[0001] La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de fructose cristallin
par cristallisation /prise en masse d'un sirop purifié et concentré de fructose.
[0002] La préparation de fructose cristallin à partir de sirops de sucres, notamment les
sirops contenant à la fois du fructose et du glucose, est connue en soi mais pose
de nombreux problèmes pratiques.
[0003] Le brevet americain 2.588.449 décrit un procédé pour la préparation de cristaux de
dihydrate de fructose C
6H
12O
6.2H
2O, par refroidissement et ensemencement ("grainage") d'une solution de fructose. Le
produit obtenu, le dihydrate de fructose, n'est toutefois stable qu'à des températures
relativement basses et ne peut donc pas être entreposé ni transporté sans précautions
particulières pour éviter qu'il ne se liquéfie.
[0004] On connait d'autre part le fructose dit "anhydre" (cf. brevet américain 3.513.023).
Les procédés de cristalisation de ce produit sont soit relativement complexe et coûteux,
par exemple par l'utisation de solutions alcooliques (cf. brevet américain 3.607.398),
soit ne s'avèrent pas efficaces dans la pratique par suite des phénomènes d'isomérisation
du fructose en phase aqueuse. C'est notamment le cas pour le procédé selon le brevet
américain 3.513.023 : lorsque les conditions revendiquées par ce brevet sont reproduites
expérimentallement il s'avère que la "mutarotation" du fructose (réaction d'equilibre
entre les cinq isomères du fructose, à savoir le beta-D-fructopyranose, le beta-D-fructofuranose,
le alpha-D-fructofuranose, le alpha-D-fructopyranose et la forme cétonique non cyclique
du fructose) engendre la formation d'isomères non cristallisables qui entrave considérablement
la cristallisation par prise en masse.
[0005] La présente invention a pour objet de procurer un nouveau procédé de cristallisation
de fructose, remédiant aux problèmes de l'art antérieur, et d'offrir ainsi une forme
de fructose cristallin utilisable commerciallement.
[0006] Ce nouveau procédé de fabrication de fructose cristallisé, impliquant la solidification
d'une solution chaude et concentrée de fructose suite à un ensemencement de la solution
au moyen de cristaux de fructose, se caractérise par l'utilisation d'une solution
de fructose résultant d'un sirop de fructose pur fraîchement préparé par la fonte
de cristaux de dihydrate de fructose, concentré par évaporation sous vide jusqu'à
une teneur en matière sèche supérieure à 96% en poids, et de préference supérieure
à 97% en poids.
[0007] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la solution de fructose
utilisée pour l'ensemencement a de préférence une température de préference comprise
entre 50 et 100° C, idéalement entre 80 et 95° C.
De même l'ensemencement se fait de préférence au moyen de 5 à 30% en poids de fructose
cristallisé ayant une granulométrie inférieure à 500 µm, de préference inférieure
à 250 µm (par exemple 50µm).
[0008] Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le délai entre la
fonte des cristaux de dihydrate de fructose pour préparer le sirop initial et la concentration
de ce sirop à une teneur en matière sèche supérieure à 96% en poids, de préference
supérieure à 97% en poids, est de préference inférieur à 24 heures, plus particulièrement
inférieur à 8 heures, et idéalement inférieur à une demi heure.
[0009] L'invention concerne également un procédé global de fabrication de fructose cristallisé
à partir d'un sirop contenant du fructose et eventuellement d'autres substances (par
exemple d'autres sucres, des protéines, etc.), impliquant les étapes successives suivantes
:
ensemencement au moyen de cristaux de fructose dihydrate de la solution aqueuse de
fructose ayant une teneur totale en sucre comprise entre 45 et 85% en poids et une
teneur en fructose supérieure à 60% en poids de la matière sèche, à une température
entre 10 et - 10° C,
maintien de la solution dans une zone de sursaturation en fructose par abaissement
progressif de la température jusqu'à obtention de cristaux de taille souhaitée, et
séparation des cristaux obtenus de la solution mère de manière à obtenir des cristaux
de fructose dihydrate ayant une teneur en fructose comprise ente 95 et 100% en poids
de matière sèche;
fonte des cristaux récoltés en un sirop ayant une teneur d'environ 83% en poids de
sucre et environ 17% d'eau; concentration du sirop ainsi obtenu, par évaporation d'eau
sous une pression réduite, de préference une pression inférieure à 60 mm de colonne
de mercure, jusqu'à une teneur en matière sèche supérieure à 96% en poids, de préference
entre 97 et 100% en poids;
ensemencement du sirop ainsi obtenu au moyen de 5 à 30% en poids de fructose cristallisé,
de préference à une température comprise entre 80 et 95° C,
maintien de la masse obtenue à une température entre 55 et 75° C jusqu'à obtention
d'une masse non collante et cassante, et
concassage, séchage et broyage de cette masse en particules formées de cristaux de
fructose agglomérés.
[0010] Il est à noter que l'ajout éventuel d'eau lors de la fonte des cristaux de fructose
dihydrate, et l'élimination consécutive de cette eau ajoutée lors de l'étape de concentration
du sirop jusqu'à une teneur en matière sèche entre 96 et 100% en poids, est absolument
équivalente au procédé impliquant la fonte des cristaux tels que récoltés, pour autant
que le délai entre la formation du sirop et sa concentration soit le plus court possible
(en particulier inférieur à 24 heures).
[0011] L'invention concerne du fructose cristallisé, essentiellement constitué de beta-D-fructopyranose,
ayant de faibles teneurs en autres tautomères de fructose, tel que résultant d'un
procédé de solidification d'une solution chaude et concentrée de fructose suite à
l'ensemencement de la solution au moyen de cristaux de fructose, dans lequel la solution
de fructose utilisée pour l'ensemencement résulte d'un sirop de fructose pur fraîchement
préparé par la fonte de cristaux de dihydrate de fructose, concentré par évaporation
sous vide jusqu'à une teneur en matière sèche entre 96 et 100% en poids,
la solution de fructose utilisée pour l'ensemencement a une température de préference
comprise entre 80 et 95° C, et l'ensemencement se fait au moyen de 5 à 30% en poids
de fructose cristallisé de granulométrie inférieure à 500 µm, de préference inférieure
à 250 µm, et
le délai entre la fonte des cristaux de dihydrate de fructose pour préparer le sirop
initial et la concentration de ce sirop à une teneur en matière sèche supérieure à
96% est inférieur à 8 heures, de préférence inférieure à une demi heure.
[0012] Les exemples ci-après serviront à illustrer l'invention et à en préciser certains
détails et modes de réalisations préférés, sans toutefois en limiter la portée telle
que définie dans les revendications qui suivent.
EXEMPLE I
Purification d'une solution de glucose et de fructose : obtention de cristaux de dihydrate
de fructose C6H12O6.2H2O
[0013] L'obtention de cristaux de fructose dihydrate consiste en un refroidissement progressif
d'une solution aqueuse de glucose et de fructose dont la teneur totale en sucre est
comprise entre 45 et 85% et, dans la matière sèche, la concentration en fructose est
comprise entre 60 et 100%.
[0014] Au cours du processus de refroidissement, quand la concentration de saturation du
fructose dihydrate est atteinte, des cristaux de fructose dihydrate, apportés de l'extérieur,
sont introduits dans la masse de sirops. Cet apport de cristaux extérieurs, appelé
grainage, a lieu à une température variant de 10 à - 10° C suivant la concentration
en matière sèche et suivant la composition de la matière sèche.
[0015] Après grainage, la température de la masse ainsi grainée est abaissée progressivement
et est ainsi maintenue dans une zone de sursaturation en fructose telle que les cristaux
présents croissent progressivement en limitant toutefois l'apparition de nouveaux
cristaux.
[0016] Lorsque les cristaux ont atteint la taille souhaitée, la masse de sirop contenant
les cristaux est véhiculée vers une centrifugeuse continue ou discontinue semblable
à celles utilisées en sucrerie. Toute autre méthode physique de séparation solide/liquide
peut être envisagée.
[0017] Les eaux mères de cristallisation, constituées de l'eau et des sucres de la solution
initiale qui n'ont pas cristallisé, peuvent être soumises à une nouvelle étape de
cristallisation comme décrite ci-avant.
[0018] Les cristaux de fructose dihydrate, ainsi séparés, peuvent être lavés de façon à
éliminer au maximum la pellicule d'eaux mères les entourant donc à augmenter la pureté
du fructose à des valeurs comprises entre 90% et 100% et préférablement entre 97.5%
et 100%. Ils sont ensuite fondus, de préference à des températures supérieures à 20°
C. S'il n'y a aucun ajout d'eau durant la fonte, le sirop obtenu à partir de cristaux
correctement lavés contient 83% de sucres et 17% d'eau. La matière sèche d'un tel
sirop ne contient que quelques traces d'autres sucres présents dans les eaux-mères.
EXEMPLE II
Concentration d'un sirop de fusion de cristaux de dihydrate de fructose.
[0019] Le sirop à 83% de matière sèche obtenu selon exemple I est concentré à des températures
de l'ordre de 65 à 100° C sous des pressions inférieures à 60 mm de mercure, durant
un délai inférieur à 30 minutes, voire inférieure à 15 minutes. Plus la pression de
concentration est faible, plus la température maximum requise sera faible réduisant
ainsi les risques de coloration du sirop concentré.
[0020] En fonction de la température, de la pression et du temps concentration, la matière
sèche du sirop concentré varie entre 96.0 et 100.0%. A une température de sortie de
l'ordre de 90° C, le sirop est relativement visqueux et peut alors être véhiculé par
pompage pour la cristallisation/prise en masse consécutive.
Remarque :
[0021] Dans les cristaux de dihydrate de fructose, de même que dans ceux de fructose, la
molécule de fructose se trouve uniquement sous forme de beta-D-fructopyranose. En
revanche, en solution aqueuse, le fructose subit le phénomène de mutarotation. A l'équilibre,
la solution contient les 5 isomères suivants :
le beta-D-fructopyranose, le beta-D-fructofuranose,
le alpha-D-fructofuranose, le alpha-D-fructopyranose et la forme cétonique non cyclique
du fructose (les 2 dernières formes étant largement minoritaires). Seul le premier
de ces isomères est susceptible d'entrer dans l'édifice cristallin du fructose, les
autres devant être considérés comme des impuretés dans le contexte de la cristallisation.
Pour éviter au maximum la formation des ces isomères non cristallisables, il convient
de concentrer rapidement les sirops (obtenus par fusion des cristaux de dihydrate)
jusqu'à une teneur en matière sèche de préference supérieure à 96.0%, idéalement jusqu'à
une teneur en matière sèche supérieure à 97.0%. La mutarotation s'effectue de manière
d'autant plus lente que la teneur en eau de la solution est faible. Si le temps compris
entre la fusion des cristaux et la concentration du sirop est trop important, la teneur
en isomères non cristallisables peut atteindre des valeurs de l'ordre de 25 à 30%
ce qui entrave considérablement la cristallisation du beta-D-fructopyranose.
EXEMPLE III
Cristallisation / prise en masse d'un sirop concentré frais.
[0022] Le sirop concentré et visqueux obtenu dans l'exemple II est alors maintenu dans un
mélangeur à une température comprise entre 80 et 95° C et ensemencé à l'aide de 10
à 25% de fructose cristallisé d'une granulométrie très fine (<200µm). Cet ensemencement
peut être fait à l'aide de fructose obtenu par le présent procédé, broyé très finement.
Le milieu est alors agité de façon à assurer une dispersion optimale des germes en
son sein. Le milieu consitué d'une masse blanchâtre très visqueuse est alors coulé
hors du mélangeur et stocké dans une étuve dont la température est fixée entre 55
et 75° C selon la teneur d'eau résiduelle, de la quantité de germes et de l'état d'avancement
de la réaction de mutarotation. Le temps de séjour dans l'étuve dépend de ces mêmes
facteurs.
[0023] Durant cette étape, la cristallisation se déroule jusqu'à ce que, finalement, l'ensemble
forme une masse non collante, rigide et cassante.
[0024] Notons que si un sirop non ensemencé est traité de façon identique, il se vitrifie
complètement et forme une masse amorphe (non cristalline) translucide très hygroscopique
qui ne se prête ni au broyage ni au stockage.
[0025] La masse cistallisée ainsi obtenue est grossièrement concassée au moyen d'un broyeur.
Les particules obtenues peuvent ensuite être séchées entre 50 et 75° C (de préférence
sous flux d'air sec) afin de diminuer encore la teneur en eau. Le broyage fin peut
alors être effectué. Si la masse initiale est suffisamment sèche que pour être finement
broyée, le séchage consécutif au broyage grossier peut être évité.
[0026] Le produit obtenu est constitué de particules (dont la granulométrie dépend du broyage
fin) elles-mêmes formées de cristaux de fructose de petite taille agglomérés entre
eux. En vue d'éliminer un maximum d'eau, un séchage final à une température comprise
entre 50 et 75° C a lieu au terme du broyage fin.
1. Procédé de fabrication de fructose cristallisé par solidification d'une solution chaude
et concentrée de fructose suite à l'ensemencement de la solution au moyen de cristaux
de fructose, caractérisé en ce que la solution de fructose utilisée pour l'ensemencement résulte d'un sirop de fructose
pur fraîchement préparé par la fonte de cristaux de dihydrate de fructose, concentré
par évaporation sous vide jusqu'à une teneur en matière sèche supérieure à 96% en
poids.
2. Procédé de fabrication de fructose cristallisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution de fructose utilisée pour l'ensemencement a une température comprise
entre 50 et 100° C.
3. Procédé de fabrication de fructose cristallisé selon l'une ou l'autre des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'ensemencement se fait au moyen de 5 à 30% en poids de fructose cristallisé ayant
une granulométrie inférieure à 500 µm.
4. Procédé de fabrication de fructose cristallisé selon l'une ou l'autre des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le délai entre la fonte des cristaux de dihydrate de fructose pour préparer le sirop
initial et la concentration de ce sirop à une teneur en matière sèche supérieure à
96% est inférieur à 24 heures.
5. Procédé de fabrication de fructose cristallisé selon l'une ou l'autre des revendications
1 à 4, caractérisé en ce que le délai entre la fonte des cristaux de dihydrate de fructose pour préparer le sirop
initial et la concentration de ce sirop à une teneur en matière sèche supérieure à
96% est inférieur à 8 heures.
6. Procédé de fabrication de fructose cristallisé selon l'une ou l'autre des revendications
1 à 4, caractérisé en ce que le délai entre la fonte des cristaux de dihydrate de fructose pour préparer le sirop
initial et la concentration de ce sirop à une teneur en matière sèche supérieure à
96 % est inférieur à une demi heure.
7. Procédé de fabrication de fructose cristallisé à partir de sirop contenant du fructose
et eventuellement d'autres substances, par purification de cette solution de fructose
et par solidification de celle-ci par ensemencement au moyen de cristaux de fructose,
caractérisé par les étapes successives suivantes :
ensemencement au moyen de cristaux de fructose dihydrate de la solution de fructose
ayant une teneur totale en sucre comprise entre 45 et 85% en poids et une teneur en
fructose supérieure à 60% en poids de la matière sèche, à une temperature entre 10
et - 10° C, maintien de la solution dans une zone de sursaturation en fructose par
abaissement progressif de la température jusqu'à obtention de cristaux de taille souhaitée,
et
séparation des cristaux obtenus de la solution mère de manière à obtenir des cristaux
de fructose dihydrate ayant une teneur en fructose comprise ente 95 et 100% en poids
de la matière sèche;
fonte des cristaux récoltés en un sirop ayant une teneur d'environ 83% en poids de
sucre et environ 17% d'eau;
concentration du sirop par évaporation d'eau sous une pression réduite jusqu'à une
teneur en matière sèche entre 96 et 100% en poids;
ensemencement du sirop ainsi obtenu au moyen de 5 à 30% en poids de fructose cristallisé,
maintien de la masse obtenue à une température entre 55 et 75° C jusqu'à obtention
d'une masse non collante et cassante, et
concassage, séchage et broyage de cette masse en particules formées de cristaux de
fructose agglomérés.
8. Procédé de fabrication de fructose cristallisé selon l'une ou l'autre des revendications
précédentes, caractérisé en ce que
la solution de fructose utilisée pour l'ensemencement au moyen de cristaux de fructose
a une température comprise entre 80 et 95° C.,
la solution de fructose utilisée pour l'ensemencement au moyen de cristaux de fructose
a été concentrée par évaporation sous vide,
la solution de fructose utilisée pour l'ensemencement au moyen de cristaux de fructose
a été concentrée jusqu'à une teneur en matière sèche supérieure à 96% en poids, et
/ ou que
les cristaux d'ensemencement ont une granulométrie inférieure à 250 µm.
1. Verfahren zur Herstellung von Kristallfructose durch Solidifikation einer warmen und
konzentrierten Fructoselösung nach Impfung der Lösung mit Fructosekristallen, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Impfung verwendete Fructoselösung aus einem reinen, durch Schmelzen von
Fructosedihydratkristallen frisch hergestellten Fruotosesirup gebildet wurde, der
durch Verdampfung im Vakuum bis auf einen Gehalt von über 96 Gew.-% in der Trockenmasse
konzentriert wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Kristallfructose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Impfung verwendete Fructoselösung eine Temperatur zwischen 50 und 100
°C aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung von Kristallfructose nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass für die Impfung 5 bis 30 Gew.-% Kristallfructose mit einer Granulatgröße unter 500
µm verwendet werden.
4. Verfahren zur Herstellung von Kristallfructose nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum zwischen dem Schmelzen der Fructosedihydratkristalle zur Zubereitung
des Ausgangssirups und der Konzentration dieses Sirups auf einen Gehalt von über 96
% in der Trockenmasse weniger als 24 Stunden beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung von Kristallfructose nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum zwischen dem Schmelzen der Fructosedihydratkristalle zur Zubereitung
des Ausgangssirups und der Konzentration dieses Sirups auf einen Gehalt von über 96
% in der Trockenmasse weniger als 8 Stunden beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung von Kristallfructose nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum zwischen dem Schmelzen der Fructosedihydratkristalle zur Zubereitung
des Ausgangssirups und der Konzentration dieses Sirups auf einen Gehalt von über 96
% in der Trockenmasse weniger als eine halbe Stunde beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung von Kristallfructose aus einem Sirup, der Fructose und eventuell
andere Stoffe enthält, durch Reinigen dieser Fructoselösung und durch Solidifikation
derselben durch Impfung mit Fructosekristallen, das durch folgende sukzessive Schritte
gekennzeichnet ist:
Impfen der Fructoselösung mit Fructosedihydratkristallen, wobei die Fructoselösung
einen Gesamtgehalt an Zucker zwischen 45 und 85 Gew.-% und einen Fructosegehalt über
60 Gew.-% der Trockenmasse aufweist, bei einer Temperatur zwischen 10 und -10 °C,
Belassen der Lösung in einem Bereich der Übersättigung an Fructose durch fortschreitendes
Absenken der Temperatur bis zum Erhalt von Kristallen der gewünschten Größe, und
Trennen der aus der Mutterlösung gewonnenen Kristalle in der Weise, dass man Fructosedihydratkristalle
erhält, deren Fructosegehalt zwischen 95 und 100 Gew.-% der Trockenmasse liegt;
Schmelzen der gewonnenen Kristalle zu einem Sirup, der einen Gehalt von etwa 83 Gew.-%
Zucker und etwa 17 % Wasser aufweist,
Konzentrieren des Sirups durch Wasserverdampfung unter vermindertem Druck bis auf
einen Gehalt in der Trockenmasse zwischen 96 und 100 Gew.-%;
Impfen des so gewonnenen Sirups mittels 5 bis 30 Gew.-% Kristallfructose,
Belassen der gewonnenen Masse bei einer Temperatur zwischen 55 und 75 °C bis zum Erhalt
einer nicht klebenden und brüchigen Masse, und
Brechen, Trocknen und Zerkleinern dieser Masse zu Partikeln, die aus agglomerierten
Fructosekristallen bestehen.
8. Verfahren zur Herstellung von Kristallfructose nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die für die Impfung mit Fructosekristallen verwendete Fructoselösung eine Temperatur
zwischen 80 und 95 °C aufweist,
die für die Impfung mit Fructosekristallen verwendete Fructoselösung durch Verdampfung
im Vakuum konzentriert wurde,
die für die Impfung mit Fructosekristallen verwendete Fructoselösung auf einen Gehalt
von über 96 Gew.-% in der Trockenmasse konzentriert wurde, und/oder dass die Impfkristalle
eine Granulatgröße unter 250 µm aufweisen.
1. Process for preparing crystallized fructose by solidification of a hot and concentrated
solution of fructose obtained by seeding the solution by means of fructose crystals,
characterized in that the fructose solution used for seeding, results from a pure fructose syrup newly
made by melting fructose dihydrate crystals, concentrated by vacuum evaporation until
the content of dry substance exceeds 96% by weight.
2. Process for preparing crystallized fructose according to claim 1, characterized in that the fructose solution used for seeding has a temperature ranging from 50 to 100 °C.
3. Process for preparing crystallized fructose according to anyone of the preceding claims,
characterized in that seeding occurs by means of 5 to 30% by weight of crystallized fructose having a granulometry
of less than 500 µm.
4. Process for preparing crystallized fructose according to anyone of the preceding claims,
characterized in that the time between melting the crystals of fructose dihydrate in order to prepare the
initial syrup and the concentration of this syrup up to a content of dry substance
exceeding 96% is less than 24 hours.
5. Process for preparing crystallized fructose according to anyone of the claims 1 to
4, characterized in that the time between melting the crystals of fructose dihydrate to prepare the initial
syrup and the concentration of this syrup up to a content of dry substance exceeding
96% is less than 8 hours.
6. Process for preparing crystallized fructose according to anyone of the claims 1 to
4, characterized in that the time between melting the crystals of fructose dihydrate to prepare the initial
syrup and the concentration of this syrup up to a content of dry substance exceeding
96% is less than half an hours.
7. Process for preparing crystallized fructose from syrup containing fructose and other
substances on occasion, by purification of this solution of fructose and by its solidification
by seeding by means of fructose crystals,
characterized by the following successive stages:
Seeding, by means of fructose dihydrate crystals, the fructose solution having a total
content of sugar ranging from 45 to 85% by weight and a fructose content exceeding
60% by weight of the dry substance, at a temperature ranging from 10 to -10 °C;
Maintaining the solution in a zone of supersaturation of fructose by progressively
lowering the temperature until crystals of the size desired are obtained, and separating
the crystals obtained from the mother solution in order to obtain fructose dihydrate
crystals, having a fructose content ranging from 95 to 100% by weight of the dry substance;
Melting of the crystals gathered in a syrup, having a sugar content of about 83% by
weight and a water content of about 17%;
Concentration of the syrup by evaporating the water at a reduced pressure up to a
content of dry substance ranging from 96 to 100% by weight;
Seeding the syrup thus obtained by means of 5 to 30% by weight of crystallized fructose;
Maintaining the mass obtained at a temperature ranging from 55 to 75 °C, until a non-glueing
and breakable mass is obtained, and crushing, drying and pulverizing of this mass
into particles, formed by agglomerated fructose crystals.
8. Process for preparing crystallized fructose according to anyone of the preceding claims,
characterized in that:
The fructose solution used for seeding by means of fructose crystals has a temperature
ranging from 80 to 95 °C;
The fructose solution used for seeding by means of fructose crystals has been concentrated
by vacuum evaporation;
The fructose solution used for seeding by means of fructose crystals has been concentrated
up to a content of dry substance exceeding 96% by weight, and/or in that:
The seeding crystals have a granulometry lower than 250 µm.