Cooling was effected by internal cooling fins attached to the center shaft. The crystallizer was almost full with 102 gallons (about 386 L) of syrup. Cooling occurred about 40 hours after addition of crystal embryos; however, supersaturation was still significant (1.17) after this period. The contribution was monitored by monitoring the change in supersaturation.
Kidealkiot valmistettiin jauhamalla kiteinen tuote 2A Fitzmill-seulan läpi. Jauhettu materiaali seulottiin 55 Mesh:in seulan ja 100 Mesh:in seulan läpi. Kidealkioiden keskimääräinen koko oli 161 mikronia. Kuivat kidealkiot lisättiin suoraan kiteytys-15 laitteessa olevaan siirappiin. Taulukossa IV on esitetty kiteytyksen aikana todellisuudessa käytetty jäähdytysohjelma. Ajon ensimmäisen 18 tunnin aikana ylikyllästyminen nousi korkeimmillaan arvoon 1,26. Sitten se putosi noin arvoon 1,17, jossa se pysyi koko jäähdytysjakson loppuajan.Crystalline embryos were prepared by grinding the crystalline product through a 2A Fitzmill sieve. The ground material was sieved through a 55 mesh sieve and a 100 mesh sieve. The average size of crystal embryos was 161 microns. The dry crystal embryos were added directly to the syrup in the crystallization apparatus. Table IV shows the cooling program actually used during crystallization. During the first 18 hours of driving, supersaturation peaked at 1.26. It then dropped to about 1.17 where it remained for the remainder of the cooling cycle.
20 Taulukko IV20 Table IV
Ajanjakso (tuntia Aloitus- Lopetus- Jäähdytys- • kidealkioiden lämpötila lämpötila nopeus ; ! lisäyksestä) °F (°C) °F (°C) °F/h (°C/h) 25 ------------------------------------------------------------------------------------------------ ; ’: : 2,0-10,8 133,5(56,4) 122,5(50,3) 1,25(0,69) 10.8- 20,8 122,5(50,3) 111,7(44,3) 0,98(0,54) : 20,8-30,8 111,7(44,3) 100,6(38,1) 1,11 (0,62) 30.8- 40,8 100,6(38,1) 86,0(30) 1,46(0,81) : X 30 . “ *. Tuotekiteiden keskimääräinen koko oli 268 mikronia. Kiteiden saanto oli 46 % las- • , kettuna siirapin fruktoosipitoisuudesta.Time Period (Hours Start - Stop - Cooling Element Temperature • Temperature Speed;! Increase) ° F (° C) ° F (° C) ° F / h (° C / h) 25 --------- -------------------------------------------------- -------------------------------------; ':: 2.0-10.8 133.5 (56.4) 122.5 (50.3) 1.25 (0.69) 10.8-20.8 122.5 (50.3) 111.7 (44.3) 0.98 (0.54): 20.8-30.8 111.7 (44.3) 100.6 (38.1) 1.11 (0.62) 30.8- 40.8 100.6 (38.1) 86.0 (30) 1.46 (0.81): X 30. "*. The average size of the product crystals was 268 microns. The yield of crystals was 46% calculated on the fructose content of the syrup.
39 1 1 653239 1 1 6532
ErotusDifference
Edullinen menetelmä fruktoosikiteiden erottamiseksi emäliemestä on sentrifugointi korilingossa. Ollaan todettu, että noin 4 gallonaa (noin 15 I) täyttömassaa 14" x 5 16"1 (noin 35,6 cm x 40,6 cm) lingossa voidaan erottaa noin 10-15 minuutissa. Tä mä ajanjakso käsittää yhdestä kolmeen, tyypillisesti kaksi pesua lämpimällä vedellä (120-200 °F; noin 48,9 - 93,3 °C): Pesuveden suurempi lämpötila voi johtaa fruktoosin voimakkaampaan liukenemiseen ja saannon pienenemiseen. Pesuveden määräksi suositellaan 1-5 % täyttömassaerästä laskien. Ionittomaksi tehtyä pesuvettä 10 voidaan käyttää. On edullista, että pesuveden pH on noin pH-alueella 3-5.A preferred method of separating fructose crystals from the mother liquor is centrifugation in a basket centrifuge. It has been found that about 4 gallons (about 15 liters) of filling mass in a 14 "x 5 16" (about 35.6 cm x 40.6 cm) centrifuge can be separated in about 10 to 15 minutes. This time period comprises one to three, typically two washes with warm water (120-200 ° F; about 48.9 to 93.3 ° C): Higher wash water temperatures can result in more fructose dissolution and reduced yield. The recommended amount of wash water is 1-5% of the filling mass. Deionized wash water 10 may be used. It is preferred that the pH of the wash water be in the range of about pH 3-5.
Korilingon, jota käytetään kiteisen fruktoosin poistamiseksi emäliemestä, edulliset toimintaolosuhteet ovat: noin 1400 x g oleva voima; noin 2-3 tuumaa (noin 5,1 - 7,6 cm) oleva kakun paksuus; noin 0,7-1,5 % vettä oleva kakun kosteuspitoisuus; ja 15 enemmän kuin noin 99,5 %, edullisesti enemmän kuin noin 99,8 oleva puhtaus. Kakun kosteus ja puhtaus oletetaan tärkeiksi tekijöiksi paakkuuntumattoman ja stabiilin tuotteen saamisen kannalta.Preferred operating conditions for a basket spinner used to remove crystalline fructose from the mother liquor are: a force of about 1400 x g; a cake thickness of about 2 to 3 inches (about 5.1 to 7.6 cm); a moisture content of about 0.7-1.5% water in the cake; and a purity greater than about 99.5%, preferably greater than about 99.8. Moisture and purity of the cake are considered important factors in obtaining a non-caking and stable product.
Tuotekakku pestään edullisesti lingossa ennen poistamista siitä. Pesu tapahtuu edul-20 lisesti vedellä, noin alueella 150-180 ° (65,5-82,2 °C) olevassa lämpötilassa, käyttä-; en vettä noin 1-1,5 p-% olevana määränä linkoon laitetun täyttömassan painosta laskien. Tätä menetelmää käytettäessä tuotehäviöksi pesuvaiheessa todettiin tyypil-: : lisesti noin 5-10 %. Liuennutta fruktoosia sisältävää pesuvettä voidaan kierrättää : ’ *: hiilikäsittelyvaiheeseen epäpuhtauksien poistamiseksi ja myöhempää uu- 25 delleenväkevöintiä varten.The product cake is preferably washed in a centrifuge before being removed from it. The washing is preferably with water at a temperature in the range of about 150 ° C to 180 ° C (65.5 ° C to 82.2 ° C). water in an amount of about 1-1.5% by weight, based on the weight of the filling mass placed on the centrifuge. When using this method, product loss during the washing step was typically found to be about 5-10%. The washed fructose-containing wash water can be recycled: '*: to a coal treatment step for removal of impurities and subsequent re-concentration.
* ►* ►
Sekoitus • tMixing • t
Lingossa kiteisestä tuotteesta erotettu emäliemi voidaan palauttaa prosessin EFCS-i ,·, 30 osaan.In the centrifuge, the mother liquor separated from the crystalline product can be returned to 30 parts of the process EFCS-i, ·,.
f * If * I
, Sen lisäksi, että dekstroosia sekoitetaan emäliemeen, joka jää jäljelle kiteisen fruk toosin erottamisen jälkeen, emäliemi voidaan yksinkertaisesti laimentaa vedellä VEFCS-siirapin tuottamiseksi.In addition to mixing dextrose with the mother liquor remaining after separation of the crystalline fructose, the mother liquor can simply be diluted with water to produce a VEFCS syrup.
40 1 1 653240 1 1 6532
Sen jälkeen, kun emäliemi on erotettu kiteisestä fruktoosista, emäliemeen voidaan sekoittaa dekstroosia tai dekstroosia sisältäviä liuoksia lopulta nestefaasina olevan, dekstroosia ja fruktoosia käsittävän makeutusaineen tuottamiseksi 55 % HFCS-siirappina (EFCS). Kuten kuviosta 3 nähdään, lukuisia dekstroosia sisältäviä virtoja 5 voidaan sekoittaa emäliemeen ennen johtamista lopullisiin viimeistelyvaiheisiin. Erityisen virran tai virtojen valinta riippuu ainetasetekijöistä siten, että tavoitteena on toivottu fruktoositaso lopullisessa nestefaasina olevassa makeutusainetuotteessa. Useimmiten tässä integroidussa menetelmässä tämä taso on 55 p-% (kkpl) fruktoosia. Mikäli emäliemessä on saatavana riittävästi fruktoosia, niin mahdollista on 10 jopa käyttää sokeroinnista peräisin olevaa dekstroosituotevirtaa [joka sisältää tyypillisesti 94-96 p-% (kkpl) dekstroosia], joka sekoitetaan EFCS-viimeistelyyn sisään-menevään virtaan.After separation of the mother liquor from the crystalline fructose, the mother liquor can be mixed with dextrose or dextrose-containing solutions to finally produce a liquid phase sweetener comprising dextrose and fructose in 55% HFCS syrup (EFCS). As shown in Fig. 3, numerous dextrose-containing streams 5 may be mixed with the mother liquor prior to being subjected to final finishing steps. The choice of a particular stream or streams will depend on the balance factors so that the desired level of fructose in the final liquid phase sweetener product is sought. Most often, in this integrated method, this level is 55 wt% (kpl) fructose. If enough fructose is available in the mother liquor, it is even possible to use a dextrose product stream [which typically contains 94-96% (w / w) dextrose] from the sugaring, which is mixed with the inlet stream for EFCS finishing.
Vaihtoehtoisesti, emäliemi, joka sisältää tyypillisesti 90-92 p-% (kkpl) fruktoosia, 15 voidaan yksinkertaisesti laimentaa vedellä nestefaasina olevan makeutusaineen tuottamiseksi. Laimentaminen on suositeltavaa, mikäli emäliemessä läsnä oleva fruktoosi halutaan pitää nesteessä, sillä todennäköistä olisi, että lisäfruktoosi kiteytyy emäliemessä, mikäli liuosta ei laimenneta kyllästymispisteensä alapuolelle ajatellen niitä kaikkia lämpötiloja, joihin tuote todennäköisesti joutuu. Veden lisäksi muis-20 ta sopivista laimentimista voidaan mainita vesipitoiset sakkaridiliuokset kuten dekst-roosisiirapit, HFCS, EFCS, VEFCS sekä tällaisia siirappina varten tarkoitetut tuo-tantovirrat. Muista keinoista fruktoosin kiteytymisen estämiseksi erotetussa emä-: * *: liemessä voidaan mainita toimenpiteet, joilla voidaan estää veden haihtuminen liu- ;··· oksesta tai vähentää sitä, sekä kiteytymistä estävien lisäaineiden lisääminen.Alternatively, the mother liquor, typically containing 90-92% (w / w) fructose, may simply be diluted with water to provide a liquid phase sweetener. Dilution is recommended if the fructose present in the mother liquor is to be kept in the liquid, since it is likely that additional fructose will crystallize in the mother liquor if the solution is not diluted below its saturation point, considering all temperatures likely to be encountered by the product. In addition to water, other suitable diluents include aqueous saccharide solutions such as dextrose syrups, HFCS, EFCS, VEFCS and production streams for such syrups. In the mother liquor separated from other means to prevent crystallization of fructose, mention may be made of measures to prevent or reduce the evaporation of water from the solution and the addition of anti-crystallizing additives.
25 : '1 Erotetun emäliuoksen tai sen osan eräs toinen käyttösovellutus on ei-kiteinen tai puolikiteisen fruktoosimakeutusaineen valmistus. Eräs tapa tämän toteuttamiseksi : :': on hajaannuttaa emäliemi nautittavaksi kelpaavan, hiukkasmaisen kiintoaineen pääl- le, minkä jälkeen saatu dispersio kuivataan sellaisen makeutusaineen saamiseksi, : 30 joka makeutusaine käsittää fruktoosia amorfisessa tai puolikiteisessä muodossa.Another application of the separated mother liquor or portion thereof is the manufacture of a non-crystalline or semi-crystalline fructose sweetener. One way to accomplish this is: to disperse the mother liquor onto an inert particulate solid, followed by drying the resulting dispersion to obtain a sweetener comprising fructose in amorphous or semi-crystalline form.
.···, Tähän tarkoitukseen edullinen, nautittavaksi kelpaava hiukkasmainen kiintoaine on • « • kiteinen fruktoosi.···, A preferred particulate solid for this purpose is crystalline fructose.
• I• I
41 11653241 116532
Oheisen keksinnön mukaista, erotettua emälientä voidaan käyttää vesipitoisena fruktoosisiirappina tässä menetelmässä, ja kiteistä fruktoosia voidaan käyttää kiteytymisen käynnistämiseen. Näin ollen aikaan on saatu menetelmä nestefaasina olevan, fruktoosia käsittävän makeutusaineen tuottamiseksi.The separated mother liquor of the present invention can be used as an aqueous fructose syrup in this process, and crystalline fructose can be used to initiate crystallization. Thus, there is provided a process for producing a liquid phase sweetener comprising fructose.
55
Edellä oleva kuvaus on kohdistettu oheisen keksinnön erityisiin suoritusmuotoihin Yhdysvaltojen patenttilaeissa esitettyjen vaatimusten mukaisesti keksinnön havainnollistamiseksi ja selittämiseksi. Alan asiantuntijoille on kuitenkin selvää, että monia muokkauksia ja muutoksia voidaan tehdä esitettyihin laitteistoihin, koostumuksiin ja 10 menetelmiin keksinnön hengestä ja tavoitteista kuitenkaan poikkeamatta. Seuraavat patenttivaatimukset on tarkoitus tulkita siten, että ne kattavat kaikki tällaiset muokkaukset ja muutokset.The foregoing description is directed to specific embodiments of the present invention in accordance with the requirements of U.S. Patents, to illustrate and explain the invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and modifications may be made to the apparatus, compositions, and methods disclosed, without departing from the spirit and objects of the invention. The following claims are to be construed as embracing all such modifications and modifications.
15 ' I « · • * » ·15 'I «· • *» ·
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI931170A FI116532B (en) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | Prodn. of crystalline fructose - by cooling a seeded soln. at different rates with a slower intermediate rate |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI931170 | 1993-03-16 | ||
FI931170A FI116532B (en) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | Prodn. of crystalline fructose - by cooling a seeded soln. at different rates with a slower intermediate rate |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI931170A0 FI931170A0 (en) | 1993-03-16 |
FI931170A FI931170A (en) | 1994-09-17 |
FI116532B true FI116532B (en) | 2005-12-15 |
Family
ID=8537565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI931170A FI116532B (en) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | Prodn. of crystalline fructose - by cooling a seeded soln. at different rates with a slower intermediate rate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI116532B (en) |
-
1993
- 1993-03-16 FI FI931170A patent/FI116532B/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI931170A0 (en) | 1993-03-16 |
FI931170A (en) | 1994-09-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100531965B1 (en) | Recovery method of organic compound from solution | |
US8921541B2 (en) | Separation process | |
KR20050026418A (en) | Crystallization of sugars | |
US7150794B2 (en) | Process for the production of crystalline fructose of high purity utilizing fructose syrup having a low content of fructose made from sucrose and product obtained | |
JP7447104B2 (en) | Method for obtaining crystalline 2'-fucosyllactose | |
EP2292803B1 (en) | Separation process | |
JP2023011728A (en) | Method for producing D-allulose crystals | |
EP0613953B1 (en) | Fructose and dextrose containing liquid sweetener | |
EP0983392B1 (en) | Crystallization method | |
US5230742A (en) | Integrated process for producing crystalline fructose and high-fructose, liquid-phase sweetener | |
US4371402A (en) | Process for preparation of fructose-containing solid sugar | |
US4634472A (en) | Enrichment of fructose syrups | |
US5234503A (en) | Integrated process for producing crystalline fructose and a high-fructose, liquid-phase sweetener | |
FI116532B (en) | Prodn. of crystalline fructose - by cooling a seeded soln. at different rates with a slower intermediate rate | |
EP1550666A1 (en) | Method for preparing crystalline isomaltulose and hydrogenated isomaltulose | |
US5656094A (en) | Integrated process for producing crystalline fructose and a high-fructose, liquid phase sweetener | |
US5350456A (en) | Integrated process for producing crystalline fructose and a high fructose, liquid-phase sweetener | |
CN110904170B (en) | Preparation method of F-55 high fructose corn syrup | |
KR100287306B1 (en) | Integrated manufacturing method of crystalline fructose | |
WO2006125286A1 (en) | Process for the production of pyrogen-free anhydrous crystalline dextrose of high purity from sucrose | |
IL104964A (en) | Fructose and dextrose containing liquid sweetener | |
JP2000232900A (en) | Production of dehydrated crystalline glucose | |
DK181566B1 (en) | Crystallization of LNnT | |
BG60746B1 (en) | Method for the preparation of crystalline fructose | |
WO2006016109A1 (en) | Enhancement of the fermentability of carbohydrate substrates by chromatographic purification |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 116532 Country of ref document: FI |