JPH0553480B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、果糖を結晶させる方法及び装置に関
するものである。 更に詳細には、本発明は、縦型の装置を用い、
無水結晶果糖を、有機溶媒を用いることなく水溶
液中より收率よく連続的に大きくかつ、均一なも
のとし、かつ、結晶の分蜜を容易となす方法及び
装置に関するものである。 一般に、果糖は溶解性が高く、水溶液より結晶
化させる場合、高濃度に於て結晶化しなければな
らないことになるが、結晶白下の分蜜は高濃度に
よる高粘性のため非常に困難となるのである。ま
た、果糖は50℃に於て87w／ｗ％の溶解度が示す
ように非常に溶解度が高く、又高温及びPH変動に
よる糖の分解が起きやすく、重合物も生成されや
すい。この為、無水結晶果糖の製造は砂糖及びぶ
どう糖の結晶化に比べ、特に工業化の場合、より
細心の注意が要求されるのである。 従来、果糖の不安定性により、濃縮装置に於て
も高真空により低温度による蒸発がなされている
が、回分式濃縮装置に於ては濃縮時間が長く、又
液深が高く沸点上昇が高いため、濃縮液温が高く
なり分解による着色及び重合が多くなる傾向があ
る。 こそで近年、これらの事情により高果糖液糖及
びぶどう糖果糖液糖の濃縮は濃縮時間の短い、濃
縮液温の低い連続濃縮方式が採用されるようにな
つてきた。このような糖液の濃縮の連続化ととも
に必然的に結晶化装置にも連続化が要求されるよ
うになつたのである。 従来、一般に用いられている糖類の冷却式結晶
化装置は、水平横型外部ジヤケツト又はリボンミ
キサ攪拌部に冷却水を導入する内部冷却の回分式
が主体であり、連続方式に於ても上記回分装置を
多数に接続したものにすぎない。即ち、回分冷却
式結晶化装置は原料供給工程、結晶化工程、結晶
分離工程よりなり、少なくとも結晶装置が３個必
要となるため、同数の付帯設備、例えば結晶装置
及び自動計装などを要し、総計すれば全体の設備
費はきわめて高価となつてしまう。 また、回分式結晶操作では、90w／ｗ％以上の
濃度果糖溶液に60〜65℃の温度で１〜５％の種結
晶を添加し、結晶の自然発生を抑制する為、過飽
和度を低く押え、徐冷しつつ結晶粒径を大きくす
る方法がとられている。このことは必然的に結晶
時間は長時間を要し、初期の高温時の時間も長く
なり、糖の分解による着色及び重合等の変性をき
たす結果となる。 無水結晶果糖の結晶化の公知の方法では、果糖
含量95％前後の溶液を固形物濃度92〜94w／ｗ％
まで濃縮し、助晶機に落とし、種結晶として１〜
５％の粉末果糖を添加し、60〜65℃から30〜35℃
迄４時間に１℃ぐらいの入念な温度降下をする。
この收率は40〜50％である。（田中新二著、甘味
料、光琳書院発行） しかしながらこの公知の方法は、冷却温度をコ
ントロールすることにより果糖の結晶化を行うも
のであるが、液温をデリケートにコントロールす
ることは容易ではなく、特に大量処理を行う工業
的実施の場合は極めて困難なこととなる。そのう
え、この公知の方法では60〜65℃という高温度に
長時間保持するため、果糖の分解及び重合により
２％〜10％という果糖の減量が認められ、分析に
より果糖の重合物の顕著な増加が認められる。こ
れらの重合物の生成は溶液PHにより変動するた
め、溶液のPHを濃縮前に4.5〜5.5、特に5.0に炭酸
ソーダ等により調整し、收率を向上させる方法
（特公昭50−105842号公報）も報告されている。 また、従来の技術常識にしたがい、水平横型の結
晶タンクを用い、上記した温度コントロールによ
る果糖結晶の晶出原理にしたがつた果糖の結晶化
法も知られているが（特開昭48−8946号公報）、
この方法では、果糖の粘度を低下させるためにイ
ソプロパノール等低分子の有機溶媒の使用が必須
であるし、結晶の破砕をひき起すポンプが使用で
きないために、効率の良い縦型の結晶塔の採用が
できない等工業化に必要な柔軟なシステム設計が
できない。 近年、清涼飲料等に使用される果糖ぶどう糖液
糖の増加にともない高果糖溶液においても非常に
高品質なものが要求され、工程は数段階の活性炭
による脱色及びイオン交換樹脂による脱塩等の精
製工程により製造される。このため、果糖溶液中
の塩類はほとんど存在せず、PHの緩衝作用は非常
に少なくなつている。例えば、固形物含量
91.3w／ｗ％、PH4.9、果糖含量96.8％の溶液を60
℃に10時間保持した結果、PHは3.8まで低下し、
果糖含量は93.6であり、3.2％もの果糖の減量が
認められた。又同様に同一液を45℃に10時間保持
した場合は、PH4.6、果糖含量96.7％であつた。 この例の如く、高温度での保持による果糖の分
解により酸性物質が生成し、PHを調整しそして果
糖の分解及び重合を抑制しても、なお数％の減量
はまぬがれ得ないものであつた。 本発明者らは、無水結晶果糖を有機溶媒を用い
ることなく水溶液中より連続的に結晶化すること
を目的とし、従来法の欠点を改善するため鋭意研
究した結果、本発明において糖の変性を抑え、収
率よく、大きく、かつ均一な分密性良好な結晶を
得るための、特に工業的にすぐれた連続化システ
ムを開発するのに成功した。 すなわち、本発明者らは、温度を微妙に変化コ
ントロールすることによる果糖結晶の晶出化とい
う従来の晶出原理ではなく、低温度で過飽和度の
極端に高い条件で含水結晶の生成を防止しつつ、
結晶の自然発生量をコントロールするには、従来
とは全く逆に、温度は一定としておき、結晶量を
可変することによりコントロールできることを見
出し、この新しい晶出原理に基づき本発明を完成
した。 この新知見によれば、従来使用が困難であつた
ポンプによる結晶の移送が可能となり、その結
果、温度勾配の設定や装置の省スペース化その他
に有利な縦型の結晶塔の採用が可能となり、きわ
めて効率的に結晶化を行うことができるようにな
つた。しかもその際、有害な有機溶媒の使用も必
要でなく、食品公害上も安全である。 しかも、本発明においては、45℃という低温で
結晶化操作が可能となり、本発明の実施によりPH
3.5〜6.0の範囲では１％以下、又果糖ぶどう糖の
日本農林規格により規格化されているPH4.0〜5.5
の範囲では果糖減量は0.5％以下にすることが可
能となり、そのためにPH調整の煩雑な方法は不必
要となつたのである。更に、この果糖の減量が著
しく低下したため、従来、固形物濃度92〜94w／
ｗ％の結晶化濃度を89〜91％と２〜３％低く設定
することが可能となり、低粘度化による結晶白下
の分蜜性は非常に良好となつた。このように、工
業的な面ないし商業的な面でも、本発明は卓越し
たものとなつた。 すなわち本発明は、低温度で過飽和度の極端に
高い条件で含水結晶の生成を防止しつつ、結晶の
自然発生量をコントロールするため、温度は一定
にしておき、結晶量を可変することによりコント
ロールするという特に工業的にすぐれた晶出原理
を実施する目的でなされたものであつて、本発明
は、縦型の起晶塔と結晶塔を採用し、果糖含量90
％以上からなり、固形物濃度87w／ｗ％以上の果
糖溶液と、この果糖溶液１容量部に対し0.5〜５
倍量の多量の結晶を含む溶液を、急速攪拌機を有
する縦型の起晶塔に連続的に供給し、40℃〜50℃
において急速混合し、得られた混合液を縦型の結
晶塔に連続的に供給し新しい結晶が自然発生しな
い条件下で徐冷し、結晶を成長せしめる晶出処理
を行なうことを特徴とする無水結晶果糖の連続結
晶化方法に関するものである。 また、本発明は、急速攪拌機を有する起晶塔に
糖液と多量の結晶を投入し、連続的に急速混合し
た糖液混合起晶液を起晶塔に於て成長した結晶及
び自然発生した結晶粒子中の微細結晶を溶解し結
晶粒子の量を制御するため昇温処理し、結晶の損
傷を防止するゆるやかな攪拌機を有する結晶塔に
連続的に供給し、結晶せしめる晶出処理からなる
ことを特徴とする無水結晶果糖の連続化方法に関
するものである。 更に本発明においては、結晶が破砕されるとい
う理由で従来使用できなかつたポンプの使用が可
能となつたので、起晶塔と結晶塔とを分離し、
別々の温度で、かつ別々の攪拌条件で種結晶の混
合と結晶化を行なうことができるようにしてい
る。 無水結晶果糖の結晶化では、果糖含量90w／ｗ
％以上、望ましくは95w／ｗ％以上の果糖溶液を
固形物濃度87w／ｗ％以上、例えば87〜92w／ｗ
％に濃縮して濃縮液を調製しておき、また、例え
ば20w／ｗ％以上、好ましくは25〜35w／ｗ％と
いう多量の果糖結晶を含有する溶液を、上記濃縮
液１容量部に対して、0.5〜５倍量、望ましくは
１〜２倍量の割合で、結晶塔よりオーバーフロー
させ、起晶塔に供給して混合する。起晶塔では上
部液温を40〜50℃、下部液温を30〜40℃になるよ
う下部より外部ジヤケツトに冷却水を導入し温度
勾配を設定しておく。前記混合液は、起晶塔下部
よりの抜き出し量に応じ下部へ移動し、冷却さ
れ、結晶は成長する。本発明においては、結晶時
間の短縮を目的とし、起晶塔内に於ける冷却速度
は早いため、微細結晶が自然発生する。 起晶塔より結晶含有糖を結晶塔に連続的に供給
するに際し、この微細結晶の溶解及び結晶粒子数
の調整を目的として、35〜45℃に昇温処理され、
供給される。 結晶塔の上部液温は35〜45℃、下部液温は25〜
35℃になるよう外部ジヤケツトに下部より冷却水
を導入し、下部白下排出量に応じ、排出される。
結晶白下は常法により遠心分離され、分蜜液は一
部起晶塔、又は濃縮装置に供給され、原果糖溶液
に連続的に混合することにより、結晶の収率を上
げることができる。 本発明に於ては種結晶の添加は運転開始時のみ
起晶塔へ１〜５％の粉末結晶を連続的に添加し、
定常運転においては結晶塔上部よりオーバーフロ
ーさせ種結晶とするのがよい。多量の結晶を含む
糖液と急速に混合することにより糖液の過飽和度
は低下し、起晶塔における液温を低くすることが
可能となり、結晶速度の増加による結晶時間の短
縮及び糖液の変性を著しく防止することができた
のである。しかし、糖液の粘度を、低下させるた
めに有機溶媒を用いる必要もなく、きわめて有利
である。 起晶塔は、円筒縦型で、径対高さの比率が１：
２〜１：10の形状で内部に糖液と種結晶を急速に
混合するため10〜30回転／分で可変となつている
攪拌機を有し、その外部は下部より冷却水を導入
し、上部より排出されるラセン状ジヤケツトを有
している。内部液温は下部が低く、上部の高い温
度勾配ができるよう温度制御されている。 結晶塔は、円筒縦型で内部に結晶の損傷を防止
する程度にゆるやかに回転する攪拌機を有し、そ
の外部にはジヤケツトを有し糖液を温度制御でき
るようになつている。また、結晶塔は径対高さの
比率が１：２〜１：10の形状で結晶部が多数に構
成され、底部は結晶白下が排出されやすいように
15〜60の勾配をもつ構造であるのが好ましい。結
晶塔に供給された結晶は白下排出量に応じて、そ
れぞれ各室の下部より下部結晶室へ移動する。結
晶塔は外部にラセン状ジヤケツトを有し、下部よ
り冷却水が導入され上部より排出される。 結晶塔内部液温はこの冷却構造により下部が低
く、上部が高い温度勾配ができるようにするのが
よい。結晶室は一室でもよいが多室構造にすれば
温度制御が容易となるが、多室では偽晶の発生が
多くなるので二室構造が最も好ましい。 結晶を含む糖液の温度は、上部が高く、下部が
低い温度勾配のため液層の乱流をおこさず、層流
にて下部へ移動する。 結晶塔内攪拌機の構造は横方向への攪拌効果を
もち、縦方向の攪拌効果は好ましくない。また、
乱流の防止及び結晶の破壊の防止のため、攪拌は
低速が好ましく、０〜５回転／分で可変となつて
いる方がよい。 第１図において本発明の無水結晶果糖の連続結
晶化装置の一例を説明すれば、１は起晶塔で、２
は攪拌翼である。３はジヤケツトで、ここに下部
より冷却水を通して起晶塔を適宜冷却できるよう
になつている。糖液は移送パイプ４、及び分蜜液
移送パイプ５から、濃縮装置６に移送され87〜92
％まで濃縮される。濃縮糖液は連続的に起晶塔１
に送り、同時に結晶塔１０の上部オーバーフロー
パイプ９よりオーバーした種結晶と連続的に混合
し、起晶塔下部パイプ７より結晶塔１０に連続的
に送り込まれる。パイプ７は外部温水ジヤケツト
８に温水を供給し、加温により微細結晶を溶解す
る。結晶塔１０は結晶上部室１１、結晶下部室１
２とからなり、それぞれ傾斜底部を有している。
１３は攪拌機で攪拌翼１４、及び１５をそれぞれ
有している。各攪拌翼は結晶塔側壁及び底部にそ
つて回転し、壁、底部に糖結晶が付着するのを防
止しながらゆつくり混合液を攪拌するようになつ
ている。 １６，１７はジヤケツトで、それぞれ下部より
冷却水を導入しえ適宜、温度制御できるようにな
つている。 結晶白下はパイプ１８から連続的に取り出さ
れ、遠心分離機１９に送られ遠心分離され、結晶
は２０より排出される。 分蜜液はパイプ５とパイプ２１により送られ
る。 次に本発明の実施例を示す。 実施例 第１図に示す装置を用いた。 起晶塔は内径は40cm、塔高150cm、内容量200
で、攪拌は10〜30回転／分可変であるが、15回
転／分で行なつた。 結晶塔は内径70cm、塔高240cmであり、結晶上
部室は270、結晶下部室は500のものを使用
し、結晶塔攪拌は０〜５回転／分可変であるが、
本操作は0.5回転／分で行なつた。本実施例では
無水結晶果糖の結晶化では、ぶどう糖果糖液糖を
カルシウム型カチオン交換樹脂で分離した果糖液
糖を使用した。 この果糖液糖を固形分含量89〜90w／ｗ％まで
濃縮し、この濃縮果糖液糖を起晶塔に連続的に送
り、最初は通液量に対し、５％の粉末果糖を連続
的に混合し、定常後は、結晶塔上部よりオーバー
フローさせた種結晶を連続的に混合した。 この方法に従い、分蜜液を混合させない場合
（１パス式という）を２回、分蜜液を混合させる
場合（分蜜液混合という）を２回行なつた。 それぞれの場合の条件、収率等を次の表１に示
す。 ただし、果糖は液体クロマトグラフイによる分
析値を用い、結晶収率は、洗浄水を白下の２％を
使用して洗浄し、乾燥後、 結晶重量／原液固形物重量×果糖含量として算出した
。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の無水結晶果糖の連続結晶化
装置の説明図である。 １……起晶塔、２……攪拌機、３……冷却ジヤ
ケツト、４……原液供給パイプ、５……分蜜液供
給パイプ、６……濃縮装置、７……結晶移送パイ
プ、８……結晶移送パイプ加熱ジヤケツト、９…
…種結晶オーバーフローパイプ、１０……結晶
塔、１１……上部結晶室、１２……下部結晶室、
１３……攪拌機、１４……結晶塔上部攪拌翼、１
５……結晶塔下部攪拌翼、１６……温水ジヤケツ
ト、１７……温水ジヤケツト、１８……結晶白下
排出パイプ、１９……遠心分離機、２０……結
晶、２１……分蜜液パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (A) 急速攪拌機を有する縦型の起晶塔、及
   び、ゆるやかな攪拌機を有し且つ下部へいく程
   低温となる温度勾配を有する縦型の結晶塔を用
   い、 (B) 果糖含量90％以上からなり、固形物濃度
   87w／ｗ％以上の果糖溶液と、多量の果糖結晶
   を含有する溶液を、該果糖溶液１容量部に対し
   て0.5〜５倍量の割合で、起晶塔に連続的に供
   給し、40〜50℃において急速混合し、 (C) 得られた混合液を結晶塔に連続的に供給し、
   新しい結晶が自然発生しない条件下で徐冷し、
   結晶を成長せしめる晶出処理を行うこと、 を特徴とする無水結晶果糖の連続結晶化方法。 ２ 特許請求の範囲第１項の起晶塔に供給する多
   量の結晶を含む溶液が結晶塔内の結晶を含む溶液
   であることを特徴とする無水結晶果糖の連続結晶
   化方法。 ３ 特許請求の範囲第１項の起晶塔より結晶塔に
   結晶含有糖液を連続的に供給するに当り、昇温し
   結晶中の微細結晶を溶解する昇温処理することを
   特徴とする無水結晶果糖の連続結晶化方法。 ４ 結晶收率増大の為、結晶白下分蜜液を一部糖
   液に連続的に混合することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の無水結晶果糖の連続結晶化方
   法。 ５ 急速攪拌機を有する縦型の起晶塔及び結晶の
   損傷を防止するゆるやかな攪拌機を有する縦型の
   結晶塔とからなり、各攪拌機は起晶塔及び結晶塔
   の側壁にそつて回転する回転翼を有し、且つ起晶
   塔及び結晶塔は下部へいく程低温となる温度勾配
   を有するものであること、を特徴とする無水結晶
   果糖の連続結晶化装置。 ６ 起晶塔より結晶塔に結晶含有糖液を連続的に
   供給するに当り、連続的に昇温し微細結晶を溶解
   することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の無水結晶果糖の連続結晶化装置。 ７ 起晶塔及び結晶塔は、径対高さの比率が１：
   ２〜１：10の形状で外部に昇温又は冷却により液
   温を制御できる温度制御装置を有し、底部は結晶
   白下が排出されやすい15〜60度の勾配をもつ構造
   であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の無水結晶果糖の連続結晶化装置。 ８ 起晶塔及び結晶塔の冷却は、冷却水を外部ジ
   ヤケツトの下部より導入し、上部より排出する、
   内部糖液液温は下部が低く、上部が高い温度勾配
   をもつ冷却方式であることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項記載の無水結晶果糖の連続結晶化装
   置。