KR100287306B1 - Integrated manufacturing method of crystalline fructose - Google Patents

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Abstract

덱스트로즈를 함유하는 공급 스트림으로부터 결정질 프락토즈 및 하이 프락토즈 콘 시럽(High Fructose Corn Syrup)과 같은 액상 감미제 모두를 제조하는 통합 방법이 기술되어 있다. 공급 스트림중 덱스트로즈 일부분을 프락토즈로 이성체화하고 수독되는 덱스트로즈/프락토즈 스트림을 분별분리하여 고 프락토즈 스트림을 생성한다. 고 프락토즈 스트림중의 프락토즈 일부분을 결정화하고 결정화 후에 잔류하는 모액을 덱스트로즈-함유 스트림과 배합시켜 액상 감미제를 제조한다.An integrated process is described for making both liquid sweeteners such as crystalline fructose and High Fructose Corn Syrup from a feed stream containing dextrose. A portion of the dextrose in the feed stream isomerizes to fructose and the detoxified / fractose stream that is read out is fractionated to produce a high fructose stream. A portion of the fructose in the high fructose stream is crystallized and the mother liquor remaining after crystallization is combined with the dextrose-containing stream to prepare a liquid sweetener.

Description

결정성 프럭토즈의 통합된 제조방법Integrated manufacturing method of crystalline fructose

제1도는 전분으로부터 42% 고 프럭토즈 콘 시럽(HFCS) 및 55% HFCS(EFCS)를 제조하기 위한 통상적인 방법에서의 여러 단계를 나타낸 것이다.FIG. 1 shows several steps in a conventional method for preparing 42% high fructose corn syrup (HFCS) and 55% HFCS (EFCS) from starch.

제2도는 결정성 프럭토즈 및 프럭토즈가 풍부한 콘 시럽(EFCS) 모두를 제조 하기 위한 전분 기본의 통합된 방법을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the starch-based integrated method for making both crystalline fructose and fructose-rich corn syrup (EFCS).

제3도는 제2도에 예시된 방법을 더욱 상세히 나타낸 것이다.3 illustrates the method illustrated in FIG. 2 in more detail.

제4도는 발명의 전형적인 가변성 과포화 냉각 프로그램에 대한 백하 (massecuite) 온도 대 씨딩(seeding) 이후의 시간의 그래프이다.4 is a graph of massecuite temperature versus time after seeding for a typical variable supersaturated cooling program of the invention.

제5도는 자연 냉각곡선(곡선 A) 및 일정한 과포화 냉각 곡선(곡선 B) 모두에대한 배치 결정화기에서의 온도 대 시간의 그래프이다.5 is a graph of temperature versus time in a batch crystallizer versus both a natural cooling curve (curve A) and a constant supersaturated cooling curve (curve B).

본 발명은 식용 당에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 덱스트로즈 의 이성체화(isomerization)에 의해 수득된 프럭토즈에 관한 것이다. 또한, 본 발 명은 무수 결정성 프럭토즈와 본질적으로 프럭토즈 및 덱스트로즈로 이루어진 시럽 을 동시에 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an edible sugar. More specifically, the present invention relates to fructose obtained by isomerization of dextrose. The present invention also relates to a process for the simultaneous preparation of a syrup consisting of anhydrous crystalline fructose and essentially fructose and dextrose.

또한 본 발명은 상이한 결정 성장 기간 동안에 과포화의 수준이 상이하게 되도록 프럭토즈 용액을 냉각시킴으로써 프럭토즈를 결정화시키는 방법 및 정제되고 농축된 프럭토즈 시럽을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method of crystallizing fructose by cooling the fructose solution such that the level of supersaturation differs during different periods of crystal growth and to produce a purified and concentrated fructose syrup.

[액상 프럭토즈 생성물][Liquid fructose product]

프럭토즈는 영양학적 감미료로서 매우 가치있는 단당류이다. 당해 분야에서 시판되는 대다수의 프럭토즈는 옥수수 전분으로부터 유도되며 생성물의 주요 형태 는 고 프럭토즈 콘 시럽(High Fructose Corn Syrup: HFCS)이다. 시판되는 시럽은 무수 고형분을 기준[(dry solids basis; dsb)]으로 하여, 42 내지 90중량%의 프럭 토즈를 함유한다[특허청구의 범위를 포함한 이후의 기술에서, "dsb"는 "무수 고형 분을 기준으로 한 중량"을 의미한다]. 나머지는 주로 덱스트로즈이다. 청량 음료에서 슈크로즈 대용품으로 통상 사용되는 HFCS는 전형적으로 55%의 프럭토즈, 41%의 덱스트로즈 및 4% 고 당류(higher saccharides)(모두 dsb%)를 포함한다. 이러한 시럽의 고형분 함량은 통상 약 77중량%이다.Fructose is a very valuable monosaccharide as a nutritional sweetener. The majority of fructose commercially available in the art is derived from corn starch and the main form of the product is High Fructose Corn Syrup (HFCS). Commercially available syrups contain 42 to 90% by weight of fructose on dry solids basis (dry solids basis; dsb) (in the following description, including the claims), "dsb" means "anhydrous solids." Weight in minutes ". The rest is mostly dextrose. HFCS, commonly used as a sucrose substitute in soft drinks, typically includes 55% fructose, 41% dextrose and 4% higher saccharides (all dsb%). The solids content of this syrup is usually about 77% by weight.

산업적인 규모로, HFCS의 제조는 정제된 전분 슬러리의 효소적 액화를 사용 하여 개시한다. 미국에서 원료의 주요 공급원은 습윤 분쇄 공정에 의해 수득되는 옥수수 전분이다. 그러나, 다른 공급원으로부터의 필적할만한 순도를 갖는 전분을 사용할 수 있다.On an industrial scale, the preparation of HFCS is initiated using enzymatic liquefaction of purified starch slurry. The main source of raw material in the United States is corn starch obtained by the wet grinding process. However, it is possible to use starch with comparable purity from other sources.

전형적인 공정의 제1 단계에서는 전분 슬러리를 고온에서 처리하여 젤라틴화한다. 이어서 2단계 연속 반응으로 젤라틴화된 전분을 액화시키고 열안정성 α-아 밀라제로 덱스트린화(dextrinization)한다. 이러한 반응의 생성물은 후속의 당화 (saccharification) 단계에 적합한, 6 내지 15의 덱스트로즈 당량(DE)을 갖는 가용 성의 덱스트린 가수분해물이다.In the first step of a typical process, the starch slurry is treated at high temperature to gelatinize. The gelatinized starch is then liquefied in two successive reactions and dextrinized with thermostable α-amylase. The product of this reaction is a soluble dextrin hydrolyzate with a dextrose equivalent (DE) of 6 to 15, suitable for subsequent saccharification steps.

액화-덱스트린화에 이어서, DE가 10 내지 15인 가수분해물의 rH 및 온도를 당화 단계용으로 조절한다. 당화 도중에 가수분해물은 글루코아밀라제의 효소 작 용으로 인해 덱스트로즈로 추가로 가수분해된다. 당화가 배치 반응으로서 수행될 수 있지만, 최신 제조 공장에서는 연속적인 당화가 실시되고 있다. 연속적인 당화 반응에서는, pH 및 온도를 조절한 후에 글루코아밀라제를 DE가 10 내지 15인 가수 분해물에 가한다. 전형적인 고 덱스트로즈 당화액의 탄수화물 조성은 덱스트로즈 94 내지 96%, 말토즈 2 내지 3%; 말토트리오즈 0.3 내지 0.5; 및 고 당류 1 내지 2%이다(모두 dsb%). 생성물은 전형적으로 25 내지 37%의 무수물이다. 이어서 덱스트로즈 함량이 높은 이러한 가수분해물을 정제하여 이성체화 반응용 덱스트로즈 공급 원료를 제조한다.Following liquefaction-dextrination, the rH and temperature of the hydrolyzate with DE of 10 to 15 are adjusted for the saccharification step. During glycosylation, the hydrolyzate is further hydrolyzed to dextrose due to the enzyme action of glucoamylase. Although saccharification can be performed as a batch reaction, continuous saccharification is carried out in modern manufacturing plants. In the continuous saccharification reaction, after adjusting the pH and temperature, glucoamylase is added to the hydrolyzate with DE of 10-15. The carbohydrate composition of a typical high dextrose saccharified solution is dextrose 94-96%, maltose 2-3%; Maltotriose 0.3 to 0.5; And high sugars of 1-2% (both dsb%). The product is typically 25 to 37% anhydride. This hydrolyzate having a high dextrose content is then purified to prepare a dextrose feedstock for the isomerization reaction.

처리된 HFCS는 색상 및 회분 규격치가 매우 불량하기 때문에 이성체화용으로품질이 매우 우수한 덱스트로즈 공급 원료의 제조가 필수적이다. 고 순도의 공급 원료가 또한 고정된 이소머라제 효소 칼럼의 효율적인 이용에 필수적이다.Treated HFCS has very poor color and ash specifications, making it necessary to produce very good dextrose feedstock for isomerization. High purity feedstock is also essential for the efficient use of fixed isomerase enzyme columns.

고정된 이소머라제 효소 칼럼은 수개월의 기간에 걸쳐 연속적으로 사용된다.이 기간 동안에 매우 많은 용량의 덱스트로즈 공급 원료가 칼럼을 통과한다. 공급 원료중에 있는 매우 낮은 수준의 불순물, 예를 들어 회분, 금속 이온 및/또는 단백 질이 축적되어 효소의 생산성을 감소시킬 수 있다. 이러한 이유로 덱스트로즈 공급 원료는 0.1(CRA x 100)의 색도와 5 내지 10마이크로모우(micromho)의 전도율로 정 제한다.Immobilized isomerase enzyme columns are used continuously over a period of months, during which a very large volume of dextrose feedstock passes through the column. Very low levels of impurities in the feedstock, such as ash, metal ions and / or proteins, can accumulate and reduce the productivity of the enzyme. For this reason, the dextrose feedstock is purified with a chromaticity of 0.1 (CRA x 100) and a conductivity of 5 to 10 micromho.

탄소 처리되고 여과되고 탈이온화된 덱스트로즈 함량이 높은 액체는 이성체 화용으로 적합한 고형분 수준으로 증발시킨다. 또한 고정된 이소머라제를 활성화 시킬 뿐 아니라 이소머라제의 강력한 억제제인 잔류 칼슘 이온의 작용을 경쟁적으 로 억제하는 마그네슘 이온을 가함으로써 공급 원료를 화학적으로 처리한다.Carbonized, filtered and deionized high dextrose liquids are evaporated to a solid level suitable for isomerization. The feedstock is chemically treated by adding magnesium ions that not only activate immobilized isomerase but also competitively inhibit the action of residual calcium ions, a potent inhibitor of isomerase.

덱스트로즈의 일부를 프럭토즈로 전환시키는 이성체화 반응은 통상 40 내지 50% 무수 물질에서 덱스트로즈 94 내지 96%(dsb) 및 고 당류 4 내지 6%(dsb)를 포함하는 스트림상에서 수행한다. 스트림은 25℃에서 pH가 7.5 내지 8.2이며 , 55 내지 65℃에서 1/2 내지 4시간 동안 이소머라제 효소 작용에 적용시킨다.The isomerization reaction, which converts a portion of the dextrose to fructose, is usually carried out on a stream comprising from 94 to 96% dextrose (dsb) and high sugars 4 to 6% (dsb) in 40-50% anhydrous material. . The stream has a pH of 7.5 to 8.2 at 25 ° C. and is subjected to isomerase enzymatic action at 55 to 65 ° C. for 1/2 to 4 hours.

글루코즈를 프럭토즈로 전환시키는 것은 60℃에서 약 1.0의 평형 상수를 갖는 가역 반응이다. 따라서, 94 내지 96%의 덱스트로즈를 지속적으로 공급하는 공급 원료로부터 개시하여, 평형 상태에서 약 47 내지 48%의 프럭토즈 농도가 수득될 것으로 예측된다. 그러나, 평형점에 이르러서는 이성체화의 반응 속도가 너무 느리므로 실질적인 반응기 체류 시간을 달성하기 위해서는 약 42%의 프럭토즈 전환 수준에서 반응이 종결되도록 해야 한다.Converting glucose to fructose is a reversible reaction with an equilibrium constant of about 1.0 at 60 ° C. Thus, starting from a feedstock that continuously supplies 94-96% dextrose, it is expected that a fructose concentration of about 47-48% will be obtained at equilibrium. However, by the equilibrium point, the reaction rate of isomerization is too slow and the reaction must be terminated at a level of about 42% fructose conversion to achieve substantial reactor residence time.

소정의 이소칼럼(고정된 이소머라제 효소 칼럼)에서, 덱스트로즈(글루코즈)의 프럭토즈로의 전환율은 고정된 이소머라제의 효소 활성에 비례한다. 이러한 활성은 거의 기하급수적인 양상으로 시간에 따라 감소한다. 칼럼이 새것이면서 활성이 높은 경우, 칼럼을 통과하는 공급 원료의 유동량은 비교적 많은데, 이는 42% 프럭토즈 수준을 달성하는데 보다 짧은 체류 시간이 필요하기 때문이다. 칼럼의 사용 수명이 증가함에 따라 칼럼을 통과하는 유동량은, 일정한 전환 수준을 달성하도록 저하된 활성을 보충하면서 체류 시간을 연장시키기 위해 비례적으로 감소되어야 한다.In a given isocolum (fixed isomerase enzyme column), the conversion of dextrose (glucose) to fructose is proportional to the enzyme activity of the fixed isomerase. This activity is almost exponential and decreases with time. When the column is new and high in activity, the flow of feedstock through the column is relatively high because shorter residence times are required to achieve 42% fructose levels. As the service life of the column increases, the flow rate through the column must be proportionally reduced to prolong the residence time while replenishing the degraded activity to achieve a constant conversion level.

실제로, 용량 및 전환 수준과 관련된 생산성 변동을 최소화하기 위해서 다수의 이소칼럼을 병렬로 배치하여 사용한다. 이러한 배열에서 각각의 이소칼럼은 필수적으로 서로 독립적으로 작동될 수 있다. 이소칼럼의 전체 유동량의 변화는 증발 및 다른 가공 조작이 필요하므로 비교적 협소한 한계내에서 유지되어야 한다. 실제로 42%의 프럭토즈 스트림을 수득하기 위해 모든 시간에서 유동량이 항상 정확하게 조절될 수는 없다 해도, 평균을 기준으로 유동량을 용이하게 달성할 수 있다.In practice, multiple isocolumns are used in parallel to minimize productivity variations associated with capacity and conversion levels. In this arrangement, each isocolum can operate essentially independently of one another. Changes in the total flow of isocolums must be kept within relatively narrow limits as evaporation and other processing operations are required. In practice, although the flow rate may not always be accurately adjusted at all times to yield 42% fructose stream, it is easy to achieve the flow rate on an average basis.

이러한 공정에서 가장 중요한 작동 변수 중의 하나는 이소칼럼의 내부 pH이다. 작동 pH는 통상 최대 활성의 pH(통상 약 pH 8)와 최대 안정성의 pH(통상 pH 7.0 내지 7.5)의 중간치이다. 이것은 덱스트로즈 공급 원료가 약 60℃의 온도에서 pH 안정성이 아니라는 사실과 관련되어 있다. 약간의 분해가 발생하면 산성 부산물이 생성되고, 이는 작동 도중에 이소칼럼의 pH를 떨어뜨린다.One of the most important operating variables in this process is the internal pH of the isocolum. The operating pH is usually intermediate between the maximum activity pH (typically about pH 8) and the maximum stability pH (typically pH 7.0 to 7.5). This is related to the fact that the dextrose feedstock is not pH stable at temperatures of about 60 ° C. Slight decomposition results in acid by-products, which lower the pH of the isocolum during operation.

이성체화에 이어, 전형적인 제조 공정에서는 42% HFCS 생성물의 2차 정제 또는 연마를 사용한다. 공급 원료를 일정시간 동안 보다 높은 pH 및 온도에서 유지 하는 경우, 화학적인 처리 및 이성체화 과정 동안에 약간의 부가적인 색상이 나타난다. 생성물은 또한 이성체화용으로 가해진 화학약품으로부터의 추가의 회분을 약간 함유한다. 이러한 색상 및 회분은 제2 탄소 및 이온 교환 시스템에 의해 제거된다. 이어서, 정제된 42% HFCS는 선적을 위해 통상 71% 고형분으로 증발시킨다.Following isomerization, a typical preparation process uses secondary purification or polishing of 42% HFCS product. If the feedstock is held at a higher pH and temperature for a period of time, some additional color appears during the chemical treatment and isomerization process. The product also contains some additional ash from chemicals added for isomerization. This color and ash are removed by the second carbon and ion exchange system. The purified 42% HFCS is then evaporated typically to 71% solids for shipment.

당 시럽을 정제하기 위해 활성탄을 사용하는 것은 일반적으로 공지되어 있다. 미국 특허 제1,979,781호(van Sherpenberg)는 60° Brix(60% 무수 고형분)에서 원료 당 시럽(즉, 글루코즈 시럽 또는 전화당 시럽과 혼합되지 않은 것)을 1 내지 2중량%의 활성탄과 혼합하고 단시간 동안 134℃로 가열하는 방법을 기술하고 있다. 미국 특허 제2,763,580호(Zabor)는 125 내지 200°F에서 고형분 함량이 10 내지 60중량%, 특히 20 내지 56중량%인 당액(예: 사탕수수, 사탕무우 또는 옥수수당)을 활성탄으로 처리하는 방법을 광범위하게 기술하고 있다. 이 특허는 특정 농도 또는 조건에서 부분적인 처리를 수행할 수 있고, 그후 보다 높은 농도(증발에 의해 수득됨) 또는 다른 조건에서 처리를 완결할 수 있다고 기술하고 있다.It is generally known to use activated carbon to purify sugar syrups. U.S. Patent No. 1,979,781 (van Sherpenberg) mixes raw sugar syrup (i.e., not mixed with glucose syrup or invert sugar syrup) with 1-2 wt% activated carbon at 60 ° Brix (60% anhydrous solids) and for a short time While heating to 134 ° C. US Pat. No. 2,763,580 (Zabor) discloses a process for treating sugar liquids (e.g. sugar cane, beet or corn sugar) with a solids content of 10 to 60% by weight, in particular 20 to 56% by weight, at 125 to 200 ° F. It is widely described. This patent states that partial treatment can be carried out at certain concentrations or conditions, and then the treatment can be completed at higher concentrations (obtained by evaporation) or at other conditions.

프럭토즈를 함유하는 콘 시럽의 제조에 관한 여러가지 특허 문헌들은, 프럭토즈 농도(dsb)를 변화시키고 무수 고형분 수준을 변화시킨 수용액을 탄소 처리하고 후속적으로 농축시키는 것을 부수적으로 기술하고 있다. 스칼렛 등(Scallet etal.)의 미국 특허 제3,383,245호 및 캐츠 등(Katz et al.)의 제3,690,948호는 약 40% 무수 고형 분으로서 약 20%(dsb) 프럭토즈를 갖는 프럭토즈 함유 시럽을 탄소 처리한 다음, 연속해서 시럽을, 예를 들어, 70 내지 83% 무수 고형 분으로 증발시킴 으로써 농축시키는 방법을 기술하고 있다.Various patent documents relating to the preparation of fructose-containing corn syrups incidentally describe the carbonization and subsequent concentration of aqueous solutions with varying fructose concentrations (dsb) and varying anhydrous solids levels. Scarlet et al., US Pat. No. 3,383,245 and Katz et al., Pat. No. 3,690,948, disclose a fructose-containing syrup having about 20% (dsb) fructose as about 40% anhydrous solids. After treatment, a method is described in which the syrup is subsequently concentrated by evaporation, for example, to 70-83% dry solids.

캐츠 등(Katz et al.)의 미국 특허 제3,684,574호는 20%의 낮은 무수 고형분으로서 약 20%(dsb) 프럭토즈를 함유하는 시럽을 탄소 처리하고, 후속적으로 이 시 럽을 농축시키는 방법을 기술하고 있다. 캐츠 등(K3tz et al )의 미국 특허 제 4,395,292호는 무수 고형분이 10 내지 70%, 바람직하게는 40%인 프럭토즈와 덱스트 로즈의 탄소 처리된 혼합물을 분별 칼럼에 도입하고 프럭토즈 함유 추출물을 농축 시키는 방법을 기술하고 있다. 미국 특허 제4,395,292호는 90% 이상의 프럭토즈를 함유하는 추출물이 수득될 수 있으며, 40% 무수 고형분 공급원을 분별 분리하여 9%무수 고형분으로서 100%(dsb) 프럭토즈를 갖는 분획이 수득되는 실시예(실시예 7)를 기술하고 있다.Katz et al., US Pat. No. 3,684,574, discloses a method of carburizing a syrup containing about 20% (dsb) fructose as a low anhydrous solid of 20% and subsequently concentrating the syrup. It is describing. US Pat. No. 4,395,292 to K3tz et al, introduces a carbonized mixture of fructose and dexrose having anhydrous solids of 10 to 70%, preferably 40%, into a fractionation column and extracts the fructose-containing extract. It describes how to concentrate. US Pat. No. 4,395,292 provides examples in which extracts containing at least 90% of fructose can be obtained, and fractional separation of 40% anhydrous solids source results in fractions having 100% (dsb) fructose as 9% anhydrous solids. (Example 7) is described.

이성체화 반응으로부터의 HFCS 생성물은 통상적으로 프럭토즈 42%, 전화되지않은 덱스트로즈 52% 및 올리고사카라이드 약 6%를 함유한다. 앞서 논의된 이유로, 이러한 생성물은 이성체화에 의해 달성될 수 있는 프럭토즈의 실질적인 최대 수준을 나타낸다. 보다 높은 수준의 프럭토즈를 갖는 생성물을 수득하기 위해서는, 프럭토즈를 선택적으로 농축시켜야 한다. 다수의 통상적인 분리 기술은 이러한 목적으로는 적용될 수 없는데, 그 이유는 이러한 기술이 본질적으로 동일한 분자 크기를 갖는 2개의 이성체를 용이하게 분리할 수 없기 때문이다. 그러나, 프럭토즈는 칼슘과 같은 다른 양이온과의 착체를 우선적으로 형성한다. 이러한 차이점이 산업적 분리 공정들을 개발하는데 이용되어 왔다.HFCS products from the isomerization reaction typically contain 42% fructose, 52% unconverted dextrose and about 6% oligosaccharides. For the reasons discussed above, these products exhibit a substantial maximum level of fructose that can be achieved by isomerization. In order to obtain products with higher levels of fructose, fructose must be selectively concentrated. Many conventional separation techniques cannot be applied for this purpose because these techniques cannot readily separate two isomers having essentially the same molecular size. However, fructose preferentially forms complexes with other cations such as calcium. This difference has been used to develop industrial separation processes.

기본적으로, 대규모의 프럭토즈 정제용으로서 현재 사용되는 2개의 상이한 산업적인 방법이 있다. 2가지 경우 모두에 있어서, 바람직한 양이온 형태의 수지가 충전 층 시스템(packed bed system)에서 사용된다. 한가지 방법은 프럭토즈의 선택적 분자 흡수를 유도하는 무기 수지를 사용한다[참조: R.J. Jensen, "The Sarex Process for the Fractionat ion of High Fructose Corn Syrup,"Abstracts of the Institute of Chemical Engineers, 85th National Meeting, Philadelphia, Pa., 1978] .Basically, there are two different industrial methods currently used for large scale fructose purification. In both cases, the resin in the preferred cationic form is used in a packed bed system. One method uses inorganic resins that induce selective molecular uptake of fructose. See R.J. Jensen, "The Sarex Process for the Fractionat ion of High Fructose Corn Syrup," Abstracts of the Institute of Chemical Engineers, 85th National Meeting, Philadelphia, Pa., 1978.

유기 수지를 사용하는 크로마토그래피 분별 분리는 제2 산업적 분리 방법의기본이 된다[참조: K. Venkatasubramanian, "Integration of Large Scale Product ion and Puri fication of Biomolecules,"Enzyme Engineering, 6:37-43, 1982]. 덱스트로즈와 프럭토즈(예: 42% HFCS)의 수용액을 분별 칼럼에 공급하는 경우, 프럭토즈는 덱스트로즈보다 상당히 많은 정도로 수지에 보유된다. 탈이온화 되고 탈산소화된 물을 용출제로서 사용한다. 전형적으로, 분리는 바람직한 염 형태로서 칼슘을 사용하는, 가교결합도가 낮고 메쉬가 미세한 폴리스티렌 설포네이트 양이온 교환 수지의 층으로 충전된 칼럼에서 이루어진다. 약 90% 프럭토즈를 함유 하는 농축된 생성물은 매우 풍부한 프럭토즈 콘 시럽(Very Enriched Fructose Corn Syrup: VEFCS)으로 명명한다. 이러한 VEFCS 분획은 42% HFCS 공급 물질과 블렌딩 하게 프럭토즈 함량이 42% 내지 90%인 생성물을 수득할 수 있다. 이러한 생성물 중 가장 전형적인 것은 55%의 풍부한 프럭토즈 콘 시럽인데, 이는 때때로 EFCS 또는 55 EFCS로서 명명한다. 캐츠 등(Katz et al.)의 미국 특허 제4,395,292호는 프럭토즈와 덱스트로즈의 혼합물을 다양한 분획으로 분별 분리하고 프럭토즈가 풍부한 분획을 합하여 55.8%(dsb) 프럭토즈를 함유하는 시럽을 제조하는 실시예(실시예 1)를 기술하고 있다. 이 실시예는 또한 고농도(dsb)의 프럭토즈(예: 75.1%(dsb))를 갖는 단일 분획을 기술하고 있으며, 보다 낮은 농도의 프럭토즈를 함유하는 분획들[예: 58.2%(dsb) 프럭토즈와 64.5%,(dsb) 프럭토즈]을 합하는 것을 기술하고 있다.Chromatographic fractionation using organic resins is the basis of a second industrial separation method [K. Venkatasubramanian, "Integration of Large Scale Product ion and Puri fication of Biomolecules," Enzyme Engineering, 6: 37-43, 1982 ]. When an aqueous solution of dextrose and fructose (eg 42% HFCS) is fed to the fractionation column, fructose is retained in the resin to a greater extent than dextrose. Deionized and deoxygenated water is used as eluent. Typically, the separation takes place in a column packed with a low crosslinked, fine mesh mesh of polystyrene sulfonate cation exchange resin, using calcium as the preferred salt form. Concentrated products containing about 90% fructose are named Very Enriched Fructose Corn Syrup (VEFCS). This VEFCS fraction can yield a product having a fructose content of 42% to 90% for blending with 42% HFCS feed material. The most typical of these products is 55% rich fructose corn syrup, which is sometimes referred to as EFCS or 55 EFCS. Katz et al., US Pat. No. 4,395,292, fractionally separates a mixture of fructose and dextrose into various fractions and combines the fructose-rich fractions to produce a syrup containing 55.8% (dsb) fructose. An embodiment (Example 1) to be described is described. This example also describes a single fraction having a high concentration (dsb) of fructose (eg 75.1% (dsb)) and fractions containing lower concentrations of fructose [eg 58.2% (dsb) fructose. Tods and 64.5%, (dsb) fructose].

분별 분리 공정에서 다른 라피네이트 스트림을 처리하는 것이 중요한 관심사이다. 일반적으로, 덱스트로즈가 풍부한 라피네이트 스트림은 42% HFCS로 추가로 전환시키기 위해 이소칼럼 시스템의 덱스트로즈 공급물로 재순환시킨다. 공급 스 트림보다 높은 수준의 프럭토즈를 갖고 덱스트로즈 및 프럭토즈를 함유하는 라피네 이트 스트림은 분별 분리기를 통해 재순환시켜 높은 고형분 수준을 유지하면서 물 의 사용을 감소시킬 수 있다. 올리고사카라이드가 풍부한 라피네이트 스트림은 당 화 시스템으로 재순환시킬 수 있다.Treatment of other raffinate streams in a fractional separation process is an important concern. In general, the dextrose rich raffinate stream is recycled to the dextrose feed of the isocolumn system for further conversion to 42% HFCS. Raffinate streams having higher levels of fructose than feed stream and containing dextrose and fructose can be recycled through a fractionation separator to reduce water use while maintaining high solids levels. Raffinate streams rich in oligosaccharides can be recycled to the saccharification system.

물이 용출 매질로서 사용되기 때문에, 이는 시스템상에서의 전체적인 증발 부하에 대해 상당한 영향을 끼친다. 매우 낮은 고형분 농도는 시스템내에서의 미 생물 오염에 대한 위험을 증가시킨다. 따라서, 전체적인 공정의 경제성을 나타내 는 가장 중요한 설계 매개변수는 용출제 세정의 희석 효과를 최소화시키면서 허용 가능한 순도에서 고형분 수율을 최대화하는 것이다. 최적의 수율을 위해 공급물 및 물 사용의 효율을 최대화하여야 한다. 수율은 재이성체화 비용을 감소시키는데 있어 중요하다.Since water is used as the elution medium, this has a significant impact on the overall evaporative load on the system. Very low solids concentrations increase the risk for microbial contamination in the system. Thus, the most important design parameter that represents the overall process economics is to maximize solids yield at acceptable purity while minimizing the dilution effect of eluent cleaning. For optimum yields, the efficiency of feed and water use should be maximized. Yields are important in reducing the cost of reisomerization.

이러한 목표들을 달성하는데 사용되는 과정들에는 재순환 기술, 충전된 칼럼 에서의 적절한 재분배를 갖는 수지상의 보다 높은 평준화 및 칼럼내의 다수의 유입 및 유출점 도입이 포함된다. 이러한 방법을 사용하여 순도 및 수율을 증가시킬 수 있다.Processes used to achieve these goals include recycling techniques, higher leveling of dendritic phase with proper redistribution in packed columns, and introduction of multiple inlet and outlet points in the column. This method can be used to increase purity and yield.

배치 분별 분리 시스템에서, 분별 칼럼에 대한 공급물의 순도가 약간 명백하게 증가하는 것, 즉 보다 높은 프럭토즈 수준은 소정의 생성물 순도에서 수율을 증 가시켜 제조시 훨씬 많은 수득량을 생성한다. 실제, 이것은 주기당 수지 용적당 도입된 당의 용량의 비의 최대화, 주기당 수지 용적당 요구된 물 칼럼의 비의 최소 화 및 칼럼으로의 신중한 유동물 분배를 의미한다.In a batch fractionation system, a slight obvious increase in the purity of the feed to the fractionation column, i.e. higher fructose levels, increases the yield at the desired product purity, resulting in much higher yields in preparation. In practice, this means maximizing the ratio of the volume of sugar introduced per resin volume per cycle, minimizing the ratio of the required water column per resin volume per cycle, and careful flow distribution to the column.

[고상 프럭토즈 생성물][Solid Fructose Product]

프럭토즈를 결정화하는 다수의 방법들이 공지되어 있다. 예를 들어, 결정성 프럭토즈는 이눌린을 산 가수분해시켜 수득한 시럽에 무수 알콜을 가함으로써 제조 할 수 있다[참조: Bates et al., Natl Bur Std. Circ. C44O, 399, 1942]. 덱스트로즈로부터 프럭토즈를 제조하는 것은 미국 특허 제2,354,664호에 기술되어 있으며, 미국 특허 제2,729,587호는 효소적 전환에 의해 슈크로즈로부터 프럭토즈를 제조하는 것을 기술하고 있다.Many methods for crystallizing fructose are known. Crystalline fructose can be prepared, for example, by adding anhydrous alcohol to the syrup obtained by acid hydrolysis of inulin. Bates et al., Natl Bur Std. Circ. C 4 O, 399, 1942]. The preparation of fructose from dextrose is described in US Pat. No. 2,354,664 and US Pat. No. 2,729,587 describes the preparation of fructose from sucrose by enzymatic conversion.

프럭토즈는 약 103 내지 105℃에서 분해되는 알콜로부터 사방정계의 (orthorhombic), 비스페노이달(bisphenoidal) 프리즘을 형성한다. 반수화물 및 이 수화물 결정성 형태가 또한 공지되어 있지만, 이들은 무수 형태보다 실질적으로 흡 습성이 크고 융점이 실온에 가깝기 때문에 이러한 부류의 형태를 피하는 것이 바람 직하다. 이러한 성질로 인해 이러한 결정형의 프럭토즈는 취급이 매우 곤란하다.Fructose forms orthorhombic, bisphenoidal prisms from alcohols that decompose at about 103-105 ° C. Hemihydrates and hydrate crystalline forms are also known, but it is desirable to avoid this class of forms because they are substantially hygroscopic than the anhydrous form and the melting point is close to room temperature. Due to this property, such crystalline fructose is very difficult to handle.

용매 결정성 프럭토즈(Solvent Crystalline Fructose: SCF)는 변성 에틸알콜과 같은 유기 용매를 고 프럭토즈 스트림(95% dsb)과 혼합하는 방법으로 제조된다.이러한 스트림은 냉각시켜 결정화하여 순수한 결정성 프럭토즈를 형성한다. 생성물을 원심분리하여 모액으로부터 분리하고 탈용매화한 다음 건조시킨다.Solvent Crystalline Fructose (SCF) is prepared by mixing an organic solvent, such as modified ethyl alcohol, with a high fructose stream (95% dsb). The stream is cooled to crystallize and pure crystalline fructose. To form. The product is centrifuged to separate from the mother liquor, desolvated and dried.

미국 특허 제4,199,374호는 SCF를 제조하는 방법을 기술하고 있다. 프럭토즈는 에탄올중 VEFCS의 용액으로부터 결정화된다. 용액은 프럭토즈 또는 글루코즈의 미세 결정들을 사용하여 씨딩(seeding)한다. 여과, 원심분리 또는 다른 적합한 방법으로 결정을 수거한다. 이어서 이러한 결정들을 알콜로 세척하고 진공하에 건조시킨다. 프럭토즈의 자유 유동성(free-flowing) 미세 결정을 수득하기 위해서는 알콜 및 시럽의 수분 함량을 주의깊게 조절해야 한다.U.S. Patent 4,199,374 describes a method of making an SCF. Fructose is crystallized from a solution of VEFCS in ethanol. The solution is seeded using fine crystals of fructose or glucose. The crystals are collected by filtration, centrifugation or other suitable method. These crystals are then washed with alcohol and dried under vacuum. In order to obtain free-flowing microcrystals of fructose, the water content of alcohols and syrups must be carefully controlled.

건조된 프럭토즈 감미료(dried fructose sweetener: DFS)를 간단히 제조할 수도 있다. DFS 공정에서, 분별 분리로부터 유래된 고 프럭토즈 스트림을 회전 건조기내에서 건조시킨 다음, 스크린 및 분쇄기를 포함하는 분류기내에서 크기별로 분류한다. 미국 특허 제4,517,021호는 약 2중량% 미만의 물을 포함하는 상기한 반 결정성 과립의 프럭토즈 고형물 제조를 기술하고 있다. 이 특허는 생성물의 약 60중량%가 결정성 프럭토즈이고 약 35중량% 미만이 비결정성 프럭토즈인 것으로 기술 하고 있다. 50 내지 80℃의 초기 온도를 갖는 공기가 있는 드럼 건조기를 사용한 다. 고상 프럭토즈 생성물의 일부는 결정화 개시제로서 재순환시킬 수 있다.Dried fructose sweeteners (DFS) can also be prepared simply. In the DFS process, a high fructose stream derived from fractional separation is dried in a rotary dryer and then sized in a sorter comprising a screen and a mill. US Pat. No. 4,517,021 describes the preparation of fructose solids of the above semi-crystalline granules comprising less than about 2% by weight of water. This patent describes that about 60% by weight of the product is crystalline fructose and less than about 35% by weight is amorphous fructose. A drum dryer with air having an initial temperature of 50 to 80 ° C. is used. Part of the solid fructose product can be recycled as crystallization initiator.

DFS 공정의 한가지 단점은 생성물이 전체 당 생성물이기 때문에 순수한 프럭토즈라고 할 수 없으며 "프럭토즈"에 대한 식품 화학 코덱스 기준(Food Chemicals Codex criteria)을 충족하지 않는다는 점이다. 더욱이, 생성물이 완전하게 결정성이 아니므로, 흡습성이 보다 크고, 따라서 결정성 프럭토즈보다 습한 조건하에서는 취급이 더욱 곤란하다.One disadvantage of the DFS process is that it is not pure fructose because the product is a whole sugar product and does not meet the Food Chemicals Codex criteria for "fructose". Moreover, since the product is not completely crystalline, the hygroscopicity is greater, and therefore handling is more difficult under conditions moist than crystalline fructose.

결정성 프럭토즈를 제조하는데 수성 공정을 또한 사용할 수 있다. 수성의 결정성 프럭토즈 공정은, 전형적으로 냉각되어 용액으로부터 프럭토즈가 결정화되는, 고 함량의 프럭토즈 공급 스트림으로 개시된다. 다수의 참조 문헌이 이러한 공정을 기술하고 있다.An aqueous process can also be used to produce crystalline fructose. The aqueous crystalline fructose process is typically initiated with a high content of fructose feed stream, in which the fructose is crystallized from the solution. A number of references describe this process.

미국 특허 제3,513,023호에서는 결정성 무수 프럭토즈가 프럭토즈(최소 95% ds)의 수용액으로부터 수득된다. 이 용액의 pH는 3.5 내지 8.0이어야 한다. 프럭토즈 용액은 수분 함량이 2 내지 5%에 이를때까지 진공하에 농축시킨다. 용액은 60 내지 85℃로 냉각시키고 결정성 프럭토즈를 씨딩하고, 온도를 60 내지 85℃로 유지하면서 격렬하게 교반한다. 특허권자들은 결정성 덩어리를 서서히 냉각시킨 후에 분쇄 또는 연마한 다음, 후속적으로 건조시켜 비점성인 자유 유동성의 미세결정성 분말을 제조할 수 있다고 기술하고 있다. 이 방법은 이러한 유형의 프럭토즈 용액을 진공하에 농축시키고 통상적인 방법으로 방치하여 냉각시킬 경우 주로 생성되는 유리상 생성물의 형성을 피할 수 있는 것으로 언급되어 있다.In US Pat. No. 3,513,023 crystalline anhydrous fructose is obtained from an aqueous solution of fructose (minimum 95% ds). The pH of this solution should be between 3.5 and 8.0. The fructose solution is concentrated in vacuo until the moisture content reaches 2-5%. The solution is cooled to 60-85 ° C. and seeded crystalline fructose and stirred vigorously while maintaining the temperature at 60-85 ° C. The patentees describe that the crystalline mass can be slowly cooled and then pulverized or polished and subsequently dried to produce a non-viscous free flowing microcrystalline powder. This method is said to avoid the formation of predominantly glassy products when this type of fructose solution is concentrated in vacuo and left to cool in a conventional manner.

미국 특허 제3,883,365호에서는 90 내지 99%(dsb) 프럭토즈를 함유하는 90% ds의 프럭토즈/글루코즈 수용액으로부터 프럭토즈를 결정화한다. 용액은 포화되어 있다(58-65℃). 프럭토즈는 균일한 크기의 프럭토즈 결정을 가함으로써 용액으로 부터 결정화된다. 새로운 결정의 형성은 씨드 결정의 거리를 서로 적절하게 가까 이 유지시키고 과포화도를 1.1 내지 1.2로 유지하여 최소화한다. 결정화가 진행됨 에 따라 용액의 용적은 연속적으로 또는 단계적으로 증가한다. 프럭토즈 용액의 최적 pH는 5.0으로 언급된다. 이렇게 반복적으로 수득된 결정의 평균 결정 크기는 200 내지 600마이크론이다. 원심분리를 사용하여 용액으로부터 결정을 분리한다.In US Pat. No. 3,883,365, fructose is crystallized from 90% ds of fructose / glucose aqueous solution containing 90-99% (dsb) fructose. The solution is saturated (58-65 ° C.). Fructose is crystallized from solution by adding a uniform size of fructose crystals. The formation of new crystals is minimized by keeping the distances of the seed crystals close to each other and maintaining the supersaturation between 1.1 and 1.2. As crystallization proceeds, the volume of the solution increases continuously or stepwise. The optimal pH of the fructose solution is referred to as 5.0. The average crystal size of the crystals thus obtained is 200 to 600 microns. Centrifugation is used to separate the crystals from the solution.

미국 특허 제3,928,062호는 88 내지 99% 프럭토즈를 함유하는 83 내지 95.5 %(무수물 기준) 전체 당을 포함하는 용액을 씨딩함으로써 무수 프럭토즈 결정을 수득하는 방법을 기술하고 있다. 결정화는 대기압하에 용액을 단순히 냉각시키거나 감압하에 물을 증발시킴으로써 성취할 수 있다. 반수화물 및 탈수화물의 형성은 특정 범위의 프럭토즈 농도 및 온도내에서 결정화를 수행함으로써 피한다. 이러한 범위는 반수화물이 결정화되기 시작하는 시점 이전의 과포화 범위내에 있다. 모액은 추가의 처리없이 제1 수득과 동일한 방법으로 추가 수득량의 결정화를 위해 반복적으로 사용할 수 있는 것으로 언급되어 있다. 씨드 결정의 첨가는 프럭토즈 용액에 결정을 현탁시켜 미리 제조한 백하(massecuite) 형태를 사용함으로써 달성할 수 있다.US Pat. No. 3,928,062 describes a method for obtaining anhydrous fructose crystals by seeding a solution comprising 83 to 95.5% (based on anhydride) total sugars containing 88 to 99% fructose. Crystallization can be accomplished by simply cooling the solution under atmospheric pressure or by evaporating water under reduced pressure. Hemihydrate and dehydrate formation is avoided by performing crystallization within a certain range of fructose concentrations and temperatures. This range is within the supersaturation range before the point at which the hemihydrate begins to crystallize. It is mentioned that the mother liquor can be used repeatedly for the crystallization of further yields in the same manner as the first yield without further treatment. The addition of seed crystals can be achieved by using a massecuite form prepared in advance by suspending the crystals in the fructose solution.

미국 특허 제4,199,373호에서, 프럭토즈 시럽(88 내지 96% dsb)을 2 내지 15중량%의 프럭토즈 씨드 결정으로 씨딩하고 씨딩된 시럽을 70% 이하의 상대 습도 약 50 내지 90 °F에서 방치함으로써 결정성 프럭토즈를 제조한다. 결정화는 2 내지 72시간을 요하는 것으로 언급되어 있다. 이 방법으로 제조된 결정성 생성물은 거대한 펠릿의 형태이다.In US Pat. No. 4,199,373, fructose syrup (88-96% dsb) is seeded with 2-15% by weight of fructose seed crystals and the seeded syrup is left at about 50-90 ° F. of relative humidity of 70% or less. Crystalline fructose is prepared. Crystallization is said to require 2 to 72 hours. The crystalline product produced in this way is in the form of huge pellets.

미국 특허 제4,164,429호는 결정화 씨드를 제조하는 방법 및 장치를 기술하고 있다. 일련의 원심분리 장치들을 사용하여 씨딩된 용액으로부터 미리 결정된 크기의 범위에 속하는 씨드 결정을 선택한다.US Pat. No. 4,164,429 describes a method and apparatus for making crystallized seeds. A series of centrifuge devices are used to select seed crystals that fall within a predetermined range of sizes from the seeded solution.

[결정화 냉각 곡선]Crystallization Cooling Curve

물질을 결정화하기 위해 포화 또는 과포화 용액을 냉각시키는 방법은 물론 일반적으로 공지되어 있다.Methods of cooling saturated or supersaturated solutions to crystallize the material are of course generally known.

또한 포화 또는 과포화 용액의 자연 냉각은 종종 심각한 핵 형성을 유발하는데, 이러한 핵 형성은 결정성 생성물에 대해 바람직하지 않은 광범위한 입자 크기 분포를 갖게 하는 것으로 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌[참조: Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 7, pp. 243-285(Kirk-Othmer, Ed. John Wiley & Sons, N.Y., 3rd ed., 1979)]에서의 결정화에 대한 논의에 의하면, 자연 냉각은 냉각 기간 초기에 과포화 피크를 생성시켜 과도한 핵 형성을 유발시킨다. 이 문헌은 후속의 조절된 냉각 커브에 의해 과포화의 일정 수준이 유지될 수 있으며 , 이로 인해 허용가능한 한계내로 핵 형성을 조절할 수 있음을 교시하고 있다. 제5도는 당해 문헌에 공지된 자연 및 조절된 냉각 곡선을 재생한 것이다.In addition, natural cooling of saturated or supersaturated solutions often leads to severe nucleation, which is known to have a wide range of particle size distributions that are undesirable for crystalline products. See, eg, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 7, pp. 243-285 (Kirk-Othmer, Ed. John Wiley & Sons, NY, 3rd ed., 1979) discusses crystallization, and natural cooling produces supersaturated peaks early in the cooling period, causing excessive nucleation. Let's do it. This document teaches that a constant level of supersaturation can be maintained by subsequent controlled cooling curves, thereby allowing control of nucleation within acceptable limits. 5 reproduces the natural and controlled cooling curves known in the literature.

본 발명의 여러가지 측면을 하기에서 간략히 기술한다.Various aspects of the invention are briefly described below.

[I. 다수의 프럭토즈 감미료의 통합된 제조방법][I. Integrated Manufacturing Method of Multiple Fructose Sweeteners]

한가지 측면에서, 본 발명은 광의적으로는 프럭토즈를 함유하는 다수의 감미료의 통합된 제조방법에 관한 것이다.In one aspect, the present invention is broadly directed to an integrated process for the preparation of multiple sweeteners containing fructose.

[A. 액상 감미료와 결정성 프럭토즈의 동시 제조방법][A. Simultaneous Preparation of Liquid Sweetener and Crystalline Fructose]

특정 양태에서, 본 발명은 프럭토즈의 수용액중에서 프럭토즈를 결정화시켜 결정성 프럭토즈와 모액을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 모액으로부터 결정성 프럭토즈를 분리하는 단계; 및 덱스트로즈를 모액과 혼합하여 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 액상 감미료를 제조하는 단계를 포함하는, 결정성 프럭토즈와 프럭토즈 및 덱스트로즈를 포함하는 액상 감미료의 제조방법에 관한 것이다.In certain embodiments, the present invention comprises the steps of crystallizing fructose in an aqueous solution of fructose to produce a mixture comprising crystalline fructose and a mother liquor; Separating crystalline fructose from the mother liquor; And preparing a liquid sweetener comprising dextrose and fructose by mixing dextrose with a mother liquor, and a method of preparing a liquid sweetener comprising crystalline fructose and fructose and dextrose. .

수용액으로부터 결정성 프럭토즈를 제조하는 경우, 당밀로서 언급되는 모액 중의 불순물을 농축시키기 위해 결정을 반복적 및 연속적으로 스트라이킹 (striking)하는 것이 통상적으로 실시되고 있다. 이러한 당밀은 일반적으로 불순물이 너무 많아서 동물 사료 보충물이나 발효 배지로서만 가치를 갖는다. 미국 특허 제3,928,062호는 프럭토즈 결정화로부터의 모액을 반복적으로 사용하여 프럭토즈 결정의 추가의 수득량을 결정화할 수 있음을 교시하고 있다. 고 농도의 프럭토즈를 갖는 결정화 공급물을 수득하기 위해 콘 시럽을 이성체화하고 분별 분리하는 것과 관련된 난점들과 통상의 결정화 기술을 사용한 결정의 단독 스트라이크로부터의 프럭토즈 결정의 비교적 낮은 수율은, 프럭토즈 결정을 연속적으로 스트라이킹 함으로써 모액을 재순환시키는 것이 바람직한 것처럼 보이게 한다. 그러나, 덱스트로즈를 모액에 가함으로써 액상 감미료와 결정성 프럭토즈를 통합 제조하는 것으로 2가지의 우수한 품질의 감미료가 수득된다. 결국 이는 감미료로서 유용한 프럭토즈의 수율을 최대화할 수 있어서 이성체화의 난점을 정당화시킨다 그러나, 이러한 방법은 분별 분리의 전체적인 양태는 덱스트로즈를 제거하여 결정화 공급물을 제조하는 것이므로 모액에 덱스트로즈를 가하는 것으로 분별 분리를 통해 수득한 수율 (enrichment)의 일부를 손실한다는 점에서 분별 분리시 제조된 수득물의 손실을 내포한다.When preparing crystalline fructose from an aqueous solution, it is common practice to repeatedly and continuously strike crystals in order to concentrate impurities in the mother liquor, referred to as molasses. Such molasses is generally so rich in impurities that it is only valuable as an animal feed supplement or fermentation medium. US Pat. No. 3,928,062 teaches that the mother liquor from fructose crystallization can be used repeatedly to crystallize additional yields of fructose crystals. The difficulties associated with isomerizing and fractionating corn syrup to obtain a crystallization feed having a high concentration of fructose and the relatively low yield of fructose crystals from a single strike of crystals using conventional crystallization techniques are Continuous strike of the tods crystals makes the mother liquor appear to be recycled. However, by adding dextrose to the mother liquor, integrating liquid sweetener and crystalline fructose yields two good quality sweeteners. This, in turn, can maximize the yield of fructose useful as a sweetener, which justifies the difficulty of isomerization. However, this method of dextrose is applied to the mother liquor because the overall aspect of fractional separation is to remove dextrose to produce a crystallization feed. The addition of implies the loss of the product obtained in the fractionation separation in that part of the yield obtained through the fractionation separation is lost.

본 발명의 이러한 측면의 특정 실시 양태에서, 본 발명은 공급 스트림중의 덱스트로즈 일부를 이성체화하여 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 제1 덱스트로즈/프럭토즈 스트림을 제조하는 단계; 제1 덱스트로즈/프럭토즈 스트림을 제1 공급 스트림 및 제2 공급 스트림으로 분리하는 단계; 제1 공급 스트림을 분별 분리하여 고 프럭토즈 스트림을 제조하는 단계; 고 프럭토즈 스트림중의 프럭토즈를 결정화시켜 결정성 프럭토즈 및 모액을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 모액으로부터 결정성 프럭토즈를 분리하는 단계; 및 모액의 적어도 일부를 제2 공급 스트림과 블렌딩하여 제1 덱스트로즈/프럭토즈보다 프럭토즈 대 덱스트로즈의 비가 보다 높은 제2 덱스트로즈/프럭토즈 스트림을 제조하는 단계를 포함하여, 덱스트로즈를 포함하는 공급 스트림으로부터 결정성 프럭토즈와 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 스트림을 제조하는 방법에 관한 것이다(특허청구의 범위를 포함하여 이하에서 사용되는 용어 "덱스트로즈, 프럭토즈 스트림은 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 스트림을 의미한다").In certain embodiments of this aspect of the invention, the invention comprises isomerizing a portion of dextrose in a feed stream to produce a first dextrose / fructose stream comprising dextrose and fructose; Separating the first dextrose / fructose stream into a first feed stream and a second feed stream; Fractionally separating the first feed stream to produce a high fructose stream; Crystallizing the fructose in the high fructose stream to produce a mixture comprising crystalline fructose and mother liquor; Separating crystalline fructose from the mother liquor; And blending at least a portion of the mother liquor with a second feed stream to produce a second dextrose / fructose stream having a higher ratio of fructose to dextrose than the first dextrose / fructose. A process for preparing crystalline fructose and streams comprising dextrose and fructose from a feed stream comprising troze (including the terms "dextrose, fructose" Stream means a stream comprising dextrose and fructose ").

관련 측면에서, 본 발명은 프럭토즈의 수용액중의 프럭토즈를 결정화시켜 결정성 프럭토즈 및 모액을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 모액으로부터 결정성 프럭토즈를 분리하는 단계; 모액중에서 추가의 결정화를 억제하여 프럭토즈를 포함하는 액상 감미료를 제조하는 단계를 포함하는, 결정성 프럭토즈와 프럭토즈를 포함하는 액상 감미료의 제조방법에 관한 것이다.In a related aspect, the invention comprises the steps of crystallizing fructose in an aqueous solution of fructose to produce a mixture comprising crystalline fructose and mother liquor; Separating crystalline fructose from the mother liquor; A method of preparing a liquid sweetener comprising crystalline fructose and fructose, comprising the step of preparing further liquid sweetener comprising fructose by inhibiting further crystallization in the mother liquor.

결정화 후에 잔류하는 모액은 프럭토즈의 포화 용액이다. 선행 기술, 예를들어 미국 특허 제3,928,062호는 결정의 추가 수득물의 결정화를 위해 모액을 반복 사용할 수 있음을 교시하고 있다. 결정의 추가 수득량을 생성하기 위해서는, 포화된 모액을 가열하고 농축시켜 적합하게 과포화된 프럭토즈 용액을 수득하여야 하며, 이로써 모액에서 결정화가 가능해진다. 추가의 수득물을 결정화할 수 있게 하는 것보다는, 추가 결정화를 억제하여 모액이 액상 감미료의 제조에 사용될 수 있도록하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 상기에 언급한 바와 같이, 모액은 프럭토즈의 포화 용액이다. 취급, 운송 및/또는 저장 동안에 프럭토즈 결정의 침전을 방지하기 위해서는, 단계들은 모액중 프럭토즈의 결정화를 억제하도록 수행되어야 한다. 발명의 이러한 측면은 추가의 결정화를 피해야 한다는 면에서 상기 언급한 본 발명의 첫번째 양태와 관련되어 있다. 그러나, 이러한 양태는 분별 분리 수득물의 손실을 반드시 요구하지는 않는데, 그 이유는 추가의 결정화를 억제하는 것이 반드시 덱스트로즈의 첨가를 필요로 하지는 않기 때문으로, 즉 물을 사용하여 모액을 간단히 희석시키면, 무수 고형분을 기준으로 하여 모액의 프럭토즈 순도를 희석시키지 않고도 결정화를 억제할 수 있기 때문이다.The mother liquor remaining after crystallization is a saturated solution of fructose. Prior art, such as US Pat. No. 3,928,062, teaches that the mother liquor can be used repeatedly for crystallization of further obtained crystals. In order to produce an additional yield of crystals, the saturated mother liquor must be heated and concentrated to obtain a suitably supersaturated fructose solution, which allows crystallization in the mother liquor. Rather than being able to crystallize additional yields, it has been found to be advantageous to inhibit further crystallization so that the mother liquor can be used in the preparation of liquid sweeteners. As mentioned above, the mother liquor is a saturated solution of fructose. In order to prevent precipitation of the fructose crystals during handling, transportation and / or storage, steps must be performed to inhibit crystallization of fructose in the mother liquor. This aspect of the invention relates to the first aspect of the invention mentioned above in that further crystallization should be avoided. However, this embodiment does not necessarily require a loss of fractional separation yield, since inhibiting further crystallization does not necessarily require the addition of dextrose, i.e. simply diluting the mother liquor with water This is because crystallization can be suppressed without diluting the fructose purity of the mother liquor based on anhydrous solids.

[다수의 고 농도 프럭토즈 감미료의 분별 분리][Separated Separation of Many High Concentration Fructose Sweeteners]

관련 측면에서, 본 발명은 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 공급 스트림을 덱스트로즈가 풍부한 라피네이트, 저 프럭토즈 추출물 및 고 프럭토즈 추출물(여기서, 고 프럭토즈 추출물은 약 90%(dsb) 이상의 프럭토즈이다)로 분별 분리하는 단계; 및 저 프럭토즈 추출물을 이보다 높은 농도(dsb)의 덱스트로즈를 포함하는 덱스트로즈 조성물과 혼합하여 액상 감미료를 제조하는 단계를 포함하는, 다수의 프럭토즈 감미료(여기서, 감미료중 하나 이상은 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함한다)의 제조방법에 관한 것이다.In a related aspect, the present invention relates to a feed stream comprising dextrose and fructose comprising dextrose-rich raffinate, low fructose extract and high fructose extract, wherein the high fructose extract is about 90% (dsb) Fractional separation); And mixing the low fructose extract with a dextrose composition comprising a higher concentration (dsb) of dextrose to produce a liquid sweetener, wherein one or more of the fructose sweeteners comprises It comprises a process for the production of) (including the rose and fructose).

본 발명에서 "프럭토즈 감미료"는 프럭토즈가 용액중에서 분산된 비결정 또는 결정인지에 관계없이, 프럭토즈를 함유하는 모든 감미료를 포함한다. 예를 들어, 고 프럭토즈 추출물을 사용하여 프럭토즈, 결정성 프럭토즈 또는 반결정성 프럭토즈(여기서, 프럭토즈의 적어도 일부는 비결정성 고상이다)를 함유하는 시럽을 제조할 수 있다.In the present invention, "fructose sweetener" includes all sweeteners containing fructose, regardless of whether the fructose is amorphous or crystalline dispersed in solution. For example, high fructose extracts can be used to prepare syrups containing fructose, crystalline fructose or semicrystalline fructose, where at least some of the fructose is in an amorphous solid phase.

프럭토즈 감미료를 제조하기 위해 이성체화된 덱스트로즈 시럽(즉, 프럭토즈및 덱스트로즈 둘다를 함유하는 것)을 분별 분리하는 방법은 덱스트로즈 라피네이트 및 프럭토즈 추출물과 잔류하는 분별 분리 산물을 함께 재순환시킴으로써 통상 수행된다. 예를 들어, 미국 특허 제4,395,292호는 이러한 작동 조건이 바람직하다고 기술한다. 그러나, 하나가 고 농도(dsb)의 프럭토즈를 갖고(즉, 고 프럭토즈 추출물) 다른 하나가 저 농도(dsb)의 프럭토즈를 갖는 2종의 추출물을 적용시킴으로써, 이성체화된 공급물의 응집물 분해도와 이와 관련된 모든 문제들(예를 들어, 감소된 분별 분리 용량, 증가된 용출수로부터의 보다 높은 증발량 및/또는 분해를 증가시키는데 필요한 보다 큰 용출수 유속으로 인한 불리한 압력 강하)을 증가시키지 않으면서 단일 추출물보다 고 농도인 프럭토즈 추출물을 수득할 수 있다.Separation of isomerized dextrose syrups (ie, containing both fructose and dextrose) to produce fructose sweeteners comprises dextrose raffinate and fructose extracts and residual fractional separation products. It is usually done by recycling together. For example, US Pat. No. 4,395,292 states that such operating conditions are desirable. However, by applying two extracts, one with a high concentration (dsb) of fructose (ie, a high fructose extract) and the other with a low concentration (dsb) of fructose, the degree of aggregation degradation of the isomerized feed And all related problems (e.g. unfavorable pressure drop due to reduced fractionation capacity, higher evaporation from increased effluent and / or higher effluent flow rate required to increase decomposition). A higher concentration of fructose extract can be obtained than a single extract.

저 프럭토즈 추출물의 용도는 고 프럭토즈 추출물의 용도보다 협소한 범위이나(즉, 결정성 프럭토즈를 제조하기 위해 저 프럭토즈 추출물을 사용하는 것은 곤 란하다), 저 프럭토즈 추출물중의 프럭토즈를 사용하여 프럭토즈를 훨씬 적게 함유 하는 시럽의 프럭토즈 함량을 증가시킬 수 있는데, 예를 들면 이성체화된 콘 시럽 (예: 42% 프럭토즈 콘 시럽)과 혼합하여 고 프럭토즈 콘 시럽(예: 55% 프럭토즈 콘 시럽)을 제조할 수 있다.The use of low fructose extracts is narrower than that of high fructose extracts (ie, using low fructose extracts to produce crystalline fructose is difficult), but fructose in low fructose extracts Can be used to increase the fructose content of syrups containing much less fructose, for example by mixing it with isomerized corn syrup (eg 42% fructose corn syrup). 55% fructose corn syrup).

본 발명의 특히 바람직한 실시 양태에서는, 고 프럭토즈 추출물을 사용하여 프럭토즈 결정화용 결정화기 공급물을 제조한다.In a particularly preferred embodiment of the present invention, a high fructose extract is used to prepare a crystallizer feed for fructose crystallization.

따라서, 한가지 측면에서, 본 발명은 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 스트림을 덱스트로즈가 풍부한 라피네이트, 저 프럭토즈 추출물 및 고 프럭토즈 추출물로 분별 분리하는 단계; 고 프럭토즈 추출물로부터 유래된 수용액으로부터 프럭토즈를 결정화하는 단계; 및 저 프럭토즈 추출물을, 이보다 높은 농도(dsb)의 덱스트로즈를 갖는 덱스트로즈 조성물과 혼합하여 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 액상 감미료를 제조하는 단계를 포함하는, 결정성 프럭토즈와 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 액상 감미료의 제조방법에 관한 것이다.Thus, in one aspect, the present invention comprises the steps of: separating a stream comprising dextrose and fructose into dextrose-rich raffinate, low fructose extract and high fructose extract; Crystallizing fructose from an aqueous solution derived from the high fructose extract; And mixing the low fructose extract with a dextrose composition having a higher concentration (dsb) of dextrose to produce a liquid sweetener comprising dextrose and fructose. The present invention relates to a method for preparing a liquid sweetener comprising dextrose and fructose.

이러한 실시 양태는, 수용액으로부터 프럭토즈를 결정화하는데 통상 요구되는 프럭토즈 농도(dsb)가 너무 높아서 단일 추출물을 제조하기 위한 이성체화 공정 으로부터 덱스트로즈/프럭토즈 공급물 스트림을 분별 분리하는 것이 비실용적일 수 있기 때문에 특히 유리하다. 다시 말해서, 결정화기 공급물로서 유용한 충분히 높 은 프럭토즈 순도를 갖는 단일 추출물을 제조하는데 필요한 분해도는 종종 분별 분리 용량을 감소시키고/시키거나 분별 분리와 관련된 다른 난점들을 증가시키기 때문에 이러한 분해는 비실용적이다.Such an embodiment would be impractical to separate the dextrose / fructose feed stream from the isomerization process to produce a single extract because the fructose concentration (dsb) normally required to crystallize fructose from an aqueous solution is too high. It is particularly advantageous because it can. In other words, such degradation is impractical because the resolution needed to prepare a single extract with sufficiently high fructose purity useful as a crystallizer feed often reduces the fractional separation capacity and / or increases other difficulties associated with fractional separation. .

고 프럭토즈 및 저 프럭토즈 추출물 둘다를 적용시키고 이들을 개별적으로 사용하여 결정성 감미료 및 액상 감미료를 각각 제조하는 데 있어서 가능한 단점 은, 이성체화된 콘 시럽의 프럭토즈 함량을 증가시키는데 사용될 수 있는 저 프럭 토즈 추출물중의 프럭토즈의 양이 분해의 동일한 응집물 분해도로 적용되는 단일 프럭토즈에서 사용가능한 양보다 적다는 것이다. 따라서, 액상 감미료로서 사용가 능한 프럭토즈의 총량(dsb)은 감소된다. 이러한 단점은 고 프럭토즈 추출물중의 프럭토즈 일부를 결정화시켜 모액을 이용할 수 있게 함으로써 개선된다. 다시 말해서, 특히 바람직한 양태에서는, 프럭토즈를 함유하는 모액, 저 프럭토즈 추출물 및 이성체화된 콘 시럽을 혼합하여 액상 감미료(예: 55% 프럭토즈 콘 시럽)를 제조한다 .A possible disadvantage in applying both high fructose and low fructose extracts and using them separately to produce crystalline sweeteners and liquid sweeteners respectively is that low fructose that can be used to increase the fructose content of isomerized corn syrups The amount of fructose in the tods extract is less than the amount available in a single fructose applied with the same aggregate decomposition of degradation. Thus, the total amount of fructose (dsb) that can be used as a liquid sweetener is reduced. This drawback is ameliorated by crystallizing some of the fructose in the high fructose extract to make the mother liquor available. In other words, in a particularly preferred embodiment, a liquid sweetener (such as 55% fructose corn syrup) is prepared by mixing fructose-containing mother liquor, low fructose extract and isomerized corn syrup.

[Ⅱ. 가변성 과포화 냉각 곡선][II. Variable supersaturation cooling curve]

다른 측면에서, 본 발명은 프럭토즈를 포함하는 용액을 초기 냉각 속도에서 초기 온도 범위를 통해 냉각시키는 단계; 초기 속도보다 느린 중간 속도에서 중간 온도 범위를 통해 상기 용액을 냉각시키는 단계; 및 중간 속도보다 빠른 최종 속도에서 최종 온도 범위를 통해 상기 용액을 냉각시키는 단계를 포함하여, 프럭토즈를 포함하는 용액으로부터 결정성 프럭토즈를 제조하는 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention provides a method comprising the steps of: cooling a solution comprising fructose through an initial temperature range at an initial cooling rate; Cooling the solution through an intermediate temperature range at an intermediate rate slower than the initial rate; And cooling said solution through the final temperature range at a final rate faster than the intermediate rate. The method relates to a method for preparing crystalline fructose from a solution comprising fructose.

제5도는 결정화 공정들에 사용된 전형적인 냉각 곡선을 나타낸다. 곡선 A는 자연 냉각 곡선이고 곡선 B는 일정 수준의 과포화에 도달하도록 고안된 조절된 곡선이다. 제4도는 본 발명의 가변성 포화 냉각 곡선을 나타낸다. 두 도면을 비교하면 통상적인 곡선과 본 발명의 곡선이 완전히 상이함을 알 수 있다.5 shows a typical cooling curve used in the crystallization processes. Curve A is a natural cooling curve and curve B is a controlled curve designed to reach some level of supersaturation. 4 shows the variable saturation cooling curve of the present invention. Comparing the two figures it can be seen that the conventional curve and the curve of the present invention are completely different.

초기 및 최종 기간에서의 냉각 속도보다 느린 중간 냉각 기간에서의 냉각 속도를 사용하는 것은, 특히 초기 냉각 기간 동안에 용액 중의 자발적인 핵 형성과 용액중의 프럭토즈의 열 유도된 분해 모두를 최소화시킨다. 핵 형성 감소로 결정생성물의 입자 크기 분포가 거의 균일해지며, 열 손상의 감소로 프럭토즈 결정 및 모액의 수율이 증가되고, 모액중의 분해 생성물인 불순물의 수준이 감소되어 액상 감미료용 프럭토즈 공급원으로서의 이의 유용성이 증진된다.Using a cooling rate in the intermediate cooling period that is slower than the cooling rate in the initial and final periods minimizes both spontaneous nucleation in the solution and thermally induced decomposition of fructose in the solution, especially during the initial cooling period. Reduced nucleation results in a nearly uniform particle size distribution of crystal products, reduced heat damage, increased yields of fructose crystals and mother liquor, and reduced levels of impurities, which are decomposition products in the mother liquor, resulting in a source of fructose for liquid sweeteners. Its usefulness as is enhanced.

[Ⅲ. 낮은 고형분 함량에서 탄소 처리에 의한 고 프럭토즈 시럽의 정제 방법][III. Method for Purification of High Fructose Syrup by Carbon Treatment at Low Solids Content]

다른 측면에서, 본 발명은 프럭토즈 농도가 약 75(dsb) 중량%를 초과하고 무수 고형분 농도가 40중량% 미만인 프럭토즈 용액을 수득하는 단계; 상기 용액을 활성탄과 접촉시켜 프럭토즈의 정제 용액을 제조하는 단계; 및 상기 정제 용액을, 40%를 초가하는 농도의 무수 고형분으로 증발시키는 단계를 포함하는, 프럭토즈 농축 용액의 제조방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fructose solution having a fructose concentration of greater than about 75 (dsb) weight percent and anhydrous solids concentration of less than 40 weight percent; Contacting the solution with activated carbon to prepare a purification solution of fructose; And evaporating the purification solution to anhydrous solids at a concentration exceeding 40%.

당 시럽을 정제하기 위해, 당 시럽을 활성탄으로 처리하는 것이 일반적으로 공지되어 있지만, 시럽중의 프럭토즈의 이용성을 감소시키고 시럽으로부터 프럭토즈의 결정화를 억제하고/하거나 시럽 또는 이로부터 제조된 감미료의 관능성 성질에 영향을 미칠 수 있는 부산물(예: 디프럭토즈)의 형성을 감소시키기 위해 활성탄이 존재하는 경우, 고 농도(dsb)의 프럭토즈를 갖는 프럭토즈 시럽은 상대적으로 낮은 고형분 농도를 가져야 하는 것으로 밝혀졌다. 표 Ⅱ 및 Ⅲ은 활성탄과 접촉시 시간에 따른 고 농도의 프럭토즈(95+% dsb) 시럽중에서 디프럭토즈 형성에 대한 고형분 농도의 영향을 나타낸 것이다.In order to purify sugar syrups, it is generally known to treat sugar syrups with activated charcoal, but to reduce the availability of fructose in the syrup and to inhibit the crystallization of fructose from the syrup and / or of syrup or sweeteners prepared therefrom. If activated carbon is present to reduce the formation of by-products (eg, difructose) that can affect organoleptic properties, fructose syrups having a high concentration of fructose (dsb) should have a relatively low solids concentration Turned out to be. Tables II and III show the effect of solids concentration on difructose formation in high concentrations of fructose (95 +% dsb) syrup over time upon contact with activated carbon.

관련 측면에서, 본 발명은 또한 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 스트림을 분별 분리하여 90%(dsb)를 초과하는 프럭토즈를 갖는 고 프럭토즈 스트림을 제조하는 단계; 상기 고 프럭토즈 스트림을 활성탄과 접촉시켜 정제된 프럭토즈 스트림을 제조하는 단계; 상기 정제된 프럭토즈 스트림을 증발시켜 프럭토즈 용액을 제조하는 단계; 및 상기 프럭토즈 수용액중에서 프럭토즈를 결정화시키는 단계를 포함하는, 결정성 프럭토즈의 제조방법에 관한 것이다.In a related aspect, the present invention also provides a method for preparing a high fructose stream having fructose greater than 90% (dsb) by fractionally separating a stream comprising dextrose and fructose; Contacting the high fructose stream with activated carbon to produce a purified fructose stream; Evaporating the purified fructose stream to produce a fructose solution; And it relates to a method for producing crystalline fructose, comprising the step of crystallizing fructose in the aqueous solution of fructose.

고 프럭토즈 스트림을 접촉시킨 다음 증발시키는 순서는, 분별 칼럼으로부터용출시 고 프럭토즈 추출물의 고형분 농도가 전형적으로 낮기 때문에 접촉이 비교적 낮은 고형분 농도에서 수행되는 것을 보장한다.The sequence of contacting and then evaporating the high fructose stream ensures that the contact is carried out at a relatively low solids concentration since the solids concentration of the high fructose extract is typically low upon elution from the fractionation column.

다른 관련 측면에서, 본 발명은 프럭토즈 용액중의 프럭토즈를 결정화하여 결정성 프럭토즈와 프럭토즈를 함유하는 모액을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 모액으로부터 결정성 프럭토즈를 분리하는 단계; 상기 모액중의 프럭토즈의 적어도 일부를, 물을 포함하는 액체와 혼합하여 고형분 함량이 낮은(예: 약 70% 미만의 무수 고형분) 프럭토즈 용액을 형성시키는 단계; 고형분 함량이 낮은 상기 프럭토즈 용액을 활성탄과 접촉시키는 단계; 및 고형분 함량이 낮은 상기 프럭토즈 용액을 증발시켜 고형분 함량이 높은 프럭토즈 용액을 형성시키는 단계를 포함하는, 결정성 프럭토즈의 제조방법에 관한 것이다.In another related aspect, the present invention provides a method of preparing a mixture comprising crystallizing fructose in a fructose solution to produce a mixture comprising crystalline fructose and a mother liquor containing fructose; Separating crystalline fructose from the mother liquor; Mixing at least a portion of the fructose in the mother liquor with a liquid comprising water to form a fructose solution having a low solids content (eg, less than about 70% anhydrous solids); Contacting the fructose solution with low solids content with activated carbon; And evaporating the fructose solution having a low solid content to form a fructose solution having a high solid content.

특히 바람직한 실시 양태에서, 프럭토즈의 결정화로부터 생성되는 모액은 물을 포함하는 액체[예: 수도물, 단수(sweet water), 42% 프럭토즈 콘 시럽과 같은 당류 시럽 등)와 혼합함으로써, 활성탄으로 처리하여 보다 높은 고형분 함량으로 증발시키기 전에 고형분 함량을 감소시킬 수 있다. 수득된 고형분 함량이 높은 용 액은 다양한 방식으로 사용될 수 있는데, 예를 들어 결정화기 공급물, 고 프럭토즈 콘 시럽 감미료 또는 이를 위한 제조 스트림에 사용될 수 있으며, 이들 모두는, 활 성탄으로 처리한 다음 증발시키기 전에, 모액의 고형분 농도를 감소시켜 상기 언급 한 바와 같은 수반되는 장점을 제공한다.In a particularly preferred embodiment, the mother liquor resulting from the crystallization of fructose is treated with activated carbon by mixing with a liquid comprising water (e.g. tap water, sweet water, saccharide syrup such as 42% fructose corn syrup, etc.) Thereby reducing the solids content before evaporating to a higher solids content. The high solids solution obtained can be used in a variety of ways, for example in crystallizer feeds, high fructose corn syrup sweeteners or in the production stream therefor, all of which are treated with activated charcoal and then Prior to evaporation, the solid concentration of the mother liquor is reduced to provide the accompanying advantages as mentioned above.

본 발명의 중요한 특징은 무수 결정성 프럭토즈(ACF)를 EFCS와 함께 제조하 는 경우에 수득되는 상승 작용에 있다. 프럭토즈 백하로부터의 프럭토즈 결정의 수율은 전형적으로 40 내지 55% 수준(예: 45%)이다. 결정화 시간이 길어지면 수율이 증가될 수 있지만, 공정 처리량이 감소될 수 있다. 따라서, ACF 결정화 방법으로부터 프럭토즈 공급물(food)을 제공할 뿐 아니라 어떠한 손실없이도 ACF 공정으로부터의 비결정성 프럭토즈를 수용할 수 있는 방법과 프럭토즈 결정화 방법을 통합함으로써 중요한 장점이 수득된다.An important feature of the present invention lies in the synergy obtained when anhydrous crystalline fructose (ACF) is prepared with EFCS. The yield of fructose crystals from fructose bags is typically at the level of 40 to 55% (eg 45%). Longer crystallization times can increase yield, but can reduce process throughput. Thus, significant advantages are obtained by integrating the fructose crystallization method with the method that not only provides the fructose food from the ACF crystallization method but also can accept amorphous fructose from the ACF process without any loss.

종래 기술의 몇몇 결정성 프럭토즈 공정에서, 비결정성 부분은 결정화 공정을 통해 재순환된다. 이러한 방법의 문제점은, 결정화가 프럭토즈에 대해 본질적으로 선택성이므로, 디프럭토즈, 5-(하이드록시메틸)-2-푸르푸랄(HMF) 및 고 당류와 같은 바람직하지 않은 부산물이 재순환 스트림중에 축적되는 경향이 있다는 것이다. 결과적으로, 재순환 스트림은 결국 부산물로 너무 오염되어 시스템으로부터 오염물을 퍼징해야 하고, 이로써 실질적으로 상당량의 프럭토즈가 손실되게 된다.In some crystalline fructose processes of the prior art, the amorphous portion is recycled through the crystallization process. The problem with this method is that since crystallization is essentially selective for fructose, undesirable byproducts such as difructose, 5- (hydroxymethyl) -2-furfural (HMF) and high sugars accumulate in the recycle stream. Tends to be. As a result, the recycle stream eventually becomes too contaminated with by-products and has to purge the contaminants from the system, resulting in substantial loss of fructose.

본 발명은 프럭토즈 결정화 후에 잔류하는 용액상 물질(모액)을 고 프럭토즈액상 감미료를 제조하는 공정에 도입함으로써 부산물 축적 증가 문제를 해결하였다. 이러한 양상으로 원하지 않는 부산물은 ACF를 제조하는 통합된 공정의 단계중 에 농축되지 않으며 오히려 이 시스템으로부터 연속적으로 제거된다. 이러한 통합 법은 프럭토즈 함유 퍼징 스트림에 대한 필요성을 제거하므로 보다 경제적으로 가 치있는 생성물중에 프럭토즈가 보존되도록 한다.The present invention solves the problem of increased by-product accumulation by introducing a solution material (mother liquor) remaining after fructose crystallization into a process for producing a high fructose liquid sweetener. In this aspect, undesired by-products are not concentrated during the stage of the integrated process to produce ACF, but rather are removed continuously from this system. This consolidation method eliminates the need for fructose-containing purging streams, allowing the fructose to be preserved in more economically valuable products.

제1도를 참조하면, 55% HFCS(EFCS)의 제조가 공정 스트림중에서 분리(분별 분리) 단계를 필요로한다는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 프럭토즈 함량이 약 48%를 초과하는 시럽을 제조하기 위해 분별 분리가 요구된다. 프럭토즈를 결정화 시키기 위한 목적으로, 95% 이상의 프럭토즈(dEb)를 함유하는 시럽이 바람직하다. 이보다 프럭토즈를 적게 함유하는 용액으로부터 프럭토즈를 결정화할 수 있지만, 수율이 낮아서 이러한 방법은 경제적으로 바람직하지 않다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the preparation of 55% HFCS (EFCS) requires a separation (fractional separation) step in the process stream. Generally, fractional separation is required to produce syrups with a fructose content of greater than about 48%. For the purpose of crystallizing fructose, syrups containing at least 95% of fructose (dEb) are preferred. It is possible to crystallize fructose from a solution containing less fructose, but the yield is low and this method is economically undesirable.

약 42%(dsb) 프럭토즈(덱스트로즈 이성체화로부터의 전형적인 생성량)를 포함하는 공급물로부터 95+% 프럭토즈 스트림을 제공하는 분별 분리 기술은 공지되어 있다. 따라서, 전혀 변형시키지 않거나 약간 변형시킨 EFCS 공정으로부터 ACF 공급물 스트림을 수득할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 분별 분리 시스템은 당해 분야에 익히 알려진 바와 같이, 모의 이동성 총 크로마토그래피 유형 중 하나이다.Fractional separation techniques are known that provide a 95 +% fructose stream from a feed comprising about 42% (dsb) fructose (typical yield from dextrose isomerization). Thus, an ACF feed stream can be obtained from an EFCS process with no or slight modifications. More preferably, the fractionation system is one of the simulated mobile total chromatography types, as is well known in the art.

이제 제2도를 참조하면, 통합 공정을 상세하게 설명하고 있다. "제1 전환/정제"로 표시된 블록에 나타낸 바와 같이, 상기 언급한 통상의 효소 기본 공정을 사용하여 전분을 먼저 덱스트로즈로 전환시킨다.Referring now to FIG. 2, the integration process is described in detail. As indicated by the block labeled “first conversion / purification”, the starch is first converted to dextrose using the conventional enzyme based process mentioned above.

[이성체화][Isomerization]

이성체화 단계는 덱스트로즈를 프럭토즈로 전환시키는 효소를 사용한다. 효소는 담체에 고정되어 있고, 소모될 경우 대체될 때까지 칼럼(이소칼럼)에 고정되어 있다. 본 발명의 한가지 장점은 이소칼럼 내에서 이소머라제의 증가된 양을 효 율적으로 이용할 수 있다는 것이다. EFCS(55% 프럭토즈)에 대한 수요의 주기적인 변동으로, 최대한 수요를 충촉시키기 위해 추가의 이소머라제에 투자하는 생산자들 은 심지어 EFCS 생산이 비교적 낮은 수준일 경우에도 이소머라제 용량의 증가된 수 준에 대한 대가를 일년내내 지불해야만 한다. 본원에서 기술한 통합 공정을 선택 적으로 실시함으로써, 생산자는 생성물 수요가 많은 경우는 분별 분리 트레인 (train)으로부터의 고 프럭토즈 스트림을 보다 많이 EFCS 제조에 적용하고, EFCS에 대한 수요가 적은 경우는 ACF 제조시 상기 스트림의 훨씬 많은 부분을 사용함으로써 이소머라제의 증가된 수준을 효율적으로 이용할 수 있다. 이러한 방법으로, 증가된 이소머라제 용량에 대한 투자가 일년내내 효율적으로 이루어질 수 있다.The isomerization step uses an enzyme that converts dextrose to fructose. The enzyme is immobilized on the carrier and, if consumed, immobilized on the column (isocolum) until replaced. One advantage of the present invention is the efficient use of increased amounts of isomerase in isocolumns. Due to the periodic fluctuations in demand for EFCS (55% fructose), producers who invest in additional isomerase to meet maximum demand can increase the isomerase capacity even when the production of EFCS is relatively low. You must pay for the level throughout the year. By selectively implementing the integration process described herein, producers can apply more high fructose streams from fractional separation trains to EFCS production when product demand is high, and when there is less demand for EFCS. By using a much larger portion of the stream in the production of ACF, increased levels of isomerase can be efficiently utilized. In this way, investment in increased isomerase dose can be made efficiently throughout the year.

[분별 분리][Separation Separation]

분별 분리는 시럽 공급물 스트림중의 덱스트로즈부터 프럭토즈를 분리하는 순서로 작동하는, 트레인이나 수지를 함유하는 용기의 그룹에서 일어난다. 공급 스트림 및 용출수 스트림을 트레인에 공급하고, 하나 이상의 고 프럭토즈 생성물 스트림, 고 덱스트로즈 라피네이트 스트림 및/또는 하나 이상의 고 올리고사카라이 드 라피네이트 스트림을 제거한다. 제3도에 도시된 바와 같이, 고 덱스트로즈 스트림은 프럭토즈로 전환시키기 위해 이성체화 반응에 재순환되는 반면, 고 프럭토즈 스트림(들)은 공정의 ACF 부분으로 진행되거나 블렝딩되어 EFCS를 제조한다.Fractional separation occurs in a group of vessels containing trains or resins, which operate in the order of separating fructose from dextrose in the syrup feed stream. The feed stream and the eluent stream are fed to the train and one or more high fructose product streams, high dextrose raffinate streams and / or one or more high oligosaccharide raffinate streams are removed. As shown in FIG. 3, the high dextrose stream is recycled to the isomerization reaction to convert to fructose, while the high fructose stream (s) are run or blended into the ACF portion of the process to produce EFCS. do.

분별 분리 용량은 공급 유속, 생성물 스트림중의 프럭토즈 퍼센트 및 스트림중의 프럭토즈 회수률로 측정된다. 소정의 프럭토즈 함량(dSb)에 대해서, 분별 분리 용량이 많아질수록 이성체화에 요구되는 프럭토즈 전환율은 낮아진다. 따라서,이소머라제 성분의 비용을 더욱 낮추기 위해서, 분별 분리는 이의 최대 용량에서 연속적으로 작동되는 것이 바람직하다.Fractional separation capacity is determined by feed flow rate, percent fructose in the product stream and fructose recovery in the stream. For a given fructose content (dSb), the higher the fractionation capacity, the lower the fructose conversion required for isomerization. Thus, in order to further lower the cost of the isomerase component, fractional separation is preferably operated continuously at its maximum capacity.

ACF 공정으로부터 실질적인 결정화기 수율을 수득하기 위해서는, 분별 분리생성물은 프럭토즈가 약 90%(dsb)를 초과하여야 하며, 바람직하게는 프럭토즈가 95%(dsb)를 초과하여야 한다. 이것은 EFCS 공정에서 일반적으로 분리된 90%(dsb) 프럭토즈 보다 높기 때문에, 통상적인 분별 분리 시스템을 위한 특수 작동 조건을 사용하여야만 분별 분리 용량을 감소시킬 수 있다. 상기 작동 조건은 1) 용출수 속도를 변화시키지 않고 시럽 공급물 속도를 저하시켜 분해를 증가시키고/시키거나, (2) 용출수 속도를 증가시켜 분해를 증가시키는 것이다. 이러한 작동 조건은, 생성물 배출이 감소하고/하거나 연속해서 제거되어야 하는 물을 가해야 하며, 이로써 적어도 추가의 에너지가 소비된다는 단점이 있다. 그러나, 또 다른 바람직한 방법이 존재한다.In order to obtain substantial crystallizer yield from the ACF process, the fractionated separation product should have a fructose greater than about 90% (dsb) and preferably greater than 95% (dsb) of fructose. Since this is higher than the 90% (dsb) fructose that is typically separated in an EFCS process, fractional separation capacity can be reduced only by using special operating conditions for a conventional fractionation system. The operating conditions are 1) lowering the syrup feed rate without increasing the elution rate to increase degradation and / or (2) increasing the elution rate to increase decomposition. These operating conditions have the disadvantage that product emissions must be reduced and / or added water to be removed continuously, thereby at least additional energy is consumed. However, another preferred method exists.

당해 분야의 숙련가에게 명백한 바와 같이, 덱스트로스 및 프럭토즈를 포함하는 수용액을 적합한 크로마토그래프 칼럼에 통과시키는 경우, 2종류의 적어도 부분적인 분해가 이루어진다. 분별 분리를 달성하기 위해서는, 목적하는 분획을 분리하기 위해 칼럼으로부터의 용출액을 적절하게 전환시켜야만 한다. 전환된 부분은 일반적으로 "커트(cut)"라고 일컬어진다. "네로우 커트(narrow cut)"는 "와이드 커드(wide cut)" 보다 훨씬 적은 용적의 용출물 성분을 함유한다. 즉, 순도면 에서 볼때, 네로우 커트를 적절하게 수용함으로써 특정 종류에 대한 분리를 최적화 할 수 있다. 용출물로부터 네로우 커트를 수용하기 위한 일반적인 교환은 선택된 종류의 총 회수에 역영향을 미친다.As will be apparent to those skilled in the art, two types of at least partial decomposition occur when an aqueous solution comprising dextrose and fructose is passed through a suitable chromatographic column. In order to achieve fractional separation, the eluate from the column must be properly converted in order to separate the desired fractions. The converted part is generally referred to as a "cut". A "narrow cut" contains much less volume of eluate components than a "wide cut." In other words, in terms of purity, it is possible to optimize separation for a particular type by appropriately accepting narrow cuts. The general exchange to accommodate narrow cuts from the eluate adversely affects the total recovery of the selected type.

상기한 공정의 결정성 프럭토즈 부분에 대한 공급물로서 바람직한 95+%(dsb) 프럭토즈 스트림은, EFCS 제조용으로 통상적인 공정의 분별 분리 시스템의 생성물 스트림으로부터 네로우 커트를 적절히 수용함으로써 수득될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 특히 바람직한 상기 분별 분리 시스템중 하나는 존 에프. 라슈(John F. Rasche) 소유의 미국 특허 제861,026호[1986년 8월 5일자로 출원, 발명의 명칭: 모의 이동 층 크로마토그래프 분리 장치(Simulated Moving Bed Chromatographic Separation Apparatus)]에 기재되어 있다. 상기 문헌의 교시는 본원에서 참조로 인용된다.A 95 +% (dsb) fructose stream, which is preferred as a feed to the crystalline fructose portion of the process described above, can be obtained by suitably accepting narrow cuts from the product stream of the fractionation system of a conventional process conventional for the production of EFCS. Turned out to be. One particularly preferred fractional separation system is John F .. US Patent No. 861,026, filed August 5, 1986, titled Simulated Moving Bed Chromatographic Separation Apparatus, owned by John F. Rasche. The teachings of this document are incorporated herein by reference.

본 발명의 분별 분리 시스템을 사용하는 경우 상기-언급한 크로마토그래프 분리 장치를 작동시키는 바람직한 방법은 용출물 대 공급물 비를 약 1.7에서 약 2.0으로 증가시키는 것이다. 이 시럽 공급물은 무수 물질이 약 60중량%인 것이 바 람직하며 약 140 °F의 온도에서 유지된다.When using the fractional separation system of the present invention, a preferred method of operating the above-mentioned chromatographic separation apparatus is to increase the eluent to feed ratio from about 1.7 to about 2.0. This syrup feed is preferably about 60% by weight of anhydrous material and is maintained at a temperature of about 140 ° F.

분별 분리 시스템으로부터의 라피네이트 스트림은 추출물 스트림을 양분하는 데 사용된 것과 유사한 방식으로 배분할 수 있다. 이 방법에서 올리고사카라이드 가 상대적으로 풍부한 스트림은 당화 시스템으로 재순환시키기 위해 분리하고, 분 리기로 이동되어, 당화 시스템에 사용되거나 시스템으로부터 퍼징될 수 있다.The raffinate stream from the fractionation separation system can be distributed in a manner similar to that used to nourish the extract stream. In this process, the streams relatively rich in oligosaccharides can be separated for recycling to the saccharification system, transferred to a separator, used in the saccharification system or purged from the system.

당화 시스템으로의 올리고사카라이드의 퍼징 또는 재순환이 없는 경우, 전형 적인 이성체화가 올리고사카라이드에 영향을 미치지 않는 한 올리고사카라이드에 대한 시스템으로부터의 배출물만이 추출물 스트림이 된다. 즉, 이성체화 시스템으 로 재순환되는 라피네이트 스트림중 올리고사카라이드는 변화되지 않으면서 상기 시스템을 단순히 통과하여 분별 분리 시스템에 공급물로 복귀된다.In the absence of purging or recycling of oligosaccharides to the saccharification system, only the output from the system for oligosaccharides becomes the extract stream, unless typical isomerization affects oligosaccharides. That is, the oligosaccharides in the raffinate stream recycled to the isomerization system are simply passed through the system and returned to the feed to the fractionation separation system without being changed.

추출물 스트림의 적어도 일부가 공정의 프럭토즈 결정화 부분에 대한 공급물로 사용되기 때문에 추출물 스트림중의 올리고사카라이드의 존재는 바람직하지 않으며, 프럭토즈의 결정화는 다른 종류를 최소량으로 함유하는 용액으로부터 달성되 는 것이 바람직하다. 유사하게, 올리고사카라이드는 본 발명의 공정에 의해 제조 된 액상 감미제에서는 바람직하지 않으므로, 따라서 단지 제한된 양의 상기 올리고 사카라이드만이 액상 생성물을 경유하여 시스템으로부터 제거될 수 있다.Since at least a portion of the extract stream is used as a feed to the fructose crystallization portion of the process, the presence of oligosaccharides in the extract stream is undesirable and crystallization of fructose is achieved from a solution containing a minimum amount of other species. Is preferred. Similarly, oligosaccharides are undesirable in liquid sweeteners prepared by the process of the present invention, so only a limited amount of the oligosaccharides can be removed from the system via the liquid product.

또 다른 장점은 분별 분리 시스템으로부터 당화 시스템으로 올리고사카라이 드가 풍부한 스트림을 재순환시키는데에 있다. 이와 같은 스트림은, 전형적으로 무수 물질 함량이 가장 일반적으로는 약 10% d.s.(즉, 이것은 물 약 90중량%에 해당된다)로 비교적 낮을 것이다. 본 공정의 액화/덱스트린화 부분으로부터 수득되는 전분 슬러리는 전형적으로 당화 이전에 희석시켜야만 한다. 올리고사카라이드 스트림중의 물은 전분 슬러리에 대한 희석제로서 사용된 물의 적어도 일부로 대체 될 수 있으므로, 이로써 물이 보존되고 전체적으로 시스템에 요구되는 증발 용량은 감소한다.Another advantage lies in recycling the oligosaccharide-rich stream from the fractionation system to the saccharification system. Such streams will typically have a relatively low anhydrous content, most typically about 10% d.s. (ie, this corresponds to about 90% by weight of water). Starch slurries obtained from the liquefaction / dextrinated portion of this process typically must be diluted prior to saccharification. The water in the oligosaccharide stream can be replaced by at least a portion of the water used as diluent for the starch slurry, thereby conserving water and reducing the evaporation capacity required for the system as a whole.

[블렌딩][Blend]

통상적인 EFCS 공정에 있어서, 분별 분리로부터 고 프럭토즈 추출물을 이성체화 생성물[전형적으로 42 내지 48%(dsb) 프럭토즈 함유]과 블렌딩하여 최종 생성 물중에서 목적하는 프럭토즈의 함량[EFCS의 경우 55%(dsb)]을 수득한다. 본 발명 의 통합된 공정에 있어, 대략 83%d.s에서 약 88 내지 92%(dsb) 프럭토즈, 바람직하 게는 90 내지 92%(dsb) 프럭토즈를 함유하는 결정화 공정의 원심분리 단계로부터 수득한 모액이 또한 블렌딩에 유용하다. 블렌드가 전형적으로 이온 교환되고, 탄소 처리된 다음, 통상적인 EFCS 제조물의 일부로서 77% d.s.로 증발되는 EFCS 연마 단계로 도입되기 위해서는 다양한 스트림이 블렌딩될 수 있으므로, 이러한 블렌딩은 공정에 추가의 융통성을 부여한다. 제3도의 (-)는 블렌딩에 대한 선택사양을 나타낸다. 블렌드 스트림의 최적 선택은 물론, 전체적으로는 시스템의 질량 평형에 따른다.In a conventional EFCS process, the high fructose extract from fractional separation is blended with the isomerization product (typically containing 42-48% (dsb) fructose) to produce the desired fructose content in the final product [55 for EFCS]. % (dsb)] is obtained. In the integrated process of the present invention, obtained from the centrifugation step of the crystallization process containing from about 88% to 92% (dsb) fructose, preferably from 90% to 92% (dsb) fructose, at approximately 83% ds. Mother liquor is also useful for blending. This blending adds additional flexibility to the process as the blend can typically be ion exchanged, carbonized and then introduced into an EFCS polishing step that is evaporated to 77% ds as part of a typical EFCS preparation. Grant. (-) In FIG. 3 represents an option for blending. Optimal selection of the blend stream is of course dependent on the mass balance of the system as a whole.

매우 소량의 pH 조절용 염산 또는 소오다회 외에는 ACF 공정에서 고 프럭토 즈 스트림에 화학물질을 가하지 않으므로, ACF 공정시 현저한 양의 새로운 미량 성 분이 생성되지는 않는다. 색상체, HMF 및 디프럭토즈가 탄소처리 및 결정화기 공 급물 처리의 증발 단계 동안에 생성될 수 있다. 그러나, 이들 화합물은 EFCS 공정 중의 최종 탄소 처리 및 이온 교환 처리에 의해 제거될 수 있다.The ACF process does not add chemicals to the high fructose stream, except for very small amounts of hydrochloric acid or soda ash for pH adjustment, so that no significant traces of new traces are produced during the ACF process. Color bodies, HMF and difructose may be produced during the evaporation step of carbonization and crystallizer feed treatment. However, these compounds can be removed by the final carbon treatment and ion exchange treatment during the EFCS process.

전체 프럭토즈 공정의 대부분의 단계가 고 무수 물질 수준에서 작동될 수 있는 한 미생물 성장이 억제되므로 이는 주요 문제가 되지 않는다. 결과적으로, 아 세트알데히드 수준이 현저하게 증가되지 않아야 하며, 경우에 따라 이는 최종 이온 교환 및 최종 증발 단계에 의해 감소될 수 있다.This is not a major problem as most of the steps of the whole fructose process can be operated at the high anhydrous level as microbial growth is inhibited. As a result, acetaldehyde levels should not be significantly increased, which in some cases can be reduced by the final ion exchange and final evaporation steps.

[결정화기에 대한 프럭토즈 공급물]Fructose Feed for Crystallizers

[pH 조절][pH adjustment]

프럭토즈 결정이 수득되는 프럭토즈 수용액의 pH는, 이와 반대되는 교시도 있지만(참조: 미국 특허 제3,883,365호), 약 3.7 내지 약 4.3이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 결정화기에 대한 프럭토즈 공급물 pH의 적절한 조절은 디프럭토즈 무수 물의 형성을 최소화하는데 필요하다. 결정화기내 디프럭토즈 무수물의 존재는 결 정화기의 수율을 낮추며 형성되는 프럭토즈 결정의 크기 분포에 역영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 무수물 형성율은 pH 범위가 3.7 내지 4.3일 때 최소인 것으로 여겨진다. 보다 높은 무수물 형성율이 이 범위의 상한 내지 하한 영역에서 수득된 다. 또한 색 형성인자도 높은 pH 수준에서 호의적으로 형성되는 것으로 여겨진다.The pH of the aqueous solution of fructose from which the fructose crystals are obtained is found to be about 3.7 to about 4.3, although there is also a reverse teaching (see US Pat. No. 3,883,365). Proper adjustment of the fructose feed pH for the crystallizer is necessary to minimize the formation of difructose anhydride. The presence of difructose anhydride in the crystallizer was found to adversely affect the size distribution of the fructose crystals formed, lowering the yield of the crystallizer. Anhydride formation is believed to be minimal when the pH range is 3.7 to 4.3. Higher anhydride formation rates are obtained in the upper and lower regions of this range. It is also believed that color formers are favorably formed at high pH levels.

[실시예]EXAMPLE

프럭토즈의 가용성과 무수 고형분을 기준으로 하여 대략 95%의 프럭토즈를 함유하는 시럽중의 불순물 생성에 대한 pH의 효과는 후술한 바와 같이 조사한다. 조사한 시럽은 기술된 공정의 프럭토즈 결정화 부분에 대한 공급물로서 사용되는 대표적인 것들이다.The effect of pH on the generation of impurities in syrups containing approximately 95% of fructose based on the solubility of fructose and anhydrous solids is investigated as described below. The syrups investigated are representative of those used as feed to the fructose crystallization portion of the described process.

결정성 프럭토즈를 VEFCS의 샘플(90% 프럭토즈, dsb)에 가하여 대략 95%(dsb)의 프럭토즈를 포함하는 시럽을 제조한다. 계속해서 이 시럽을, "탄소 처 리" 라는 소제목하에 본 명세서에 기재된 바와 같이, 활성탄 과립을 사용하여 처리 한다. 즉, 이 시럽은 결정화기에 대한 공급물로서 동일한 방법으로 처리한다.Crystalline fructose is added to a sample of VEFCS (90% fructose, dsb) to make a syrup comprising approximately 95% (dsb) of fructose. This syrup is then treated using activated carbon granules, as described herein under the subheading "Carbon Treatment". That is, this syrup is treated in the same way as a feed to the crystallizer.

상술한 시럽의 분취량의 pH를 3.94로 조절하고 73℃에서 증발시켜 고형분을증가시킨다. 이러한 고형분이 많은 시럽 2ℓ를 밀봉된 교반 플라스크내에 두고, 대략 55℃에서 유지시킨 일정 온도의 욕중에 침지시킨다. 제2 샘플을 제조하는 동안 (대략 5시간), 상기 샘플("pH가 4인 샘플")을 일정 온도욕내에서 계속 교반한다.The pH of the aforementioned syrup aliquot is adjusted to 3.94 and evaporated at 73 ° C. to increase solids. 2 liters of this solid syrup is placed in a sealed stirred flask and immersed in a constant temperature bath maintained at approximately 55 ° C. During preparation of the second sample (approximately 5 hours), the sample ("sample with pH 4") is continuously stirred in a constant temperature bath.

95% 프럭토즈 시럽의 제2 분취량의 pH를 5.48로 조절하고 77℃에서 증발시켜고형분을 증가시킨다. 이러한 증발은 pH가 4인 샘플의 경우보다 더욱 서서히 완료 된다. 상기 샘플("pH가 5.5인 샘플") 2ℓ를 밀봉된 교반 플라스크내에 두고, pH가 4인 샘플을 함유하는 일정 온도의 욕중에 침지시킨다.The pH of the second aliquot of 95% fructose syrup is adjusted to 5.48 and evaporated at 77 ° C. to increase solids. This evaporation is completed more slowly than with a sample of pH 4. Two liters of the sample (“sample with pH 5.5”) are placed in a sealed stirred flask and immersed in a bath of constant temperature containing a sample having a pH of 4.

욕조의 온도를 55.5℃로 조절한 후, 프럭토즈 씨드 결정 50g을 샘플 모두에 가한다. 일정 온도에서 60시간 동안 계속 교반한다. 이 시간은 본원에 기술된 ACF 방법에 있어서 시럽의 대략적인 결정화기 체류 시간이다.After adjusting the temperature of the bath to 55.5 ° C., 50 g of fructose seed crystals are added to all samples. Stirring is continued for 60 hours at constant temperature. This time is the approximate crystallization residence time of the syrup for the ACF method described herein.

수득되는 백하는 샘플화하고 원심분리하며, 모액은 공급 시럽의 샘플과 함께분석한다. 수득되는 분석 데이타는 하기 표에 나타내었다.The resulting bag is sampled and centrifuged, and the mother liquor is analyzed with a sample of the feed syrup. The analytical data obtained is shown in the table below.

샘플의 가수분해 전후에 프럭토즈 검정에서의 차이로부터 일무수물을 계산한다. 프럭토즈 용해도는 프럭토즈 검정(가수분해 전) 및 샘플의 고형분 함량으로부 터 계산한다. 두 샘플 용액의 프럭토즈 일부를 결정화시켜 평형이 되게 한다.Anhydrides are calculated from the difference in the fructose assay before and after hydrolysis of the sample. Fructose solubility is calculated from the fructose assay (prior to hydrolysis) and the solids content of the sample. Some of the fructose in both sample solutions is crystallized to equilibrate.

pH가 5.5인 샘플에서의 색상 증가는 pH가 4인 샘플에서 관찰되는 것보다 현 저하게 크다. 색상이 밝을수록, 원심 분리 케이크의 세척이 요구되는 한 결정화 공정의 경우에 수율이 낮아진다. 모액 정제의 필요성도 또한 유사하게 증가한다.The color increase in the sample at pH 5.5 is significantly greater than that observed in the sample at pH 4. The brighter the color, the lower the yield for the crystallization process as long as washing of the centrifugal cake is required. The need for mother liquor purification also increases similarly.

샘플 모두는 공급물을 제조하는 동안 일무수물이 유사하게 증가되지만(pH 4에서 0.27% dsb와 pH 5.5에서 0.24% dsb를 비교한 결과임), 액체 크로마토그래피 조사 결과(상기에 나타내지 않음)는 pH 5.5에서 더 많은 디프럭토즈 이무수물이 형 성될 수 있음을 나타낸다.All samples had a similar increase in anhydride during feed preparation (compared to 0.27% dsb at pH 4 and 0.24% dsb at pH 5.5), but liquid chromatography investigation (not shown above) showed pH In 5.5, more difructose dianhydrides can be formed.

요약하면, pH 4인 샘플은 색상 형성이 적으며 총 아세트알데히드 함량의 감 소를 나타내고 pH 5.5 샘플과는 현저하게 상이하지 않은 용해도를 지닌다. 따라서, 생성물 수율과 자체의 낮은 색상 함량의 결과로서 모액의 질적인 측면에서 볼때, ACF 공정의 경우에는 pH가 4인 공급물 시럽이 pH가 5.5인 공급물보다 더 유리하다. 낮은 pH는 색상 형성 및 디프럭토즈 형성을 명백하게 최소화하며 용해도에 거의 영향을 미치지 않는다.In summary, samples at pH 4 have less color formation, show a decrease in total acetaldehyde content, and have solubility that is not significantly different from pH 5.5 samples. Thus, in terms of the quality of the mother liquor as a result of product yield and its low color content, a feed syrup having a pH of 4 is more advantageous than a feed having a pH of 5.5 for the ACF process. Low pH clearly minimizes color formation and difructose formation and has little effect on solubility.

제3도에 나타낸 바와 같이, pH 조절은 분별 분리 후 및 탄소 처리 전에 편리 하게 이루어진다. 프럭토즈 용액의 점도는 본 공정의 이 지점에서 비교적 낮으므 로 용액과 pH 조절용으로 사용된 산 또는 염기를 혼합하여 수득하기가 비교적 용이 하다. 이러한 목적에 적합한 다수의 산 또는 염기가 당해 분야에 공지되어 있다. pH를 낮추는데는 염산이, pH를 상승시키는데 탄산나트륨 무수물(예: Na2C03, "소오 다회")이 특히 바람직하다.As shown in FIG. 3, pH adjustment is conveniently made after fractional separation and before carbon treatment. Since the viscosity of the fructose solution is relatively low at this point in the process, it is relatively easy to obtain by mixing the solution with the acid or base used for pH adjustment. Many acids or bases suitable for this purpose are known in the art. Particular preference is given to hydrochloric acid for lowering the pH, and sodium carbonate anhydride (for example, Na 2 CO 3 , “so many times”) for raising the pH.

[탄소 처리][Carbon treatment]

결정화 공정을 위한 95+%(dsb) 프럭토즈 공급물 스트림은 증발에 의해 농축시키기 전에 탄소 처리하는 것이 바람직하다. 탄소 처리의 한가지 목적은 결정화 를 억제할 수 있는 불순물을 제거하는 것이다. 다른 목적은 모액의 질에 악영향을 미치고 결과적으로 액상 감미료 성분으로서의 이의 용도를 손상시키는 색상체, HMF, 푸르푸랄 및 아세트알데히드와 같은 불순물을 제거하는 것이다. 탄소 처리는 약 1 내지 3% 무수 물질의 용량으로서 탄소 과립을 사용하거나, 전형적으로는 탄소 과립보다 낮은 용량의 탄소 분말을 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 시럽의 온도는 바람직하게는 약 160 °F이고 전형적으로는 15 내지 30 °F이며, 시럽은 무수물질당 약 20 내지 약 25중량%인 것이 바람직하다.The 95 +% (dsb) fructose feed stream for the crystallization process is preferably carbonized prior to concentration by evaporation. One purpose of the carbon treatment is to remove impurities that can inhibit crystallization. Another object is to remove impurities such as colorants, HMF, furfural and acetaldehyde, which adversely affect the quality of the mother liquor and consequently impair its use as a liquid sweetener component. The carbon treatment is preferably performed using carbon granules as a dose of about 1 to 3% anhydrous material, or typically using a lower volume of carbon powder than carbon granules. The temperature of the syrup is preferably about 160 ° F. and typically 15-30 ° F., and the syrup is preferably about 20 to about 25% by weight per anhydrous substance.

탄소 처리는 분별 분리를 한 다음 증발시키기 전에 바로 수행하는 것이 가장유리하다. 낮은 고형분 농도에서의 탄소 처리가 디프럭토즈로가 되는 프럭토즈 손 실을 0.5% 이하로 낮추는 것으로 밝혀졌다. 만일 탄소 처리를 증발 후에 수행할 경우, 프럭토즈 손실은 2.5%를 초과할 것으로 기대된다. 시럽 온도가 대략 160 °F (140 °F와 비교한 결과임)이어야 탄소 흡착기내의 미생물 성장이 억제되며, 또한 시럽 점도가 낮을수록 탄소 입자로 보다 확산이 잘 일어난다.Carbon treatment is most advantageously carried out after fractional separation and immediately before evaporation. Carbon treatment at low solids concentrations has been found to lower the fructose loss to difructose to less than 0.5%. If the carbon treatment is carried out after evaporation, the fructose loss is expected to exceed 2.5%. A syrup temperature of approximately 160 ° F (compared to 140 ° F) inhibits the growth of microorganisms in the carbon adsorber, and the lower the syrup viscosity, the better the diffusion into the carbon particles.

[실시예]EXAMPLE

다양한 무수 고형분에서 프럭토즈가 95% 이상(dsb)인 수용액중에 형성된 디프럭토즈의 양을 측정한다. 먼저 2회 시도에서, 플라스크내에서 수용액을 2.7% 탄 소 과립(수용액의 무수 고형분중 탄소 과립의 무수 고형분 중량)과 혼합하고 160 °F에서 24시간 동안 교반한다. 여기에 함유된 디프럭토즈의 양을 측정하기 위해 0, 6, 14 및 24시간 경과 후 샘플을 수거한다. 이 결과는 하기에 나타내었다.The amount of difructose formed in an aqueous solution of at least 95% (dsb) of fructose at various dry solids is measured. In two trials first, the aqueous solution is mixed with 2.7% carbon granules (anhydrous solids weight of the carbon granules in the anhydrous solids of the aqueous solution) in the flask and stirred at 160 ° F for 24 hours. Samples are collected after 0, 6, 14 and 24 hours to determine the amount of difructose contained therein. This result is shown below.

상기의 데이타는 디프럭토즈가 25% ds와 비교할 때 50% ds에서의 용액중에 보다 빨리 형성됨을 나타낸다.The data above show that difructose forms faster in solution at 50% ds compared to 25% ds.

하기 4회의 시도는 플러그 유동 방식(plug flow manner)에서 공업적 규모의 탄소 처리 타워(tower)의 작동을 모의하도록 고안되었는데, 즉 교반된 플라스크의 정적 시스템과 비교되는 것으로서 동적 유동 시스템내에서 디프럭토즈 형성을 측정 하도록 고안되었다.The following four trials were designed to simulate the operation of an industrial scale carbon treatment tower in a plug flow manner, ie, compared to the static system of agitated flasks and deflecting in a dynamic flow system. It is designed to measure todose formation.

12-인치 유리 칼럼 2개를 일련으로 가동하여 시럽 공급물의 체류 시간이 약 20시간이 되도록 한다. 칼럼과 공급물 예비가열을 위해 사용한 스테인레스 배관의 짧은 코일은 조절된 수욕중에 침지시킨다.Run two 12-inch glass columns in series to ensure the residence time of the syrup feed is approximately 20 hours. Short coils of stainless tubing used for column and feed preheating are immersed in a controlled water bath.

정지 상태에서 탄소의 역류를 모의 시험하기 위해, 초기에 칼럼을 조건화시 켜 가동하고 부분적으로 탄소를 소모시킨 다음, 제2의 칼럼을 가공하지 않은 활성 탄 과립으로 슬러깅(sluging)하여, 약 2인치의 새로이 제조한 탄소를 상기 칼럼 배 출구에 위치시킨다.To simulate the backflow of carbon at rest, the column was initially conditioned to run and partially consumed carbon, then the second column was slugged with raw activated carbon granules, approximately 2 Inches of freshly prepared carbon are placed at the outlet of the column.

상기 장치를 사용하여 4개의 상이한 조건을 시험한다:Four different conditions are tested using the device:

(각 조건의 경우에 새로운 조건화된 탄소 과립을 사용한다)(Use new conditioned carbon granules for each condition)

140 °F에서 70% ds70% ds at 140 ° F

160 °F에서 70% ds70% ds at 160 ° F

160 °F에서 50% ds50% ds at 160 ° F

160 °F에서 25% ds25% ds at 160 ° F

나열한 각각의 조건은 공급물을 연속적으로 사용하여 36시간 동안 재순환없이 수행한 것이며 0, 6, 14, 24 및 36시간 경과 후에 칼럼 용출물중의 디프럭토즈 의 양은 하기에 나타내었다:Each of the conditions listed was performed without recycle for 36 hours using the feed continuously and after 0, 6, 14, 24 and 36 hours the amount of difructose in the column eluate is shown below:

140 °F의 70% ds에서 디프럭토즈의 형성은 문제가 없는 것으로 나타났지만,온도가 낮을수록 미생물 성장 위험이 증가하고 시럽 점도가 높아짐을 의미한다. 160 °F에서 고형분 함량이 보다 높은 시험 모두(50% 및 70% ds)는, 비록 열 및 탄소에 대한 노출 시간이 수거한 모든 샘플에서 동일하다해도, 상기 시간에 걸쳐 디 프럭토즈 수준이 실질적으로 계속 증가한다는 것을 나타낸다. 어떠한 특수 이론을 결부시키지 않더라도, 디프럭토즈의 형성은 탄소에 의해 수용액으로부터 제거되는 물질에 의해 촉매되고/되거나 공동 촉매되므로, 탄소상에 이러한 물질이 축적되는 것은 탄소의 사용 시간에 걸쳐서 프럭토즈에서 디프럭토즈로의 전환률을 증가시킨 다고 해석할 수 있다.Formation of difructose at 70% ds at 140 ° F has been shown to be no problem, but lower temperatures mean increased risk of microbial growth and higher syrup viscosity. All tests with a higher solids content at 160 ° F (50% and 70% ds) had substantially lower levels of difructose over that time, although the exposure time to heat and carbon was the same in all samples collected. It continues to increase. Without incorporating any special theory, the formation of difructose is catalyzed and / or cocatalyzed by a material that is removed from the aqueous solution by carbon, so that the accumulation of such material on the carbon is determined by fructose over the lifetime of carbon. It can be interpreted that it increases the conversion rate to difructose.

탄소 검사 여과기(carbon check filter)를 탄소 칼럼으로부터 배출되는 시럽상에서 사용되어 스트림중의 모든 탄소 미세분을 제거할 수 있다 결정화기내로 통과하는 모든 불용성 물질은 결정성 프럭토즈로 원심분리되어 생성물 질에 직접 영향을 미치기 때문에 효과적인 여과가 중요하다.A carbon check filter can be used on the syrup leaving the carbon column to remove all carbon fines in the stream. All insoluble matter that passes through the crystallizer is centrifuged with crystalline fructose and subjected to product quality. Effective filtration is important because it has a direct impact.

결정화되지 않은 프럭토즈는 블렌딩되어 액상 감미료로 제조되므로, 탄소 처리는 상기 물질의 질을 또한 향상시킨다. 일반적으로 EFCS는 공정의 거의 말기 (즉, 블렌딩 후)에서 탄소 처리되므로, 원심분리기로부터의 모액은 이것이 최종 생 성물이 되는 시간에 따라 2회의 탄소 처리로써 정제된다.Since uncrystallized fructose is blended into a liquid sweetener, carbon treatment also improves the quality of the material. In general, since EFCS is carbonized near the end of the process (ie after blending), the mother liquor from the centrifuge is purified in two carbon treatments depending on the time it becomes the final product.

[결정화기 공급물 증발기][Crystalizer Feed Evaporator]

결정화용 구동력은 이의 포화 온도 이하로 고-프럭토즈 시럽을 냉각시켜 수 득한 과포화도이다. 프럭토즈에 대한 포화 곡선(농도 대 포화 온도)은 매우 급경 사이다. 40 내지 55% 범위, 예를 들어 40 내지 48%의 이론적인 결정화기 수율을 달성하기 위해, 프럭토즈 공급물 시럽은 대략 45 내지 55° F, 예를 들어 47° F로 냉각시키는 것이 요구된다.The driving force for crystallization is the degree of supersaturation obtained by cooling the high fructose syrup below its saturation temperature. Saturation curves for fructose (concentration versus saturation temperature) are very steep. In order to achieve a theoretical crystallizer yield in the range of 40 to 55%, for example 40 to 48%, the fructose feed syrup is required to cool to approximately 45 to 55 ° F, for example 47 ° F.

증발 단계 동안에는 물을 공급물 시럽으로부터 제거하여 프럭토즈가 냉각될 경우 용액으로부터 결정화될 시점까지 프럭토즈를 농축시킨다. 증발기는 바람직하 게는 시럽의 열 손상을 최소화하면서 용액을 농축시키도록 설계되고 작동된다. 증 발을 수행하는 바람직한 방법중 하나는 2단계 공정을 수반한다. 우선 공급물 시럽 을, 다수의 효과 및 기계적 재압축을 지닌 6개의 이동튜브형 강하 막 증발기내에서 농축시킨다. 탄소 처리 단계로부터의 95+%(dsb) 프럭토즈 스트림은 무수 물질 약 20 내지 약 25중량%에서, 약 190° F의 온도 및 약 3.7 내지 약 4.3의 pH에서 증발 기에 공급한다. 이 단계에서의 배출물은 무수 물질 약 55 내지 약 65중량%를 갖는 시럽이다.During the evaporation step, water is removed from the feed syrup to concentrate the fructose until it crystallizes out of solution when the fructose is cooled. The evaporator is preferably designed and operated to concentrate the solution while minimizing the thermal damage of the syrup. One preferred method of carrying out the evaporation involves a two step process. The feed syrup is first concentrated in six moving tubular falling membrane evaporators with multiple effects and mechanical recompression. The 95 +% (dsb) fructose stream from the carbon treatment step is fed to the evaporator at a temperature of about 190 ° F and a pH of about 3.7 to about 4.3, at about 20 to about 25 weight percent of anhydrous material. The discharge at this stage is a syrup having about 55 to about 65 weight percent of anhydrous material.

제2 증발 단계에서는, 제1 단계로부터의 배출물을, 약 23 내지 24의 Hg 진공중에서 작동되는 플레이트 유형의 상승 막, 단일 효과 증발기에 공급한다. 제2 단 계에서의 배출물은 약 165 내지 약 175° F에서 무수 물질 약 88 내지 약 90중량%를 갖는 시럽이다. 더욱 바람직하게는, 상기 증발기는 생성물 온도가 약 140 내지 약 150° F인 약 26의 Hg 진공에서 작동되어 프럭토즈의 손실을 최소화한다.In the second evaporation stage, the discharge from the first stage is fed to a plate-type rising membrane, single effect evaporator operated in Hg vacuum of about 23 to 24. The discharge in the second stage is a syrup having about 88 to about 90 weight percent of anhydrous material at about 165 to about 175 ° F. More preferably, the evaporator is operated at about 26 Hg vacuum with a product temperature of about 140 to about 150 ° F to minimize loss of fructose.

결정화기 공급물 증발기 설계 및 작동에 있어서 중요 기준은 시럽에 대해 열손상을 최소화하면서 용액을 농축시키는 것이다. 결정화기 공급물 시럽에 대한 열 손상의 가장 큰 문제점은 프럭토즈가 디프럭토즈로 전환되는 것으로, 이는 결정화 기에서 수율을 감소시킨다. 디프럭토즈는 증발기내의 고온, 고 농도 및 긴 체류 시간에 의해 유리하게 형성된다. 농도는 반드시 고정되어 있으므로, 증발기내 시럽의 온도 및 체류 시간이 최소화되도록 설계 및 작동 시간을 선택한다.An important criterion in the design and operation of the crystallizer feed evaporator is to concentrate the solution with minimal thermal damage to the syrup. The biggest problem of thermal damage to the crystallizer feed syrup is the conversion of fructose to difructose, which reduces the yield in the crystallizer. Difructose is advantageously formed by high temperatures, high concentrations and long residence times in the evaporator. Since the concentration is necessarily fixed, the design and operating time are chosen to minimize the temperature and residence time of the syrup in the evaporator.

튜브형 강하 막 및 플레이트형 상승 막과 같은 적합한 증발기는 일반적으로당해 분야에 공지되어 있다.Suitable evaporators such as tubular falling membranes and plate-like rising membranes are generally known in the art.

[결정화][crystallization]

프럭토즈의 결정화는 배치 또는 연속 결정화기에서 수행할 수 있다. 배치 및 연속 결정화 모두는 장단점을 지닌다. 배치 결정화는 상이한 결정 크기 분포를 생성하는데 있어서 융통성이 크며, 공정의 동요를 더욱 용이하고 신속하게 조절할 수 있다. 그러나, 배치 결정화는 결정화기 생산성이 더 낮으며(적하, 적하물 제거 및 결정화기를 씨딩하는데 시간이 걸림); 배치들 간에 일치되는 결정 크기 분포를 수득하기가 보다 어려우며; 배치 순환 시간을 최소로 유지하기 위해서는 공급물 및 백하용 저장 탱크가 커야 하며; 각각의 결정화기에 대해 개별적인 냉각 시스템을 필요로 한다. 연속 결정화기는 이와 반대되는 장단점을 지닌다.The crystallization of fructose can be carried out in batch or continuous crystallizers. Both batch and continuous crystallization have advantages and disadvantages. Batch crystallization is flexible in producing different crystal size distributions and can more easily and quickly control the agitation of the process. However, batch crystallization has lower crystallizer productivity (loading, load removal and taking time to seed the crystallizer); It is more difficult to obtain a consistent crystal size distribution between batches; Feed and bag storage tanks must be large to keep batch circulation time to a minimum; Each crystallizer requires a separate cooling system. Continuous crystallizers have the opposite advantages and disadvantages.

결정화는 단독 통과 또는 다수 통과로 달성될 수 있다. 그러나, 단독 통과 가 바람직하다. 2회 통과 결정화의 경우, 배치당 88%의 수율만이 달성되며 결정화 시간은 87% 더 긴 것으로 평가되었다. 더우기, 2회 통과 결정화로부터의 모액은 높은 당 농도 수준으로 인하여 보다 점성이 크고, 2회 통과 백하의 경우에는 슬러리 밀도(백하 파운드당 결정의 파운드)가 더욱 낮다. 상기 인자들 모두는 원심분리 생산성을 감소시키는 경향이 있다.Crystallization may be accomplished in single pass or multiple passes. However, single pass is preferred. For two pass crystallization, only 88% yield per batch was achieved and the crystallization time was estimated to be 87% longer. Moreover, the mother liquor from the two-pass crystallization is more viscous due to the high sugar concentration level and, in the case of two-pass bags, the slurry density (pounds of crystals per hundred pounds) is lower. All of these factors tend to reduce centrifugal productivity.

액상 감미료의 경우 블렌딩 원액으로서 모액의 유용성은 모액의 순도에 크게좌우된다. 모액에서 허용가능하거나 이로부터 효율적으로 제거될 수 있는 정확한 수준의 부산물은 다양한 인자에 의존적이지만, 단계들은 공정의 결정화 부분에서 부산물의 형성을 최소화시켜야 한다. 결정화가 본질적으로 프럭토즈에 대해 선택적인 한, 부산물은 각각 연속적으로 통과하는 결정화시에 모액중에 농축되는 경향이 있다. 따라서, 이 문제는 다수의 결정화를 통과하는 경우에 악화되어 모액중의 부산물 농도는 종종 본 통합된 공정중에 실제로 사용될 수 있는 결정화 통과 횟수에 상한치를 부여한다.In the case of liquid sweeteners, the usefulness of the mother liquor as the blending stock solution depends largely on the purity of the mother liquor. The exact level of by-products that can be tolerated or efficiently removed from the mother liquor depends on various factors, but steps should minimize the formation of by-products in the crystallization portion of the process. As long as crystallization is essentially selective for fructose, the byproducts tend to concentrate in the mother liquor upon each successive crystallization. Thus, this problem is exacerbated when passing through a large number of crystallizations so that the byproduct concentration in the mother liquor often imposes an upper limit on the number of crystallization passes that can actually be used in the present integrated process.

색상, 회분, HMF, 푸르푸랄 및 아세트알데히드 농도는 다수의 결정화 통과 동안에 모액중에서 증가되는 경향이 있는 것으로 밝혀졌다. 이들중, 색상이 가장 빠르게 선명해지므로, 일반적으로 색상은 효율적으로 사용될 수 있는 결정화 통과 횟수를 결정하는 인자이다.Color, ash, HMF, furfural and acetaldehyde concentrations have been found to tend to increase in the mother liquor during multiple crystallization passes. Of these, since the color is clearest most quickly, color is generally a factor that determines the number of crystallization passes that can be used efficiently.

모액의 순도를 유지하기 위한 적절한 수단에는 증발의 주의깊은 조절, 탄소 처리 및 결정화 조건(예: pH, 온도 및 체류 시간)이 포함된다. 바람직한 조건은 본 공정의 각종 단계에 대해 할애된 본 문헌의 단락중에 기술되어 있다.Appropriate means for maintaining the purity of the mother liquor include careful control of evaporation, carbon treatment and crystallization conditions (eg pH, temperature and residence time). Preferred conditions are described in the paragraphs of this document devoted to the various steps of the present process.

결정화기에 대한 시럽 공급물은 결정화기에 도입하기 전에 대략 140°F로 냉 각시키는 것이 바람직하다. 결정성 프럭토즈의 이론적 수율인 40 내지 48%를 수득하기 위해서는, 시럽 공급물은 프럭토즈를 최소 95%(dsb) 함유하여야 하며 고체 함 량은 88.5 내지 89.7중량%(공칭 89% d,s.b)이어야 한다.Syrup feed to the crystallizer is preferably cooled to approximately 140 ° F. prior to introduction to the crystallizer. In order to obtain the theoretical yield of crystalline fructose 40 to 48%, the syrup feed should contain at least 95% (dsb) of fructose and the solids content of 88.5 to 89.7% by weight (nominal 89% d, sb) Should be

배치는 씨딩하고 씨드 결정과 함께 완전히 혼합한다. 씨딩 온도(대략 135°F)는 결정화기 배치의 예측한 d.s% 및 프럭토즈%를 기본으로 한다. 일단 시럽이 씨드 결정과 완전하게 혼합되면, 배치의 샘플을 분석하여 실제 포화 온도를 측정하여야 한다. 결정화기의 냉각 시스템은 조절하여 배치가 1.00 내지 1 05(프럭토즈 농도 기준)의 과포화 범위에 이르도록 해야 한다. 백하가 이미 상기 범위 이하일 경우, 핵 생성이 일어나지 않더라도 계속 냉각시켜야 한다.The batch is seeded and mixed thoroughly with seed crystals. Seeding temperature (approximately 135 ° F) is based on the predicted d.s% and fructose% of the crystallizer batch. Once the syrup is completely mixed with the seed crystals, samples of the batch should be analyzed to determine the actual saturation temperature. The cooling system of the crystallizer must be adjusted so that the batch reaches a supersaturation range of 1.00 to 1 05 (based on fructose concentration). If the bag is already below this range, cooling should continue even if nucleation does not occur.

핵 생성이란 액체, 과포화 용액(겔) 또는 포화 증기(안개)로부터 결정을 형 성하는 공정이다. 결정은 핵으로서 작용하는 미량의 외부 물질로부터 기원한다. 이들 외부 물질은 흔히 불순물에 의해 제공된다. 결정은 초기에 모상의 작은 영역중에서 형성된 다음, 융합에 의해 결정으로 확대된다. 본 발명의 공정에서, 핵 생성은 작은 크기의 결정을 생성할 수 있는 한 바람직하지 않다. 더우기, 핵 생성이 적절하게 일어나는 경우, 결정 크기의 분포를 조절할 수 없다. 이러한 이유로 인해, 씨드 결정을 사용하는 것이 바람직하다.Nucleation is the process of forming crystals from liquids, supersaturated solutions (gels) or saturated vapors (fogs). Crystals originate from trace foreign matter that acts as a nucleus. These foreign substances are often provided by impurities. The crystal is initially formed in a small region of the parent phase and then expanded into the crystal by fusion. In the process of the present invention, nucleation is undesirable as long as it can produce crystals of small size. Moreover, when nucleation occurs properly, the distribution of crystal sizes cannot be controlled. For this reason, it is preferable to use seed crystals.

결정화의 진행은 백하 냉각 속도, 및 과포화도 수준이 1.0 내지 1.35, 예를 들어 1 0 내지 1.3이 되도록 예정된 냉각 곡선에 따라 조절될 냉각수에 대한 고정 점에 의해 간접적으로 조절할 수 있다.The progress of the crystallization can be indirectly controlled by the fixation point for the cooling water to be adjusted according to the cooling rate scheduled for the bag and the supersaturation level of 1.0 to 1.35, for example 10 to 1.3.

더욱 바람직하게는, 결정화 진행을 직접 조절하기 위해 과포화도를 실제 측 정한다. 과포화도는 초기 d.s% 및 및 프럭토즈%로 주어진 모액 단독의 d.s%로부터 평가할 수 있다. 과포화도 데이타를 사용하여, 예정된 냉각 곡선에 따라 배치를 계속 진행할 것인지 또는 목적한 과포화도를 유지하도록 냉각 속도를 변화시킬 것인지를 결정할 수 있다.More preferably, the degree of supersaturation is actually measured to directly control the crystallization progression. Supersaturation can be assessed from d.s% of mother liquor alone given in initial d.s% and and fructose%. Supersaturation data can be used to determine whether to continue the batch according to a predetermined cooling curve or to change the cooling rate to maintain the desired degree of supersaturation.

결정화를 수행하는 바람직한 한가지 방법은, 무수 물질이 약 88 내지 약 90중량%이고 pH가 약 3.7 내지 약 4.3이며 온도가 약 130 내지 약 138°F인 95+%(dsb) 프럭토즈 시럽을, 평균 입자 크기가 약 150 내지 약 250㎛인 씨드 결정 약 7 내지 약 10중량%와 함께 씨딩함을 포함한다. 이어서, 상기의 씨딩된 시럽이 냉각되도록 조절하여 용액중에 프럭토즈를 결정화시킨다.One preferred method of performing crystallization is an average of 95 +% (dsb) fructose syrup having an anhydrous substance of about 88 to about 90 weight percent, a pH of about 3.7 to about 4.3 and a temperature of about 130 to about 138 ° F. Seeding with about 7 to about 10 weight percent of seed crystals having a particle size of about 150 to about 250 microns. The seeded syrup is then adjusted to cool to crystallize fructose in solution.

냉각은 하기와 같이 수행할 수 있다: 시럽 온도가 약 138 내지 약 115°F인경우 시럽을 약 0.5°F/시간의 속도로 냉각시키고; 시럽 온도가 약 115 내지 약 86°F인 경우 시럽을 약 1.0 내지 약 1.5°F/시간의 속도로 냉각시킨다. 시럽 온도가 약 115°F 이상인 경우에 과포화 수준을 약 1.17 이하로 유지하며, 시럽 온도가 약 115°F이하인 경우에 과포화 수준을 약 1.25 이하로 유치하는 것이 권장된다. 냉각제와 백하 사이의 최대 온도 차는 약 10°F가 바람직하다. 온도가 너무 높으면 핵 생성이 발생할 수 있다.Cooling can be performed as follows: when the syrup temperature is about 138 to about 115 ° F., the syrup is cooled at a rate of about 0.5 ° F./hour; If the syrup temperature is about 115 to about 86 ° F., the syrup is cooled at a rate of about 1.0 to about 1.5 ° F./hour. It is recommended to keep the supersaturation level below about 1.17 when the syrup temperature is above about 115 ° F and to maintain the supersaturation level below about 1.25 when the syrup temperature is below about 115 ° F. The maximum temperature difference between the coolant and the bag is preferably about 10 ° F. Too high a temperature may result in nucleation.

그러나, 냉각은 3기간 이상에서 상이한 속도로 조절하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 초기 기간 동안에, 시럽의 온도가 약 138 내지 약 125°F인 경우, 냉각 은 약 1.0 내지 1.5°F/시간의 속도로 수행되며, 과포화 수준은 약 1.20 이하에서 유지된다. 임계 기간 동안에 , 시럽의 온도가 약 125 내지 약 110°F인 경우, 냉각속도는 약 0.5 내지 약 1.0°F/시간이 바람직하며, 과포화 수준은 약 1.17 이하로 유지된다. 그리고, 신속한 냉각 기간 동안에, 시럽의 온도가 약 110 내지 약 86°F인 경우, 냉각 속도는 약 1.5 내지 약 2.5°F/시간이 바람직하며, 과포화 수준은 약 1.25 이하로 유지된다.However, the cooling is preferably adjusted at different speeds for at least three periods. For example, during the initial period, when the temperature of the syrup is about 138 to about 125 ° F., cooling is performed at a rate of about 1.0 to 1.5 ° F./hour and the supersaturation level is maintained at about 1.20 or less. During the critical period, when the temperature of the syrup is about 125 to about 110 ° F., the cooling rate is preferably about 0.5 to about 1.0 ° F./hour, and the supersaturation level is maintained at about 1.17 or less. And during the rapid cooling period, when the temperature of the syrup is about 110 to about 86 ° F., the cooling rate is preferably about 1.5 to about 2.5 ° F./hour, and the supersaturation level is maintained at about 1.25 or less.

바람직한 냉각 방법에는 과포화도 수준을 연속적으로 모니터하면서 냉각수 온도를 자동 조절하는 것을 포함하는 것으로 밝혀졌다. 특히 바람직한 방법에 있 어서, 데이타 처리기가 계속해서 백하 온도, 냉각수 온도 및 과포화도에 대한 정보 를 수용한다. 이어서, 처리기는 이 정보를 사용하여 냉각수 온도를 조절함으로써 백하 냉각 속도를 조절한다. 이러한 데이타 처리기는 우선 백하를 이의 씨딩 온도 (Ts)에서 예정된 임계 온도(T')까지 2.5°F/시간의 속도로 냉각시키도록 프로그램 되어 있다(여기서, 임계 온도는 과포화도 수준이 1.17에 이르는 온도에서 결정화기 공급물의 프럭토즈% 및 ds%로부터 계산하여 예정한다). 이어서 , 상기 프로그램은 백하를 T'로부터 115°F까지 1°F/시간의 속도로 냉각시키고 115°F로부터 최종온도(전형적으로 86°F)까지 1.5°F/시간의 속도로 냉각시키기 위해 제공된다. 그러나, 상기 프로그램은 파도한 핵 생성을 방지하도록 오버라이드(override)되어 있다. 우선, 프로그램은 어떠한 경우에도, 냉각되는 동안에 백하와 냉각수 사이의 온도차가 언제라도 예정된 온도(전형적으로 약 14°F)를 초과하지 않도록 한다. 둘째, 이 프로그램은 어떠한 경우에도, 냉각되는 동안에 과포화 수준이 언제라도 예정된 값(전형적으로 1.28)을 초과하지 않도록 한다. 상술한 특정 온도 및 속도는 과도한 실험없이 제공된 일련의 결정화 조건에 곡선을 최적화시키도록 변화시킬 수 있다. 온도에 영향을 미치는 주요 인자는 총 무수 고형분 수준(ds%) 및 씨드의 총 표면적이다. 예를 들어, 무수 고형분 수준이 증가하면 임계 기간은 냉각 곡선에 있어서 이전 범위로 이동할 것이며 이의 반대도 또한 가능하다. 씨드의 총 표면적이 감소하면, 예를 들어 적하된 씨드의 양이 감소하면 임계 기간은 확대될 것이고, 이의 반대의 경우도 가능하다.Preferred cooling methods have been found to include automatically adjusting the coolant temperature while continuously monitoring the supersaturation level. In a particularly preferred method, the data processor continues to accept information about the bag temperature, coolant temperature and supersaturation. The processor then uses this information to adjust the coolant temperature by adjusting the coolant temperature. This data processor is first programmed to cool the bag at a rate of 2.5 ° F / hour from its seeding temperature (Ts) to a predetermined threshold temperature (T '), where the threshold temperature is at a temperature of supersaturation levels of 1.17. Calculated from the fructose% and ds% of the crystallizer feed). The program then provides for cooling the bag at a rate of 1 ° F / hour from T 'to 115 ° F and at a rate of 1.5 ° F / hour from 115 ° F to the final temperature (typically 86 ° F). do. However, the program has been overridden to prevent nucleation. First of all, the program ensures that during any cooling, the temperature difference between the bag and the coolant does not exceed the predetermined temperature (typically about 14 ° F) at any time. Second, the program ensures that at any time during the cooling, the supersaturation level does not exceed the predetermined value (typically 1.28). The specific temperatures and rates described above can be varied to optimize the curve for a given set of crystallization conditions without undue experimentation. The main factors affecting temperature are the total dry solids level (ds%) and the total surface area of the seeds. For example, as the dry solids level increases, the critical period will shift to the previous range in the cooling curve and vice versa. If the total surface area of the seeds is reduced, for example if the amount of seed loaded is reduced, the critical period will be extended, and vice versa.

[결정화 동역학]Crystallization Kinetics

[과포화][Saturated]

결정화 동역학에 있어서, 성장율은 모액 중 존재하는 농도 구동력-농도 대 평형시의 온도에서 존재할 수 있는 농도의 함수이다.In crystallization kinetics, the growth rate is a function of the concentration driving force-concentration present in the mother liquor versus the concentration that can exist at equilibrium temperature.

과포화도는 농도 구동력의 척도이다. 과포화도를 정의하는데는 여러 방법이 있다. 프럭토즈 결정화를 위해서는, 물을 기준으로 하여 정의한 과포화도가 배치 의 진행을 모니터할 목적으로는 가장 신뢰할만한 것으로 밝혀져 있다. 즉, 과포화 도는 평형시 수득한 프럭토즈g/물g에 대한 과포화된 시럽중에 존재하는 프럭토즈g/물g의 비로서 정의된다:Supersaturation is a measure of concentration driving force. There are several ways to define supersaturation. For fructose crystallization, the supersaturation defined by water is found to be the most reliable for the purpose of monitoring the progress of the batch. That is, the degree of supersaturation is defined as the ratio of the fructose g / g of water present in the supersaturated syrup to the fructose g / g of water obtained at equilibrium:

이상적으로는, 배치 냉각 속도가 모액의 과포화 수준을 조절하도록 조정되어 야 한다. 프럭토즈의 결정화에 있어서는, 과포화도 범위가 1.0 내지 1.30일 때 바람직한 크기 범위내에서 결정의 허용되는 수율이 수득되는 것으로 밝혀졌다. 과포화 수준이 상기 범위 이하일 경우 배치 냉각 시간이 연장되지만, 과포화 수준이 1.35 이상인 경우 핵 생성이 어려워진다.Ideally, the batch cooling rate should be adjusted to control the supersaturation level of the mother liquor. In the crystallization of fructose, it has been found that an acceptable yield of crystals is obtained within the preferred size range when the supersaturation range is 1.0 to 1.30. Batch cooling time is extended when the supersaturation level is below this range, but nucleation is difficult when the supersaturation level is above 1.35.

[핵 생성][Nucleation]

과포화의 목표치를 선택하는데 있어서 교환이 가능하다. 프럭토즈는 검출가 능한 준안정 지대, 즉 핵 생성이 일어나지 않는 과포화 영역을 지니지 않는 것으로 나타난다. 존재하는 결정의 성장은 항상 새로운 결정의 탄생(핵 생성)과 경쟁한 다. 과포화 수준이 증가함에 따라, 결정의 성장 속도가 증가하지만 핵 생성 속도 도 증가한다. 목표는 경제적으로 유리한 순환 시간내에 바람직한 결정 크기가 생 성되는 과포화 수준을 찾는 것이다.Exchanges are possible in selecting targets for supersaturation. Fructose appears to have no detectable metastable zones, ie supersaturated regions where nucleation does not occur. The growth of existing crystals always competes with the birth of new crystals (nucleation). As the level of supersaturation increases, the growth rate of crystals increases, but the rate of nucleation increases. The goal is to find the supersaturation level at which the desired crystal size is produced within an economically favorable cycle time.

상술한 핵 생성은 "샤우어(shower)" 또는 "쇽(shock) 유형이다. 상기 언급 한 바와 같이, 프럭토즈 결정화는 항상 핵 생성이 수반된다. 배치의 개시부에 씨딩이 시작되면, 배치의 개시 부위에서 쇽 핵 생성이 발생할 수 있다. 이것은 낮은 씨딩 온도에 기인하는 것으로 여겨진다. 핵 생성이 일어나는 경우, 백하를 가열하여 핵을 제거하는 것이 바람직하다. 일단 핵이 용해되면 냉각을 개시할 수 있다.The nucleation described above is of the "shower" or "shock" type. As mentioned above, fructose crystallization is always accompanied by nucleation. Once seeding begins at the beginning of the batch, 쇽 nucleation may occur at the initiation site, which is believed to be due to the low seeding temperature, if nucleation occurs, it is desirable to heat the bag to remove the nucleus. .

쇽 핵 생성을 피하는 바람직한 방법은 씨딩 후 과포화 수준을 1.30 이하로 유지하는 것이다. 괴상의 핵 생성은 백하의 점도를 크게 증가시키므로, 퍼징 시간 이 매우 증가되어 원심분리가 매우 어려워진다. 백하로부터 분리된 미세 결정은 건조시키기가 매우 어려우며 보다 용이하게 응집되는 경향이 있다. 괴상의 핵 생성은 바람직하지 않게 작은 크기의 평균 결정 크기를 갖는 생성물을 생성시킨다.The preferred way to avoid nucleation is to maintain supersaturation levels below 1.30 after seeding. The mass nucleation greatly increases the viscosity of the bag, so the purging time is greatly increased, making centrifugation very difficult. Fine crystals separated from the bag are very difficult to dry and tend to aggregate more easily. Mass nucleation undesirably results in products with average crystal sizes of small size.

100갤론의 결정화기내의 95갤론의 시럽 배치는 약 30 내지 80시간의 냉각 주기를 필요로 하며, 프럭토즈 결정화의 경우는 일반적으로 약 30 내지 40시간의 냉각 주기를 필요로 하는 것으로 관찰되어었다. 상기 기간 동안에 시럽은 다수의, 바람직하게는 3가지의 상이한 속도로 냉각시키는 것이 바람직하다. 상이한 냉각 속도가 필요한 것은 프럭토즈 결정화의 비선형성의 결과이다. 다양한 속도는 냉각 과정 동안 밝혀진 상이한 성장 기간에 상응한다.It has been observed that a 95 gallon syrup batch in a 100 gallon crystallizer requires a cooling cycle of about 30 to 80 hours, and fructose crystallization generally requires a cooling cycle of about 30 to 40 hours. It is preferred that during this period the syrup is cooled at a number of, preferably three different rates. The need for different cooling rates is a result of the nonlinearity of fructose crystallization. The various rates correspond to different growth periods found during the cooling process.

초기 냉각 온도는 약 120°F 이하 영역의 온도에 해당한다. 목표 냉각 범위는 약 1 내지 4°F/시간이며; 전형적인 속도는 2°F/시간이고, 따라서 이 기간은 4내지 6시간, 바람직하게는 약 8시간이 소요된다. 이 시간 동안에 씨드 결정의 성장이 거의 완전히 이루어지며 슬러리 밀도도 서서히 증가된다. 냉각수에 부하된 열의 대부분은 감열기의 제거로 발생된다.Initial cooling temperatures correspond to temperatures in the region below about 120 ° F. The target cooling range is about 1-4 ° F./hour; Typical rates are 2 ° F / hour, so this period takes 4 to 6 hours, preferably about 8 hours. During this time the seed crystals grow almost completely and the slurry density gradually increases. Most of the heat loaded in the coolant is generated by removing the heater.

배치의 핵 생성은 상기 영역에서 일어날 수 있으나, 이것은 씨딩 온도가 매우 낮거나 과포화도가 1.3을 초과할 경우에만 발생한다.Nucleation of the batch can occur in this region, but this only occurs if the seeding temperature is very low or the supersaturation exceeds 1.3.

"임계 기간"에 있어서 성장률은 2 내지 4개의 인자에 의해 증가된다. 슬러 리 밀도는 신속하게 증가하여 새로이 결정이 생성되고 목적한 크기 범위로 성장한 다. 결정 성장 및 핵 생성 모두의 경쟁적인 공정이 가속화된다.In the "critical period" the growth rate is increased by two to four factors. Slurry density increases rapidly, creating new crystals and growing to the desired size range. Competitive processes of both crystal growth and nucleation are accelerated.

상기 영역의 경계는 명확히 정의되지 않는다. 가장 근접하게 평가되는 영역 은 120 내지 110°F사이이다. 핵 생성 공정은 지배적이어서 조절이 불가능해지므로 상기 영역에서는 주의가 요구된다. 과포화도의 적절한 수준(1.05 내지 1.20)을 유지함으로서, 허용되는 한계치내에서 핵 생성이 유지될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 과포화도를 조절하기 위한 바람직한 방법은 냉각 속도를 저하시키는 것이다. 상기 영역에서, 약 0.5 내지 3.0°F/시간, 전형적으로 0.5 내지 1.5°F/시간의 냉각 속도가 권장된다. 이 속도에서 임계 기간의 추정 시간은 약 10 내지 40시간, 바람직 하게는 약 18 내지 22시간이다.The boundaries of these areas are not clearly defined. The closest evaluated area is between 120 and 110 ° F. Care should be taken in this area as the nucleation process is dominant and therefore uncontrollable. It has been found that by maintaining an appropriate level of supersaturation (1.05-1.20), nucleation can be maintained within acceptable limits. A preferred method for controlling the degree of supersaturation is to lower the cooling rate. In this region, a cooling rate of about 0.5 to 3.0 ° F / hour, typically 0.5 to 1.5 ° F / hour, is recommended. The estimated time of the critical period at this rate is about 10 to 40 hours, preferably about 18 to 22 hours.

일부 상황에서는, 높은 과포화 수준이 핵 생성을 발생시키지 않을 수 있다.이 경우, 추가 냉각으로 프럭토즈 반수화물을 형성시킬 수 있다. 이러한 종류는 점도가 매우 높은(800,000cps를 초과) 슬러리를 형성하는 침상 결정 형태에서 발생 한다. 이 슬러리는 원심분리가 불가능하며 심지어 결정화기 구동력에 과부하를 줄수 있다. 상기 반수화물은 냉각 과정 전체를 통하여 수행되어야만 하는 일반적인 결정 검사 동안에 검출될 수 있다.In some situations, high supersaturation levels may not result in nucleation. In this case, additional cooling may result in the formation of fructose hemihydrate. This type occurs in the form of acicular crystals that form slurries with very high viscosity (above 800,000 cps). This slurry is not centrifugal and can even overload the crystallizer drive. The hemihydrate can be detected during a general crystallographic test that must be performed throughout the cooling process.

임계 기간이 완결되면, 핵을 생성하지 않는 신속한 냉각 속도를 지지하기 위해 슬러리 밀도를 충분히 높힌다. 이러한 신속한 냉각 영역에서, 냉각수 온도는 신속하게 강하될 수 있다. 약 1 내지 7°F/시간, 바람직하게는 약 1 내지 4°F/시간의 백하 냉각 속도가 권장된다. 110°F로부터 약 100 내지 75°F의 최종 온도로 냉각시키기 위해서는, 약 3 내지 12시간, 전형적으로는 8 내지 12시간이 필요하다. 핵을 생성하지 않으면서도 보다 신속한 냉각을 수행할 수 있지만 성장 속도가 유지 되지 않으며, 이로 인해 배치 말기에 더욱 높은 과포화 수준이 남을 수 있다. 일부 잔류성 과포화는 일정 기간 동안 밍글러(mingler) 또는 혼합기 탱크내에 백하를 두어 경감시킬 수 있다.Once the critical period is complete, the slurry density is sufficiently high to support a rapid cooling rate that does not nucleate. In this rapid cooling zone, the coolant temperature can drop quickly. A per cent cooling rate of about 1 to 7 ° F./hour, preferably about 1 to 4 ° F./hour is recommended. To cool from 110 ° F to a final temperature of about 100-75 ° F, about 3 to 12 hours, typically 8 to 12 hours are required. Faster cooling can be achieved without nucleation, but growth rates are not maintained, leaving higher levels of supersaturation at the end of deployment. Some residual supersaturation can be mitigated by placing bags in a minger or mixer tank for a period of time.

냉각은 배치의 이전 상태에서보다는 신속한 냉각 기간에서 보다 신속하게 이루어질 수 있지만, 냉각수와 백하 사이의 상당한 온도 차이를 허용하는 방법에는 한계가 있다. 이 한계는 상세히 알려져 있지 않으나, 냉각 속도로 인해 백하와 냉각 표면 사이의 온도차가 약 15°F이상 되어서는 안된다. 이보다 큰 온도차는 핵 생성 및 냉각 표면의 오염을 유발할 수 있다.Cooling can be made more quickly in a faster cooling period than in the previous state of the batch, but there are limitations to the method that allows for significant temperature differences between the coolant and the bag. This limit is not known in detail, but due to the cooling rate, the temperature difference between the bag and the cooling surface should not be greater than about 15 ° F. Larger temperature differences can cause nucleation and contamination of the cooling surface.

[씨딩][Seed]

씨딩 온도는 전체 결정화기 모액의 포화 온도로부터 유도할 수 있다. 이러한 정보를 수득하기 위해, 공급물 시럽의 액체 크로마토그래피 및 굴절율을 사용할 수 있다. 이어서, 프럭토즈% 및 공급물 시럽의 ds%를 사용하여 프럭토즈 농도를 계산한다. 씨딩은 0.96 이상의 과포화 범위, 예를 들어, 1.0 내지 1.10의 과포화 범위내에서 수행되어야 한다.The seeding temperature can be derived from the saturation temperature of the entire crystallizer mother liquor. To obtain this information, liquid chromatography and refractive index of the feed syrup can be used. The fructose concentration is then calculated using% fructose and ds% of feed syrup. Seeding should be performed within a supersaturation range of 0.96 or greater, for example, 1.0 to 1.10.

씨드는 평균 결정 크기가 약 100 내지 400μ인 무수 결정성 프럭토즈가 가장바람직하다. 1 내지 20%(dsb)의 적하가 권장된다. 적하량은 최종 생성물중의 바람직한 입자 크기에 따른다. 씨드는 결정화기내에서 균일하게 분포되도록 모든 노력을 기울이면서 전체 결정화기에 가해야 한다. 상술한 바와 같이, 미국 특허 제4,164,429호에는 결정화 씨드를 수득하기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다.The seed is most preferred anhydrous crystalline fructose with an average crystal size of about 100 to 400 microns. Dropping of 1 to 20% (dsb) is recommended. The loading depends on the desired particle size in the final product. The seed should be added to the entire crystallization effort, making every effort to distribute it evenly within the crystallizer. As mentioned above, US Pat. No. 4,164,429 describes a method and apparatus for obtaining crystallized seeds.

씨딩은 바람직하게는 우선 씨드 결정을 프럭토즈 공급물 시럽과 혼합하여 결정화기 첨가용 액체 슬러리를 수득하여 수행한다. 이는 씨드 결정의 표면을 조건 화하는 효과를 갖는다. 시럽중에 씨드 결정을 제조하는 것은 또한 씨딩시 결정화 기내 기포의 형성을 최소화한다. 기포는 핵 생성이 가능한 부위이다.Seeding is preferably carried out by first mixing the seed crystals with fructose feed syrup to obtain a liquid slurry for crystallization addition. This has the effect of conditioning the surface of the seed crystals. Producing seed crystals in the syrup also minimizes the formation of bubbles in the crystallization vessel upon seeding. Bubbles are sites where nucleation is possible.

일정한 씨딩은 프럭토즈 결정의 성장을 위한 동일한 표면적을 제공하는데 있어 큰 문제가 된다. 일반적으로 입자 크기가 증가함에 따라 씨드 결정의 표면적 대 용적의 비가 감소하므로, 씨드 결정의 크기가 증가될 경우, 바람직한 표면적을 수득하기 위해서는 보다 큰 질량의 씨드 결정이 필요하다.Constant seeding is a major problem in providing the same surface area for the growth of fructose crystals. In general, as the particle size increases, the ratio of the surface area to volume of the seed crystals decreases, so that when the size of the seed crystals increases, a larger mass of seed crystals is required to obtain the desired surface area.

또한, 약 5 내지 30%, 바람직하게는 약 10 내지 20%의 힐(heel)이 결정화기 에 잔류하여 씨드로 작용할 수 있다. 이 공정은 무수 씨드를 사용하는 것보다 노력은 훨씬 덜 들지만, 한편으로는 원심분리 및 무수 단계 동안 제거되는 미세 입자 들이 힐중에 잔류하므로 결정 크기 분포가 더욱 광범위하게 된다. 이 방법을 사용 할 경우 연속해서 미세 산물 결정의 크기 규격에 적합하도록 분쇄시켜야만 하는 거대 결정이 수득된다.Also, about 5-30%, preferably about 10-20%, of heel can remain in the crystallizer to act as a seed. This process takes much less effort than using anhydrous seeds, but on the one hand the finer particles removed during centrifugation and anhydrous steps remain in the hill, resulting in a wider crystal size distribution. The use of this method yields large crystals which must be pulverized continuously to meet the size specifications of the fine product crystals.

바람직한 공정은 힐의 상부에 고온 시럽을 가하는 것이다. 고온 시럽은 백하 힐의 온도를 추정된 포화 온도(대략 133°F)로 상승시킬 것이며, 이 공정 동안에 공급물 시럽은 씨딩 온도로 냉각된다. 일부 결정의 양이 상기 공정 동안에 손실될 수 있다. 이러한 사실에도 불구하고, 최종 씨드 밀도는 바람직하게는 2 내지 10%(dsb)의 범위 이상이 되어야 한다. 상기 공정의 임계부는 공급물 시럽 및 백하힐에 의해 도달되는 최종 온도이다. 이 지점에서 과포화 수준은 1.00 내지 1.10이 된다. 이 범위에서 씨드의 손실이 최소화되고 핵 생성도 적어질 것이다.A preferred process is to add hot syrup to the top of the heel. The hot syrup will raise the temperature of the Baek Hill to the estimated saturation temperature (approximately 133 ° F), during which the feed syrup is cooled to the seeding temperature. Some amount of crystals may be lost during the process. Notwithstanding this fact, the final seed density should preferably be in the range of 2 to 10% (dsb) or more. The critical part of the process is the final temperature reached by the feed syrup and baggage hill. At this point the supersaturation level is between 1.00 and 1.10. In this range, seed loss will be minimized and nucleation will be less.

[실시예]EXAMPLE

프럭토즈 결정화는 통상적인 결정화기의 시험 규모 수준에서 89.60%의 무수물질에서 프럭토즈 95.82%(dsb)를 포함하는 공급물 시럽을 사용하여 수행한다. 사용된 결정화기는 중앙 샤프트 교반기(center shaft agitator)를 지닌다. 중앙 샤프트에 결합된 내부 핀을 통해 냉각을 수행한다. 결정화기를 시럽 102갤론으로 거의 완전하게 충전시킨다. 씨딩한 후 약 40시간 내에 냉각을 완료하지만, 상당한 과포화(1.17)는 이 기간 말기에 유지된다. 배치는 과포화도의 변화로써 모니터한 다.Fructose crystallization is carried out using a feed syrup comprising 95.82% (dsb) of fructose at 89.60% anhydrous at the test scale level of a conventional crystallizer. The crystallizer used has a center shaft agitator. Cooling is performed through an internal pin coupled to the central shaft. The crystallizer is almost completely filled with 102 gallons of syrup. Cooling is completed within about 40 hours after seeding, but significant supersaturation (1.17) is maintained at the end of this period. Batch is monitored as a change in supersaturation.

씨드는 2A 피츠밀 스크린(Fitzmill screen)을 통해 결정성 산물을 분쇄하여 제조한다. 분쇄된 물질을 55-메쉬 스크린 및 100-메쉬 스크린을 통해 스크리닝한 다. 이 씨드의 평균 크기는 161μ이다. 무수 씨드를 결정화기내의 시럽에 직접 가한다.Seeds are prepared by grinding the crystalline product through a 2A Fitzmill screen. The ground material is screened through a 55-mesh screen and a 100-mesh screen. The average size of this seed is 161μ. Anhydrous seeds are added directly to the syrup in the crystallizer.

표 Ⅳ는 결정화 동안에 실제 사용된 냉각 프로그램을 나타낸다. 과포화도는 수행시 처음 18시간 동안 최대 1.26까지 상승한다. 이어서, 이는 1.17 근처로 떨 어지며, 이 값은 나머지 냉각 과정 전체에서 유지된다.Table IV shows the cooling programs actually used during the crystallization. Supersaturation rises up to 1.26 during the first 18 hours of execution. This is then dropped to near 1.17, which is maintained throughout the rest of the cooling process.

생성물 결정의 평균 크기는 268μ이다. 결정 수율은 시럽의 프럭토즈 함량을 기준으로 하여 46%이다.The average size of the product crystals is 268μ. Crystal yield is 46% based on the fructose content of the syrup.

[분리][detach]

모액으로부터 프럭토즈 결정을 분리하는 방법으로는 바스켓 원심분리기 (basket centrifuge)로 원심분리하는 것이 바람직하다. 14"x 6" 원심분리기 내에 서 백하 약 4갤론이 약 10 내지 15분내에 분리될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이 기간에는 온수(120 내지 200°F)를 사용한 1 내지 3회, 전형적으로는 2회의 세척이 포함된다. 높은 세척수 온도는 프럭토즈의 분해를 증가시켜 수율의 손실을 초래할 수 있다. 세척수의 양은 부여된 백하를 기준으로 하여 1내지 5%가 권장된다. 탈 이온 세척수가 사용될 수 있다. 세척수의 pH 범위는 약 3 내지 5가 바람직하다.As a method of separating the fructose crystals from the mother liquor, centrifugation with a basket centrifuge is preferable. It has been found that about 4 gallons of bag in a 14 "x 6" centrifuge can be separated in about 10-15 minutes. This period involves one to three, typically two washes with hot water (120-200 ° F.). High wash water temperatures can increase fructose decomposition and result in loss of yield. Amounts of wash water are recommended between 1 and 5% based on the weight of the bag. Deionized washing water may be used. The pH range of the wash water is preferably about 3 to 5.

모액으로부터 결정성 프럭토즈를 제거하는데 사용된 바스켓 원심분리기용으로 바람직한 작동 조건에는 하기가 포함된다: 약 1400의 중력; 약 2 내지 약 3인치 의 케이크 두께; 수분이 약 0.7 내지 약 1.5%인 케이크 수분 및 약 99.5%, 더욱 바 람직하게는 약 99.8% 이상의 생성물 순도. 케이크 수분 및 순도는, 응집되지 않고 안정한 생성물을 제조하기 위한 중요한 기준으로 여겨진다.Preferred operating conditions for the basket centrifuge used to remove crystalline fructose from the mother liquor include: a gravity of about 1400; A cake thickness of about 2 to about 3 inches; Cake moisture with a moisture of about 0.7 to about 1.5% and product purity of at least about 99.5%, more preferably at least about 99.8%. Cake moisture and purity are considered important criteria for producing a non-aggregated and stable product.

생성물 케이크는 원심분리중에 세척한 후 제거하는 것이 바람직하다. 바람 직한 세척은 원심분리기에 충전된 백하 약 1 내지 약 1.5중량%의 양에 대해 약 150내지 약 180°F 온도의 물을 사용하는 것이다. 이 방법을 사용하면, 세척중 생성 물이 전형적으로 약 5 내지 약 10%가 손실되는 것으로 밝혀졌다. 용해된 프럭토즈 를 함유하는 세척수는 불순물 제거 및 연속적인 재농축을 위한 탄소 처리 단계로 재순환시킬 수 있다.The product cake is preferably removed after washing during centrifugation. A preferred wash is to use water at a temperature of about 150 to about 180 ° F. for an amount of about 1 to about 1.5 weight percent of baggage charged to the centrifuge. Using this method, it has been found that typically about 5 to about 10% of the product is lost during washing. Washing water containing dissolved fructose can be recycled to a carbon treatment step for impurity removal and continuous reconcentration.

[건조][dry]

다양한 건조기 형태가 본 공정에 사용될 수 있다. 유동층 건조기, 진동 유동층 건조기, 트레이 및 회전 건조기 모두가 적합하다. 바람직하게는, 원심분리기로부터의 습윤 케이크를 속도가 변하는 스크류 컨베이어(screw conveyor)를 통해 연속 혼합기내로 계량한다. 무수 재순환 물질은 습윤 케이크에 대해 4:1 이하의 공칭 비율로 초크 컨베이어(choked conveyor)를 통해(공기 우회를 방지하기 위함) 계량된다. 혼합기의 작용은 습윤 및 무수 물질을 완전히 블렌딩하기에 충분하여야 한다. 이어서, 블렌딩된 케이크는 건조기로 이동시킨다.Various dryer forms can be used for this process. Fluid bed dryers, vibrating fluid bed dryers, trays and rotary dryers are all suitable. Preferably, the wet cake from the centrifuge is metered into a continuous mixer via a screw conveyor of varying speed. Anhydrous recycle material is metered through a choked conveyor (to prevent air bypass) at a nominal ratio of 4: 1 or less for the wet cake. The action of the mixer should be sufficient to completely blend the wet and anhydrous material. The blended cake is then transferred to a dryer.

케이크는 동시에 건조시켜 생성물이 과열되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 우선, 실내 공기를 0.5μ 입자의 95%가 제거되는 비율의 초미분 붕규산염 여과기를 통과시켜 정화시킨다. 이어서, 건조기 주입구에서, 냉각기로부터 배출된 공기와 혼합되는 경우에, 160°F 온도의 공기를 생성하는 온도로 가열한다.The cake is preferably dried at the same time to prevent the product from overheating. First, the room air is purified by passing through an ultra fine borosilicate filter at a rate where 95% of the 0.5μ particles are removed. Subsequently, in the dryer inlet, when mixed with air discharged from the cooler, it is heated to a temperature that produces air at a temperature of 160 ° F.

생성물은 약 130°F에서 건조기로부터 이동하여 냉각기로 운반된다. 조절된양의 생성물은 습윤 원심분리 케이크를 처리하기 위해 냉각시키지 않고 건조기 주 입구로 재순환시킨다. 건조 공정에 있어서 가장 임계적이고 가변적인 것은 도입되는 케이크의 수분이다. 수분이 너무 많으면, 건조기는 볼(ball) 및 응집 생성물을 생성할 것이다. 수분은 습윤 케이크에 대한 건조 재순환물의 비로 조절될 수 있다. 2:1의 건조 재순환물 대 습윤 케이크의 비가 결정을 잘 형성시키는데 일반적으로는 만족스럽더라도, 핵화된 결정은 원심분리가 잘 안되며, 응집을 방지하기 위해서는 3:1의 비가 요구될 수 있다.The product moves from the dryer at about 130 ° F. and is delivered to the cooler. The adjusted amount of product is recycled to the dryer main inlet without cooling to process the wet centrifugal cake. The most critical and variable in the drying process is the moisture of the cake to be introduced. If there is too much moisture, the dryer will produce balls and flocculation products. Moisture can be controlled by the ratio of dry recycle to wet cake. Although the ratio of the 2: 1 dry recycle to the wet cake is generally satisfactory for forming crystals, nucleated crystals are poorly centrifuged and a 3: 1 ratio may be required to prevent aggregation.

원심분리 케이크는 회전 건조기내에서 건조시켜 프럭토즈 결정의 수분을 약0.1중량% 이하로 낮추는 것이 바람직하다. 원심분리 케이크의 수분 함량이 대략 1.5중량%를 초과할 경우, 건조기내에 럼프(lump)가 형성되는 것으로 밝혀졌다. 상 기 주목한 바와 같이, 무수 생성물 재순환은 원심분리 케이크 수분을 조절하는데 사용될 수 있다. 생성물 온도는 약 140°F를 초과하지 않는 것이 권장된다. 바람 직한 건조기 작동 조건은 하기와 같다: 주입 공기 온도는 약 170 내지 약 250 °F,더욱 바람직하게는 약 170 내지 약 200 °F; 배출 공기 온도는 약 130 내지 약 145°F; 생성물 온도는 약 125 내지 약 135 °F; 생성물 수분 함량은 약 0.1% 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.07% 이하.The centrifugal cake is preferably dried in a rotary dryer to lower the moisture of the fructose crystals to about 0.1% by weight or less. When the water content of the centrifugal cake exceeds approximately 1.5% by weight, lumps have been found to form in the dryer. As noted above, anhydrous product recycle can be used to control centrifugal cake moisture. It is recommended that the product temperature not exceed about 140 ° F. Preferred dryer operating conditions are as follows: inlet air temperature is from about 170 to about 250 ° F, more preferably from about 170 to about 200 ° F; Exhaust air temperature is about 130 to about 145 ° F; Product temperature is about 125 to about 135 ° F .; The product moisture content is about 0.1% or less, more preferably about 0.07% or less.

[조건화][Conditioning]

프럭토즈 결정이 가온되면서 저장되는 경우, 저장하는 동안에 이들은 럼프를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 이와 동일한 현상은 덱스트로즈 및 슈크로즈 제조시에 도 존재한다. 정확한 메카니즘이 입증되진 않았지만, 거대 결정으로부터 보다 작은 결정으로 수분이 이동하여 경계면에 추가의 결정화를 유발하는 것으로 여겨진다. 이것은 결정이 평형 상태가 아니기 때문에 발생하는, 온도 변화 또는 수분 변화의 결과이다. 시험은, 생성물을 수분이 매우 적도록 건조시키고(약 0.05%) 이를 실온으로 냉각시킴으로써 자유 유동성 생성물이 생성된다는 것을 보여준다. 수분이 0.05%인 프럭토즈 결정으로 평형을 이루려면, 70℃에서의 공기의 상대적인 습도가 50% 이하이어야 한다.If the fructose crystals were stored warming up, they were found to form lumps during storage. This same phenomenon exists in the production of dextrose and sucrose. Although the exact mechanism has not been proven, it is believed that moisture migrates from the larger crystals to smaller crystals, causing further crystallization at the interface. This is the result of a temperature change or moisture change, which occurs because the crystal is not in equilibrium. The test shows that the free flowing product is produced by drying the product to very low moisture (about 0.05%) and cooling it to room temperature. To equilibrate with fructose crystals with 0.05% moisture, the relative humidity of air at 70 ° C. must be 50% or less.

역류 공기를 사용하는 회전 냉각기가 본 목적에 매우 적합하다. 냉동되고 탈습윤된(조건화된) 공기를 사용하여 생성물 결정을 약 75°F 이하, 더욱 바람직하게는 약 72 °F 이하로 냉각시킨다. 주입 냉각 공기는 온도가 약 70 °F이하이고 상대 습도가 약 40% 이하인 것이 권장된다. 냉각기내 체류 시간은 결정이 적절하게 조건화되는 것이 보장되도록 충분해야 한다. 최종 생성물 수분 함량은 약 0.07% 이하가 바람직하다.Rotary coolers using countercurrent air are well suited for this purpose. Frozen and dewet (conditioned) air is used to cool the product crystals to about 75 ° F. or less, more preferably about 72 ° F. or less. Inlet cooling air is recommended for temperatures below about 70 ° F and relative humidity below about 40%. The residence time in the cooler should be sufficient to ensure that the crystals are properly conditioned. The final product moisture content is preferably about 0.07% or less.

최종 생성물은 스크리닝(screening) 및/또는 분쇄에 의해 크기를 조절할 수있다. 고온에서 생성물을 장기간 저장하는 것은 수분 차단 백(moisture barrierbag)내에 저장되더라도 케이크 생성 및 색상 문제를 야기할 것이다. 조절된 습도 조건하에서 창고 저장이 이루어져야 한다.The final product can be sized by screening and / or grinding. Long term storage of the product at high temperatures will cause cake formation and color problems even if stored in a moisture barrierbag. Warehouse storage should be done under controlled humidity conditions.

[블렌딩][Blend]

원심분리중에 결정성 생성물로부터 분리된 모액은 공정의 EFCS 부분으로 반환할 수 있다.The mother liquor separated from the crystalline product during centrifugation can be returned to the EFCS portion of the process.

결정성 프럭토즈의 분리 후 잔류하는 모액과 덱스트로즈를 혼합하는 외에도,모액을 단순히 물로 희석시켜 VEFCS를 생성할 수 있다.In addition to mixing the mother liquor and dextrose remaining after separation of the crystalline fructose, the mother liquor can be simply diluted with water to produce VEFCS.

결정성 프럭토즈의 분리에 이어서, 모액은 덱스트로즈 또는 덱스트로즈 함유용액과 혼합되어 최종적으로 덱스트로즈 및 55% HFCS(EFCS)와 같은 프럭토즈를 포함하는 액상 감미료를 생성할 수 있다. 제3도에 나타낸 바와 같이, 다수의 덱스트 로즈 함유 스트림을 최종 마무리 작동에 도입하기 전에 모액과 블렌딩할 수 있다.특정 스트림 또는 스트림들의 선택은 질량 균형의 고려 및 최종 액상 감미료 제품 중 바람직한 프럭토즈 수준 목표에 따라 지시될 수 있다. 통합 방법에 가장 일반 적인 이 수준은 프럭토즈가 55%(dsb)인 것이다. 충분한 프럭토즈가 모액중에 존재 하는 경우, 당화로부터의 덱스트로즈 생성물 스트림(전형적으로 94 내지 96%(dsb)덱스트로즈)을 사용하여 EFCS 마무리 공정에 도입하기 위해 블렌딩하는 것도 가능 하다.Following separation of the crystalline fructose, the mother liquor can be mixed with dextrose or dextrose-containing solution to finally produce a liquid sweetener comprising dextrose and fructose such as 55% HFCS (EFCS). As shown in Figure 3, a number of dexrose containing streams may be blended with the mother liquor prior to introduction into the final finishing operation. The selection of a particular stream or streams allows consideration of mass balance and the desired fructose in the final liquid sweetener product. Can be indicated according to the level goal. The most common level of integration is with a fructose of 55% (dsb). If sufficient fructose is present in the mother liquor, it is also possible to blend the dextrose product stream from saccharification (typically 94-96% (dsb) dextrose) for introduction into the EFCS finishing process.

또한, 전형적으로 프럭토즈가 90 내지 92%(dsb)인 모액을 물로서 단순 희석 하여 액상 감미료를 제조할 수 있다. 사용되는 모든 온도에 있어 용액이 포화점이하로 희석되지 않을 경우, 추가의 프럭토즈가 모액으로부터 결정화되는 한 모액중에 함유된 프럭토즈를 액체내에 유지하는 것이 바람직하다면 희석하는 것이 권장 된다. 물 이외에, 다른 적합한 희석제에는 덱스트로즈 시럽 , HFCS, EFCS, VEFCS와 같은 당 수용액, 및 이와 같은 시럽용 제조 스트림이 포함된다. 분리된 모액중에 서 프럭토즈의 결정화를 억제하는 다른 방법에는 용액으로부터 물이 증발되는 것을 방지하거나 억제하고 결정화 억제용 부가제를 혼입하는 방법이 포함된다.In addition, liquid sweeteners can be prepared by simply diluting the mother liquor, typically having a fructose of 90-92% (dsb), as water. If the solution is not diluted below the saturation point at all temperatures used, it is recommended to dilute the fructose contained in the mother liquor, if desired, as long as additional fructose crystallizes from the mother liquor. In addition to water, other suitable diluents include dextrose syrups, aqueous sugar solutions such as HFCS, EFCS, VEFCS, and preparation streams for such syrups. Other methods of inhibiting the crystallization of fructose in the separated mother liquor include preventing or inhibiting evaporation of water from the solution and incorporating additives for inhibiting crystallization.

분리된 모액 또는 이의 일부에 대한 다른 용도는 비결정성 또는 반결정성 프럭토즈 감미료를 제조하는데 있다. 이를 달성하는 한가지 방법은, 모액을 식용의 미립자 고체상에 분산시킨 다음, 분산물을 건조시켜 무정형 또는 반결정 형태인 프 럭토즈를 포함하는 감미료를 제조하는 것이다. 본 목적에 바람직한 식용의 미립자 고체는 결정성 프럭토즈이다.Another use for an isolated mother liquor or part thereof is to prepare an amorphous or semicrystalline fructose sweetener. One way to achieve this is to disperse the mother liquor onto an edible particulate solid and then to dry the dispersion to produce a sweetener comprising fructose in amorphous or semicrystalline form. Preferred edible particulate solids for this purpose are crystalline fructose.

미국 특허 제4,517,021호에는 반결정성 프럭토즈 조성물을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이 특허의 교시는 본 문헌에서 참조로 인용하였다. 본 발명의 분 리된 모액은 상기 방법의 수성 프럭토즈 시럽으로서 사용될 수 있으며, 결정성 프 럭토즈는 결정화 개시제로서 사용될 수 있다. 따라서, 결정성 프럭토즈, 반결정성 프럭토즈, 및 프럭토즈를 포함하는 하나 이상의 액상 감미료 제조용 통합방법이 제공된다.US Pat. No. 4,517,021 describes a method of making a semicrystalline fructose composition. The teachings of this patent are incorporated herein by reference. The isolated mother liquor of the present invention can be used as an aqueous fructose syrup of the above method, and crystalline fructose can be used as a crystallization initiator. Thus, an integrated method for preparing one or more liquid sweeteners comprising crystalline fructose, semicrystalline fructose, and fructose is provided.

상기 기술은 열거 및 해설 목적을 위해 미국 특허 지위의 요건에 따른 본 발명의 특정 양태에 관한 것이다. 그러나 이것은 당해 분야의 숙련가에게는 명백한 것이며, 설정한 장치, 조성물 및 방법들에 대한 다수의 변경 및 변화가 본 발명의 영역 및 취지를 벗어나지 않는 한 가능하다. 하기 특허청구의 범위는 이와 같은 변형 및 변화 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above description relates to certain aspects of the present invention in accordance with the requirements of US patent status for enumeration and clarification purposes. However, this will be apparent to those skilled in the art and many modifications and variations of the apparatus, compositions and methods set up are possible without departing from the scope and spirit of the invention. The scope of the following claims is to be construed as including all such modifications and variations.

Claims (10)

프럭토즈 및 덱스트로즈 함유 수용액 스트림을 제1 및 제2 스트림으로 분할하고, 제1 스트림을 분별 분리하여 고 프럭토즈 스트림을 제조하고, 고 프럭토즈 스트림으로부터 프럭토즈를 결정화하고, 프럭토즈가 고갈된 고 프럭토즈 스트림의 적어도 일부를 상기 제2 스트림과 합류시킴을 포함하여, 결정성 프럭토즈와, 프럭토즈 및 덱스트로즈를 함유하는 액상 감미료를 제조하는 방법.Splitting the fructose and dextrose containing aqueous stream into first and second streams, fractionally separating the first stream to produce a high fructose stream, crystallizing fructose from the high fructose stream, and depleting fructose At least a portion of the prepared high fructose stream is combined with said second stream to produce a liquid sweetener containing crystalline fructose and fructose and dextrose. 제1항에 있어서, 텍스트로즈 함유 수용액을 이 용액내의 덱스트로즈 일부가 이성체화되도록 처리함으로써 프럭토즈 및 덱스트로즈 함유 수용액을 수득하는 방법.The method of claim 1, wherein the aqueous solution containing textrose is subjected to treatment so that a portion of the dextrose in the solution isomerizes to obtain an aqueous solution containing fructose and dextrose. 제1항 또는 제2항에 있어서, 프럭토즈 결정화를 pH 3.7 내지 4.3에서 수행하는 방법.The process of claim 1 or 2, wherein the fructose crystallization is performed at pH 3.7 to 4.3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 프럭토즈 함유 수용액으로부터 프럭토즈를 결정화하기 전에 상기 프럭토즈 함유 수용액을 탄소 처리한 후 용매 증발 단계에 적용시키는 방법.The process according to claim 1 or 2, wherein the fructose-containing aqueous solution is subjected to carbonization and then subjected to a solvent evaporation step before crystallizing fructose from the fructose-containing aqueous solution. 제1항 또는 제2항에 있어서, 프럭토즈 및 덱스트로즈 함유 수용액을 분별 분리하여 덱스트로즈가 풍부한 용액, 제1 프럭토즈 함유 용액 및 제2 프럭토즈 함유 용액(여기서, 제2 프럭토즈 함유 용액의 프럭토즈 함량은 제1 프럭토즈 함유 용액의 프럭토즈 함량보다 높다)을 수득하고, 제2 용액 또는 이로부터 기원한 용액으로부터 프럭토즈를 결정화하며, 수득되는 프럭토즈가 고갈된 용액을 제1 용액 및 덱스트로즈 농도(dsb)가 상기 제1 용액보다 큰 덱스트로즈 함유 수용액에 가하는 방법.The solution of claim 1 or 2, wherein the aqueous solution containing fructose and dextrose is fractionated to separate dextrose-rich solution, the first fructose-containing solution and the second fructose-containing solution, wherein the second fructose-containing solution is used. The fructose content of the solution is higher than the fructose content of the first fructose-containing solution), crystallizes fructose from the second solution or a solution derived therefrom, and the resulting fructose depleted solution is obtained from the first The solution and dextrose concentration (dsb) is added to the aqueous solution containing dextrose larger than the first solution. 제5항에 있어서, 프럭토즈 및 덱스트로즈 함유 용액을 제1 및 제2 스트림으로 분할하고, 제1 스트림을 분별 분리 및 프럭토즈 결정화에 적용시키고, 제2 스트림을 제1 용액 및 덱스트로즈 함유 수용액으로서 프럭토즈가 고갈된 용액에 가하는 방법.The process of claim 5, wherein the fructose and dextrose containing solution is divided into first and second streams, the first stream is subjected to fractional separation and fructose crystallization, and the second stream is subjected to the first solution and dextrose. A method of adding to a solution depleted of fructose as an aqueous solution. 프럭토즈의 수용액중 프럭토즈를 결정화하여 결정성 프럭토즈 및 모액(mother liquor)을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 모액으로부터 결정성 프럭토즈를 분리하는 단계 및 모액중에서의 추가의 결정화를 억제하여 프럭토즈를 포함하는 액상 감미료를 제조하는 단계를 포함하는, 결정성 프럭토즈 및 액상 감미료의 제조방법.Crystallizing fructose in an aqueous solution of fructose to produce a mixture comprising crystalline fructose and mother liquor; Separating crystalline fructose from the mother liquor and inhibiting further crystallization in the mother liquor to produce a liquid sweetener comprising fructose, the method of producing crystalline fructose and liquid sweetener. 덱스트로즈 및 프럭토즈를 포함하는 스트림을 분별 분리하여 프럭토즈가 90%(dsb)를 초과하는 고 프럭토즈 스트림을 제조하는 단계; 고 프럭토즈 함유 스트림을 활성탄과 접촉시켜 정제된 프럭토즈 스트림을 제조하는 단계; 정제된 프럭토즈 스트림을 증발시켜 프럭토즈 용액을 제조하는 단계 및 프럭토즈 용액중에서 프럭토즈를 결정화시키는 단계를 포함하는, 결정성 프럭토즈의 제조방법.Fractionating the stream comprising dextrose and fructose to produce a high fructose stream having a fructose greater than 90% (dsb); Contacting the high fructose-containing stream with activated carbon to produce a purified fructose stream; Evaporating the purified fructose stream to produce a fructose solution, and crystallizing the fructose in the fructose solution. 프럭토즈 용액중의 프럭토즈를 결정화하여 결정성 프럭토즈 및 프럭토즈를 포함하는 모액의 혼합물을 제조하는 단계; 모액으로부터 결정성 프럭토즈를 분리하는 단계; 모액의 프럭토즈의 적어도 일부와 수성 액체를 혼합하여 프럭토즈의 낮은 고형분 용액을 형성시키는 단계; 프럭토즈의 낮은 고형분 용액과 활성탄을 접촉시키는 단계 및 프럭토즈의 낮은 고형분 용액을 증발시켜 프럭토즈의 높은 고형분 용액을 형성시키는 단계를 포함하는, 결정성 프럭토즈의 제조방법.Crystallizing fructose in a fructose solution to produce a mixture of mother liquor comprising crystalline fructose and fructose; Separating crystalline fructose from the mother liquor; Mixing at least a portion of the fructose of the mother liquor with an aqueous liquid to form a low solids solution of fructose; Contacting activated carbon with a low solids solution of fructose and evaporating the low solids solution of fructose to form a high solids solution of fructose. 초기 냉각 속도로 초기 온도 범위에 걸쳐서 프럭토즈 용액을 냉각시키는 단계; 초기 냉각 속도보다 느린 중간 속도로 중간 온도에 걸쳐서 상기 용액을 냉각시키는 단계 및 중간 속도보다 빠른 최종 속도로 최종 온도 범위에 걸쳐서 상기 용액을 냉각시키는 단계를 포함하는, 프럭토즈 용액으로부터 결정성 프럭토즈의 제조방법.Cooling the fructose solution over the initial temperature range at an initial cooling rate; Cooling the solution over an intermediate temperature at an intermediate rate slower than the initial cooling rate and cooling the solution over the final temperature range at a final rate faster than the intermediate rate. Manufacturing method.
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