CN102876758A - 一种果葡糖浆的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种果葡糖浆的制备方法，包括：配制淀粉乳，加入α-淀粉酶，进行喷射液化，然后进行水解反应，反应液经闪蒸处理得到液化液，同时收集闪蒸蒸汽余热；向液化液中加入葡萄糖糖化酶，将糖化后的物料依次经过有机膜过滤，离子交换除盐和蒸发浓缩，得到折光率为38-45％的反应液，其中蒸发浓缩的热量由闪蒸蒸汽余热提供；将反应液利用葡萄糖异构酶异构化，离子交换除盐、脱色、MVR蒸发浓缩得到果葡糖浆。本发明采用有机膜进行除蛋白过滤，减少了一次脱色，降低了活性炭的使用量，节约了果葡糖浆的使用成本；一次蒸发浓缩所需的热量采用闪蒸蒸汽余热，不消耗生蒸汽，降低了总能耗，进一步降低了投入生产成本。

Description

一种果葡糖浆的制备方法

技术领域

本发明涉及食品添加剂技术领域，具体是涉及一种果葡糖浆的制备方法。

背景技术

果葡糖浆是由植物淀粉水解和异构化制成的淀粉糖晶，是一种重要的甜味剂。因为它的组成主要是果糖和葡萄糖，故称为“果葡糖浆”。果葡糖浆是以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡萄糖异构酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖糖浆。果葡糖浆主要有F42果葡糖浆、F55果葡糖浆以及F90果葡糖浆等产品，其中F为表示果糖，其后的数字表示果糖含量占干物质的百分率。果糖含量占42％的果葡糖浆，表示为F42，固型物含量大约为71％，其甜度与蔗糖接近。果糖含量占55％的果葡糖浆，表示为F55，固型物含量大约为77％，其甜度与蔗糖相当。果糖含量占90％以上的果葡糖浆，表示为F90，其甜度为蔗糖的1.4倍。目前国内市场上的果葡糖浆需求不断增加，质量要求不断提高，应用领域更加广泛。作为食品饮料基料的新型食糖果葡糖浆越来越被人们认可和重视；尤其是“协同增效、冷甜爽口”等特性，倍受饮料厂家青睐。

如图1所示，传统生产果葡糖浆是方法为，将淀粉配制成淀粉乳后加入α-淀粉酶经高温喷射液化，再加入葡萄糖糖化酶转化为葡萄糖，经真空转鼓或板框过滤除去蛋白后加入活性炭一次脱色，通过离子交换一次除盐，浓缩后过固定化异构酶异构，再经活性炭二次脱色、二次离子交换、蒸发浓缩得果葡糖浆。该方法生产成本和能耗均较高，为解决该技术问题，申请号为CN201010102631.6的专利文献公开了一种制备果葡糖浆的方法，包括如下步骤：(1)蔗糖溶液加入蔗糖水解酶水解，酶解液通过过滤、脱色、离交、浓缩和色谱分离，分别得到高纯度的葡萄糖液和果糖液；(2)所得果糖液经脱色、离交、纳滤膜处理和浓缩，制得果葡糖浆F90；(3)所得葡萄糖液经浓缩、异构化、脱色、离交和浓缩制得果葡糖浆F42。上述方法通过采用蔗糖酶分解蔗糖，树脂脱色、色谱分离提高果糖纯度，纳滤膜去除低聚糖等杂质，有效地提高了果葡糖液的质量，最多可同时生产出三种纯度的糖液，满足不同的需要。但是该方法仍采取两次脱色，且整个过程中二次浓缩需要耗费大量的热能，制备成本还是较高，没有彻底解决目前存在的制备成本高和耗能大的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种果葡糖浆的制备方法，该方法步骤简单，通过对工艺流程的改进，省去了一次脱色过程，提高了能量利用率，降低了生产能耗，从而降低了生产成本。

一种果葡糖浆的制备方法，包括：

(1)将淀粉配制成17-23波美度的淀粉乳；

(2)向淀粉乳中加入α-淀粉酶，将得到的混合物升温至102-110℃进行喷射液化，然后进行水解反应，反应完成后经闪蒸处理得到温度为58-62℃的液化液，同时收集闪蒸蒸汽余热；

(3)向液化液中加入葡萄糖糖化酶进行糖化反应，将糖化后的物料依次经过有机膜过滤、一次离子交换和一次蒸发浓缩，得到折光率为38-45％的反应液；所述一次蒸发浓缩的热量由所述闪蒸蒸汽余热提供；

(4)将步骤(3)得到的反应液利用葡萄糖异构酶异构化，使部分葡萄糖转换为果糖，然后依次进行二次离子交换除盐、脱色、MVR蒸发浓缩得到F42果葡糖浆。

所述步骤(2)中喷射液化得到的高温高压液化产物经闪蒸处理后可得到足量的高温蒸汽，温度一般在95摄氏度以上，高温蒸汽中携带的热量直接用于步骤(3)中的第一次蒸发浓缩处理，无需额外增加热量投入，大大降低了总的能耗。

上述步骤(2)中，所述α-淀粉酶为常见的耐高温α-淀粉酶，可选用市购产品。且按照淀粉乳干物质计，所述α-淀粉酶的加入量为0.1-0.5kg/t。在加入α-淀粉酶之前一般需要将淀粉乳的pH调节至接近中性，一般为5.5-6.5左右。所述的水解时间可根据实际需要控制，一般控制体系的DE值为10-12。闪蒸处理一般在闪蒸罐中进行，闪蒸罐内的真空度小于等于0.02MPA，得的废气的温度一般在95摄氏度以上。

上述步骤(3)中，在进行所述的糖化反应前，可根据实际需要调整体系的pH值，一般调至4-4.5之间。所述葡萄糖糖化酶可选用市购产品，按照液化液的干物质计，葡萄糖糖化酶的加入量为0.30-0.50kg/t，糖化温度为58-62℃，糖化时间可根据实际反应情况确定，一般为反应至料液的DX值达到95％以上即可停止糖化反应。

上述步骤(3)中，所述有机膜为现有技术中常用的有机膜，例如可选用聚砜有机膜、聚酰亚胺有机膜、聚偏氟乙烯有机膜、聚乙烯有机膜、聚丙烯有机膜和聚四氟乙烯有机膜等，均可采用市售产品；所述有机膜通常在10-30bar压力下进行过滤，过滤流量为3-20L/m²h。

上述步骤(3)和步骤(4)中，一次离子交换处理和二次离子交换处理均采用阳-阴-阳-阴两级离子交换树脂组，所述的阳离子交换树脂、阴离子交换树脂均为大孔型苯乙烯系均粒树脂，平均粒度为0.7-0.9mm，阳离子交换树脂、阴离子交换树脂的体积比为1：1.1-1.4。若采用大于两级离子交换树脂组时，由于对树脂施加的压力过大，容易造成树脂破碎。

上述步骤(4)中，所述的固定化葡萄糖异构酶可采用常见的能够将葡萄糖转化为果糖的酶，可市购产品。在加入固定化葡萄糖异构酶前，需要根据不同葡萄糖异构酶的工作pH值的不同和工作温度不同调节体系的pH值和温度。同时，根据实际需要添加具有激活作用Na₂S₂O₅溶液、MgSO₄等。

上述步骤(4)，所述的脱色过程可采用普通的活性炭，为提高脱色效果，作为优选，所述的脱色过程采用固定式颗粒炭柱，颗粒炭为果壳炭，平均粒度0.6-1.2mm，碘值＞900mg/g，比表面积大≥1000m2/g，强度＞88％，容重0.45-0.55g/cm3，苯吸附率≥450mg/g。该活性炭使用后，可采用燃烧、酸碱处理等对其进行活化处理，重复使用，使用成本低。

MVR是蒸汽机械再压缩技术(mechanical vapor recompression)的简称，MVR是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。步骤(3)，所述的MVR蒸发温度为70-85℃。

利用本发明的方法一般可直接制备得到F42果葡糖浆，当需要生产F55果葡糖浆和F90果葡糖浆，可利用现有的方法对制备得到F42果葡糖浆做进一步处理得到。例如，可将得到的F42果葡糖浆经色谱分离得到F90果葡糖浆，利用F42果葡糖浆与F90果葡糖浆进行勾兑、除盐，最后利用SD331树脂进行二次脱色、除味后得到pH值为4-5的料液，将该料液蒸发浓缩即可得到F55果葡糖浆。该过程中使用的SD331树脂为一种带有强酸基团的苯乙烯系大孔吸附树脂，其体积交换容量≥0.80mmol/ml，孔径≥3.5nm。SD331树脂在使用前，需要SD331树脂再生、淋洗处理。采用SD331树脂，对料液进行二次脱色、除味的同时，调整料液的pH值，免去了利用其他pH调节剂进行pH调节的过程。SD331树脂为市售产品。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明采用有机膜进行除蛋白过滤，减少了一次脱色过程，降低了活性炭的使用量，节约了果葡糖浆的使用成本；一次蒸发浓缩所需的热量采用闪蒸蒸汽余热，不消耗生蒸汽，降低了总能耗，进一步降低了投入生产成本。

(2)本发明在葡萄糖异构后采用先过离子交换后再脱色，使物料的pH值更适合于活性炭脱色条件，二次蒸发改普通列管式蒸发器为MVR蒸发器，降低蒸汽能耗。

(3)本发明采用颗粒果壳炭，脱色效果更好；制备F55过程中，采用SD331树脂进行离子交换，使得得到的果葡糖浆的色值、口感更好，免去利用传统的柠檬酸进行pH调节，产品质量更安全。

附图说明

图1为现有技术中的生产果葡糖浆的工艺流程图。

图2为本发明中生产果葡糖浆的工艺流程图。

图3为本发明的利用闪蒸蒸汽余热进行一次蒸发的工艺流程图。

图4为本发明的的MVR蒸发工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

如图2为本实施方式的生产果葡糖浆的工艺流程图，详细步骤如下：

1、将淀粉配制成18波美度(°Be′)的淀粉乳，用质量百分比浓度为10％的Na₂CO₃溶液调节淀粉乳pH值为5.7-6.0，按淀粉乳干物质计算，加入0.23kg/tα-淀粉酶，在105-108℃高温喷射液化，水解反应15-30min至体系液DE值为11％，将反应液输送至闪蒸罐(真空度为0.01MPa)得到58-60℃的液化液，同时收集闪蒸罐内的闪蒸蒸汽余热(97℃)，备用；

2、用质量百分比浓度为10％的盐酸调节液化液的pH值为4.2-4.4，按液化液干物质量计算加入0.36kg/t的葡萄糖糖化酶，在58-60℃进行糖化反应，糖化时间28h，当料液DX值达到95％出料进膜分离过滤(其中，膜采用美国通用GE的聚偏氟乙烯有机卷式膜)，膜过滤压力20bar，过滤流量为10L/m²h，该膜具有95％以上的二价离子保持力，清液进一次离子交换除盐，一次离子交换过程中进料流量与阴柱树脂的体积比为5：1(m³/h∶m³)，出料电导率≤20μS/cm，利用步骤1中的闪蒸蒸汽余热(废气)将一次离子交换后的液体蒸发浓缩到折光率为45％的浓缩液，用质量百分比浓度为10％碳酸钠溶液调节体系液的pH值7.7-8.0，按进料量体积加入质量百分比浓度为5％的Na₂S₂O₅溶液0.02ml/m³、质量百分比浓度为20％MgSO₄溶液50ml/m³通过固定化葡萄糖异构酶，进料流量与固定化葡萄糖异构酶体积比为1∶1(m³/h∶m³)，异构化反应温度58-60℃，反应时间为1小时。其中，一次离子交换除盐中离子交换采用阳-阴-阳-阴两级除盐，离子交换阳、阴树脂均为大孔型苯乙烯系均粒树脂，平均粒度为0.7-0.9mm，阳、阴树脂体积比为1∶1.2。

3、将异构化的料液经二次离子交换除盐(二次离子交换除盐中离子交换采用阳-阴-阳-阴两级除盐，离子交换阳、阴树脂均为大孔型苯乙烯系均粒树脂，平均粒度为0.7-0.9mm，阳、阴树脂体积比为1∶1.4，来源同一次离子交换)，进料流量与阴柱树脂的体积比为4∶1(m³/h∶m³)，出料电导率≤20μS/cm，经固定式颗粒炭柱脱色(颗粒炭为果壳炭，平均粒度0.6-0.8mm，碘值＞900mg/g，比表面积大≥1000m²/g，强度＞88％，容重0.45-0.55g/cm³，苯吸附率≥450mg/g。)、MVR蒸发浓缩(蒸发温度为75℃)得到果糖干物质含量≥42％的果葡糖浆F42。将部分F42进行色谱分离，分离温度60±2℃，分离后物料经混床精制、浓缩得到果糖干物质含量≥90％的果葡糖浆F90。

4、将F42与F90进行勾兑成果糖干物质含量55-58％的果葡糖浆，经混床精制抛光，同时除去大量的盐，过SD331树脂(SD331树脂为带有强酸基团的苯乙烯系大孔吸附树脂，体积交换容量≥0.80mmol/ml，孔径≥3.5nm，购自杭州争光树脂有限公司；使用前需要利用体积为树脂的2BV的碱液4-7°Be′、酸液3-5°Be′，分别对SD331树脂再生、淋洗处理)脱色、除味和pH值调节，出料pH值为4.0-5.5，电导率≤2μS/cm，再经蒸发浓缩得到果糖干物质含量55％的果葡糖浆，pH值为3.3-4.5，IU≤10。

图3为本实施方式中，利用闪蒸蒸汽余热进行蒸发浓缩的设备连接示意图，采用现有的四级管壳式蒸发器机组进行蒸发浓缩操作，包括闪蒸罐1、4个蒸发器2、四个分离器3、冷凝器4、真空泵5以及若干水泵6等，物料自闪蒸罐1入料口进入，液化液从闪蒸罐底部出料口排出，闪蒸蒸汽从闪蒸罐1顶部出料口排出对蒸发罐2中的物料进行加热，其他具体结构和流程均为现有技术，在此不再详述。

图4为本实施例中采用的MVR蒸发浓缩的设备连接示意图，包括原料泵7、加热室8、分离室9、压缩机10、出料泵11、汽凝水预热器12、凝水泵13以及真空泵13等，原料由原料泵7输送至加热室8内，汽凝水经汽凝水预热器12换热后排出，浓缩液由出料泵11排出，其他详细工作流程均为常规技术，在此不再详述。

采用上述实施例的制备方法，减少了一次脱色，每吨果葡糖浆可降低活性炭成本8元，液化液与淀粉乳换热、废汽蒸发、MVR蒸发可降低蒸汽耗量420kg/t，按蒸汽成本160元/吨计算72.6元，离交采用均粒树脂与阳-阴-阳-阴两级处理，降低30％酸、碱消耗各3kg/t，折算成本12元，一条年产10万吨F55生产线，年节约成本达900多万元，废水排放减少30％。本发明实施经济实用，颗粒炭与SD331树脂的应用，果葡糖浆的色值、口感更好，产品质量更安全。

实施例2

1、将淀粉配制成23波美度(°Be′)的淀粉乳，用质量百分比浓度为10％的Na₂CO₃溶液调节淀粉乳pH值为5.7-6.0，按淀粉乳干物质量，加入0.35kg/t的α-淀粉酶，在105-108℃高温喷射液化，水解反应15-30min至体系液DE值为11％，将反应液输送至闪蒸罐(真空度为0.02MPa)得到58-60℃的液化液，同时收集闪蒸罐内的闪蒸蒸汽余热(95℃)，备用；

2、用质量百分比浓度为10％的盐酸调节液化液的pH值为4.2-4.4，按液化液的干物质量，加入0.36kg/t的葡萄糖糖化酶，在60-62℃进行糖化反应，糖化时间28h，当料液DX值达到98％出料进膜分离过滤(其中，膜采用美国通用GE的聚砜有机卷式膜)，膜过滤压力20bar，过滤流量为20L/m²h，该膜具有95％以上的二价离子保持力，清液进一次离子交换除盐，一次离子交换过程中进料流量与阴柱树脂的体积比为5∶1(m³/h∶m³)，出料电导率≤20μS/cm，利用步骤1中的闪蒸蒸汽余热(废气)将一次脱色后的液体蒸发浓缩到折光率为45％的浓缩液，用质量百分比浓度为10％碳酸钠溶液调节pH值7.7-8.0，按进料量体积加入质量百分比浓度为5％的Na₂S₂O₅溶液0.02ml/m³、质量百分比浓度为20％的MgSO₄溶液50ml/m³通过固定化葡萄糖异构酶，进料流量与固定化葡萄糖异构酶体积比为1∶1(m³/h∶m³)，异构化反应温度58-60℃，反应时间为1小时。其中，一次离子交换除盐中离子交换采用阳-阴-阳-阴两级除盐，离子交换阳、阴树脂均为大孔型苯乙烯系均粒树脂，平均粒度为0.7-0.9mm，阳、阴树脂体积比为1∶1.4。

3、将异构化的料液经二次离子交换除盐(二次离子交换除盐中离子交换采用阳-阴-阳-阴两级除盐，离子交换阳、阴树脂均为大孔型苯乙烯系均粒树脂，平均粒度为0.7-0.9mm，阳、阴树脂体积比为1∶1.4，来源同一次离子交换)，进料流量与阴柱树脂的体积比为4∶1(m³/h∶m³)，出料电导率≤20μS/cm，经固定式颗粒炭柱脱色(颗粒炭为果壳炭，平均粒度0.8-1.0mm，碘值＞900mg/g，比表面积大≥1000m²/g，强度＞88％，容重0.45-0.55g/cm3，苯吸附率≥450mg/g。)、MVR蒸发浓缩(蒸发温度为80℃)得到果糖干物质含量≥42％的果葡糖浆F42。将部分F42进行色谱分离，分离温度60±2℃，分离后物料经混床精制、浓缩得到果糖干物质含量≥90％的果葡糖浆F90。

4、将F42与F90进行勾兑成果糖干物质含量55-58％的果葡糖浆，经混床精制抛光，同时除去大量的盐，过SD331树脂(SD331树脂体积交换容量≥0.80mmol/ml，孔径≥3.5nm，购自杭州争光树脂有限公司，结构同实施例1。使用前需要利用体积为树脂的2BV的碱液4-7°Be′、酸液3-5°Be′，分别对SD331树脂再生、淋洗处理)脱色、除味和pH值调节，出料pH值为4.0-5.5，电导率≤2μS/cm，再经蒸发浓缩得到果糖干物质含量55％的果葡糖浆，pH值为3.3-4.5，IU≤10。

Claims (10)

1.一种果葡糖浆的制备方法，包括：

(1)将淀粉配制成淀粉乳；

(2)向淀粉乳中加入α-淀粉酶，将得到的混合物升温至102-110℃进行喷射液化，然后进行水解反应，反应完成后经闪蒸处理得到温度为58-62℃的液化液，同时收集闪蒸蒸汽余热；

(3)向液化液中加入葡萄糖糖化酶进行糖化反应，将糖化后的物料依次经过有机膜过滤、一次离子交换和一次蒸发浓缩，得到折光率为38-45％的反应液；所述一次蒸发浓缩的热量由所述闪蒸蒸汽余热提供；

(4)将步骤(3)得到的反应液利用葡萄糖异构酶异构化，使部分葡萄糖转换为果糖，然后依次进行二次离子交换、脱色、MVR蒸发浓缩得到F42果葡糖浆。

2.根据权利要求1所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，所述闪蒸处理在闪蒸罐中进行，闪蒸罐内的真空度小于等于0.02MPa。

3.根据权利要求1所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，所述有机膜为聚砜有机膜、聚酰亚胺有机膜、聚偏氟乙烯有机膜、聚乙烯有机膜、聚丙烯有机膜或聚四氟乙烯有机膜。

4.根据权利要求3所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，所述有机膜的过滤压力为10-30bar，过滤流量为3-20L/m²·h。

5.根据权利要求1所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，所述一次离子交换和二次离子交换均采用阳-阴-阳-阴两级离子交换树脂组，所述的阳离子交换树脂、阴离子交换树脂均为大孔型苯乙烯系均粒树脂，平均粒度为0.7-0.9mm，阳离子交换树脂、阴离子交换树脂的体积比为1：1.1-1.4。

6.根据权利要求1所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，所述脱色过程采用固定式颗粒炭柱脱色，其中颗粒炭为果壳炭，平均粒度为0.6-1.2mm，碘值＞900mg/g，比表面积大≥1000m²/g，强度＞88％，容重0.45-0.55g/cm³，苯吸附率≥450mg/g。

7.根据权利要求1所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，所述MVR蒸发温度为70-85℃。

8.根据权利要求1所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

(1)将制备得到的F42果葡糖浆经色谱分离得到F90果葡糖浆；

(2)将制备得到的F42果葡糖浆与F90果葡糖浆进行勾兑、除盐，最后利用SD331树脂进行二次脱色、除味后得到pH值为4-5的料液，将该料液蒸发浓缩得到F55果葡糖浆；

所述的SD331树脂为带有强酸基团的苯乙烯系大孔吸附树脂，其体积交换容量≥0.80mmol/ml，孔径≥3.5nm。

9.根据权利要求1所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，按照淀粉乳的干物质计，所述α-淀粉酶的加入量为0.1-0.5kg/t。

10.根据权利要求1所述的果葡糖浆的制备方法，其特征在于，按照液化液的干物质计，所述葡萄糖糖化酶的加入量为0.30-0.50kg/t，糖化温度为58-62℃，糖化反应至料液的DX值达到95％以上糖化反应结束。

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