174513. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fruktóz kristályosítására vizes fruktózoldatokból
174513 13 A 7A. és 7B. ábrán azt mutatjuk be, hogyan változik a 60 °C-on tárolt fruktózoldatokban képződött difruktózok és víz mennyisége a pH függvényében. A vizsgálatokat az 1,9 és 5,0 közötti pH-tartományban végeztük. A difruktózokat vékonyréteg-kromatográfiás módszerrel mutattuk ki, míg a víz mennyiségét Karl-Fischer módszerrel határoztuk meg. Látható, hogy 1,9-es pH-értékben a fruktóz igen gyorsan difruktózokká és difruktóz-anhidridekké alakul, míg 5,0 pH-értéken a képződött difruktózok mennyisége minimális. Hasonlóan nagy mennyiségű víz szabadul fel difruktóz-anhidridek képződésekor, amit a 7B. ábra mutat be. A 8. ábrán a 3,5 és 5,0 közötti pH-tartományban végzett kristályosítási műveletek hozamadatait hasonlítjuk össze egymással. A 3,5 és 4,0 közötti pH-tartományba eső hat kísérleti adat üzemi gyártási eljárásból származik. Az adatokból megállapíthatjuk, hogy a hozam nagymértékben ingadozik és viszonylag kis érték. A 4,5 és 5,0 közötti pH-tartományban végzett négy kisérlet eredményei lényegesen kevésbé térnek el egymástól, és e műveletek nagyobb — 40— 45%-os — hozamot szolgáltatnak. A 9. ábrán egy jellegzetes vékonyréteg-kromatogramot mutatunk be, ahol a fruktóz azonosítatlan lebomlási termékeinek megfelelő foltokat 1-es, 2-es, 4-es, 5-ös, 6-os, 7-es és 8-as számmal jelöltük. A 3-as számmal jelölt folt a fruktóz kromatográfiás foltja. A difruktózok gyors képződése csökkenti az oldatban lévő fruktóz koncentrációját és tisztasági fokát, így gátolja a fruktóz kristályosodását és csökkenti a kristályhozamot. Ezen túlmenően a jelenlévő difruktózok és difruktóz-anhidridek igen nagy mértékben befolyásolják a kristályosodás folyamatát; vizsgálataink szerint e vegyületek kristályosodásgátló hatást fejtenek ki. A 10. ábrán 53 kísérlet adatait foglaltuk össze. Az adatok egyértelműen igazolják, hogy a fruktózkristályok hozama növekedik, ha a fruktózoldat pH-ját körülbelül 5-ös értékre állítjuk be. A centrifugálás, szárítás és szitálás előtti összhozam körülbelül 2—3%kal növekedik. A felső görbén a hozamot az eredeti fruktóztartalom súly%-ában tüntettük fel. Megjegyezzük, hogy az oldat pH-ját a 16. sz. mintától kezdve állítottuk körülbelül 5-ös értékre. A 10. ábra alsó görbéje az egyes minták súly%-os difruktóz-tartalmát mutatja be. A difruktózok menynyiségét vékonyréteg-kromatográfiás úton határoztuk meg. All. ábra adatai a difruktóz-szintnek a kristályos fruktóz hozamára kifejtett hatását mutatják be. Amint a 11. ábra adataiból leolvasható, egyértelmű összefüggés állapítható meg a nagy difruktóztartalom és a kis kristályos fruktózhozam között. Ha a fruktóz-oldat pH-ját a kristályosítás kezdete előtt körülbelül 5-ös értékre állítjuk, az oldatok difruktóztartalma 3 súly % alatti - rendszerint 1,5 súly % alatti - érték marad. A „fruktóz oldat pH-ja” megjelölésen a körülbelül 50 súly%-os szárazanyag-tartalomig hígított oldatminták pH-ját értjük. A találmány szerinti eljárást az oltalmi kör korlátozása nélkül az alábbi példákban ismertetjük. 14 A 3 692 582 sz. amerikai egyesült .államokbeli szabadalmi leírás szerint előállított fruktózoldatot a korábbiakban ismertetett kétlépéses kristályosítási módszerrel kristályosítjuk. A kristályosítás körülményeit és eredményeit az 1. táblázatban ismertettük. Az oldat a pH-beállítás előtt 75 súly % szárazanyagot tartalmazott, amelynek 98%-a fruktóz volt. A kiindulási oldat pH-ja 3,6 volt. A bepárlási lépés előtt az oldathoz 3,5 kg nátriumkarbonátot adunk vizes oldat formájában. Az így kapott oldat pH-ja (körülbelül 50 súly % szárazanyagtartalomig hígítva) 5,0. 92,5 súly%-os szárazanyag-tartalomig végzett bepárlás után 31 m3 oldatot kristályosítunk. A kristályosítás teljes időigénye 110 óra, ebből az 1. lépés 50, míg a 2. lépés 60 órát vesz igénybe. 21 tonna kristályos fruktózt kapunk, ami a szárazanyag-tartalom 49%-ának felel meg. 1. példa 2. példa Az 1. példában ismertetett kiindulási fruktózoldatot az 1. példában megadott módon kristályosítjuk, azonban az oldathoz bepárlás előtt 4,9 kg nátrium-karbonátot adunk. Az így kapott, 5,1-es pH-értékű oldatot 92,5 súly% szárazanyag-tartalomig bepároljuk. A szárazanyag 97,0%-ban fruktózból áll. A kristályosítást két lépésben hajtjuk végre; az első lépés időigénye 50 óra, míg a második lépés időigénye 70 óra. Az oldat véghőmérséklete 38,9 °C. Termékként 21 tonna kristályos fruktózt kapunk, ami a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva 49%-os hozamnak felel meg. 3. példa Az 1. példában ismertetett összetételű fruktózoldatot az 1. és 2. példában megadott módon kristályosítjuk. Az oldat pH-ját 4,9-re állítjuk be, majd az oldatot 92,5 súly% szárazanyag-tartalomig bepároljuk. A kristályosítást két lépésben végezzük; az első lépés időigénye 60 óra, a másodiké pedig 70 óra. Az oldat véghőmérséklete 35,5 °C. Termékként 20 tonna kristályos fruktózt kapunk, ami a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva 48%-os hozamnak felel meg. 4. példa Az 1. példában ismertetett összetételű kiindulási fruktózoldatot az 1-3. példában közölt módon kristályosítjuk. Az oldat pH-ját 4,5-re állítjuk be, majd az oldatot 92,5 súly% szárazanyag-tartalomig bepároljuk. A kristályosítást két lépésben végezzük; az első lépés 60 órát, míg a második lépés 70 órát vesz igénybe. A kristályos fruktózt a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva 44%-os hozammal kapjuk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 7
