Способ получения глюкозо-фруктозного сиропа

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛЮКОЗОФРУКТОЗНОГО СИРОПА путем контактирования раствора глюкозы с катализатором , представляющим собой глюкозоизомеразу, адсорбированную на двуокиси кремния, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса и увеличения срока службы каталиг затора, исходный раствор предварительно подвергают контактированию с брикетами из двуокиси кремния или алюмосиликата при соотношении масс катализатора и указанных брикетов 1:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1194286 А (51) С 12 Р 19/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТКРЫТИЙ с :с,;, „. ".-Г ":."1 е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!,: 1

К ПАТЕНТУ (21) 3526949/28-13 (22) 09. 11. 82 (31) P 3148603. 7 (32-) 09. 12. 81 (33) (46) 23,11.85. Бюл. М 43 (71) Кали-Хеми AI" (DE) (72) Гюнтер Вейденбах, Дирк Бонзе и Борис Мейер (ПЕ) (53) 663.53(088.8) (56) Патент ФРГ 9 2726188, кл. С 07 G 7/02, опублик. 1978. (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛЮКОЗОФРУКТОЗНОГО СИРОПА путем контактирования раствора глюкозы с катализатором, представляющим собой глюкозоизомеразу, адсорбированную на двуокиси кремния, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности процесса и увеличения срока службы катали-, затора, исходный раствор предварительно подвергают контактированию с брикетами из двуокиси кремния или алюмосиликата при соотношении масс катализатора и указанных брикетов 1: (1-3) .

2. Способ по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что процесс ведут при соотношении масс катализатора и брикетов из двуокиси кремния или алюмосиликата 1:1 °

1194286

Изобретение касается способа приготовления раствора, содержащего глюкозу и фруктозу, путем преобразования раствора глюкозы на катализаторе, -который создан на основе носителя Si8 и обладает глюкозоизомеразной активностью..

В последнее время ферментативное превращение глюкозы в глюкозофруктозную смесь имеет все более возрастающее значение. При этом такая смесь реализуется главным . образом, в виде сиропа, называемого изомерозой, и прежде всего предназначена заменить в пищевой и безалкогольной промышленности более дорогой и все реже встречающийся в мире кристаллический сахар (тростниковьй, сахар, свекольный сахар, сахарозу), полученный из стростника или сахар ой свеклы. В качестве источника глюкозы, необходимой для приготовления глюкозофруктозной смеси, служат натуральные крахмалы, например кукурузный и картофельный крахмалы, которые преобра-. зуются в глюкозу посредством кислого или ферментативного гидролиза.!

О

Для ферментативного превращения глюкозы во фруктозу используют водный раствор глюкозы, при необходимости с добавлением веществ, способствующих иэомеризации (например, ионов кобальта или магния), при воздействии которых можно достиг- 35 нуть заданной степени иэомеризации, после чего введенные добавки иэ раствора выделяют, а раствор сгущают до консистенции сиропа.

Целью изобретения является повы- 40 шение производительности процесса и увеличение срока службы катализатора.

Способ приготовления предлагае- мого раствора, содержащего глюкозу 45 и фруктозу, основан на том, что раст вор глюкозы (субстрат) пропускают через реактор, в котором имеется катализатор-носитель с глюкозоизомеразной активностью, причем исход- 50 ный раствор предварительно подвергают контактированию с брикетами из двуокиси кремния или алюмосиликата при соотношении масс катализатора и указанных брикетов 1:(1-3), пре- 55 имущественно 1:1.

Конкурентоспособность изомераэы по отношению к натуральной сахарозе наряду с ценой, главным образом, определяется содержанием фруктозы, так как это является мерилом сладости. В противоположность натуральной сахарозе, дисахарозу из глюкозы и фруктозы, в которой молекулярное соотношение глюкозы и фруктозы 1:1, содержание глюкозы .и фруктозы в изомеразе и, следовательно, ее сладость колеблются и зависят от времени действия глюкозоизомеразы на раствор глюкозы и от температуры, при которой это воздействие имеет место. Термодинамическое равновесие, которое а максимально достигается при 60 С спустя достаточно длительное время, имеет место при степени изомеризации

51Х, т.е. на 100 введенных молекул глюкозы приходится 51 молекула фруктозы. Известная изомераза содержит

42Х фруктозы в сухой субстанции. Так как содержание глюкозы технического исходного продукта составляет 90-95Х, на практике необходимо иметь степень изомерпзации 44-47Х для достижения указанной концентрации фруктозы. Чтобы достигнуть такой степени изомеризации, катализаторы на носителе с глюкозоиэомеразной активностью могут иметь только определенную объемную скорость, соответствующую их активности. Современные высокоактивные катализаторы могут перемещаться с начальной объемной Скоростью от 10 до 20 yq °

С увеличением времени обработки активность известных катализаторов снижается более или менее быстро в зависимости от температуры реакции.

Продолжительность эксплуатации катализатора с глюкозоизомераэной .активностью на основе Я О -можно увеличить более, чем вдвое, если раствор глюкозы перед реакцией на катализаторе-носителе контактирует

c брикетами Б10 или алюмосиликата.

Соотношение масс катализатора и брикетов изменяется в интервале 3:1

1:3, предпочтительно равно 1:1.

При таком способе производительность катализатора также удваивается. Производительность определяется количеством субстрата, в расчете на сухую субстанцию (кг), которое при заданной степени изомеризации может .быть обработано 1 кг катаюшзатора до его остаточной активности, равной 2ОХ начальной активности.

1194286 4 римых солей, например,хлориды или сульфаты, в количестве О, 1-2 ррм Co(ZI) и в количестве 10-200 ррм Mg (II) .

Является также предпочтительным

5 в раствор глюкозы добавлять стабилизирующее количество антиокислителя, преимущественно SiO в количестве

100-600 ррм в форме сульфитов или бисульфитов щелочных металлов.

1р До концентрирования раствора глюкозы и фруктозы в сироп или до окончательного применения раствора рекомендуется удалять иэ него нежелательные ионные компоненты, на1 .пример ухудшающие вкус, посредством анионитов и катионитов.

Пример 1. 5 r катализатораносителя с глюкозоизомераэной активностью вводят в реактор, перед которым имеется колонна, в котором находится 5 r товарного, водоупорного, пористого, шаровидного алюмосиликата (например, типа КСТ WS Kali-Chemic Ag, содержащий 97 вес. SiOg u

3 вес. . A(0 ). Через эту систему насосом нагнетается раствор глюкозы, нагретый до 60 С. Объемная скорость (относится к объему реактора, занятому катализатором), устанавливается такой, чтобы степень иэоме« ризации в течение всего времени работы постоянно была 46,5Х. Степень изомеризации вытекающего субстратного раствора измеряется поляриэометрическим методом. Катализатор, наполнитель предварительной ступени (колонны) и способ характеризуется следующими параметрами:

1. Катализатор

i.1 носитель Si0

4О 1.2 активность, U/r 9000

1.3 зернистость,мм 0,1-0,2

1.4 насыпной вес (cyxoro)

2. Наполнитель

4 колонны

2.1 материал

0,45 кг/1

КСТ-WS (Kali-Chemic Ag) 2.2 размер зерен, 2.3 насыпной вес (сухого), кг/1 .3. Способ

3.1 субстрат

1-2

0,70

3.2 добавки

В устройстве для непрерывного процесса преобразования глюкозы во фруктозу, в котором наряду с реактором для катализатора-носителя с глюкозоизомеразной активностью содержатся еще такие необходимые элементы, как запасной и приемный резервуары, трубопроводы, насосы, измерительные приборы, регуляторы . температуры перед реактором имеется колонна для брикетов SiO èëè алюмосиликата. При этом объем колонны по отношению к объему реактора должен быть таким,.чтобы с учетом насыпных весов катализатора и материала, заполняющего колонну, соотношение их масс имело .указанные значения.

Предлагаемый способ непрерывного действия осуществляется таким образом, что водный раствор глюкозы, в котором содержание сухого вещества составляет преимущественно 40-50 и имеющий РН 7-8,5, раствор подогревается до 55-60 С и после этого нагнетается насосом через колонну предварительной обработки с

SiO@ или с алюмосиликатом и далее через реактор, заполненный катализатором-носителем на основе SiOt с глюкозоизомеразной активностью.

Стекающий раствор глюкозы и фруктозы на определенных промежутках анализируется на содержание фруктозы, например посредством поляриметрического анализа и НТ С. Объемная скорость катализатора устанавливается такой, чтобы в стекающем растворе содержание фруктозы составляло 42 вес. от сухого вещества.

Наиболее предпочтительно, чтобы размер частиц материала, находящегося в колонне для предварительной обработки бып 0,5-5,0 мм и размер частиц катализатора-носителя 0,080 5 мм.

В том случае, если для приготовления катализатора-носителя с глюкозоизомеразной активностью применяется Streptomyces Albus глюкозонэомераза, наиболее целесообразно иметь значение РН раствора 7,0-8,5 и нагревать этот раствор до 55-65 С.

Кроме того, при применении

Streptomyces A1bus глюкозоизомераэы для ускорения изомеризации оказывается благоприятным враствор глюкозы добавлять ионы Со (II) и Mg (II), предпочтительно в виде их воднораство45 вес.X глюкозы в. водном растворе

120 ррм N j (é ji)! Ррм Сб (Ц ) 200 Ррм SOj(в йа 80з).

1194286

7,5

47,2 (относительно начальной активности)

12.500 кг TS с 46,5Х фруктозы/кг катализатора.

44 (по отношению к начальной активности

100K) производительность после 1700 ч

Составитель О.Скородумова

Техред С.Мигунова Корректор Е.Рошко

Редактор В.Иванова

Заказ 8119 Тираж 524 Подписное

BHHHIIH"Ãîñóäaðñòâåííîão комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3.3 рН

3.4 плотность субстрата, кг/1 1,2

3,5 температура субстрата на входе, С 60

3.6 степень изомеризации, Х 46,5

3 ° 7 начальная объемная скорость, ч " 13,0

4. Определение активности раствора глюкозоизомераэы .

Активность раствора глюкозоизомераэы, предназначенного для пропитки катализатора, определяется методом Takasaki. Единица активности (U) определяется количеством фермента, при помощи которого в инкубационных условиях образуется

1 мг фруктозы.. !

Инкубационные условия: температура, С 65 время реакции, ч 1 субстрат . 0,1 глюкозы

Н О (Merck

8342) в 0,5 m фосфатного буфера,рН 8,0,с

0,0004m И@ЯО

Получают следующие результаты: период полураспада, ч 1300 время работы до остаточной активности

20Х ч 3800 средняя активность после, Х

3800 ч работы производительность 26.000 кг TS после 3800 ч работы с 46,5Х фруктозы) кг катализатора

Пример . 2. 5 r каталиэатораносителя по примеру 1 вводились в реактор, перед которым имеется колонна, содержащая 10 г товарного шаровидного, водоупорного, пористого

Я О (например, типа AF 125 der.

Kali-Chemic Ag, в котором содержание SiO составляет более 99 вес,Х), Способ осуществлялся; также, как и в примере 1. Наполнитель колонны

15 имел следующие характеристики:

1. Материал AF 125 (KaliChemie Ag)

2. Раэме зе ен 1 2

P P p мм

20 3. Насыпной вес (сухого), кг/л 0,45

Результаты были идентичны результатам примера 1.

Пример 3. Для сравнения опыт проводят с катализатором, соответствующим примеру 1, однако без предварительной ступени обработки в колонне,и припрочих равных условиях.

Получают следующие результаты:

ЗО время. полураспада, ч 670 время работы до достижения 20Х-ной . остаточной актив— ности, ч средняя активность после 1700 ч, Х