DE2015591C3 - Verfahren zur Kristallisation von Fructose - Google Patents

Description

Die Saatkristalle sind vorzugsweise durch gesteuerte Spontiinkristullisation aus einem Alkohol-Wasser-Fructosegemisch gewonnen. Es kann auch so verfahren werden, dull in Alkohol aufgeschwemmte Feinstfructose eingesetzt wird.

Für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens hei der technischen Durchführung ist der Einsau einer optimalen Alkoholmenge erforderlich. Um diese berechnen zu können, muß die Löslichkeit der Fructose in Alkohol-Wasser-Gemischen bekannt sein. In den Fig. I und 2 ist die Löslichkeit für Methanol- bzw. Älhanol-Wasser-Gemische bei 20 C graphisch dargestellt worden.

Aus den Werten für die Löslichkeit bzw. die Kristallisationsausbeute lassen sich die für die Kristallisation erforderlichen optimalen Alkoholmengen berechnen. In den Fig. 3 und 4 ist die Abhängigkeit der Kristallisationsausbeute vom Trockensubstanz-Gehalt des Fructosesirups und von der erforderlichen Menge Methanol bzw. Äthanol dargestellt worden. Bei Verwendung von Methanol wird die höchste Ausbeute erreicht, wenn 0,8 bis 1,0 I je kg Sirup eingesetzt werden. Größere Mengen Methanol erhöhen die Menge an gelöster Fructose und vermindern damit die Ausbeute. Andererseits nimmt die erreichbare Ausbeute bei gleichbleibender Methanolmenge mit steigendem Fructosegehalt bzw. Trockensubstanzgehalt zu.

Die optimale Äthanolmenge ist stark von der Konzentration des Sirups abhängig. Sie beträgt liei einem Sirup mit 84% Fructose mindestens 2 l/kg bis zu etwa 2,2 l/kg, bei einem Sirup mit 88% Fructose nur noch etwa 1,5 l/kg. Die erreichbaren Ausbeuten sind bei gleichen Sirupkonzentrationen bei Verwendung von Äthanol wesentlich höher als bei Verwendung von Methanol.

Der fructosehaltige Sirup bzw. Dicksaft kann in der Technik leicht der die Saatkristalle enthaltenden Lösung kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einer solchen Geschwindigkeit zugesetzt werden, daß in der Füllmasse eine bestimmte Übersättigung aufrecht erhalten wird. Diese Übersättigung ist niedriger als diejenige, bei der Spontankristallisation auftritt. Dadurch ist gewährleistet, daß nur die eingesetzten Saatkristalle weiterwachsen. Mit der Menge der eingesetzten Saatkr'stalle werden die Kristollisationsgeschwindigkeit und die Größe der Kristalle am Ende der Charge beeinflußt.

Der Prozeß wird vorzugsweise isotherm durchgeführt, d. h., der Dicksaft wird mit höherer Temperatur zu den Saatkristallen gegeben, die Füllmasse aber durch eine geeignete Kühlvorrichtung auf konstanter Temperatur gehalten. Zur Erhöhung der Ausbeute ist auch eine Temperaturerniedrigung der Füllmasse möglich.

Die Durchführung des Verfahrens kann chargenweise oder kontinuierlich erfolgen. Bei der Chargenweisen Durchführung wird der Behälter bei jeder Charge vollständig geleert und bei der neuen Charge wieder mit Saatkristallcn begonnen. Es kann aber auch so verfahren werden, daß nur ein Teil der Füllmasse abgezogen und durch Dieksaft und eine solche 6e Anzahl von Saatkristullcn ersetzt wird, die der Anzahl der abgezogenen Kristalle entspricht.

Beim kontinuierlichen Pro/eß wird laufend so viel Füllmasse abgezogen, wie es der Kristallisationsgeschwindigkeit entspiicht. Diese Füllmasse wird durch Dieksaft und Saatkristi'llc ersetzt.

Zur Erzielung optimaler Ausbeuten ist das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren an die genannten Konzentrations- und Mengenangaben gebunden, soweit diese die Fructosesirupkonzentrationen ur.d Alkoholmengen betreffen. Dagegen ist die Menge der eingesetzten Saatkristalle in weiten Grenzen variabel.

Im folgenden wird die Herstellung von Sautkristallen beschrieben:

Beispiel A:

Saatkristallgewinnung unter Verwendung
von Methanol

Eine wäßrige Fructoselösung wird im Vakuum bis auf einen Trockensubstanzgehalt von 88 bis 90% eingeengt, dann mit 0,8 I Methanol je kg Dieksaft versetzt und gut gemischt. Das Gemisch wird auf 20 C abgekühlt und unter starkem Rühren mit I g Feinstfructose je Kilogramm Sirup angeimpft. Nach 3- bis 4stündigem Rühren können die spontan gebildeten Kristalle als Saatkristsile verwendet werden.

Beispiel B
Saatkristallgewinnung unter Verwendung von Äthanol

Eine wäßrige Fructoselösung wird im Vakuum auf einen Trockensubstanzgehalt von 86 bis 88% eingeengt, der Sirup mit je 1,5 I Äthanol je kg versetzt und gemischt, das Gemisch auf 20 C abgekühlt und unter starkem Rühren mit 1 g Feinstfructose je kg Sirup angeimpft. Nach 3- bis 4stündigem Rühren können die spontan gebildeten Kristalle als Saatkristalle eingesetzt werden.

Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Kristallisationsverfahren:

Beispiel I
Kristallisation unter Verwendung von Methanol

10 kg eines Fructose-Sirups, dessen Fructose-Gehalt 90% beträgt, werden mit 8 I Methanol gemischt und auf 50 bis 60 C temperiert. In ein mit einem Kühlmantel und Rührwerk versehenes Gefäß werden 0,5 I der nach Beispiel A hergestellten Saatknstalle gegeben. Allmählich wird das Sirup-Alkoholgemisch dazugegeben. Nach Beendigung der Zugabe wird die Füllmasse zum Abbau der Übersättigung noch 3 bis 4 Stunden gerührt. Während der gesamten Kristallisationszeit wird die Füllmasse auf 20 C temperiert.

Durch Zentrifugieren werden 6,4 bis 6,6 kg grobkristalline Fructose —- 71 bis 73,5% der eingesetzten Fructosemenge gewonnen.

Beispiel 2
Kristallisation unter Verwendung von Äthanol

10 kg eines Frnctose-Sirups, dessen Fructosegehalt 86% beträgt, werden mit 15 I 96%igem Äthanol gemischt und auf 50 His 60 C temperiert. Dieses Gemisch wird innerhalb von 4 Stunden zu 0,5 I einer nach Beispiel B hergestellten Saatkristallmasse gegeben. Danach wird die Füllmasse, deren Temperatur während des gesam'en Kristallisationsvorganges 20 C beträgt, weitere 4 Stunden zum Abbau der Übersättigung gerührt. Durch Zentrifugieren werden 6,4 bis 6,6 kg grobkristalline Fructose ■- 74,5 bis 77% der eingesetzten Fructosemenge erhalten.

U c i s ρ i c I 3

Kontinuierliche Kristallisation unter Verwendung
von Methanol

Wie bei licispiel I werden zu 0.6 I einer Saatkristallmasse IO kg eines Sirups, der mit X I Methanol gemischt und auf 50 bis 60 C temperiert wurde. innerhalb von etwa 4 Stunden gegeben. Das RiII-massevoltinicn betragt etwa 15 I. Nach Beendigung der Saft/ugabc wird kontinuierlich soviel I üllmassc abgezogen, dall die Abzugsmenge etwa 1,5 I/Stundc beträgt. Die abgezogene Menge wird durch getrennte Dosierung von 1,45 I Sirup-Mcthanol-Ciemisch und 0.05 I Saatkristallmassc ersetzt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 sich die Fructose aus Uer stark übersättigten Lösung Patentansprüche: in Form sehr feiner Kristalle abscheidet, die sich schlecht zentrifugieren lassen.

1. Verfahren zur Kristallisation von Fructose Die bekannten Verfahren beruhen auf der Herbeiaus alkoholischer Lösung, wobei eine wäßrige ₅ führung einer Spontankristallisation, bei der sich fructosehaltige Lösung zu einem Sirup von 86 bis Kristallt'orm und Kristallgröüe nur in sehr begrenztem 92 % Trockensubstanzgehalt eingedickt und dieser Umfang beeinflussen lassen. So ist in der Patentin Alkohol gelöst wird, dadurch gekenn- schrift Nr. 69 550 des Amtes für Erfindung- und zeichnet, daß die resultierende übersättigte Patentwesen in Ost-Berlin ein Verfahren zur fraktioalkoholische Lösung mit einer Temperatur von io nierten Kristallisation von Dextrose und Fructose aus 40 bis 60° C unter Rühren in eine Saatkristalle alkoholischer Lösung beschrieben, wobei die Kristallienthaltende gesättigte alkoholische Fructoselösung sation der stark übersättigten Lösung durch abwechmit solcher Geschwindigkeit eingetragen wird, daß selndes Animpfen mit Glukose bzw. Dextrose oder in der Füllmasse eine Übersättigung aufrecht- Fructose eingeleitet wird. Dabei tritt Spontankristallierhalten wird, die niedriger ist, als diejenige, bei 15 bjtion ein.

der Spontankristallisation auftritt. Um kristalline Fructose verhältnismäßig einfach zu

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekenn- erhalten wird gemäß schweizer Patentschrift 489 610 zeichnet, daß je I kg des Sirups unter Erwärmen eine wäßrige, nicht alkoholhaltige Lösung mit einem in je 0,5 bis 2,0 Liter Alkohol gelöst wird. Fructosegehalt von mindestens 95 Gewichtsprozent

3. Verfahren nach den vorhergehenden An- 10 bezogen auf Trockensubstanz, in Vakuum auf einen Sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempe- Wassergehalt von 2 bis 5 Gewichtsprozent eingedickt, ratur der Füllmasse während der Kristallisation abgekühlt, mit kristalliner Fructose angeimpft und bis auf etwa 10 bis etwa 30 C eingestellt wird. zur Bildung einer verformbaren Kristallmasse gerührt,

4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprü- die man dann erstarren läßt und zerkleinert. Dabei chen, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkohole »5 handelt es sich nicht um eine Kristallisation im cigent-Methanol, Äthanol, n-Propar..·)! oder Isopropanol liehen Sinn, da keine Abteilung der Kristalle erfolgt, verwendet werden. sondern es wird die gesamte Masse fest und dann

zermahlen oder aufgebrochen. Auch hier wird also wieder eine Spontankristallisation eingeleitet, so daß 30 die bei der Kristallisation entstehenden Kristalle sehr fein sind. Da eine Abtrennung solcher Kristalle sehr schwierig ist, verzichtet man darauf, muß aber schon

von reinen Lösungen ausgehen, da eine Reinigung

dabei nicht möglich ist, die jedoch Sinn der Kristalli-3? sation ist.

Wie nunmehr gefunden wurde, lassen sich die oben angegebenen Nachteile bei der Kristallisation von Fructose aus alkoholischer Lösung vermeiden, wenn

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver- man keine Spontankristallisation einleitet, sondern fahren zur Kristallisation von Fructose aus alkoho- 40 vorhandene Saatkristalle wachsen läßt, also praktisch lischer Lösung. keine neuen Kristalle bildet.

Da Fructose sehr leicht in Wasser löslich ist, bereitei Das Verfahren der Erfindung, bei dem die wäßrige,

die Kristallisation bei der technischen Herstellung fructosehaltige Lösung zu einem Sirup von 86 bis Schwierigkeiten. Bei 60 C löst sich Fructose zu etwa 92% Trockensubstanzgehalt eingedickt und dieser 89% und bei 20 C zu etwa 79% in Wasser. Durch 45 in Alkohol gelöst wird, besteht darin, daß die resul-Abkühlen einer bei 60 C gesättigten Fructoselösung tierende übersättigte alkoholische Fructoselösung mit auf 20 C lassen sich nur knapp 60% der darin ent- einer Temperatur von 40 bis 60° C unter Rühren in haltenen Fructose in kristallisierter Form gewinnen. eine Saatkristalle enthaltende gesättigte alkoholische Die technische Kristallisation der Fructose erfolgt Fructoselösung mit solcher Geschwindigkeit eingetradeshalb heute fast ausschließlich aus Alkohol. Dabei 50 gen wird, daß in der Füllmasse eine Übersättigung wird in der Regel so verfahren, daß man die konzen- aufrechterhalten wird, die niedriger ist als diejenige, trierte wäßrige Fructoselösung bei erhöhter Tempera- bei der Spontankristallisation auftritt,
tür in Alkohol löst, mit Fructosekristallen animpft und Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es

anschließend abkühlt. Das Animpfen bei höheren nicht nur ermöglicht, für die Kristallisation der Fruc-Temperaturen führt bei unvermeidlichen geringen 55 tose eine optimale Menge Alkohol einzusetzen, sondern Schwankungen der Temperatur oder der Konzentra- den Zucker auch in groben, gut zentrifugierbaren tion der Säfte und damit der Übersättigung zum Zeit- Kristallen zu erhalten. Die Ausbeute beträgt in einer punkt des Animpfens zu unterschiedlichen Mengen Kristallisationsstufe etwa 70 bis 80% der eingesetzten spontan gebildeter Kristalle. Die Menge dieser Kristalle Fructosemenge gegenüber nur etwa 50 bis 60% bei hat aber entscheidenden Einfluß auf die Kristall!« 60 der echten Kristallisation aus wäßriger Lösung,
sationsgeschwindigkeit und die Größe der Kristalle Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird je

bei Heendigung der Kristallisation. Wenn die Kristalli- I kg des Sirups unter Erwärmen in je 0,5 bis 2,0 Liter sationsgeschwindigkeit nicht konstant ist, läßt sich Alkohol gelöst. Die Temperatur der Füllmasse wähkcinc optimale Temperaturführung — Abkühlung der rend der Kristallisation kann in weiten Grenzen Füllmasse — durchführen. 65 schwanken, wird jedoch vorzugsweise auf etwa 10 bis

Die bekannten Verfahren /ur Kristallisation von etwa 30 C, insbesondere 15 bis 20 C, eingestellt. Als Fructose aus Alkohol haben weiterhin die Nachteile, bevorzugte Alkohole werden Methanol, Äthanol, daß große Mengen Alkohol benötigt werden, und daß n-Propanol oder Isopropanol verwendet.