FI72742B - Foerfarande foer framstaellning av sirap med hoejt fruktosinnehaoll. - Google Patents

Description

72742

Menetelmä korotetun fruktoosipitoisuuden omaavan siirapin valmistamiseksi

Keksintö tarkoittaa menetelmää korotetun fruktoosipitoisuuden omaavan siirapin valmistamiseksi korotetun glukoosipi-toisuuden omaavasta glukoosisiirapista isomeroimalla.

On tunnettua valmistaa fruktoosisiirappia korotetun, esim. 95 %:n glukoosipitoisuuden omaavasta glukoosisiirapista, jonka kuiva-ainepitoisuus on noin 40 %, kuljettamalla puhdistettua glukoosisiirappia kiinteitä, isomeroituja entsyymejä sisältävän kolonnin läpi.

Kolonnin läpikulun aikana osa glukoosista muuttuu fruktoosiksi ja täten voidaan valmistaa fruktoosipitoista siirappia, jonka koostumus kuiva-aineeseen perustuen on esim. seuraava: 42 % fruktoosia, 53 % glukoosia ja 5 % korkeampia sakkariideja sekä noin 40 %:n kuiva-ainepitoisuus.

Tämä vastaa noin 44 %:n invertointiastetta. Invertointi-• asteella tarkoitetaan sitä glukoosin määrää, joka muuttuu : fruktoosiksi.

: Täten syntynyt fruktoosisiirappi puhdistetaan normaalisti ioninvaihtimilla ja/tai hiilikäsittelyllä ja puhdistettua siirappia haihdutetaan noin 71 %:n kuiva-ainepitoisuuden aikaansaamiseksi. Täten valmistettua siirappia on kaupan fruktoosisiirapin, isosiirapin tai HFCS (High Fructose Corn Sirup) nimillä.

: Teoreettisesti on mahdollista valmistaa yllämainitun kal taisesta glukoosisiirapista sellaista siirappia, jonka kuiva-aineen fruktoosipitoisuus nousee 45 %:iin, mutta koska isomerointi on palautuva prosessi niin tällöin vaadittaisiin niin suuria määriä isomeraasientsyymejä, että sellaisen siirapin valmistaminen on vailla taloudellista mielenkiintoa.

2 72742

Fruktoosisiirappi kilpailee monella alueella suoraan sokerin (sakkaroosin) tai siitä valmistetun inverttisiira-pin kanssa. Inverttisiirappi käsittää 50 % fruktoosia ja 50 % glukoosia. Koska fruktoosin makeuttamiskyky on korkeampi kuin glukoosin niin ylläselostetun, 42 % fruktoosia sisältävän fruktoosisiirapin makeuttamiskyky on hieman sokerin tai siitä valmistetun inverttisiirapin makeuttamis-kykyä alempi.

Sen takia on kehitetty tunnettuja menetelmiä yli 50 % omaavan fruktoosipitoisuuden, kuiva-aineesta laskien, omaavan fruktoosisiirapin valmistamiseksi esim. 42 % fruktoosia sisältävästä fruktoosisiirapista siten, että tämän tuotteen makeuttamiskyky on yhtä suuri tai korkeampi kuin sokerin tai siitä valmistetun inverttisiirapin.

Nämä menetelmät ovat periaattessa perustuneet jakotisla-ukseen joko kromatografisesti erityisiä kationivaihtimia tai erikoista absorptioainetta käyttäen.

Kummassakin prosessissa saadaan pääasiallisesti 3 jaetta, yksi suuremman sakkariidipitoisuuden omaava jae, yksi kohonneen glukoosipitoisuuden omaava ja yksi kohonneen fruktoosipitoisuuden omaava jae. Kummallakin prosessilla saadaan halutut tuotteet, esim. 55 % tai enemmän fruktoosia sisältävää fruktoosisiirappia. Menetelmä merkitsee kuitenkin kummankin menetelmän suhteen suurta veden laimentumista niin, että energian tarve nousee valmiin siirapin valmistuksen yhteydessä olevassa haihduttamisessa erittäin voimakkaasti.

Voidaan esimerkiksi mainita, että 42 %:n fruktoosipitoisuuden omaavaa 100 kg:a fruktoosisiirappia valmistettaessa on haihdutettava 75 kg vettä. Mikäli yllämainittuja prosesseja käyttäen on valmistettava 55 % fruktoosia sisältävää fruktoosisiirappia, on sen sijaan poistettava 240 kg vettä 100 kg:a siirappia valmistettaessa.

3 72742

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada yllämainitun kaltainen, taloudellinen ja energian suhteen suotuisa menetelmä, jolla voidaan valmistaa sellaista siirappia, jonka kuiva-aineen fruktoosipitoisuus on 45 % tai enemmän.

Tämä tavoite saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, mikä menetelmä on tunnettu siitä, että glukoosisiirappi sekoitetaan sellaiseen kiteytymistuotteeseen, joka sisältää hajotettua fruktoosia ja glukoosia sekä glukoosikiteitä homogeenisen liuoksen aikaansaamiseksi, että liuos iso-meroidaan isomeraasientsyymien avulla, että isomeroitua tuotetta kuivataan ja siihen ympätään ymppiainetta, joka sisältää glukoosikiteitä, että ympätty seos jäähdytetään glukoosin kiteyttämiseksi, että valmistettu tuote erotetaan kiteytymistuotteeksi, josta ainakin osa kierrätetään takaisin ja sekoitetaan glukoosi-siirapin kanssa,ja korotetun fruktoosipitoisuuden omaavaksi siirapiksi .

Keksintö perustuu tietoon siitä, että isomeroidun glukoo-sisiirapin fruktoosipitoisuus glukoosia kiteytettäessä voi lisääntyä olennaisesti, ja että palauttamalla kiertoon irronneita kiteitä ja sekoittamalla nämä glukoosisiirap-piin voidaan yksinkertaisella tavalla saada sekä suurempi väkevöityminen että suurempi glukoosipitoisuus isomeroi-tavaan siirappiin ja sen seurauksena tyydyttävä fruktoosi-tuotto..

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa jopa 70 %:n fruktoosipitoisuuteen yltävää siirappia.

Nimityksellä "korotetun glukoosipitoisuuden omaava glukoosisiirappi" on tässä ymmärrettävä sellaisia glukoosi-siirappeja, jotka sisältävät vähintään 93 % ja mieluummin 95-98 % glukoosia.

4 72742

Mieluummin käytetään puhdistettua glukoosisiirappia. Glukoosisiirapin puhdistaminen suoritetaan tarkoituksenmukaisesti suodattamalla, jota seuraa ioninvaihto ja mahdollisesti hiilikäsittely.

Glukoosisiirappi sekoitetaan, kuten mainittu seuraavassa vaiheessa valmistetun kiteytymistuotteen kanssa ja täten saatuun seokseen kohdistetaan isomerointi, isomeroitujen entsyymien, mieluummin kiinteiden isomeraasientsyymien avulla, esim. sellaisten entsyymien, joita on kaupan "Sweetzyme", "Taka-Sweet" ja "Maxazyme GI-Immob" nimillä.

Isomeroiminen kiinteillä entsyymeillä suoritetaan perinteellisellä tavalla kuljettamalla seos kiinteitä entsyymejä sisältävän kolonnin läpi.

Kolonnin läpikulun jälkeen isomeroidun tuotteen koostumus on tavallisesti kuiva-aineesta laskien seuraava: 42 % fruktoosia, 54 % glukoosia ja 4 % korkeampia sakkariideja, joka vastaa 43,8 %:n invertointiastetta verrattuna 44,2 %:n invertointiasteeseen, mikä vaaditaan saman fruktoosipi-toisuuden aikaansaamiseksi 95 %:n glukoosipitoisuuden omaavasta lähtömateriaalista.

Isomeroitu tuote joutuu sen jälkeen tarkoituksenmukaisesti ioninvaihtimille ja mahdollisesti hiilikäsittelyllä suoritettuun puhdistukseen. Sen jälkeen puhdistettua siirappia haihdutetaan 75-80 %:n kuiva-ainepitoisuuden saavuttamiseksi .

Haihdutettuun tuotteeseen ympätään sen jälkeen glukoosi-kiteitä sisältävää ymppia.inetta ja mieluummin käytetään kiertoon palautettua kiteytymistuotetta. Sen jälkeen suoritetaan ympätyn tuotteen jäähdyttäminen esim. 35°C:en lämpötilaan ja sen jälkeen lisäjäähdy-tys esim. 15°C:n lämpötilaan.

72742 5

Kiteytymisen aikana, joka tavallisesti vaatii 60-100 tuntia, siirapin ja kiteiden seosta sekoitetaan. Kiteytymistä voidaan arvioida esim. ottamalla näytteitä, kiteitä suodattamalla ja mittaamalla emäliuoksen fruktoosipitoi-suutta.

Fruktoosipitoisuuden saavutettua halutun arvon, esim. 55 % fruktoosia kuiva-aineesta, erotetaan kiteet, esim. suodattamalla suodatinpuristimella tai linkoamalla, jolloin saadaan haluttu fruktoosipitoinen siirappi. Tämän siirapin kuiva-ainepitoisuus on tavallisesti 70-75 % ja kuiva-aineen sokerikoostumus on seuraava: 55 % fruktoosia, 38 % glukoosia ja 7 % korkeampia sakkariideja. Tämä pätee vain niissä tapauksissa, joissa erotettua kidemassaa ei palauteta kiertoon. Kierrättämällä kidemassa takaisin sekoitusvaibeeseen isanerointia varten aikaansaadaan vähitellen sellainen fruktoosipitoinen siirappi, jonka kuiva-aineen koostumus on seuraava: fruktoosia 55 %, glukoosia 40 % ja korkeampia sakkariideja 5 %.

Osaa erotetuista kiteistä esim. noin 10 % voidaan kuten mainittu käyttää ymppimateriaalina yllämainittua haihdutettua isomeroitua tuotetta ympätessä.

Aina 50-55 %:n fruktoosipitoisuuden omaavien siirappien kiteytymisnopeus juoksevassa vaiheessa (kuiva-aineesta) on ajan lineaarinen funktio. Kidesisältö aiheuttaa näennäisen viskositeetin lisääntymisen kidemassassa, minkä tuloksena on kiteytymisnopeuden alaneminen.

Erottamalla osa valmistetuista glukoosikiteistä ja palauttamalla juokseva fruktoosimainen vaihe kiteytymiseen on mahdollista jatkaa kiteyttämistä kiteytymisnopeuden alentumatta ja saavuttaa täten kiteyttämisajän väheneminen ja/tai korotetun fruktoosipitoisuuden omaavan tuotteen, esim. 70 %:n fruktoosipitoisuuden kuiva-aineesta.

72742

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin seuraavaan esimerkkiin viitaten, joka valaisee keksinnön mukaista edullista menetelmää.

Esimerkki 1000 kg puhdistettua 95 %:n glukoosipitoisuuden omaavaa glukoosisiirappia, jonka koostumus on seuraava: fruktoosia 0 %, glukoosia 95 %, korkeampia sakkariideja 5 % sekoitettiin 667 kg:n kidemassaan, jonka kuiva-aineen koostumus on seuraava: 21 % fruktoosia, 77 % glukoosia, josta 14 % oli liuoksena ja loput kiteinä (glukoosimonohydraattiki-teinä) sekä 1,8 % korkeampia sakkariideja. Yhdistettäessä glukoosimonohydraattikiteet liukenivat ja aikaansaatiin seos, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 40 % ja koostumus seuraava: 8 % fruktoosia, 88 % glukoosia ja 4 % korkeampia sakkariideja. Seosta isomeroitiin ja sitä haihdutettiin ja saatiin tuote, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 75 % ja kuiva-aineen koostumus seuraava: 41,9 % fruktoosia, 54,3 % glukoosia ja 3,8 % korkeampia sakkariideja. Haihdutettuun seokseen, joka sisälsi 1667,0 kg kuiva-ainetta lisättiin sen jälkeen kidemassaa, joka sisälsi 83,4 kg kuiva-ainetta ja jonka kuiva-aineen koostumus oli seuraava: 21,0 % fruktoosia, 77,1 % glukoosia, josta 62 % oli kiteinä ja 1,9 % korkeampia sakkariideja, jolloin syntyi seos, jonka kuiva-aine sisälsi 1750 kg ja koostumus oli seuraava: 41 % fruktoosia, 55,3 % glukoosia, josta 3 % oli kiteinä ja 3,7 % korkeampia sakkariideja.

Sen jälkeen seosta jäähdytettiin ja kiteytymisen loputtua oli glukoosin määrä kiteinä 26,8 %, lopun glukoosimäärän ollessa jatkuvasti liuenneessa tilassa.

Sen jälkeen suoritettiin erottelu sellaisen kidemassan muodostamiseksi, jonka kuiva-aineen määrä oli 750,4 kg ja emäliuoksen kuiva-aineen määrä oli 1000 kg. Emäliuok-sen kuiva-aineen koostumus oli seuraava: 56 % fruktoosia, 39 % glukoosia ja 5,0 % korkeampia sakkariideja.

72742 7

Kidemassa jaettiin kahteen annokseen, joista toinen 83,4 kg kuiva-aineena, kuten yllä mainittiin palautettiin kiertoon ymppimateriaalina ja toinen 667 kg kuiva-aineena palautettiin kiertoon ja sekoitettiin 95 %:n glukoosipitoi-suuden omaavaan siirappiin.

Claims (8)

72742

1. Menetelmä korkeamman fruktoosipitoisuuden, vähintään 45 %, omaavan siirapin valmistamiseksi suuren glukoosipitoi-suuden omaavasta glukoosisiirapista isomeroimalla, tunnettu siitä, että glukoosisiirappi sekoitetaan sellaisen kiteyttä-mistuotteen kanssa, joka sisältää liuotettua fruktoosia ja glukoosia sekä glukoosikiteitä homogeenisen liuoksen muodostamiseksi, että liuos isomeroidaan isomeraasientsyymien avulla, että isomeroitua tuotetta haihdutetaan ja siihen ympätään glukoosikiteitä sisältävää ymppiainetta, että ympätty seos jäähdytetään glukoosin kiteyttämiseksi, että syntynyt tuote erotetaan korotetun fruktoosipitoisuuden omaavaksi siirapiksi ja kiteytymistuotteeksi, josta edullisesti ainakin osa palautetaan kiertoon ja sekoitetaan glukoosisiirapin kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa kiteytymistuotteesta palautetaan kiertoon ja käytetään ymppiaineena.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään 93-98 %:n glukoosipitoisuuden omaavaa glukoosisiirappia.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että isomeroitua tuotetta puhdistetaan ennen haihduttamista ja ymppäämistä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että isomeroitua tuotetta haihdutetaan 75-80 %:n kuiva-ainepitoisuuteen .

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu o .... siitä, että ympätty seos jäähdytetään 15-30 C:n lämpötilaan. 9 72742

7. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ymppiaineena käytetään noin 10 % ki-teytymistuotteesta.

8. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiteytymisen aikana joko jatkuvasti tai jaksottain suoritetaan kiteiden suodatusta ja suodatteen palauttamista kiertoon jatkuvaan kiteyttämiseen.