專利名稱：無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法及其制造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)總量方法(也可以稱為總糖方法)連續(xù)制造穩(wěn)定的無水結(jié)晶麥芽糖醇的方法和設(shè)備。更具體說，本發(fā)明涉及短時間內(nèi)制造穩(wěn)定的無水結(jié)晶麥芽糖醇的方法，其中，含麥芽糖醇的水溶液的加熱和濃縮步驟、通過添加晶種并和濃縮的麥芽糖醇溶液混合以產(chǎn)生含晶種的過飽和物(糖膏)的步驟、在高溫和高溫度下進行結(jié)晶的晶體成熟步驟等等，是連續(xù)進行的，而且本發(fā)明還涉及這種方法所用的設(shè)備。本發(fā)明中使用的無水晶體麥芽糖醇可以是任何基本上非吸溫性或難吸濕性的晶體麥芽糖醇，除這種無水晶體麥芽糖醇外，還可以是包含諸如山梨糖醇、麥芽三糖醇和麥芽四糖醇的糖醇或諸如葡萄糖和果糖的糖類的含糖蜜晶體。
麥芽糖醇晶體本身具有很強的吸濕性，并且人們對非吸濕性結(jié)晶粉末的制造方法作了很多的研究。例如，特公昭63/2439B中公開了一種用于制造無水結(jié)晶麥芽糖醇或含無水結(jié)晶麥芽糖醇糖蜜的晶體的方法。該方法的細節(jié)如下。制作用于結(jié)晶的約1.05-1.5過飽和程度的麥芽糖醇溶液，更具體說，將純度不小于65％的麥芽糖醇制成約65-95％濃度的水溶液，并且將在45-95℃下相對高溫的這種過飽和麥芽糖醇溶液裝入結(jié)晶容器中，然后加入0.1-20％的晶種，并且伴隨溫和攪拌將混合物緩慢冷卻，促進其結(jié)晶，從而獲得糖膏?？梢圆捎靡阎椒ㄈ缣敲鄯蛛x法、塊狀物裂解法、流體?；ê蛧婌F干燥法，從結(jié)晶的糖膏中收集無水結(jié)晶麥芽糖醇和包含無水結(jié)晶麥芽糖醇的含糖蜜晶體。
例如，糖蜜分離法是一種常用方法，該方法是將糖膏裝入籃式離心分離機中，分離成無水結(jié)晶麥芽糖醇和糖蜜。如果需要，可以通過噴灑少量冷水的方式容易地洗滌所說的晶體，這種方法適合制造高純度的非吸濕性無水結(jié)晶麥芽糖醇。在噴霧干燥的方法中，使用高壓泵將70-85％濃度和約25-60％結(jié)晶程度的糖膏從噴嘴中噴出，通過不使結(jié)晶粉末溶化的熱空氣(如60-100℃)干燥，并且使用30-60℃的暖空氣成熟約1-20小時，由此可以容易地制造出含非吸濕性糖蜜的晶體。在塊狀物裂解法中，通常將含5-15％水和具有約10-60％結(jié)晶程度的糖膏放置0.5-5天，以便整個物質(zhì)結(jié)晶出來，并且凝固成塊狀，通過磨碎或切削的方式將塊狀物粉碎，然后干燥，由此可以容易地制造出含非吸濕性或難吸濕性糖蜜的晶體。還可以是，根據(jù)常規(guī)方法，將麥芽糖醇的水溶液加熱濃縮至水含量小于5％的濃度，然后將所得的過飽和麥芽糖醇溶液處于不超過麥芽糖醇熔點溫度的溶化狀態(tài)，和晶種揉合，并且將揉合物制成各種形狀，得到含非吸濕性或難吸濕性糖蜜的晶體。
上述方法在以上所說的專利的說明書中有所描述，并且在該專利的實施例中還具體公開了以下方法。一種方法是將麥芽糖醇溶液濃縮至80％濃度，并裝入結(jié)晶容器中，加入1％的無水結(jié)晶麥芽糖醇的粉狀晶種，使混合物為50℃，通過緩慢攪拌在三天內(nèi)冷卻至20℃，并且通過籃式離心分離機分離糖蜜，得到無水結(jié)晶麥芽糖醇(實施例2)；另一種方法是將麥芽糖醇溶液濃縮至88％濃度，并裝入結(jié)晶容器中，加入2％的無水結(jié)晶麥芽糖醇的粉狀晶體，使混合物為50℃，并且保持在這個溫度下緩慢攪拌兩小時，取出放到大桶中，并且在20℃下放置4天，并且通過切削型磨碎機裂解結(jié)晶和分離的產(chǎn)品，接下來干燥，得到無水結(jié)晶麥芽糖醇的含糖蜜晶體粉末(實施例3)；另一種方法是將麥芽糖醇溶液濃縮至80％濃度，裝入結(jié)晶容器中，并且和2％的包含無水結(jié)晶麥芽糖醇的含糖蜜晶體粉末混合，通過緩慢攪拌將混合物從50℃開始逐漸冷卻，在150kg/cm2壓力的干燥塔上使用高壓泵將所得糖膏(35％結(jié)晶程度)從1.5mm直徑的噴嘴中噴出，同時，從干燥塔上部送出85℃的熱空氣，并且將其收集在塔底部放置的金屬絲網(wǎng)傳送機上，然后將收集在金屬絲網(wǎng)傳送機上的結(jié)晶粉末逐步移出干燥塔和伴隨從傳送機底部送出40℃熱空氣。將上述在40分鐘期間內(nèi)取出的結(jié)晶粉末裝填到熟化塔中，并且成熟10小時，同時完成結(jié)晶和干燥，由此獲得含無水結(jié)晶麥芽糖醇糖蜜的結(jié)晶粉末(實施例4)。但是，所有這些方法中需要長時間進行結(jié)晶或麥芽糖醇晶體的成熟，因此，這些方法的缺點是難以使設(shè)備簡單和連續(xù)化。
在特公平07/14953B中，也公開了一種含麥芽糖醇糖蜜的晶體的制造方法。在所說的方法中，將麥芽糖醇的水溶液連續(xù)提供給具有細長冷卻區(qū)和揉合區(qū)的擠出機，并且在晶種的存在下進行連續(xù)冷卻和揉合，得到麥芽糖醇糖膏，并且從擠出嘴中將糖膏連續(xù)擠出，得到含麥芽糖醇糖蜜的晶體。盡管該方法在使操作連續(xù)化方面得到成功，但使用了具有細長冷卻區(qū)的擠出機，并且為了進行高濃縮的過程，溫度由于粘度而不可避免地變高。因此，要通過將所說的濃縮溶液冷卻以增加過飽和程度來進行晶體的產(chǎn)生，并且該步驟進行的方式是將晶種加入其中并且隨即在冷卻條件下揉合，并且從擠出嘴中排出由此獲得的麥芽糖醇糖膏。
但是，隨著冷卻，高濃縮的麥芽糖醇淀粉糖漿由于冷卻使溫度的下降而變得粘度很高，因而為進行揉合操作就需要大功率，造成運行成本提高。此外，多個區(qū)[即，引入原料的冷卻/揉合區(qū)；添加和混合晶種的區(qū)；添加晶種后的冷卻和揉合區(qū)(麥芽糖醇糖膏生產(chǎn)區(qū))]是必要的，因此需要大型設(shè)備，并且由于冷卻造成的粘度增加而進一步使功率負載變大?？梢韵胂笫乖O(shè)備的大小足夠大到適合于工業(yè)生產(chǎn)將是困難的。而且如果要生成粉末狀的最終產(chǎn)品，就必須對從擠出嘴中排出的各種形狀的麥芽糖醇糖膏進行粗裂解、成熟化、干燥等步驟，此時需要更長的時間，造成制造成本的增加。
在甜味糖類等的工業(yè)生產(chǎn)中，降低生產(chǎn)成本具有非常重要的意義。為此目的，需要所有的步驟可以連續(xù)操作且勞動費用可以大幅度得到降低，此外，對方法的要求是所有的產(chǎn)物均可以被結(jié)晶而沒有副產(chǎn)物，且產(chǎn)品在吸濕性方面是穩(wěn)定的。
在糖類的結(jié)晶中，所有步驟能夠連續(xù)進行是人們所希望的。這些步驟包括通過濃縮方式獲得過飽和溶液的步驟、保持適合結(jié)晶的溫度并且通過添加晶種促進結(jié)晶的步驟、使晶體進一步生長的成熟化步驟、如果需要以及將它們粉化和篩選的步驟。為此，必須尋找一種在短時間內(nèi)完成各個步驟的條件。
本發(fā)明的發(fā)明者先前已開發(fā)了一種含水結(jié)晶β-麥芽糖的制造方法，該方法公開在特公平05/79316B中，然后開發(fā)了一種全部無水結(jié)晶α-麥芽糖的連續(xù)結(jié)晶的方法，并且在工業(yè)規(guī)模中得到成功，該方法公開在特開平06/277100A中，此后，他們開發(fā)出無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法。
本發(fā)明者認為如果常規(guī)方法(如特公昭63/2439B中公開的方法)中的晶體成熟化需長時間的缺陷可以得到解決，則連續(xù)操作是可以實現(xiàn)的且生產(chǎn)成本可以明顯得到降低，并且他們在這個方面繼續(xù)進行著發(fā)明。更具體說，針對以下步驟的連續(xù)操作作出各種研究。它們是含無水麥芽糖醇的溶液的濃縮步驟、添加適當量晶種以獲得含晶種的過飽和產(chǎn)物(糖膏)的步驟、以及進行成熟化以完成糖膏中的結(jié)晶步驟。
在使原料溶液成為無水麥芽糖醇過飽和的濃縮步驟中，可以通過使用薄膜型濃縮裝置來達到所需的濃縮程度，問題是怎樣在短時間內(nèi)完成結(jié)晶。在需要長時間完成結(jié)晶的條件下，即使步驟的連續(xù)化是成功的，裝置的容積也將變得很大，這種方法在設(shè)備和經(jīng)濟方面都是不實際的。本發(fā)明者先前在連續(xù)進行無水結(jié)晶α-麥芽糖的全量結(jié)晶中得到了成功，現(xiàn)在又發(fā)現(xiàn)與以上提及者相比無水結(jié)晶麥芽糖醇更容易結(jié)晶。
本發(fā)明者研究了怎樣可以減少麥芽糖醇結(jié)晶的全部步驟的時間，并且發(fā)現(xiàn)對結(jié)晶而言，在短時間內(nèi)將晶種均勻混合是必要的。在這方面，有很多實例通常是通過采用冷卻作為結(jié)晶的條件來增加過飽和的程度，而本發(fā)明者目前發(fā)現(xiàn)通過在高溫下加熱高濃度的溶液來降低粘度是有利的，由此晶種在短時間內(nèi)得到均勻分散。本發(fā)明者進一步發(fā)現(xiàn)，當將麥芽糖醇水溶液的麥芽糖醇濃度濃縮到不低于某一濃度的程度，并且當控制結(jié)晶后晶體成熟步驟的環(huán)境時，可以大大縮短結(jié)晶的時間，且步驟可以容易地連續(xù)進行。
基于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的特征在于由使用濃縮裝置的加熱和濃縮步驟、在高溫下添加和混合晶種的晶種添加和混合步驟、以及完成結(jié)晶的晶體成熟化步驟組成，并且本發(fā)明的特征還在于各個步驟采用特定的操作條件。
由此，本發(fā)明涉及一種無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，該方法包括以下步驟(ⅰ)加熱和濃縮步驟，其中將麥芽糖醇是主要成分的含麥芽糖醇的水溶液連續(xù)加熱和濃縮，以得到具有高濃度的濃縮溶液；(ⅱ)晶種添加和混合步驟，其中向上述濃縮溶液添加晶種并且和其混合，同時加熱，以得到含晶種的糖膏；以及(ⅲ)晶體成熟化步驟，其中在溫度和溫度得到調(diào)整的氣氛下將糖膏裂解、混合、攪拌和傳遞，以便進行結(jié)晶作用。
本發(fā)明還涉及無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造設(shè)備，該設(shè)備包括以下裝置(ⅰ)加熱和濃縮裝置，其中將含麥芽糖醇的水溶液連續(xù)加熱和濃縮，以得到高濃度的濃縮溶液；(ⅱ)晶種添加和混合裝置，其中將晶種添加到溫度保持在不低于80℃下的濃縮溶液中，以生產(chǎn)含晶種的糖膏，其中晶體的含量不小于40w/w％；(ⅲ)晶體成熟化裝置，其中在溫度70-100℃和絕對濕度50-300gH2O/kg干空氣的氣氛下將糖膏裂解、混合、攪拌和傳遞，以進行結(jié)晶作用。


圖1表示本發(fā)明(實施例1)的制造步驟。
本發(fā)明對所用的麥芽糖醇水溶液的制備沒有特別的限制，并且可以采用任何常規(guī)已知的方法。對麥芽糖醇的水溶液而言，優(yōu)選麥芽糖醇的純度不低于80w/w％，并且可以使用通過下述方法獲得的麥芽糖醇水溶液。通過向高純度的麥芽糖添加阮內(nèi)鎳催化劑，進行氫化作用，所說的高純度麥芽糖通過以下方法獲得(1)用β-淀粉酶處理糊化或液化的淀粉，并且從高分子糊精中分離所得的麥芽糖，以收集高純麥芽糖(特公昭56/11437B和特公昭56/17078B)，(2)用淀粉脫支酶(例如異淀粉酶和支鏈淀粉酶)和β-淀粉酶處理糊化或液化的淀粉，得到高純麥芽糖，(3)通過使用鹽型強酸性陽離子交換樹脂的柱色譜法除去上述方法制備的高純麥芽糖中的雜質(zhì)糖，如麥芽三糖，所說的鹽型強酸性陽離子交換樹脂例如在特開昭58/23799A中有所公開，由此使麥芽糖純度更高?；蛘?，將麥芽糖醇水溶液經(jīng)過各種分級分離方法處理(特公平02/11599B)，并且將所得的高純麥芽糖醇用于本發(fā)明目的。
下面將詳細說明本發(fā)明各步驟的最佳條件。
首先，在濃縮步驟中，優(yōu)選使用薄膜型連續(xù)濃縮裝置，如離心式薄膜濃縮裝置和垂直式薄膜濃縮裝置，但本發(fā)明不限于此。使用這種濃縮裝置來調(diào)整麥芽糖醇的濃度。術(shù)語“麥芽糖醇的濃度”是指純麥芽糖醇在濃縮溶液中的重量百分比[即，(麥芽糖醇濃度)＝(濃縮溶液中的固形物濃度)×(麥芽糖醇的純度)；例如，當固形物濃度為95w/w％的麥芽糖醇水溶液中的麥芽糖醇的純度為96w/w％時，麥芽糖醇的濃度為95×0.96＝91.2w/w％]，并且在本發(fā)明中，優(yōu)選將麥芽糖醇的濃度調(diào)整為78-98w/w％。
因此，麥芽糖醇的濃度意味著，當麥芽糖醇水溶液中的麥芽糖醇的純度低時，高強度濃縮操作是必要的，而當麥芽糖醇溶液是高純度時，將進行低強度濃縮操作。然而在實際中，當麥芽糖醇的純度低到不超過80w/w％時，需要濃縮至大約98w/w％的濃度，以便使麥芽糖醇的濃度達到78w/w％或更高，此時，無論是制造還是結(jié)晶的速度由于粘度高而變得非常緩慢，這與本發(fā)明的目的是相悖的。此時，固形物濃度的測定方式是通過用Karl-Fischer法測定含水量(w/w％)并且用100減去，得到固形物的濃度(w/w％)。附帶，通過Karl-Fischer法由獲得的含水量中計算出水分含量(以干物質(zhì)計)。通過常規(guī)方法用高效液相色譜法分析麥芽糖醇的純度。
對接下來的晶種添加和混合步驟而言，在該步驟中保持高溫是必要的，以便晶種在短時間內(nèi)通過加熱很好地分散在濃縮溶液中，而且在混合和分散期間粘度增加得到抑制。此外，優(yōu)選在該步驟期間，基本上沒有水分蒸發(fā)。當水分蒸發(fā)致使發(fā)生濃縮，粘度變高并且不得不使用非常大驅(qū)動力的設(shè)備，這是本發(fā)明所不推薦的。此外，晶種的混合和分散變劣造成晶體成熟化步驟中的結(jié)晶時間變長。因此從這些觀點出發(fā)不優(yōu)選過濃的濃縮。通常，糖膏的水分含量優(yōu)選至少3w/w％。
另外，在該步驟中，需要借助于夾套的加熱裝置，以防止粘度因溫度降低而增加造成的混合能力和分散能力退化，并且保持低粘度以便在短時間內(nèi)分散和混合晶種是重要的。優(yōu)選用于這種目的的裝置是通用于將少量粉末揉合進高粘性物質(zhì)或膠態(tài)物質(zhì)中的固定容器型或水平軸型或水平雙軸型，以及在螺條系統(tǒng)、螺桿擠出系統(tǒng)、自清潔系統(tǒng)、槳式系統(tǒng)等等中裝配加熱設(shè)備的緊密封閉型連續(xù)揉合機。還可以選擇使用適合連續(xù)操作的裝置，如用于混合或揉合的揉合機或混合機。
晶種的添加可以通過以下方法進行，在晶種混合機的入口處連續(xù)或者間歇定量提供晶體粉末，或通過以下方法，將進行結(jié)晶作用的一部分糖膏從晶種混合機的出口返回晶種混合機的入口。此時，自然要必須注意溫度不降低。所用的晶種通過無水結(jié)晶麥芽糖醇和含糖蜜的無水結(jié)晶麥芽糖醇制備。這種含糖蜜的晶體中無水結(jié)晶麥芽糖醇的含量是重要的，因為它決定著結(jié)晶速度，理所當然是含量越高結(jié)晶速度越快。需要添加的晶種的量可以是0.1w/w％或更多，盡管量的增加會導致體積成比例地增加，從而影響生產(chǎn)率，但多少也涉及晶體分離的速度，因此，當需要將整個裝置小型化以用于連續(xù)操作和縮短時間時(本發(fā)明的目的)，優(yōu)選相對于濃縮溶液的固形物添加5-30w/w％的晶種。
在晶種穿過晶種混合機的過程中，最大的要素是晶種均勻分散在濃縮溶液中，且在將結(jié)晶引入下一步的晶體成熟化步驟的過程中，糖膏中的水應當基本上不蒸發(fā)掉。在已知的普通方法(特公昭63/2439B和特公平07/14953B)中，結(jié)晶步驟在于通過控制過飽和程度來使晶體析出，而過飽和程度是由溫度的冷卻而導致的。但在本發(fā)明中，是使?jié)舛冗_到很高并且使結(jié)晶溫度相當高，造成低粘度以便晶種通過機械攪拌得到很好的分散，由此在非常短的時間內(nèi)完成該步驟。添加和混合晶種的步驟中特別的特征在于高溫，優(yōu)選80℃或更高。此外，當這個晶種添加和混合步驟完成并剛要進入下一步驟時，糖膏中的晶體含量應當至少為40w/w％。
下一步是晶體的成熟化步驟，這是本發(fā)明最重要的關(guān)鍵所在。在和晶種混合的糖膏中，混合之后數(shù)分鐘結(jié)晶作用開始，得到白色固體塊狀物(糖膏)。在晶體成熟步驟中，將塊狀物在高溫和一定濕度的氣氛下進行裂解、攪拌、混合和傳遞(傳送)處理，由此使它們隨著結(jié)晶的進程一起到達晶體熟化機的出口。這里所用的適宜的晶體熟化機是連續(xù)揉合型的并且具有內(nèi)部空間，并且必須使用能夠裂解、混合、攪拌和傳遞內(nèi)含物的裝置。優(yōu)選的裝置是具有其中的內(nèi)含物被向前傳遞的結(jié)構(gòu)，特別優(yōu)選的裝置的結(jié)構(gòu)是，當內(nèi)含物是塊狀時，將其盡可能地細裂解，以便可以進行均勻的混合和攪拌。
在該步驟中，可以使用雙軸槳式類型并且其中的內(nèi)含物可以得到裂解、混合、攪拌和傳遞的裝置。在所說裝置的內(nèi)部，裝配有兩個旋轉(zhuǎn)并且內(nèi)側(cè)相嚙合的旋轉(zhuǎn)軸，以及在所說旋轉(zhuǎn)軸周圍附有槳片，并且槳片之間具有一定的距離以便和對面軸上的槳片相互咬合。槳片的功能不僅是向前傳遞內(nèi)含物，而且起到將固體糖膏裂解的作用，如果有的話，蒸發(fā)塊狀物內(nèi)部的水分。
在本發(fā)明中，優(yōu)選將晶體熟化機內(nèi)的氣氛控制為70-100℃的溫度范圍和50-300g H2O/kg干空氣的絕對濕度。為達到此，必須將溫度和濕度調(diào)整至此的加熱和加濕空氣引入晶體熟化機，以便所說的熟化機可以保持這種氣氛。在該步驟中，當糖膏中進行結(jié)晶作用時，蒸發(fā)掉一些水分并且水分含量降低到不超過3w/w％。當在結(jié)晶起始階段進行太快速干燥(例如達到1w/w％或更低的程度)時，結(jié)晶作用的進展將變得很慢以致不能達到本發(fā)明的目的。
此外，上述晶體熟化機的內(nèi)部的氣氛優(yōu)選在高溫下具有相對高的絕對濕度，而在低溫下具有相對低的絕對濕度。當考慮顏色性能和結(jié)晶速率時，首選將調(diào)整至85-95℃和絕對濕度100-200gH2O/kg干空氣的調(diào)濕熱空氣提供到晶體熟化機的內(nèi)部。即使絕對濕度達到300gH2O/kg干空氣時，晶體的成熟化也在進行但它們的表面似乎是部分潮濕的，并且完成晶體成熟化之后產(chǎn)物的水分含量高以致不得不進行干燥。就加熱和調(diào)濕空氣的調(diào)整方法而言，可采用常規(guī)方法，例如，從雙流噴嘴中將水噴到加熱的熱空氣中，其中水的量相當于所說濕度。
與先前步驟相似，通過將結(jié)晶條件調(diào)整為麥芽糖醇濃度達到78-98w/w％范圍內(nèi)來促進結(jié)晶作用，調(diào)整晶體熟化機內(nèi)部氣氛的目的是，在該成熟化步驟中的結(jié)晶進展期間，基本上析出麥芽糖醇的無水晶體，由此在其它非結(jié)晶性部分中的水含量變大且固形物濃度降低，從而，如果將除晶體部分之外濃度降低的部分的麥芽糖醇濃度保持在78-98w/w％范圍內(nèi)，會促進晶體成熟化。為增加麥芽糖醇的濃度，就必須進行進一步干燥和濃縮，然而當僅提供干熱空氣時，水分快速蒸發(fā)導致出現(xiàn)糖漿狀外觀，于是結(jié)晶作用明顯延遲。
因此，在本發(fā)明中，通過上述控制濕熱空氣的方式使晶體熟化機的內(nèi)部氣氛處于適合的溫度和濕度的條件下，由此可以達到符合晶體成熟化步驟中結(jié)晶作用進展的干燥速度，以及在非常短的時間內(nèi)獲得無水結(jié)晶麥芽糖醇和含糖蜜的無水結(jié)晶麥芽糖醇粉末。這與通過冷卻方式來增加過飽和程度以析出晶體的常規(guī)方法是非常不同的，這些普通方法是用來促進糖類的結(jié)晶作用的。
混合、攪拌和裂解在成熟化步驟中是必需的，如果在允許靜止的條件下提供濕熱空氣，則表面變成好像是熔化的狀態(tài)，并且結(jié)晶進展緩慢以致需要長時間。即使是在上述溫度和濕度下使用帶式或類似傳送器來傳遞物料，結(jié)晶的進展仍很緩慢，因此混合、攪拌和裂解的必要性是肯定的。如果需要進行附加干燥步驟，則將干熱空氣送入該成熟化步驟所用的設(shè)備中，使?jié)穸冗_到1w/w％或更小，由此獲得穩(wěn)定的無水結(jié)晶麥芽糖醇和含糖蜜的無水結(jié)晶麥芽糖醇。
現(xiàn)在，本發(fā)明將以下列實施例的方式進行更具體的描述，但本發(fā)明并不僅限于這些實施例。
首先，下面將提及實驗實施例，它們涉及決定各步驟的條件-加熱和濃縮步驟、晶種添加和混合步驟、以及晶體成熟化步驟-它們是本發(fā)明的三個重要步驟。
根據(jù)過去的無水結(jié)晶麥芽糖工業(yè)制造的經(jīng)驗，選擇出各種條件并得到設(shè)備和裝置的條件等，目的在于在連續(xù)的基礎(chǔ)上短時間實施該方法，設(shè)定晶種添加和混合的步驟、晶體成熟化的步驟以及這兩步驟將分別在約15分鐘、30分鐘和至少1小時內(nèi)完成的目標。為獲得穩(wěn)定的無水結(jié)晶麥芽糖醇，為晶種添加和混合步驟設(shè)定在步驟完成后晶體含量不少于40w/w％的目標，同時為晶體成熟化步驟設(shè)定使產(chǎn)品的熔點不低于120℃或優(yōu)選不低于130℃的目標。實驗實施例1使用在后面的實施例中將要提及的晶種混合機，并且將10w/w％(相對于濃縮溶液中的固形物)的晶種連續(xù)地添加到濃縮溶液中并混合，在該晶種添加和混合步驟在110℃下進行15分鐘之后測定糖膏的含量。
表1顯示了從晶種添加和混合步驟中排出的糖膏晶體的含量，使用具有各種麥芽糖醇純度的樣品通過改變濃縮溶液的濃度來變化麥芽糖醇的濃度表1麥芽糖醇純度/濃度和晶種添加/混合步驟之后糖膏的晶體含量之間的關(guān)系麥芽糖醇純度濃縮溶液的濃度麥芽糖醇的濃度從晶種添加和混合步(w/w％) (w/w％) (w/w％) 驟中排出的物質(zhì)的晶體含量(w/w％)94.1 80.075.3 30.278.5 96.075.4 30.784.0 90.175.7 31.580.1 95.176.2 31.590.1 85.076.6 32.298.5 78.176.9 35.078.5 98.076.9 36.080.0 97.077.6 38.294.1 83.078.1 39.598.5 80.178.9 41.290.1 88.179.4 42.584.0 95.079.8 43.284.0 97.181.6 43.798.5 83.181.9 43.894.1 88.082.8 44.290.1 93.083.8 45.398.5 88.086.7 46.690.1 97.187.5 47.894.1 93.087.5 48.294.1 97.091.3 46.798.5 93.091.6 50.598.5 97.095.5 45.1從以上結(jié)果明顯看出，在提供給晶種混合和結(jié)晶步驟的濃縮溶液中，麥芽糖醇的濃度必須不低于78w/w％，且麥芽糖醇的純度必須不低于80w/w％。當滿足這種條件時，晶種混合機的排出物質(zhì)中晶體含量將不小于40w/w％，且導致下一步的晶體成熟化步驟可以在短時間內(nèi)完成，由此可以實現(xiàn)本發(fā)明關(guān)于使步驟短時間且連續(xù)完成的目的。實驗實施例2然后，研究晶體熟化機中的氣氛(溫度和濕度)與晶體成熟化步驟中成熟化產(chǎn)物的熔點之間的關(guān)系。
將具有麥芽糖醇純度93w/w％的麥芽糖醇溶液濃縮至麥芽糖醇濃度為87.4w/w％的程度，在120℃下提供給實施例中所說的晶種混合機，并且向其中添加純度98w/w％的麥芽糖醇晶體作為晶種，添加量為濃縮溶液中固形物的10w/w％，并且通過晶種混合機將混合物混合15分鐘，得到包含48w/w％晶體的糖膏。通過相同方法制備包含38w/w％晶體的另一份糖膏。將它們連續(xù)提供給晶體熟化機，此時改變氣氛的溫度和濕度，在成熟化30分鐘后測定從中排出的物質(zhì)的熔點。結(jié)果在表2中給出。
表2晶體熟化機中的氣氛和成熟化產(chǎn)品的熔點之間的關(guān)系成熟化前的 溫度溫度成熟化產(chǎn)品的水 成熟化產(chǎn)品的晶體含量 (℃) (gH2O/kg 分含量(w/w％)熔點(w/w％) 干空氣)(℃)48 80 50 1.3 12448 80 100 1.5 12548 80 150 1.7 12248 90 50 1.0 11948 90 100 1.2 13048 90 150 1.3 13748 90 200 1.5 13448 95 100 0.5 11948 95 150 0.7 12548 95 200 1.2 13348 95 250 1.5 13548 95 300 1.8 13148 95 400 2.3 11948 95 500 3.2 11838 90 150 0.8 11338 90 200 1.0 11438 95 200 0.7 11338 95 250 1.2 110產(chǎn)品的熔點是無水麥芽糖醇結(jié)晶作用的指數(shù)之一，并且在麥芽糖醇純度為93w/w％的本發(fā)明條件下，熔點不低于120℃的產(chǎn)品表現(xiàn)出低吸溫性，因此對產(chǎn)品成熟化的完成，采用“不低于120”作為通過測試的標準。
從以上結(jié)果明顯看出，當提供給晶體熟化機的糖膏的晶體含量為38w/w％時，沒有獲得熔點不低于120℃的產(chǎn)品，且對氣氛的絕對濕度而言，當條件是50-150gH2O/kg干空氣時，如果溫度相對低至80℃，獲得了熔點不低于120℃的產(chǎn)品，但濕度越高，熔點某種程度上也越低。還注意到，如果濕度為100-200gH2O/kg干空氣，在90℃下，并且如果濕度為200-300gH2O/kg干空氣，在95℃下，均獲得高熔點產(chǎn)品。顯然當濕度比上述值高或低時沒有獲得所需的產(chǎn)品。因此，顯然要將晶體熟化機內(nèi)部氣氛控制在70-100℃和50-300gH2O/kg干空氣(絕對濕度)下，并且在該范圍下，溫度降低濕度必須變成較低，而且溫度較高，則必須保持濕度較高。實施例1將由玉米淀粉制作的淀粉漿和細菌α-淀粉酶混合，并且通過常規(guī)方法糊化和液化，然后通過大豆β-淀粉酶和支鏈淀粉酶(均由NagaseSeikagaku制造)將其糖化，將所得糖化溶液使用真空濃縮機濃縮成60w/w％，并且通過Na型陽離子交換樹脂進行色譜分離(特公平05/2320B)，通過常規(guī)方法使用阮內(nèi)鎳催化劑氫化所得的含麥芽糖的洗出液(94.0w/w％麥芽糖、1.7w/w％葡萄糖、2.2w/w％麥芽三糖和2.1w/w％其它低聚糖；31w/w％固形物)，并且將所得的主要含麥芽糖醇的麥芽糖醇溶液(93.0w/w％麥芽糖醇、2.5w/w％山梨糖醇、2.6w/w％麥芽三糖醇和1.9w/w％其它糖醇)用圖1所示的薄膜型連續(xù)濃縮裝置處理，得到具有6.4w/w％水分含量的濃縮溶液，其中麥芽糖醇的濃度為87.0w/w％。此時濃縮溶液的溫度和粘度分別為130℃和0.25Pa.s。將該熱的濃縮溶液連續(xù)提供給晶種混合機，同時使用定量進料器加入10w/w％(相對于濃縮溶液的固形物含量)的無水結(jié)晶麥芽糖醇粉末(純度95w/w％)作為晶種。使用約110℃(142kPa)的蒸汽加熱晶種混合機的夾套將其保持在高溫。停留時間為15分鐘且排出物中的水分含量和晶體含量分別為6.0w/w％和48w/w％。然后，將該來自晶種混合機中的排出物連續(xù)提供到晶體熟化機中，并且通過向晶體熟化機的50升內(nèi)部空間以1500升/分鐘的恒量流速提供調(diào)整為90±2℃和130gH2O/kg干空氣濕度的經(jīng)過調(diào)濕和加熱的空氣，使晶體熟化機的內(nèi)部氣氛幾乎控制為濕熱條件。
所用的晶體熟化機是雙軸槳葉型，能夠進行混合、裂解和傳遞并且裝配有1400mm長250mm寬和100升內(nèi)容積的夾套。其內(nèi)部裝配兩個旋轉(zhuǎn)軸，它們以內(nèi)側(cè)相互嚙合的方式旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸周圍以一定的間距設(shè)置槳片，以便軸的相遇的槳片相互嚙合。槳片的功能不僅是向前移動內(nèi)容物，而且將硬化的糖膏(如果有的話)裂解，由此槳片起到脫去塊狀物內(nèi)部水分的作用。槳的轉(zhuǎn)數(shù)為30rpm。
在保持在上述氣氛條件下的晶體熟化機內(nèi)部，從晶種混合機中排出的糖膏在向前移動的同時被裂解，同時水分根據(jù)結(jié)晶速度被適當?shù)孛摰?，在停留約30分鐘之后，排出物變成含1.6w/w％水分的結(jié)晶物。將其磨碎成通過10目篩的粉末。其熔點高至130℃且產(chǎn)品是非常穩(wěn)定的粉末，即使當放置在室溫下吸濕性也極小。上述濃縮步驟之后的全部步驟能夠在約1個小時這樣短的時間內(nèi)完成，并且適合于連續(xù)生產(chǎn)。實施例2通過雙效鍋爐將使用與實施例1所述相同方法獲得的麥芽糖醇溶液(包含92.0w/w％麥芽糖醇、2.3w/w％山梨糖醇、3.3w/w％麥芽三糖醇和2.4w/w％的其它糖醇)濃縮，直至固形物濃度達到50w/w％，然后供給薄膜型的連續(xù)濃縮裝置，并且制成含4.2w/w％水分和88.1w/w％麥芽糖醇的濃縮溶液。此時，濃縮溶液的溫度和粘度分別為139℃和1.4Pa.s。將該熱濃縮溶液連續(xù)提供給晶種混合機，同時加入20w/w％(相對于濃縮溶液的固形物含量)的含糖蜜無水結(jié)晶麥芽糖醇粉末(純度93w/w％)作為晶種，結(jié)晶作用進行的停留時間為15分鐘，得到含4.0w/w％水分和45.3w/w％晶體的產(chǎn)品。按照實施例1的相同方式，將其連續(xù)提供到晶體成熟化步驟以進行成熟化。成熟化條件是通過與實施例1相同流速條件提供90℃和180gH2O/kg干空氣絕對濕度的濕熱空氣。在晶體熟化機內(nèi)部是基本上為所說的氣氛條件下進行成熟化，成熟化的停留時間為45分鐘，獲得的產(chǎn)品包含0.7w/w％的水分。用磨碎機作進一步處理得到過10目篩的粉末。產(chǎn)品為含穩(wěn)定晶體的粉狀，熔點134℃。上述濃縮步驟之后的全部步驟在短至約75分鐘的時間內(nèi)完成，由此可以將其主要應用于連續(xù)生產(chǎn)。實施例3用薄膜型連續(xù)濃縮裝置將使用與實施例1所述相同方法獲得的麥芽糖醇溶液(包含93.2w/w％麥芽糖醇、2.2w/w％山梨糖醇、3.0w/w％麥芽三糖醇和1.6w/w％的其它糖醇；固形物含量30w/w％)濃縮，得到含5.2w/w％水分和88.4w/w％麥芽糖醇的濃縮溶液。將該熱濃縮溶液提供給晶種混合機，其中混合機的夾套通過循環(huán)95℃熱水而保持在高溫，同時連續(xù)加入10w/w％(相對于濃縮溶液的固形物含量)的含糖蜜無水結(jié)晶麥芽糖醇粉末作為晶種，在約15分鐘的停留時間后，獲得含4.9w/w％水分和46.5w/w％晶體的糖膏。按照實施例1的相同方式，將其連續(xù)提供到晶體熟化機中，熟化機中連續(xù)提供控制在98℃和250gH2O/kg干空氣絕對濕度的濕熱空氣，在保持在此條件的氣氛中進行晶體成熟化，約30分鐘的停留時間之后，獲得含1.8w/w％水分的結(jié)晶產(chǎn)物。用磨碎機作進一步處理得到過10目篩的粉末，并用80℃熱空氣干燥30分鐘得到含0.6w/w％水分的結(jié)晶粉末。該產(chǎn)品為非常穩(wěn)定的晶體粉末，熔點137℃。上述濃縮步驟之后的全部步驟在短至約90分鐘的時間內(nèi)完成，由此可以主要應用于連續(xù)生產(chǎn)。對比實施例1根據(jù)特公平07/14953B中所述的方法使用實施例1所用的裝置進行對比實驗。其中，使用與實施例1相同的麥芽糖醇水溶液，根據(jù)所述JP專利的實施例將實施例1提供的溶液的濃縮度和溫度(87.0w/w％和130℃)分別改為93.8w/w％和98℃，并且當物質(zhì)的溫度冷卻至60℃時，加入約26w/w％的晶種并且混合，得到麥芽糖醇糖膏。然而，在冷卻過程中，粘度變得相當高并且混合和傳遞無法進行得像本發(fā)明實施例那樣順利，但仍將這種晶種混合不均勻狀態(tài)的產(chǎn)物送入晶體熟化機。在晶體熟化機內(nèi)部進行進一步冷卻，至約40℃，但隨著晶體析出來和溫度下降，粘度進一步增加，由此混合、裂解和傳遞無法順利進行。因此，糖膏變成塊狀，傳遞不能順利進行，機械攪拌的功率負載變大，最后機器操作停止。取出內(nèi)容物，展鋪在不銹鋼制作的桶上用手盡可能細地粉碎，并且在60℃恒溫下放置約1小時，讓其結(jié)晶。雖然獲得了無水晶體，但熔點為118℃，該熔點并不理想，此外完全不可能進行工業(yè)規(guī)模的連續(xù)操作。從以上觀點來看，結(jié)論是通過冷卻造成溶液過飽和而使晶體析出的方法導致對機器和裝置產(chǎn)生大的負載，并且所說的方法不適合大規(guī)模的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，該方法包括以下步驟(ⅰ)加熱和濃縮步驟，其中將麥芽糖醇是主要成分的含麥芽糖醇的水溶液連續(xù)加熱和濃縮，以得到具有高濃度的濃縮溶液；(ⅱ)晶種添加和混合步驟，其中向上述濃縮溶液添加晶種并且和其混合，同時加熱，以得到含晶種的糖膏；(ⅲ)晶體成熟化步驟，其中在溫度和濕度得到調(diào)整的氣氛下將糖膏裂解、混合、攪拌和傳遞，以便進行結(jié)晶作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，其中在上述加熱和濃縮步驟(ⅰ)中，將純度不小于80w/w％的麥芽糖醇的水溶液制成含78-98w/w％麥芽糖醇的濃縮溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，在上述晶種添加和混合步驟(ⅱ)中，溫度保持在不低于80℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一項的無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，在上述晶種添加和混合步驟(ⅱ)中，添加的晶種的量為濃縮溶液固形物的5-30w/w％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項的無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，上述晶種添加和混合步驟(ⅱ)完成時，含晶種的糖膏中的晶體含量不小于40w/w％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一項的無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，在上述晶體成熟化步驟(ⅲ)中，將氣氛調(diào)整為70-100℃和50-300gH2O/kg干空氣的絕對濕度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，其中氣氛調(diào)整為85-95℃和100-200gH2O/kg干空氣的絕對濕度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任一項的無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，其中上述晶體成熟化步驟(ⅲ)完成后獲得的無水結(jié)晶麥芽糖醇的熔點不低于120℃。
9.無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造設(shè)備，該設(shè)備包括以下裝置(ⅰ)加熱和濃縮裝置，其中將含麥芽糖醇的水溶液連續(xù)加熱和濃縮，以得到高濃度的濃縮溶液；(ⅱ)晶種添加和混合裝置，其中將晶種添加到溫度保持在不低于80℃的濃縮溶液中并與其混合，以生產(chǎn)含晶種的糖膏，其中晶體的含量不小于40w/w％；(ⅲ)晶體成熟化裝置，其中在溫度70-100℃和絕對濕度50-300gH2O/kg干空氣的氣氛下將糖膏裂解、混合、攪拌和傳遞，以進行結(jié)晶作用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無水結(jié)晶麥芽糖醇的連續(xù)制造方法，該方法包括以下步驟(i)加熱和濃縮步驟，其中將麥芽糖醇是主要成分的麥芽糖醇水溶液連續(xù)加熱和濃縮，以得具有高濃度的濃縮溶液；(ii)晶種添加和混合步驟，其中添加晶種并且和上述濃縮溶液混合，同時加熱，以得到含晶種的糖膏；以及(iii)晶體成熟化步驟，其中在溫度和濕度得到調(diào)整的氣氛下將糖膏裂解、混合、攪拌和傳遞，以便進行結(jié)晶作用。
文檔編號B01J19/18GK1239099SQ9910138
公開日1999年12月22日 申請日期1999年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月27日
發(fā)明者三橋正和, 吉野善市, 小卷利章, 藏橋嘉樹, 大崎繁滿, 上山浩雅, 橘高誠 申請人:株式會社林原生物化學研究所, 三和興產(chǎn)株式會社