NL8301787A

NL8301787A - Werkwijze voor het winnen van monosacchariden uit poly-, oligo- en disacchariden bevattende knolgewassen, onder toepassing van ultrafiltratie.

Info

Publication number: NL8301787A
Application number: NL8301787A
Authority: NL
Original assignee: Suiker Unie
Priority date: 1983-05-19
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1984-12-17
Also published as: CS369984A2; CS246081B2; JPS59224700A; EP0126513A1; DE3461547D1; EP0126513B1; JPS6147520B2; ATE24021T1; US4702839A

Description

/ NO. 31592

Werkwijze voor het winnen van monosacchariden uit poly-, oligo- en di-sacchariden bevattende knolgewassen, onder toepassing van ultrafiltra- tie* Aanvraagster noemt als uitvinders: Dr K.Koerts en

Ir T.R.Hanssens

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van monosacchariden uit poly-, oligo- en disacchariden bevattende knolgewassen, onder toepassing van ultrafiltratie.

Het is bekend, dat fructose bereid kan worden uit de wortels van de 5 cichoreiplant (Cichorium intibus), die bijna 20 gew.% koolhydraten bevatten, waarvan 3/4 bestaat uit het koolhydraat inuline. In hoofdzaak zijn er 2 bereidingsmethoden bekend, t.w.

a. een werkwijze waarbij de cichoreiwortels eerst in stukjes gesneden en aansluitend aan extractie met water worden onderworpen, om de aanwe- 10 zige saccbariden te winnen. Aan het op deze wijze verkregen sap wordt een zuur, bij voorkeur zoutzuur, toegevoegd om de aanwezige poly-, oligo- en disacchariden te hydrolyseren tot monosacchariden. Dan wordt het verkregen gehydrolyseerde sap geneutraliseerd, bij voorkeur met calciumoxide. Het daarbij gevormde calciumfructosaat wordt door 15 filtratie gescheiden van niet-oplosbare bestanddelen, zoals vezels en eiwitachtige stoffen. De filterkoek wordt met water gewassen om ook daarin nog aanwezige restanten calciumfructosaat in het filtraat te brengen. Uit het in het filtraat aanwezige calciumfructosaat wordt door aanzuren, bij voorkeur met zoutzuur, fructose vrijgemaakt. Uit 20 de op deze wijze verkregen fructosestroop worden door behandeling met de aanwezige, voor het overgrote deel tijdens de bereiding toegevoegde, ionen verwijderd.

Een bezwaar van deze bekende werkwijze is, dat daarbij 10 tot 15% van de aanwezige koolhydraten, t.w. glucose, verloren gaat. Een voor-25 deel is echter dat een fructosestroop met een hoog fructosegehalte wordt verkregen.

b. een andere werkwijze waarbij de cichoreiwortels eveneens eerst in stukjes gesneden en aansluitend aan extractie met water worden onderworpen om de aanwezige sacchariden te winnen. Daarna wordt het ver- 30 kregen sap aangezuurd, bij voorkeur met zoutzuur, en geneutraliseerd, bij voorkeur met CaO. Na filtratie en uitwassen wordt het filtraat over een ionenwisselaar geleid om de (toegevoegde) ionen te verwijderen en wordt ontkleurd. Deze werkwijze heeft ten opzichte van de onder a) genoemde werkwijze het voordeel, dat de verliezen aan glucose zeer gering zijn.

8301787 2

Zowel bij de onder a) als de onder b) genoemde werkwijze, moet de hydrolyse van de poly—, oligo- en disacchariden en de precipitatie van de eiwitten en pectinen die in het sap aanwezig zijn, plaats vinden door aanzuring met een zuur (zoutzuur). Er kan niet aangezuurd worden door 5 het sap aan een behandeling met een ionenwisselaar te onderwerpen, omdat de in het sap aanwezige, opgeloste eiwit- en pectinemolekulen op de ionenwisselaar zouden neerslaan, waardoor deze verregaand onwerkzaam zou worden. Zelfs al zou het sap eerst gefiltreerd worden, dan nog zouden de eiwitten en pectinen niet in voldoende mate uit het sap verwijderd 10 worden.

Een ander gebied van de suikertechnologie heeft betrekking op de bereiding van invertsuiker uit kristalsuiker. Daarbij wordt een oplossing van kristalsuiker in water bereid, die aansluitend met zuur, bij voorkeur zoutzuur of azijnzuur gehydrolyseerd wordt. Na precipitatie van 15 calciumfructosaat door neutralisering van het toegevoegde zuur, en wassen wordt het calciumfructosaat ontleed door omzetting met zuur, dan wordt de verdunde oplossing ingedampt en afgekoeld tot -10°C, waarbij de aanwezige fructose en glucose verregaand gescheiden uitkristalliseren.

Gevonden werd nu dat de bovengenoemde werkwijze voor de bereiding 20 van fructose uit cichoreiwortels aanzienlijk verbeterd en vereenvoudigd kan worden door het sap, dat bij de waterextractie van de knolgewassen verkregen wordt, direct aan een ultrafiltratie te onderwerpen, waarbij een inuline bevattend permeaat wordt verkregen dat zowel vrij is van grove verontreinigingen als van pectine- en eiwitverontreinigingen en 25 derhalve zonder bezwaar, door behandeling met een kationenwisselaar (H+'-vorm) aangezuurd kan worden om het inuline te hydrolyseren. Bij voorkeur wordt de temperatuur tijdens de hydrolyse gedurende ten hoogste 2 minuten op 60 tot 130°C verhoogd. Dan worden de anionen verwijderd. Op deze wijze wordt een fructosestroop verkregen die ongeveer 15 gew.% 30 fructose bevat.

Voordelen van deze werkwijze zijn, dat nagenoeg geen verliezen aan koolhydraat plaats vinden en de verkregen stroop vrij is van vreemde ionen. Economisch en ecologisch gezien is het van veel belang dat het milieu bij deze wijze van werken niet vervuild wordt.

35 Volgens een soortgelijke werkwijze kan invertsuiker direct uit dunsap bereid worden en derhalve kan dan de bereiding en zuivering van kristalsuiker, die daarna weer in water opgelost dient te worden, achterwege gelaten worden. Dit kan bereikt worden door het sap, dat na de extractie van verkleinde (geraspte) suikerbieten (en/of voederbieten) 8301787 3 met water verkregen wordt, bij een temperatuur van ten minste 10°C aan een ultrafiltratie te onderwerpen, dan door onderwerping van het per-meaat bij ten minste 10° C aan een behandeling met een H^-anionenwisse-laar aan te zuren, waarna direct een nagenoeg zuivere stroop van invert-5 suiker wordt verkregen, die volgens op zichzelf bekende wijze tot kristalvorming gebracht kan worden.

Aangezien beide werkwijzen op nagenoeg dezelfde wijze worden uitgevoerd, is de kern van de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het winnen van monosacchariden uit poly-, oligo- en disacchariden bevattende 10 knolgewassen, onder toepassing van ultrafiltratie, die daardoor gekenmerkt wordt, dat men wortels van poly-, oligo- en/of disacchariden bevattend knolgewas, door schrappen fijn maakt, het fijn gemaakte materiaal met onverwarmd water extraheert, aansluitend eerst aan een ultrafiltratie en dan aan demineralisatie onderwerpt, de in de verkregen 15 oplossing aanwezige sacchariden hydrolyseert door leiden over kationen-wisselaar (ff^-vorm) of door aanzuren met zuur.

Bij voorkeur wordt een door schrappen fijn gemaakte massa eerst verregaand van de daarin aanwezige vloeistof gescheiden en pas daarna onderworpen aan een extractie met water van ten hoogste 18°C.

20 De contacttijd bij de extractie is bij voorkeur ten hoogste 1 uur.

Het verdient de voorkeur de extractie met water van ten hoogste 10°C uit te voeren.

Voorts is het van zeer groot belang de voor de extractie toegepaste hoeveelheid water zo te kiezen dat de verkregen oplossing 14 tot 20 25 gew.% poly-, oligo- en disacchariden bevat.

De natrium- en kaliumzouten die in het extract terecht komen, worden daaruit door overleiden over een ionenwisselaar verwijderd.

De knolgewassen dienen eerst geraspt te worden om de cellen stuk te maken en de sacchariden gemakkelijker daaruit te verkrijgen.

30 Na het raspen worden het sap en de pulp zo goed mogelijk geschei den. Geschikte scheidingsmethodes zijn; a. toepassing van een centrizeef met draaiende korf, waarin het celsap uitgewassen kan worden; b. toepassing van een vaccuumbandfilter; 35 c. solid-bowl decanter met scroll.

Bij voorkeur wordt een met een bandfilter geïntegreerde pers toegepast. Het raspsel laat zich zeer gemakkelijk uitpersen, waardoor de verliezen aan sacchariden sterk beperkt worden.

8301787 4

Naast bovengenoemde knolgewassen, kunnen ook andere knolgewassen, zoals Heliantus tuberosis, Topinamboer, aardpeer en jeruzalem Artichoc doelmatig volgens de werkwijze van de uitvinding behandeld worden. VOORBEELD

5 100 kg gewassen cichorei-wortels werden met een rasp, zoals die in de aardappelmeelindustrie worden toegepast, vermalen. Het aldus verkregen raspsel of brij, werd in een continue veeltrapswassing volgens het tegenstroom principe uitgewassen met water van 18°C en aansluitend werden pulp en vloeistof gescheiden. Deze bewerking werd uitgevoerd met een 10 solid-bowl decanter met scroll. Er werden 3 van dergelijke decanters in serie gebruikt, waarbij uit de laatste (3de) de ontsuikerde gecentrifugeerde pulp kwam. Deze laatste decanter werd gevoed met een reeds gedeeltelijk ontsuikerde pulp uit de tweede trap decanter, welke werd gemengd met zuiver water van 10°C. De hoeveelheid water was, omdat vol-15 gens het tegenstroomprincipe werd gewerkt, minimaal.

110 kg celsap, bevattende 15,9 kg koolhydraten, voornamelijk inuli-ne, werdem onderworpen aan ultrafiltratie om macro-moleculen (mol.gewicht 20000 daltons) zoals gommen en eiwitten te verwijderen. Om het koolhydratenverlies te beperken wordt voor de diafiltratie 2,2 kg water 20 gebruikt. Het retentaat bevat de ongewenste verontreinigingen, die storend op de demineralisatie zouden werken omdat zij in de kationwisselaar een neerslag zouden vormen.

Het permeaat bevat 15,7 kg koolhydraten, waarvan een uiterst gering percentage uit monosacchariden bestaat. De permeaatstroom wordt over een 25 kationharswisselaar (IR-210) in de H^-vorm geleid. Metaalionen uit het sap worden uitgewisseld tegen de ff*"-ionen van het hars, waardoor de zuurgraad sterk daalt.

De pH varieert dan tussen 2,1 en 1,95.

Bij het hydrolyseren is de temperatuur 70°C.

30 Na een verblijftijd van 30 minuten bij deze temperatuur en zuur graad is de hydrolyse voor 50% verlopen; na 90 minuten voor meer dan 95%.

Het hydrolysaat wordt vervolgens gede'dnioniseerd door middel van een anionharswisselaar.

35 Het totaal gedemineraliseerde sap wordt met calciumvrije, actieve kool volledig ontkleurd. Het zeer zuivere sap wordt ingedampt tot een stroop die 12,1 kg fructose en 1,4 kg glucose bevat.

8301787

Claims

1. Werkwijze voor het winnen van monosacchariden uit poly-, oligo-en disacchariden bevattende knolgewassen, onder toepassing van ultrafiltratie, met het kenmerk, dat men wortels van het knolgewas door schrappen fijn maakt, het fijn gemaakte materiaal met onver- 5 warmd water extraheert, aansluitend eerst aan een ultrafiltratie en dan aan demineralisatie onderwerpt, de in de verkregen oplossing aanwezige sacchariden hydrolyseert door leiden over kationenwisselaar (H+-vorm) of door aanzuren met een zuur.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat men de door schrappen fijn gemaakte knolgewassen eerst verregaand van de daarin aanwezige vloeistof scheidt en pas daarna aan een extractie met water van ten hoogste 18°C onderwerpt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men bij de extratie met water van ten hoogste 18°C een 15 contacttijd van ten hoogste 1 uur toepast.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat men extraheert met water van ten hoogste 10°C.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat men de voor de extractie toegepaste hoeveelheid water zo kiest, dat 20 de verkregen oplossing een 14 tot 20 gew.% poly-, oligo- en disacchariden bevat.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men het geultrafiltreerde extract van cichoreiwortels hydrolyseert door het gedurende ten hoogste 2 minuten bij 60 tot 130°C over een 25 kationenwisselaar te leiden.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men het uit voeder- en/of suikerbieten geextraheerde, geultrafiltreerde extract, volgens op zich zelf bekende wijze laat uitkristalliseren. 8301787