DE1567348A1 - Verfahren zur Gewinnung von kristalliner Glukose - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von kristalliner GlukoseInfo
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Description
ihlTDFüfenrüfnPf 1567348 20.5.69
Kowewfraße 20 N 14
Nippon Shiryo Kogyo Co,
Tokushima / Japan
Verfahren zur Gewinnung von kristalliner Glukose
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kristalliner Glukose durch Zerstäubungstrockung von
wässriger Glukoselösung.
Insbesondere in den USA wurde bisher Getreidestärkehydrolysat
meist in Dextrose übergeführt, wahrscheinlich wegen der Forderung nach hoher Qualität und aus der Erwägung
heraus, daß das sog. "Gesamtzuckersystem" wirtschaftliche Nachteile hat, weil die beim Kristallisieren freiwerdende Wärme nicht gleichmäßig unter Kontrolle gehalten
werden kann und die Kristallisation oft nicht zufriedenstellend verläuft. Ferner ist die mechanische Behandlung
der entstehenden Blöcke schwierig.
Das Verfahren der Erfindung vermeidet diese Nachteile und löst die Aufgabe, Glukose in kristallisierter Form mit
ausgezeichneter Qualität wirtschaftlich nach dem Gesamtzuckersystem
zu gewinnen. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine konzentrierte Glukoselösung von hohem D.E.
zu einer stabilen, pumpfähigen Füllmasse kristallisiert, die Füllmasse in einem Warmluftstrom zu kristallhaltigen
Tröpfchen oder Teilchen versprüht und das in diesen noch enthaltene Wasser anschließend entfernt.
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000846/0267
Unterlagen (Art. 7 i I Abe.2 Nr. 1 Satz 3 des Ärtderunaegt». y, 4» 9.196»
Dabei findet die Verteilung und Ableitung der freigesetzten
Kristallisatxonswärme in kurzer Zeit statt, da die Glukose beim Übergang in den festen Zustand in Form kleiner Teilchen
vorliegt, die eine große Oberfläche hat, und es wird daher jedes Glukose-Tröpfchen oder -Teilchen während der
Zerstäubungstrocknung stets die gleiche Temperatur annehmen, so daß die Entfernung der Feuchtigkeit aus jedem
Teilchen und die Kristallisation immer unter denselben Bedingungen stattfindet.
Daher hat das erfindungsgemäß gewonnene kristallinische
Produkt ein große Gleichförmigkeit, und es kann vollkommen
kontinuierlich hergestellt werden, ohne daß noch mehr Hydrol entsteht und ohne daß feste Glukose als Kristallkeime
rückzuführen ist, wie das in der britischen Patentschrift 586 951 beschrieben ist.
Die schneeweißen kristallähnlichen Körner oder Partikeln, die so erhalten werden, können unter dem Mikroskop hauptsächlich
als Dextrosemonohydrat erkannt werden, die von kleinen Kristalltröpfchen umgeben ist. Sie sehen in der
Vergrößerung aus wie Golfbälle mit rissiger Oberfläche. Das Produkt ist ausgesprochen süß, durch Hefe usw. fermentierbar
und kann sehr leicht in Wasser ohne Klumpenbildung gelöst werden. Seine chemischen Eigenschaften sind dieselben
wie die eines nach anderen Verfahren hergestellten Gesamtzuckers desselben D.E.
Die gemäß dieser Erfindung gebrauchte Füllmasse kann aus Stärkehydrolysat hergestellt sein, welche enzymatisch
mit Gluc-Amylase oder durch andere Methoden vorzugsweise
zu einem hohen D.E. hydrolysiert worden ist.
009848/0267
Das Verfahren nach der Erfindung weist also drei
Stufen auf, nämlich
1) Herstellung einer Füllmasse, welche gepumpt und dann versprüht werden kann,
2) die Zerstäubungstrocknung dieser Füllmasse unter solchen .Bedingungen, daß Kristalle zwischen oder an
der Oberfläche der Tröpfchen oder Teilchen entstehen können Chier und im folgenden auch als "Sprühkristallisation"
bezeichnet), und
3) die Reifung und Austrocknung der erhaltenen Teilchen, die noch einige Stunden etwas klebrig sind, während
das Endprodukt nicht mehr zusammenbackt.
Für die praktische Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird eine Lösung von D.E. 94, vorzugsweise
höher, zunächst nach gewöhnlichem Verfahren gereinigt und bis zu etwa 7O0Brix, z.B. bis 67 , konzentriert,
mit einer kleinen Menge Keimen versetzt (der Zusatz von Keimen kann unterbleiben, wenn sich in der Kristallisiervorrichtung
noch ein Kristallrückstand befindet), und dann unter Rühren bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur
und 400C in Füllmasse übergeführt. Die Vorkristallisation
erreicht das Gleichgewicht erst in 6 bis 24 Stunden, entsprechend dem D.E. des Gelösten, so
daß sich Kristalle geeigneter Größe vollständig von der übersättigten Zuckerlösung abgeschieden haben. Die stabile
Füllmasse· setzt sich zusammen aus etwa gleichen Teilen Dextrosemonohydrat-Kristallen, gelöstem Zucker und
Wasser (auf Trockensubstanz bezogen).
Diese Füllmasse ist genügend flüssig und beständig, um gepumpt werden zu können, ohne daß sie in Rohrleitungen
durch Kristallisieren erstarrt oder sich durch die Reibungswärme beim Fördern zu einer Lösung auflöst.
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Die beschriebene Vorkristallisation kann wegen der niedrigen Viskosität und guten Wärmeableitung der
Flüssigkeit bzw. der Füllmasse kontinuierlich ausgeführt werden, doch ist es vorzuziehen, mit mehreren Kristallisierapparaten
zu arbeiten, die so kombiniert sind, daß in kurzer Zeit das Maximum der Kristallisation erreicht
wird, auch wenn die Kristallisation sehr langsam verläuft. Dabei ist der jeweilige D.E.-Wert zu berücksichtigen,
der die Kristallisationsgeschwindigkeit beeinflußt. Bei zu kleinem Fassungsvermögen des Kristallisierapparates
erhält man oft eine Füllmasse mit Mikrokristallen, die bei höheren Kristallisationsgeschwindigkeiten
zum harten Gelieren neigt und nur schwer gepumpt werden kann, Surch die Reibungswärme leicht zu einer,
Lösung zurückverwandelt wird.
Bei genügender Größe des Kristallisationsapparates ist es jedoch möglich* den Vorkristallisationsprozeß so zu
führen, daß man die Größe der Kristalle und ihre Verteilung bzw. Struktur kontrollieren kann. Dann ist es
auch möglich, die versprühten Tropfen oder Teilchen der Füllmasse und die Größe des endgültigen Produktes nach
Wunsch zu beeinflussen. Eine solche Füllmasse geeigneter Konsistenz kann zu einem Zerstäubungstrockner beliebiger
Art gepumpt und dort versprüht werden, wobei die Größe der Tropfen oder Teilchen z.B. durch Änderung der Umdrehungszahl
des Zerstäubers, der Beschickungsmenge der Füllmasse usw. geregelt werden kann.
Da die Tröpfchen oder Teilchen der Füllmasse im Verhältnis zu den Keimen verhältnismäßig große Kristalle
enthalten und eine extrem große Oberfläche besitzen, wird ihre Temperatur vorzugsweise etwa gleich hoch wie
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die des LuftStroms im Trockner gehalten, und zwar mit
Rücksicht auf die schnelle Wärmeabgabe und Wasserentziehung, die sich aus der raschen Kristallisation zwischen
oder auf den Oberflächen von verhältnismäßig großen Kristallkernen in der übersättigten Phase der Füllmasse
während der Ablagerung in der Kammer ergibt. Die Fertigtrocknung der Partikeln muß jedoch mit Sorgfalt erfolgen,
weil eine glasähnliche feste Masse entsteht, wenn die Verdampfung zu stark ist.
Aus diesem Grunde wird die Feuchtigkeit aus den Füllmassetröpfchen
oder -teilchen bis auf etwa 13 % entfernt, wobei etwa 10 % als Kristallwasser gebunden sind, und
der Rest von etwa 3 % wird mit fortschreitender Kristallisation allmählich entfernt.
Die halbgetrockneten, so auf dem Boden des Trockenapparates abgelegten Zuckerteilchen haben ein schneeähnliches
Aussehen, neigen zum Verkleben und bilden unter Druck eine harte Masse. Aber durch Ausgleich mit der relativen
Luftfeuchtigkeit kommt die Oberfläche der Tröpfchen zu einer für die Kristallisation geeigneten Dichte - entsprechend
ihrer eigenen Affinität zur Feuchtigkeit stellt sich ein gewisses Gleichgewicht zwischen Wasseranziehung
und Wasserabgabe ein -, und es wird bei einem höheren Verhältnis von fester Substanz zur Flüssigkeit durch Anwachsen der Kristallteile in wenigen Stunden nach und
nach freigesetzt. So werden die Teilchen in einigen Stunden vollständig zu nicht mehr backenden Kristallen
umgewandelt, wobei die Zeit vom D.E. der Füllmasse abhängt. Beispielsweise genügt es bei Glukose von D.E. 97%
für die Vervollständigung der Kristallisation, drei Stunden in einem Luftstrom zu trocknen, was kontinuierlich
in einem pneumatischen Fördersystem , in einem
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rotierenden Trockner ο.dgl. erfolgen kann. Das Endprodukt,
das etwa 10 % Feuchtigkeit als Kristallwasser gebunden enthält, besteht hauptsächlich aus Dextrosemonohydrat
und hat keine Neigung mehr, zu kleben oder zu verkrusten, so daß es in Sammelbehälter gebracht und automatisch abgepackt
werden kann.
Das Verfahren der Erfindung hat noch andere Vorteile. So können verschiedene Zusätze eingemischt werden, die
natürlich die Kristallisation der Glukose nicht beeinträchtigen dürfen, z.B. organische Säuren, Süßstoffe,
Fruchtsäfte und Pflanzenextrakte. Man erhält dabei sofortlösliche Mischungen, die so homogen sind, wie es
durch übliches mechanisches Vermischen nicht erreicht werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch
auf die Sprühtrocknung von Dextrosekristallen angewendet werden, die durch Zentrifugieren vom Hydrol abgetrennt
worden sind.
Stärkehydrolysat mit einem D.E. von 97, nach einem üblichen Verfahren hergestellt, wird gereinigt und in
bekannter Weise auf Brix 67° eingedickt und unter langsamen Rühren in einem Kristallisationsapparat bei 200C,
wobei man vorzugsweise als Kristallisationskeime 0,5 % Dextrosemonohydratkristalle zumischt (oder Substanzen,
die als Hauptbestandteil Dextrosemonohydrat enthalten), auf Trockensubstanz berechnet. Die bis zum Abschluß der
Kristallisation notwendige Zeit ist bei Einstellung des Gleichgewichtes zwischen den ausgefallenen Kristallen und
der bei dieser Temperatur gesättigten Lösung nicht konstant. Sie hängt ab von dem Hydrolysierungsgrad und der
Reinheit der Flüssigkeit und wird gewöhnlich in etwa 8 Stunden erreicht. Das Verfahren kann kontinuierlich
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durchgeführt werden, indem die konzentrierte Flüssigkeit durch eine geeignete Kristallisationsvorrichtung geführt
wird; Kristallisationskeime brauchen dabei nicht zugesetzt zu werden.
Die so gewonnene Füllmasse besteht aus relativ strukturell
größeren Kristallen in der gesättigten Lösung, und zwar in einem Zustand, der es gestattet, die Masse zu einem
Sprühtrockner durch eine Leitung weiterzupumpen, was mit Rücksicht auf den Flüssigkeitszustand der Masse und
ihre Stabilität möglich ist. Infolgedessen kann sie kontinuierlich zu dem Sprühapparat hoch-gefördert werden.
Die Füllmasse wird zu kleinen Tröpfchen oder Partikelchen durch Sprühen getrocknet, die durch einen Luftstrom in
die "Kammer fallen können. Die Temperatur der Kammer wird auf unter 500C geregelt, um ein Produkt zu erhalten,
welches im wesentlichen Dextrosemonohydrat, aber kein Anhydrid enthält, welches die folgende Kristallisation
der Füllmasse-Tröpfchen oder -Teilchen stören und ein Zusammenbacken des Endproduktes verursachen würde». Im
folgenden wird ein Beispiel gegeben, welches das Verfahren im einzelnen zeigt, wie es praktisch und wirtschaftlich
durchgeführt werden kann.
An der Spitze einer Kammer, die einen Durchmesser von 77OÖ mm, in ihrem zylindrischen Teil eine Höhe von 7700 mm
und in ihrem konischen Teil eine Höhe von ebenfalls 7700 mm hat, ist ein Zerstäuber mit 350 mm Durchmesser angeordnet,
der mit 6500 Drehungen pro Minute rotiert. In dieser Vorrichtung werden 1000 kg Füllmasse pro Stunde versprüht.
Der zur Trocknung in die Kammer geblasene Luftstrom hat eine Temperatur von 55 C, kühlt aber durch den Entzug der
Verdampfungswärme und das Eindringen von kalter Luft auf
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if5°C ab. Die Tröpfchen und Partikeln der Füllmasse,
welche auf den Kammerboden fallen, enthalten 13 % Feuchtigkeit und haben schneeweißes Aussehen. Aus 1Ö00 kg
zugeführter Füllmasse werden 770 kg halbgetrocknete Agglomerate gewonnen, welche aus 70 % Monohydratkristallen
und 30 % einer flüssigen Phase bestehen. Wenn das Produkt in einem Luftstrom 3 bis 5 Stunden getrocknet wird,
kristallisiert es vollständig aus und wird pneumatisch förderbar.
Das Verfahren ist in, der folgenden tabellarischen Obersicht beispielsweise dargestellt:
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33P kg
kg
kg
| Glukose (fest) |
Glukose (giöst |
I Wassergehalt I A I |
Zusammensetzung der Füllmasse
A=Kristallwasser T 33 kg—1
kg
Sprühkristallisation
Sprühkristallisation
50p kg
2]0kg
•im Trockner
!verdampft
!verdampft
Dextrose-B ι monohydrat
! (fest)
! (fest)
konzentrierte,
Lösung ι C (flüssig) «
Lösung ι C (flüssig) «
Zusammensetzung der halbgetrockn neten Körner
Kristallwasser
(50 kg)
H2O (B +O= 13
kg
asser als
Lösungsmittel (50kg)
I
Lösungsmittel (50kg)
I
g
Reifung und Trocknung
Reifung und Trocknung
26 k ι
nachgetrocknet
I I
• I
Z24 4
Endprodukt völlig fest Endprodukt
it—Kristallwasser
9 8 48/0267
In diesem Falle wurde festgestellt, daß durch schnellere Trocknung ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden konnte
als durch Trocknung in zwei Stufen. Wenn man indessen die flüssige Phase in jedem Tröpfchen oder Teilchen zu
schnell trocknet, so bildet sich nicht ein Kristallagglomerat aus, sondern es entsteht eine glasartige Masse,
die hydroskopisch ist und zum Kleben neigt. Daher ist es zur Erzielung des gewünschten Produktes erforderlich,
daß der Wassergehalt in den Tröpfchen aufrechterhalten wird bzw. auf das allmähliche Anwachsen der Kristalle
unter den besonderen Bedingungen abgestimmt wird, auf denen die Bewegung der Dextrosemoleküle mit Rücksicht
auf die geeignete Zuckerkonzentration bis zur Entfernung der freien Feuchtigkeit gehalten wird. Mit anderen Worten
ist es zweckmäßig, die halbgetrockneten Teilchen in einer nicht zu geringen relativen Feuchtigkeit zu behandeln,
so daß die Adsorption der Feuchtigkeit und danach die Auflösung der Teilchenoberflächen bei einer Konzentration
stattfindet, die für die Entstehung von Kristallen geeignet ist, selbst wenn sich wegen zu schnellen Verdampfens
im Trockner eine amorph-glasige Haut rund um die Tröpfchen gebildet haben sollte. Diese Reifung und
Trocknung kann in geeigneten Apparaturen kontinuierlich durchgeführt werden, z.B. mit Trommeltrocknern, Bandförderern
oder pneumatischen Einrichtungen, die auf die geeigneten Werte von Temperatur, relativer Feuchtigkeit
und Geschwindigkeit des Luftstroms einstellbar sind.
Man verwendet Dextrosemonohydrat, welches aus einer Glukose-Füllmasse durch Zentrifugieren abgetrennt worden
ist und einen Reinheitsgrad von 99% oder besser mit sehr geringem Anteil von Oligosacchariden hat. Da eine Lösung
- 11 009848/0267
dieses Produktes sehr gut kristallierbar ist, eignet sie
sich für eine Verarbeitung nach dem Verfahren der Erfindung. So wird sie in einer berechneten Menge Wasser
teilweise gelöst oder mit einer gesättigten Dextrose-Lösung
vermischt, so daß eine Füllmasse entsteht, welche zu etwa gleichen Teilen aus Dextrosemonohydrat, gelöster
Dextrose und Wasser besteht. Das Verfahren kommt insbesondere
für die Herstellung von weitgehend homogenen Produkten in Betracht, die neben dem Hauptbestandteil
Dextrosemonohydrat irgendwelche Zusätze enthalten.
Stärkehydrolysat von D.E. 97, das nach einem geeigneten
bekannten Verfahren hergestellt worden ist, wird gereinigt, in üblicher Weise auf M-7° Brix Dichte konzentriert und
dann nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren zur Kristallisation gebracht. Gleichzeitig werden Süßstoffe,
z.B. 1 bis 1,5 % Natrium-cyclohexyl-sulfamat als 10%ige Lösung, hinzugesetzt, wodurch die Kristallisation der
Dextrose nicht behindert wird. Die Füllmasse wird wie in Beispiel 1 abgepumpt, versprüht, gelagert und getrocknet.
Man erhält ein nicht zusammenbackendes Produkt mit dem Aussehen und Kalorieninhalt wie nach Beispiel 1, jedoch
durch den homogen in den einzelnen Körnern verteilten Süßstoff mit einer stärkeren Süßkraft als Rohrzucker.
Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch wird die gemäß Beispiel 2 gewonnene Füllmasse verwendet. Man erhält ein
Produkt mit den gleichen Vorzügen.
- 12 -
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Füllmasse, hergestellt nach Beispiel 3 oder 1^, wird statt
mit Süßstoff mit einer festen organischen Säure, z.B. Zitronensäure, Bernsteinsäure oder Weinsteinsäure vermischt
und dann in gleicher Weise verarbeitet. Man erhält ein körniges Produkt, das die organische Säure in
großer Homogenität zwischen oder an den Dextrosemonohydratkristallen in jedem Körnchen verteilt enthält.
Stärkehydrolysat von D.E. 96 wird gereinigt, konzentriert und wie in Beispiel 1 oder 2 zur Kristallisation gebracht,
Bestandteile verschiedener Getränke oder Nahrungsmittel, z.B. konzentrierte Fruchtsäfte, Pflanzensäfte, Kaffeeextrakte
oder Kakaopulver usw. können nacheinander homogen eingemischt werden. Das sprühgetrocknete und darauf
von der restlichen Feuchtigkeit befreite Endprodukt ist sofortlöslich bzw. leicht dispergierbar wegen der homogenen
Verteilung seiner Bestandteile in den einzelnen Agglomeraten.
Bei der Bereitung der Mischungen ist zu beachten, daß die Fließfähigkeit der Füllmasse erhalten bleibt und
sich die Mischungen pumpen und versprühen lassen. Der Wassergehalt ist also einerseits in gewissen Grenzen
zu erhöhen, wenn z.B. Hochpolymere anwesend sind, die die Viskosität der Füllmasse erhöhen, andererseits aber
so niedrig zu halten, daß die sprühkristallisierten und gereiften Agglomerate fest werden. Beispielsweise kann
nach diesem Verfahren, wie in Beispiel 1 oder 2 erläutert, ein Orangensaft-Instantpulver aus einer
Mischung folgender Zusammensetzung hergestellt werden:
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Glukosefüllmasse 1000 kg (Feststoffe) konzentrierter Orangensaft 80 kg
Natrium-cyclohexyl-sulfamat 10 kg lösliches Saccharin 3 kS
Orangenöl 15 kg
Zitronensäure 35 kg
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Claims (10)
1. Verfahren zur Gewinnung von kristalliner Glukose durch Zerstäubungstrocknung von wässriger glukoselösung,
dadurch gekennzeichnet, daß man eine konzentrierte Glukoselösung von hohem D.E. zu einer stabilen,
pumpfähigen Füllmasse kristallisiert, die Füllmasse in einem Warmluftstrom zu kristallhaltigen Tröpfchen
oder Teilchen versprüht und das in diesen noch enthaltene Wasser anschließend entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glukoselösung ein D.E. über 9U hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse bis zu etwa 70°Brix,
vorzugsweise 67°, konzentriert wird.
k. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse auf einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und H0° gehalten
wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse durch die
Zerstäubungstrocknung auf einen Wassergehalt von etwa 13% (einschließlich Kristallwasser) gebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungstrocknung
bei einer Temperatur unterhalb 500C erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Zerstäubungstrocknung
erhaltenen Glukose-Tröpfchen bzw. -Teilchen mehrere Stunden bei erhöhter Temperatur fertiggetrocknet
und gereift werden.
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- 15 -
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzexdhnet, daß der Füllmasse Fruchtsäfte,
Pflanzenextrakte, Kaffeeextrakte und/oder Kakaopulver zugesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Füllmasse organische Säuren zugesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllmasse Süßstoffe
zugesetzt werden.
009848/0267
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| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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