Способ получения глюкозо-фруктозного сиропа Советский патент 1985 года по МПК C12P19/24 

«

Изобретение касается способа приготовления раствора, содержащего глюкозу и фруктозу, путем, преобразования раствора глюкозы на катализаторе, -который создан на основе носителя SiOj. и обладает глюкозоизомеразной активностью.В последнее время ферментативное превращение глюкозы в глюкозрфруктозную 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 сахарной свеклы. В качестве источника глюкозы, необходимой для приготовления глюкозофрукгозной смеси, служат натуральные крахмалы, например кукурузньш и картофельный крахмалы, которые преобразуются в глюкозу посредством кислого или ферментативного гидролиза.

Для ферментативного превращения глюкозы во фруктозу используют водный раствор глюкозы, при необходимости с добавлением веществ, способствующих изомеризации (например, ионов кобальта или магния), при воздействии которых можно достигнуть заданной степени изомеризации, после чего введенные добавки из раствора выделяют, а раствор cry щают до консистенции сиропа.

Целью изобретения являетйя повышение производительности процесса и увеличение срока службы катализатора.

Способ приготовления предлагаемого раствора, содержащего глюкозу и фруктозу, основан на том, что расвор глюкозы (субстрат) пропускают через реактор, в котором имеется катализатор-носитель с глюкозоизомеразной активностью, причем исходньй раствор предварительно подвергают контактированию с брикетами из двуокиси кремния или алюмосиликата при соотношении масс катализатора и указанных брикетов 1:(1-3), примущественно 1:1.

Конкурентоспособность изомеразы по отношению к натуральной сахарозе

62

наряду с ценой, главньм 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

максимально достигается при 60 С спустя достаточно длительное время, имеет место при степени изомеризации 51%, т.е. На 100 введен1Гых молекул глюкозы приходится 51 молекула фруктозы. Известная изомераза содерлшт 42% фруктозы в сухой субстанции. Так как содержание глюкозы технического исходного продукта составляет 90-95%, на практике необходимо иметь степень

изомеризации 44-47% для достижения указанной концентрации фруктозы. Чтобы достигнуть такой степени изомеризации, катализаторы на носителе с глюкозоизомеразной активностью могут

иметь только определенную объемную скорость, соответствующую их активности. Современные высокоактивные катализаторы могут перемещаться с начальной объемной скоростью от 10

ДО ,

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

Продолж11тельность эксплуатации каташ1затора с глюкозоизомеразной активностью на основе SiO можно увеличить более, чем вдвое, если раствор глюкозы перед реакцией на

катализаторе-носителе контактирует

с брикетами SiO, или алюмосиликата. Соотношение масс катализатора и брикетов изменяется в интервале 3:1 1:3, предпочтительно равно 1:1.

При таком способе производительность

катализатора таюке удваивается. Производительность определяется количеством субстрата, в расчете на сухую субстанцию (кг), которое при

заданной степени изомеризации может .быть обработано 1 кг KaTajui3aTopa до его остаточной активности, равной 20% начальной активности. 3 в устройстве для непрерьщного процесса преобразования глюкозы во фруктозу, в котором наряду с реактором для катализатора-носителя с глюкозоизомеразной активностью содерж тся еще такие необходимые эле менты, как запасной и приемный резервуары, трубопроводы, насосы, из мерительные приборы, регуляторы температуры перед реактором имеется колонна для брикетов SiOji, или алюмосиликата. При этом объем коло ны по отношению к объему реактора должен быть таким,, чтобы с учетом насыпных весов катализатора и мате риала, заполняющего колонну, соотношение их масс имело .указанные значения. Предлагаемьй способ непрерывного действия осуществляется таким образом, что водпьй раствор глюкозы, в котором содержание сухого вещества составляет преимущественно 40-50% и имеющий рН 7-8,5, раст вор подогревается до 55-60 С и пос ле этого нагнетается насосом через колонну предварительной обработки SiOj. или с алюмосиликатом и далее через реактор, заполненный катализатором-носителем на основе SiOt с глюкозоизомеразной активностью. Стекаюищй раствор глюкозы и фрукто зы на определенных промежутках ана лизируется на содержание фруктозы, например посредством поляриметрического анализа и . Объемная скорость катализатора устанавливается такой, чтобы в стекающем раст воре 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 приготов ления катализатора-носителя с глюкозоизомеразной активностью примен ется Streptomyces Albus глюкозоизо мераза, наиболее целесообразно иметь значение рН раствора 7,0-8,5 и нагревать этот раствор до 55-65 Кроме того, при применении Streptomyces Albus глюкозоизомеразы для ускорения изoмepизaц пi оказывается благоприятным в раствор глю козы добавлять ионы Со (II) и Mg (II) предпочтительно в виде их воднораств 64 римых СОЛ ей, например, хлориды или сульфаты, в количестве 0,1-2 ррмСо(П) и в количестве 10-200 ррм Mg (II). Является также предпочтительным в раствор глюкозы добавлять стаби- х лизирующее количество -антиокислителя, преимущественно ЗгО,. в количестве 100-600 ррм в форме сульфитов или бисульфитов щелочных металлов. До концентрирования раствора глюкозы и фруктозы в сироп или до окончательного применения раствора рекомендуется удалять из него нежелательные ионные компоненты, например ухудшающие вкус, посредством анионитов и катионитов, . Пример 1. 5 г катализатораносителя с глюкозоизомеразной активностью вводят в реактор, перед которым имеется колонна, в котором находится 5 г товарного, водоупорного пористого, шаровидного алюмосиликата (например, типа KCT-WS Kali-Chemie Ag, содержащий 97 вес.% SiOj И 3 вес.% Оз ). Через эту систему насосом нагнетается раствор глюкозы, нагретый до 60°С, Объемная скорость (относится к объему реактора, занятому катализатором), устанавливается такой, чтобы степень изомеризации в течение всего времени работы постоянно была 46,5%. Степень изомеризации вытекающего субстратного раствора измеряется поляризометрическим методом. Катализатор, наполнитель предварительной ступени (колонны) и способ характеризуется следуюпщми параметрами: 1.Катализатор 1.1носитель SiOi 1.2 активность, U/r 9000 1.3зернистость,мм 0,1-0,2 1.4насыпной вес (сухого)0,45 кг/1 2.Наполнитель колонны 2.1 материал KCT-WS (Kali-Chemie Ag) 2.2размер зерен, мм1-2 2.3 насыпной вес (сухого), кг/1 0,70 3. Способ 3.1субстрат45 вес.% глюкозы в водном растворе 3.2добавки120 ррм Md (U ) 1 ррм СО ,( а ) 200 ррм SOi8(B NajSO,) 3.3рН7,5 3.4плотность субстрата, кг/1 1,2 3.5температура субстрата на входе, С60 3.6степень изомеризации, %46,5 3.7начальная объемная скорость, ч 13,0 4. Определение активности раств глюкозоизомеразы Активность раствора глюкозои меразы, предназначенного для пр питки катализатора, определяетс методом Takasaki. Единица актив ти (и) определяется Количеством фермента, при помощи которого в инкубационных условиях образует 1 мг фруктозы. . Инкубационные условия: температура, С 1 время реакции, ч 0,1 глюко субстрат Hj,0 (Mer 8342) в 0 фосфатног буфера,рН 0,0004т M Получают следующие результаты: период полураспада, ч 1300 время работы до остаточной активности 20%, ч средняя активность 44 (по от после, % 3800 ч работы нию к нач ной актив 100%) 26.000 кг TS производительность с 46,5% фруктопосле 3800 ч работы зы) кг катализатораПример .2. 5 г катализатораносителя по примеру 1 вводились в реактор, перед которым имеется колонна, содержащая 10 г товарного шаровидного, водоупорного, пористого SiO,i (например, типа AF 125 der. Kali-Chemie Ag, в котором содержание SiO составляет более 99 вес,%), Способ осуществлялся: также, как и в примере 1. Наполнитель колонны имел следующие характеристики: AF 125 (Kali1. Материал Chemie Ag) 2.Размер зерен, мм 3.Насыпной вес (сухого), кг/л 0,45 Результаты бьши идентичны результатам примера 1, П р и м е р 3. Дпя сравнения опыт проводят с катализатором, соответствующим примеру 1, однако без предварительной ступени обработки в колонне,и при прочих равных условиях. Получают следующие результаты: время, полураспада, ч 670 время работы до достижения 20%-ной . остаточной актив ности, ч 47,2 (относисредняя активность после 1700 ч, % тельно начальной активности) 12.500 кг TS производительность после 1700 ч с 46,5% фруктозы/кг катализатора.

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: