203258. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fruktóz vizes oldatából fruktózkristályok előállítására
1 HU 203 258 A 2 A találmány fruktóz vizes oldatából fruktózkristályok előállítására szolgáló eljárásra vonatkozik. A fruktóznak a táplálkozásban betöltött fontos szerepe közismert, előállítására többféle nyersanyagot használnak, nevezetesen szaharózt, vagy kristályos formában, vagy pedig oldatban, például melaszban; izomerizált keményítő szörpöt (izomerózt), valamint inulint, amelyet csicsókagumó kivonatolása után nyernek. Az ilyen inulin hidrolizátumában az összes cukor 70-851% fruktózból áll. A fent felsorolt nyersanyagokból, illetve azok hidrolizátumaiból a kristályosításra alkalmas nagy tisztaságú oldatok előállítása történhet elválasztási eljárással, komplex képzési eljárással, valamint enzimes eljárással. A gyakorlatban az elválasztási eljárásoknak van jelentőségük, amelyek közül az iparban két módszer honosodott meg: a fruktóz lecsapása kalciumfruktozát formájában, valamint az oszlopkromatográfiás szelektív elválasztás. A kristályosításra szánt fruktózoldattól általában megkövetelik, hogy szárazanyag-tartalmának legalább a 95%-át fruktóz képezze, és ne tartalmazzon kristályosítást gátló (nagyobb molekulatömegű) szennyeződéseket. Fruktózoldatból kristályosítással való kinyerésére irányuló eljárások ismerhetők meg például az 1163307. és a 2015571. számú NSZK, az 505202. számú svájci, a 407947. számú szovjet, a 4246347. számú USA, a 2154951. számú francia, valamint a 7332661. számú japán szabadalmi leírásokból. Ezek szerint az oldatot nagymértékben - általában 1-5% víztartalomig - besűrítik, majd alkohollal való összekeverés után hőkezeléssel választják ki a kristályokat. A felsorolt szabadalmi leírásokban ismertetett megoldások a besűrítés mértéke, az alkohol neme (metanol, etanol, propanol) és aránya, a kristályokkal való beoltás módja, valamint a hőmérséklet-vezetés tekintetében térnek el egymástól. A 166641. számú magyar szabadalmi leírásból megismerhető megoldás szerint megfelelő tisztaságú, és megfelelő szárazanyag-tartalomra besűrített fruktózoldathoz - amelynek a hőmérséklete ekkor az éppen telített, vagy enyhén telítetlen állapotnak felel meg - meghatározott módon számított mennyiségű oltókristály hozzáadásával indítják meg a kristályosítást. A továbbiakban a műveletet úgy folytatják, hogy a péphez újabb besűrített fruktózoldatot adagolnak, közben a pépet hűtik. Végül az anyaszörptől a kristályokat szűrőcentrifugával választják le. A 174513. számú magyar szabadalmi leírás tárgya a fenti módszer továbbfejlesztésének tekinthető technológia, és tartalmazza az oldat pH-jára, a fruktózoldat telítettségét előidéző hőmérséklet-tartományára, az oltókristályok mennyiségére és egyéb paraméterekre vonatkozó pontosított adatokat. A túltelítési tényezőt a hűtés során 1,1 -1,2 között tartják. A fent ismertetett megoldások hátránya, hogy a bonyolult hűtési (kristályosítási) szabályozás ellenére sem kerülhető el a pépnek a kristályosítás során a labilis tartományba kerülése, aminek az a következménye, hogy az oldott fruktóz ellenőrizhetetlenül, robbanásszerűen válik ki, mégpedig általában a hűtőfelületre, ami a hőátadás hatékonyságát a hűtés során jelentősen rontja. A hűtőfelület csak bonyolult műszaki megoldással újítható meg. A kristályosítás időtartama (az üzemeltetési idő) meglehetősen hosszú, általában 48-72 óra között van; a kristályosító berendezések bonyolultak, általában szakaszos üzemvitelűek, az eljárások gazdaságtalanok, és meglehetősen nagy az energiaigényük. A kristályok előnytelenül kis méretűek; az átlagos kristályméret 500-600 jcm között van. A vizes oldatokból való kristályosítás nehézségeinek a kiküszöbölésére olyan technológiát is kifejlesztettek, amelynek során a fruktózt száraz, részben kristályos, szabadon gördülő szemcsékké alakítják. E technológiát főként jelentős glukóztartalmú elegyek kristályosítására alkalmazzák. A 2333513. számú NSZK szabadalmi leírás szerint erősen besűrített glukóztartalmú fruktózoldatokba fruktóz és esetleg glukózkristályokat kevernek, majd száraz levegő ráfúvatásával az oldatot mintegy „rászárítják” az „oltó” kristályokra. Hasonló eljárást tartalmaz a 2426437. számú szabadalmi leírás is. Az üyen megoldások hátránya, hogy mind műveleti, mind eszközoldalról tekintve bonyolultabbak és drágábbak - már csak a hordozóanyag (segédanyag) szükségessége miatt is - mint az oldatból való kristálykinyerésen alapuló módszerek. A találmány feladata, hogy olyan kristályosítási eljárást szolgáltasson, amelynek segítségével rövid idő alatt, egyszerű műszaki eszközökkel nagy szemcseméretű kristályok nyerhetők úgy, hogy a kristályosodás folyamata mindig a metastabü tartományban maradjon, tehát ne következhessék be a kristályok robbanás- és véletlenszerű kiválása, üy módon üzemzavar, valamint kisméretű kristályképződés. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a fruktóz egyensúlyiállapot-görbéjének van egy olyan hőmérséklet-tartománya, ahol nincs metastabü tartomány. Itt csak egy szakasza van a görbének, és ettől kétoldalt a metastabü tartományt határoló alsó és felső görbeszakaszok különböző alakú és méretű területeket - metastabü tartományokat - fognak közre. A kristályosítási műveletet e metastabü tartományok különbözőségének megfelelően megválasztott, egymástól eltérő paraméterekkel, a metastabü tartományokon belül maradva keü folytatni, ahol pedig a metastabü tartomány hiányzik, vagyis az átmeneti szakaszban a kristályosítási folyamatot meg kell szakítani, miáltal elkerülhető a kristályosodás nem kívánatos, robbanásszerű bekövetkezése. E felismerések alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek során az oldatot besűrítjük, a besűrített oldatot kis szemcseméretű fruktózkristályok adagolásával beoltjuk; a beoltott oldatból hűtéssel kristályokat választunk ki, és azokat a folyékony fázistól elkülönítjük, és amely eljárásra az jellemző, hogy- a hűtéssel történő kristályosítás folyamatát megszakítva két, egymástól függetlenített különáüó szakaszban hajtjuk végre a kristályok kiválasztását; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
