Способ получения устойчивых к щелочи и термостойких полиолов - RU2302402C2

Описание

Область техники

Изобретение относится к способу получения устойчивых к щелочи и термостойких полиолов, в котором сахарные спирты обрабатывают реагентами с целью получения стабилизированного сахарно-спиртового сиропа с помощью реагентов, а стабилизированный спиртовый сироп подвергают очистке, пропуская стабилизированный сахарно-спиртовый сироп через, по меньшей мере, одну ионообменную смолу.

Под полиолами подразумеваются сахарно-спиртовые сиропы, а именно продукты гидрогенизации гидролизатов полисахаридов, в число которых входят, но не ограничивают тем самым это число, гидролизаты, получаемые из крахмала, ксиланов, арабиноксиланов, целлюлозы и других растительных полисахаридов. Типичными гидролизатами крахмала являются, например, декстроза, сиропы глюкозы с высоким декстрозным эквивалентом (DE), высококонцентрированные сиропы мальтозы, стандартные сиропы глюкозы и мальтодекстрины, включая мальтодекстрины с низким декстрозным эквивалентом (DE).

Предшествующий уровень техники

Устойчивость к щелочам и термостойкость сахарных спиртов являются существенными факторами в ряде промышленных и пищевых областей применения, как это показано в публикациях JP 63/079844 и ЕР 0711743. Стойкости к щелочам и термостойкости в этих документах достигают обработкой сахарных спиртов реагентами таким образом, чтобы по возможности удалить цветообразующие компоненты.

В JP 63/079844 сахарно-спиртовые сиропы обрабатывают при рН 9,5-13 и высоких температурах в течение времени в пределах от 30 мин до 2 час.

В ЕР 0711743 стабилизацию осуществляют с помощью стадий ферментации, окисления или карамелизации.

Стабилизированный таким образом сахарный сироп после этого направляют на стадию очистки, получая в результате этого этом конечный продукт.

В JP 63/079844 упомянутая стадия очистки включает обработку обработанного сиропа ионообменными смолами. При этом сироп, предварительно охлажденный до 50°С, вначале пропускают через сильнокислотную катионную смолу и затем, как упоминалось выше, через слабо- или среднеосновные смолы при отношении 1:2. Температура, при которой применялись эти смолы, в названном патентном документе указана не была.

В примере 1 ЕР 0711743 стабилизированный сироп очищают с помощью сильнокислотной катионной смолы и сильноосновной анионной смолы. Здесь также не было упоминания ни о какой температуре, при которой использовались ионообменные смолы.

В ЕР 1095925 рассматривается усовершенствованный способ очистки сахарно-спиртовых сиропов, которые подвергали щелочной и термостабилизационной обработке. В этом способе очистка производится путем, по меньшей мере, одного пропускания стабилизированного сахарно-спиртового сиропа через сильнокислотную катионную смолу при температуре ниже 50°С, в предпочтительном случае при температуре ниже 40°С и в наиболее предпочтительном случае от 20 до 30°С.

В ЕР 1095925 сообщается о значимости рабочих температур смол для желаемой степени восстановления сахаров после очистки. Из этого очевидным образом следует, что рабочие температуры ниже 30°С являются причиной обладания продуктами великолепной термостойкости и стойкости к щелочам, что требуется во многих областях применения. Значимость температуры тем больше, чем выше содержание в сиропе способного к гидролизу спирта, например мальтитола, мальтотриитола и гидрогенизированных олигосахаридов.

В US 5254174 обсуждается значимость рабочей температуры сильнокислотных катионных смол для гидролиза обработанного субстрата. В целях предотвращения гидролиза олигосахаридов предлагается применять при обработке олигосахаридов сильнокислотные катионные смолы при температурах в пределах от 25 до 35°С.

В US 4329183 обсуждается, каким образом реакция инверсии сахарозы предотвращается регулированием температуры сильнокислотной катионной смолы в пределах от 25 до 30°С.

Применение сильнокислотных катионных смол при очистке стабилизированных сахарно-спиртовых сиропов имеет, однако, тот недостаток, что, когда требуются продукты с низким содержанием восстанавливающих Сахаров, необходимо работать при температурах от 20 до 30°С. Для охлаждения сиропов до этих относительно низких температур требуется использование дополнительного холодильного оборудования и дополнительной энергии. Вследствие этих низких температур вязкость относительно концентрированных сиропов повышается, в результате чего обработка осложняется в еще большей степени (возникновение давления в смолах). Это в особенной степени проявляется в случае сиропов, получаемых гидрогенизацией, и в числе прочих гидролизатов крахмала, в основном состоящих из ди-, три- и высших олигосахаридов (например, сиропы со средним и высоким содержанием мальтозы, мальтодекстрины). Другим недостатком сильнокислотных смол является то, что для регенерации их требуется большой избыток кислоты.

В ЕР 0262711 для очистки светлого сока свекольного сахара обсуждается применение комбинации слабокислотной катионной и сред неосновной анионной смол.

Раскрытие сущности изобретения

Следует заметить, что целью названного способа является частичная деминерализация светлого сока свекольного сахара (как описано в примере). Однако из приведенных примеров становится ясно, что удаление катионов и обесцвечивание осуществляются далеко не полностью.

Целью изобретения является предложение способа приготовления устойчивых к щелочи и термостойких полиолов, не обладающих описанными выше недостатками.

Эта цель достигается разработкой способа приготовления устойчивых к щелочи и термостойких полиолов, в котором:

- гидролизат соответствующего полисахарида гидрируют с образованием сахарно-спиртового сиропа;

- осуществляют щелочную и термообработку гидрированного сиропа с целью получения стабилизированного сахарного сиропа;

- стабилизированный сахарно-спиртовый сироп подвергают очистке путем пропускания стабилизированного сахарно-спиртового сиропа через, по меньшей мере, одну ионообменную смолу,

и в котором стабилизированный сахарно-спиртовый сироп очищают с помощью двойного пропускания через катионно-анионную ионообменную конфигурацию (КАКА), включающую, по меньшей мере, первую слабокислотную катионную ионообменную смолу и вторую сильно-, средне- или слабоосновную анионообменную смолу.

В одном из предпочтительных способов согласно изобретению температура процесса составляет от 20 до 60°С.

В одном из предпочтительных способов согласно изобретению в конфигурации КАКА используется система «карусель», в которую входит по меньшей мере 3 пары колонок, где каждая пара колонок состоит из колонки, заполненной катионной ионообменной смолой, и колонки, заполненной анионной ионообменной смолой. По меньшей мере, две пары колонок используются для очистки стабилизированного сахарно-спиртового сиропа, в то время как третья пара колонок подвергается регенерации.

Преимуществом такой системы является то, что рафинирование стабилизированного сахарно-спиртового сиропа может производиться непрерывным способом.

В одном из конкретных предпочтительных способов согласно изобретению названная катионная ионообменная смола в колонке состоит из двух слоев, причем слой ионообменной смолы на выходе из колонки состоит из сильнокислотной ионообменной смолы.

В более конкретном способе согласно изобретению названная сильнокислотная ионообменная смола составляет от 0,5 до 50% от объема катионной ионообменной смолы в колонке.

В еще более конкретном способе согласно изобретению названный слой сильнокислотной ионообменной смолы составляет от 5 до 25% от объема катионной смолы в колонке.

В одном из предпочтительных способов согласно изобретению температура процесса составляет от 30 до 50°С.

В одном из конкретных предпочтительных способов согласно изобретению температура процесса составляет от 35 до 45°С.

В одном из конкретных способов согласно изобретению обработка сахарных спиртов с целью получения стабилизированного сахарно-спиртового сиропа на первой стадии включает, как указывалось ранее, гидрирование гидролизата соответствующего полисахарида с образованием гидрированного сахарно-спиртового сиропа, после чего проводят щелочную и термообработку гидрированного сиропа, получая упомянутый стабилизированный сахарно-спиртовый сироп.

В одном из более конкретных способов согласно изобретению реакцию гидрогенизации прерывают, когда остаточное содержание восстанавливающих сахаров (в расчете на сухой вес) падает ниже 0,2%.

В наиболее конкретном способе согласно изобретению реакцию гидрогенизации прерывают, когда остаточное содержание восстанавливающих сахаров (в расчете на сухой вес) падает ниже 0,1%.

В одном из предпочтительных способов согласно изобретению электропроводность рафинированных сахарно-спиртовых сиропов составляет менее 1% от начальной электропроводности.

В одном из более предпочтительных способов согласно изобретению электропроводность рафинированных сахарно-спиртовых сиропов составляет менее 0,5% от начальной электропроводности.

В способе согласно изобретению преимущественно используют сахарные спирты, у которых определенное по методу Бертрана общее содержание восстанавливающих сахаров после гидролиза составляет от 3,5 до 98%.

В способе согласно изобретению более предпочтительно используют сахарные спирты, у которых определенное по методу Бертрана общее содержание восстанавливающих сахаров после гидролиза составляет в пределах от 40 до 95%.

Наиболее предпочтительно в способе согласно изобретению используются сахарные спирты, у которых определенное по методу Бертрана общее содержание восстанавливающих сахаров после гидролиза составляет в пределах от 50 до 92%.

В одном из предпочтительных способов согласно изобретению названные сахарные спирты получают гидрогенизацией сиропов мальтозы с концентрациями от средней до высокой.

Далее признаки и особенности настоящего изобретения разъясняются на основе осуществленного примера со ссылками на прилагаемый чертеж. Следует иметь в виду, что специфические аспекты этого примера описываются как один из предпочтительных примеров, составляющих объем притязаний приведенного выше общего описания изобретения, и ни в коем случае не могут быть интерпретированы как ограничение объема изобретения как такового и объема приведенной ниже формулы изобретения.

Прилагаемый чертеж представляет собой схематическое изображение системы «карусели» согласно изобретению.

Первая стадия в способе согласно изобретению включает гидрогенизацию гидролизата соответствующего полисахарида (называемого также сахарным спиртом), после чего следует щелочная и термообработка гидрогенизированного сахарно-спиртового сиропа с целью получения стабилизированного сахарно-спиртового сиропа и, наконец, очистка или рафинирование стабилизированного сахарно-спиртового сиропа, после чего получают устойчивый к щелочи и термостойкий сахарно-спиртовый сироп.

Способ согласно изобретению является выгодным для сахарно-спиртовых сиропов с общим содержанием восстанавливающих сахаров после гидролиза, определенным по методу Бертрана, варьирующим в пределах от 3,5 до 98%. Далее было также установлено, что этот способ дает также очень хорошие результаты при обработке сахарно-спиртовых сиропов с общим содержанием восстанавливающих сахаров после гидролиза, определенным по методу Бертрана, варьирующим в пределах от 40 до 95%, предпочтительно от 50 до 92%. Типичные сахарно-спиртовые сиропы, подобные названным выше, получают гидрированием сиропов мальтозы с концентрацией мальтозы от средней до высокой.

Гидрирование проводят с помощью обычных, известных в технике методов. Гидрирование прерывают, когда остаточное содержание восстанавливающих сахаров (в расчете на сухой вес) падает ниже 0,2%, предпочтительно ниже 0,1%.

После этого гидрированный сахарно-спиртовый сироп подвергают щелочной и термообработке с целью получения стабилизированного сахарно-спиртового сиропа, причем стабилизированный сахарно-спиртовый сироп во время этого процесса окрашивается.

На следующей стадии этот стабилизированный сахарно-спиртовый сироп очищают или рафинируют с целью удаления присутствующих цветных компонентов. Стадия очистки состоит из двойного пропускания (КАКА) через катионно-анионную (КА) ионообменную конфигурацию. В этом процессе используют слабокислотную катионную смолу и сильно-, средне- или слабоосновную анионную смолу при температуре в пределах от 20 до 60°С или же в более предпочтительном способе температура варьирует от 30 до 50°С или, в еще более предпочтительном способе от 35 до 45°С.

Таким образом, чрезвычайно важно, чтобы после обработки КАКА сиропы были бы практически полностью деминерализованы и бесцветны. Кроме того, эти сиропы должны быть существенно бесцветными, когда они подвергаются дополнительной щелочной и термообработке.

В одном из предпочтительных способов используется конфигурация КАКА в системе «карусель», как это показано на чертеже. Похожая система состоит из 3 пар колонок (или множества их), где каждая пара колонок состоит из колонки, заполненной катионной смолой, и колонки, заполненной анионной смолой. При этом две пары колонок используются для очистки обработанного сиропа (КАКА), в то время как третью пару колонок используют для регенерации. Затем рафинированный сироп пропускают через вторую группу колонок КА и собирают. Таким образом, когда первая пара колонок истощается, питание переключают на вторую пару колонок, после чего рафинированный сироп собирают после третьей группы колонок КА. Одновременно первую группу смол опресняют и регенерируют.

В одном из вариантов способа согласно изобретению катионная смола в колонке состоит из двух слоев, причем слой смолы на входе в колонку состоит из сильнокислотной ионообменной смолы. Этот слой составляет от 0,5 до 50% от объема катионной смолы, предпочтительно от 5 до 25%.

После обработки электропроводность рафинированных сахарно-спиртовых сиропов составляет менее 1%, преимущественно менее 0,5% от начальной электропроводности.

Сахарно-спиртовые сиропы, получаемые с помощью способа согласно изобретению, являются наиболее подходящими для приготовления продуктов с щелочным рН или продуктов, содержащих щелочной компонент, или продуктов, которые обрабатывают или получают с помощью термообработки.

Далее изобретение разъясняется с использованием ряда примеров, которые, однако, ни в коем случае не следует интерпретировать как ограничение объема изобретения как такового и объема изобретения, сформулированного в прилагаемой формуле изобретения.

Пример 1:

Высококонцентрированный мальтозный сироп гидрируют в соответствии со стандартными методами до тех пор, пока остаточное содержание восстанавливающих сахаров не станет ниже 0,2% (на сухой вес).

Затем гидрированный сироп (примерно 50% в расчете на сухой вес), имеющий указанный ниже состав, подвергают щелочной и термообработке, при которых рН сиропа доводят до 11 и после этого нагревают в течение 2 час при 100°С.

Состав сиропа является следующим (% на сухой вес):

После щелочной термообработки гидрированный сироп охлаждают до температуры в пределах от 35 до 40°С и подвергают очистке с помощью ионообменников. Система состоит из трех пар колонок. Каждая пара состоит из колонки, заполненной катионной смолой, и колонки, заполненной анионной смолой. Используемая катионная смола представляет собой слабокислотную катионную смолу (Lewatit S8528), а анионная смола является сильноосновной смолой (Lewatit ОС 1074). Стеклянные колонки, которые заполняют смолами, имеют двойные стенки с внутренним диаметром 25 мм. Объем смолы составляет 100 мл Lewatit S8528 и 100 мл Lewatit ОС 1074. Колонки нагревают до 35°С и применяют объемную скорость 200 мл/ч.

Питание первой пары колонок прекращают после обработки в названной первой паре колонок 31000 мл сиропа (стадия 1). После этого питание переключают на вторую пару колонок, которая перед этим использовалась в качестве «отделочной» пары.

Далее подключается третья пара колонок в качестве «отделочной» пары», в то время как первая пара опресняется и регенерируется (стадия 2). Питание второй пары колонок также прекращают после 31000 мл и переключают питание на третью пару колонок (стадия 3). Таким образом, работа продолжается в конфигурации «карусели», где всегда регенерируется одна пара колонок, следующая за рафинирующей системой КАКА, которая продолжает действовать. Рафинированный сироп собирают на выходе из второй пары колонок конфигурации КАКА.

Величина экстинкции нерафинированного субстрата перед КАКА-обработкой равна 2,45 (1-см кювета, 420 нм).

После КАКА-обработки на первой стадии рафинированный таким образом сироп подвергают тестированию на устойчивость к щелочи и термостабильность.

Этот тест, называемый S-тестом, детально описан в ЕР 711743. Повышенная стабильность сахарного спирта отражается низкими величинами экстинкции, определенными с помощью этого S-теста (преимущественно <0,1).

Упомянутая величина экстинкции (S-величина) сахарно-спиртового сиропа после рафинирования была определена для сиропов, собранных на первой, второй и третьей стадиях, как показано на чертеже.

Сравнительный пример 1:

Сироп мальтитола из примера 1 подвергают ионообменной очистке с использованием следующего сочетания смол:

(A) сильнокислотная - среднеосновная (Dowex CM 15 Purolite A8478)

(B) сильнокислотная - сильноосновная (Dowex CM 15 и Lewatit).

После этого проводят стадию очистки при двух разных температурах: 23 и 35°С.

В приведенной ниже таблице S-величины обработанных таким образом сиропов сравниваются с S-величинами продуктов, полученных способом согласно изобретению.

Может быть сделан вывод, что результаты, полученные с помощью КАКА-обработки согласно изобретению, во всех случаях лучше тех же величин, полученных с помощью уже известных способов.

Пример 2:

Сироп мальтитола, использованный в примере 1, был подвергнут ионообменной очистке с использованием описанной в примере 1 системы КАКА «карусель», где катионная смола в колонке состоит из составного слоя, в котором 90 мл слабокислотной катионной смолы (ТМАС НР336) располагается поверх слоя 10 мл сильнокислотной катионной смолы (Dowex CM15). Анионной смолой является среднеосновная смола (Purolite A847S).

Использованный в примере 1 сироп мальтитола рафинируют через равные объемы катионной и анионной смол при 35°С. Рафинированный сироп имеет S-величину, равную 0,63.

Отдельные эксперименты по очистке сахарного сиропа с помощью двойного пропускания КАКА и с помощью одинарного пропускания КА.

Реферат

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения устойчивых к щелочи и термостойких полиолов, представляющих собой сахарно-спиртовые сиропы, который включает следующие стадии: гидрирование гидролизата соответствующего полисахарида с образованием гидрированного сахарно-спиртового сиропа, щелочную и термообработку гидрированного сиропа с целью получения стабилизированного сахарно-спиртового сиропа, очистку стабилизированного сахарно-спиртового сиропа путем пропускания стабилизированного сахарно-спиртового сиропа через, по меньшей мере, одну ионообменную смолу, в котором стабилизированный сахарно-спиртовый сироп очищают с помощью двойного пропускания через катионно-анионную ионообменную конфигурацию (КАКА), включающую, по меньшей мере, первую слабокислотную катионную ионообменную смолу и вторую сильно-, средне- или слабоосновную анионообменную смолу. Способ позволяет получить устойчивые к щелочи и термостойкие полиолы, не обладающие недостатками полиолов предыдущего уровня техники. 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Формула