розділ 15

15.6.2.12. Виробництво фруктозосодержащіх речовин

Фруктоза кристалічна [8]

Фруктоза (левулоза) належить до кетогексозам. Фруктоза в порівнянні з глюкозою більш лабільна при дії кислот і підстав.

За ступенем солодощі і фізіологічною дією фруктоза перевершує глюкозу і сахарозу (розд. 15.6) [139]. Метаболізм фруктози в організмі людини, на відміну від глюкози, проходить по іншому механізму, що дозволяє в помірній кількості вживати її навіть хворим на цукровий діабет.

Існує кілька способів отримання фруктози [54]: гідроліз сахарози, ізомеризація глюкози, гідроліз фруктозосодержащіх полімерів.

З розчинів, що містять інші вуглеводи, фруктоза може бути виділена різними способами [140].

У промислових умовах кристалічну фруктозу отримують з гідролізатів сахарози або глюкозно-фруктозних сиропів, отриманих изомеризацией гідролізатів крохмалю.

Найбільш перспективним є виробництво фруктози з сахарози або крохмалю із застосуванням іонообмінної технології. За цим способом гідроліз сахарози проводиться за допомогою іонообмінної смоли. Крохмаль гидролизуют, і ізомеризується глюкозу із застосуванням ферментів. Поділ ізомеризату на окремі компоненти потім здійснюється хроматографічним методом на полістіролсульфонатном катионите в Са-формі.

Принципова схема отримання фруктози і глюкози з сахарози і крохмалю приведена на рис. 15.6.54.

Мал. 15.6.54. Схема отримання фруктози і глюкози [54]

Згідно з наведеною схемою, розчин цукру 50% концентрації спочатку піддають ионообменной очищення для видалення головним чином мінеральних несахаров. Очищений розчин потім піддають інверсії і хроматографічному поділу. Для проведення цих операцій доцільно використовувати хроматографическую колонку з катионитом, яка не повністю насичений Са 2+. Якщо інверсія здійснюється окремо, то хроматографічне розділення проводять на катионите, повністю перекладеному в Са-форму. Відбір глюкозной і фруктозно фракцій з колонки проводять так, щоб вони мали чистоту 95%.

Застосування фруктози, отриманої з сахарози як підсолоджуюча речовини, дозволяє замінити 3/4 сахарози. З сахарози крім фруктози виходить також глюкоза з виходом 50%. Глюкоза може бути використана, наприклад, для виробництва вітаміну С.

Переробка крохмалю з отриманням фруктозосодержащіх розчинів розглянута далі.

Глюкозно-фруктозні сиропи [17, 141]

Як субстрат для ізомеризації використовують розчини глюкози концентрацією 35-50%. Кожен ферментний препарат має свій оптимум рН, який визначається експериментально, в основному, в межах 7,5-8,2. Оптимальне значення температури для більшості препаратів лежить в області 58-65 ° С.

Вплив температури на процес ізомеризації глюкози [134]

Концентрація фруктози після ізомеризації,%

Процес отримання фруктозосодержащіх продуктів з крохмалю представлений у вигляді схеми на рис. 15.6.55. Він включає етапи гідролізу крохмалю, ізомеризації глюкози, виділення фруктози.

Мал. 15.6.55. Принципова технологічна схема отримання з крохмалю
глюкозно-фруктозного сиропу [17]

Відповідно до розробленої технологією 38-40% суспензію кукурудзяного крохмалю змішують з рециркулирующим частиною розрідженого крохмалю і проводять двухстадийное розрідження крохмалю ферментним препаратом (основний фермент - # 945; -амилаза) з розрахунку 0,02 мас. % Препарату від маси СВ. Крохмальної молоко шнековим насосом зі збірки подається в інжектор, призначений для швидкого нагрівання суспензії гострою парою. Нагріте крохмальний клейстер (110 ° С) подається в видержіватель, де підтримується тиск 0,3-0,4 МПа, потім в ємність-розчинник, де через скипання відбувається додаткова деструкція крохмалю. Тривалість витримування в Разжижителі - 15-30 хв (100 ° С). Ступінь гідролізу на першій стадії становить 2-3% РВ. Частково гідролізований крохмаль подається в інжектор, в якому сироп нагрівається до 140 ° С і впорскується в випарник. Температура в випарнику встановлюється 85-90 ° С, і звідти сироп подається на другу сходинку розрідження, іноді звану стадією декстринізації. У сироп після випарника подається фермент # 945; -амилаза; зазвичай на цю стадію дається 2/3 всієї норми ферменту. В кінці другого ступеня розрідження (1,5-3 ч) ступінь оцукрювання досягає 14-17% РВ.

Осахаренний сироп направляють на станцію механічного фільтрування для видалення нерозчинних домішок.

Від розчинних домішок розчин очищають вугільної та іонообмінної очищенням. Вугільна очищення проводиться зазвичай в два етапи. Загальний витрата порошкоподібного вугілля становить 10-15 кг / 1 т СВ. На стадії очищення глюкозних гідролізатів використовується близько 40% загальної кількості вугілля, для очищення фруктозосодержащіх сиропів - 60%. При використанні гранульованого вугілля сорбент може бути регенерований водяною парою при 600-800 ° С і використаний повторно.

Очищений від фарбувальних речовин і частини розчинних домішок глюкозний сироп надходить на іонообмінну очищення. Зазвичай використовуються сульфостірольние катіоніти і слабоосновние аніоніти, наприклад КУ-2-8 і АНТ-Е21. Колони з іонітами зазвичай працюють попарно - сироп послідовно проходить катионо- і аніонообменнік.

Основною операцією виробництва УКРІНФОРМ є ізомеризація глюкози у фруктозу, яку проводять з використанням ферментних препаратів глюкоізомерази, закріплених (іммобілізованих) на твердій основі, наприклад [143]: оксид титану - 30%, ДЕАЕ-целюлоза - 30%, полістирол - 40%. Оптимальними умовами для ізомеризації є: 55-57 ° С, рН = 7,5 ÷ 7,8. Інгібіторами глюкоізомерази є кисень, іони кальцію, міді, нікелю, цинку і деякі інші домішки. Для стабілізації ферменту додають солі магнію і гідросульфіт натрію. Зазвичай на изомеризацию подається сироп концентрацією 40-45% СВ.

Тривалість контактування сиропу з ферментом становить 20-24 год, витрата ферменту - 0,07-0,1 мас. % Від маси СВ. Для активації ферменту перед изомеризацией в сироп додають MgSO4 (0,025-0,015 моль / л) або CoSO4 (0,0003-0,003 моль / л), а для придушення мікрофлори - бисульфит натрію або калію (0,008-0,016 мас.% Від маси СВ) .

Внаслідок оборотності реакції рівновага встановлюється при еквімолярних співвідношенні глюкози і фруктози; на практиці реакцію припиняють після досягнення концентрації фруктози, яка дорівнює 40-42% від маси СВ. Глюкоізомеразу використовують протягом 28-30 діб. після чого вона втрачає свою активність, і її виводять з виробництва. Після ізомеризації сироп очищають іонітами (катионит ® анионит) від солей жорсткості і знебарвлюють активним вугіллям; потім розчин фільтрують, концентрують до 70-74% СВ під вакуумом і охолоджують до 25-30 ° С.

Застосування ГФС 42 в деяких випадках ускладнюється утворенням осаду глюкози. Для запобігання кристалізації глюкози сироп збагачують фруктозно фракцією і отримують ГФС 55. За солодощі ГФС 55 трохи перевищує сахарозу, і утворення осаду глюкози в ньому в період зберігання при звичайних умовах не відбувається.