糖的加工方法
2023-05-30 21:02:41
專利名稱:糖的加工方法
本發明是關於使用通常稱為「相變」的方法使糖(蔗糖或葡萄糖)結晶的工藝。
生產結晶蔗糖的一般方法包括將熱的濃縮糖漿裝入鍋中抽真空並從糖漿中蒸發一部分水，然後一部分糖結晶出來，通常使用離心機再將其分離。然後將母液回收並再煮生產另一批糖結晶。此方法可以重複若干次。第一批產出的糖非常純，繼後各批的糖純度下降。此外，此方法很慢並很複雜。而且還有其它的缺點，尤其是通常它只能以間斷的方式進行操作。
已提出和實施的其它方法是基於通常所說的「相變」現象。「相變」時，過飽和糖漿成核然後結晶，在這樣的情況下，放熱的結晶過程中放出的熱蒸發掉剩餘的水，從而給出大體上乾燥的結晶產品，這種類型的在工業上可行的方法大體規入了兩個類別，下面的兩種專利方法是它們的典型代表英國書第1460614號和美國書第3972725號(Tate and Lyle有限公司)敘述了一種連續方法，在此方法中糖漿被瞬時成核並立即排入結晶區。通過使糖漿受到剪切力來達到這種瞬時成核。剪切力的速度梯度至少5000釐米/秒/釐米，更通常至少10000，或甚至20000釐米/秒/釐米，那樣的剪切力可由膠體磨或均化器形式的設備來施加，糖漿在上述設備中滯留時間非常短，例如由0.0001到0.5秒。然後排出的糖漿通常在一運動著的傳送帶上結晶，水在這裡蒸發，同時能保持結晶物料在一相對恆定的溫度下，並得到大體上乾燥的產品。一個有關的方法已在英國書2070015B和美國書4342603(Tate and Lyle公共有限公司)中敘述，它適用於葡萄糖的結晶過程。如在先前所提及的專利中，過飽和糖漿(在此情況下至少65%過飽和，且固體含量大於95%)受到事實上瞬時的剪切力作用，然後讓它在傳送帶上結晶。在剪切過程中的速度梯度在膠體磨中大約是8000至3000釐米/秒/釐米，或使用限制噴咀使達到大約3000釐米/秒/釐米。產品是乾燥的微晶葡萄糖物料含有至少70%(重量)的β型葡萄糖。
兩種方法都證明是十分成功的，但一個問題隨之出現由於成核過程是在那樣一個短時間內完成，有時難以控制反應過程以防止快速結晶阻塞成核區的出口。
美國書第3365331號(Miller，已授予美國糖業公司)和美國書4338350和4362757(Amstar)敘述了一種蔗糖「相變」方法，它包括攪打濃的蔗糖漿，在同一攪打區內蔗糖漿隨著完全結晶。此方法包括使用一種「攪打機結晶器」，如由Strong-Scott製造公司(美國明尼阿波利斯)生產的所謂渦流器。此設備由一裝有螺旋葉片或漿的筒體構成，葉片或漿以足夠的速度旋轉以攪打糖漿而不僅僅是攪拌它。為了防止糖漿過熱和為了除去水蒸汽，供給了強氣流。在此方法中剪切和攪打在整個結晶期間進行，以使從設備中排出的產品是一種固化了的結晶物料。實際上，此方法包括輸入大量的能量並存在有關溫度控制的問題。然而正如美國專利3365331(縱行9)中所述的，介紹了其它添加劑材料(它們可以有食用價值或味覺價值或顏色價值或醫藥價值等等)的加入，並且表明此方法在相變期間正適於添加那樣的物料。
可將上法與瞬時成核類型的方法進行比較，例如使用膠體磨來混合其它添加物料特別是例如磨碎了的堅果和可可是困難的。
同樣地，可用連續操作和攪拌的方法將葡萄糖結晶。美國書第3197338號(Hurstetal，已經授予A.E.Staley製造公司)公開了一種方法，用這種方法葡萄糖漿在一混合器或混合機中結晶，如由美國Baker-Perkins公司製造的KO-捏合機它包括一個單往復式蝸形螺杆並在機器外殼上安裝有若干凸塊(Projecti-ons)。一般糖漿在冷卻下攪打幾分鐘，以發生成核作用隨後葡萄糖結晶。排出的部分結晶的物料隨後在傳送帶上迅速冷卻以防止軟化和進一步結晶，剩餘的熔化的糖漿凝結成好象一塊堅硬的玻璃。然後將此物料磨細成所需之粒度，但僅含有大約50-70%晶狀的葡萄糖。
另一葡萄糖結晶的方法在CPC國際公司的英國專利2077270B中已公開並提出了權利要求
。這種方法中水解澱粉產物濃縮到大約92-99%固體，然後同時被擠壓和混合，當冷卻時溶液結晶。雖然在該專利中提到整個物料被磨細混合直到得到顆粒的結晶物質長達一小時，而在剪切和擠壓機中的滯留時間平均大約2-3分鐘。然後將產物進一步磨細。
這些方法與上面所提及的美國專利3365331的蔗糖結晶方法密切有關，因為它們都包括了在物質發生結晶的整個時間內，需要有幾分鐘的連續攪打，擠壓或混合這種物質，還因為它們都需要在攪打過程中控制溫度。
為此需要一種快速，容易控制和不用輸入高能量的結晶方法，並能以連續的而不是間斷的方式運行，且還能允許加入象硬殼果製品和可可那樣的配料。
在英國專利№.1460614的改進方法中(Nicol法)我們曾企圖去克服上面所提及的缺點，當時的技術觀點認為上述這兩種類型的方法代表其唯一有效的可能性。對Nicol法來說瞬時成核看來是最重要的，也就是糖漿成核儘可能地快，並將它從限定的成核區實際上瞬時排出，以防止過熱和因此造成糖軟化並由固化而造成阻塞。相反地，由美國糖業公司採用的Miller法逐步成核和結晶法意味著在整個工藝過程中混合物必須保持著運動狀態，以防止它在設備中固化並因此還需要有力的攪打和冷卻。因而不實現Miller法的攪打和冷卻工藝，「減慢」Nicol法是不可能的。
然而，我們現在驚人地發現能夠使用某些類型的設備來實現更易受控制的逐步的成核過程。這種設備還能使成核了的糖漿在顯著結晶之前排出，而且容許在此時加入額外的物料。
根據這個發明我們提供了一個蔗糖或葡萄糖從飽和糖漿中結晶出來的方法，在此方法中糖漿在一未冷卻的成核區經受剪切以導致糖漿成核，在顯著結晶發生之前，糖漿從所說的成核區排出，隨後讓糖漿在無攪動狀態下結晶，其特徵在於由一連續的螺旋擠壓機進行剪切，以誘發糖漿的逐漸成核，糖漿有一平均滯留時間，其中對蔗糖於115°-145℃溫度下低於25秒，對葡萄糖於100-135℃溫度下低於25秒。
「連續螺旋擠壓機」一詞我們意指一種混合和碾磨的機器，該種類型的機器有一個或多個(最好兩個)具有恆定或不同的螺距的螺杆部件(阿基米德螺旋)。在這種混合器中，輸入的物料被傳輸並被壓入螺杆漿葉和殼體之間的空間，在雙螺杆機器的情況下則在兩個相互嚙合的螺杆漿葉之間。兩個螺杆的螺距處於並行或相反的狀態，這取決於螺杆是同向旋轉還是反相旋轉。在塑料碾磨行業中兩種形式都是為大家所熟知的。例如在用於擠壓之前，這些機器用於碾磨聚氯乙烯。典型的機器是由Baker Perkins公司所製造，包括GP，MP和MPF系列。其它的此類型設備的供應商包括Werner和Ptleiderer，Stuttgart和Le Creusot，Loire。一種特別優良的類型的擠壓機具有雙螺杆系統，由「筒體」中同向旋轉並嚙合的兩個並行的螺杆所組成。兩個螺杆每一個都有一個縱向的傳動軸(例如長度直徑為10∶1到15∶1)，螺杆部件裝置在傳動軸上，此部件例如大約25毫米間距和50毫米直徑。無傾角的垂直「漿」或「透鏡」狀的攪拌器部件成對地結合配置，每一個傳動軸上一個。這些漿通常是一些多以傳動軸為軸心的尖頭的橢圓，它們可以是例如大約12-13毫米厚和直徑為50毫米。鑑於種種理由，雙螺杆系統是較優的，當所有物料連續地從內(傳動軸之間)移動到外(也就是筒體內表面)時，熱傳導較好，這也使內部溫度更為一致。輸送是靠強制的位移，並不依賴於漿和筒體及物料之間的粘性摩擦。能量消耗大約是單螺杆系統的一半，單螺杆為與900-1500千焦爾/公斤，而雙螺杆一般是400-600千焦爾/公斤。此外，能量分散成許多小剪切力而不是大的剪切力，因此有助於所要求的迅速成核。
Baker Perkins MPF 50D，裝有一直徑50毫米的傳動軸，總行程大約750毫米，沿著它的長度方向有不同的輸入口，驅動馬達裝在物料由此開始輸送的一端。糖漿通過一個沿長度方向340毫米的輸入口方便地往裡抽入，其它添加物通過沿長度方向600或720毫米的輸入口加入。水蒸汽可以從靠近馬達一端例如沿長度方向約90毫米，的輸入口排去。
這種類型的機器一般在100至500，例如300到400轉/分的轉速下操作，能在予定的滯留時間內充分成核，滯留時間對蔗糖低於25秒，一般低於15秒，例如2-11秒。
糖漿通過了剪切區，在那裡它通過擠壓機的螺杆和漿或攪拌片之間的間隙，然後進到一個運動著的傳送帶。在此之前也可以先通過擠壓機的相對靜止的無攪拌區(在此期間不出現進一步成核，但成核了的糖漿開始結晶)。
我們發現在這樣的條件下，過飽和糖漿可以充分地完全地並均勻地成核，以使在排放到運動的傳送帶上時能快速完全地結晶，但並沒有快到以致於在糖漿排放前出現大量的結晶。
本方法所用的原料應是一種過飽和的蔗糖漿，一般90-95°白利糖度，自然地，糖漿中水含量愈低得到乾燥產物愈容易，雖然最終產物的水含量很大程度上可由從成核區排出的結晶物料中發生的煮沸程度來控制。用上述糖漿在125-125℃溫度下操作時，可能得到一種乾燥的疏鬆結構的易脆的固體，其含水量大約為4%(重量)另一方面，對一種飽和葡萄糖漿，一般95-99℃白利糖度，也能使用。在真正的結晶期間，可除去葡萄糖中留下的少量水份。根據需要可採用措施例如一種方便的旋轉乾燥，把這兩種產品中的水份進一步除去。
如上面闡明的，結晶發生在成核區外面，並且在一運動著的傳送帶上較佳。我們發現，尤其對蔗糖而言，傳送帶的上料很重要，由於輻射和傳導造成的熱損失必需由放熱的結晶過程來平衡，以使傳送帶上物料的溫度不降到低於臨界溫度，此溫度依賴於糖漿的性質和濃度。在這類方法中，完全結晶依賴於水的除去，因而結晶的糖糊的溫度不降到低於糖漿中水的沸點是相當重要的事，事實上在最佳條件下，正在結晶的糖糊被從固化物質逸出的水蒸汽所攪動。
離開成核區的成核了的糖漿是一種奶油狀的泡沫狀液體，它很方便地被直接排放到運動著的傳送帶上，尤其是橡膠的或鋼的傳送帶。在這樣的情況下傳送帶上的裝料以6-15公斤/米2為好，最佳大約10公斤/米2。硬化糖糊結晶大約在0.5至10分鐘的時間內發生，較佳為大約2至3分鐘，結晶後該產品是疏鬆結構的易脆固體。在蔗糖的情況下大部分殘餘水份被除掉。傳送帶的較遠段供物料冷卻和硬化。為使結晶快速完全，不允許將糖漿/糖糊冷卻得太快是重要的當然不應採取實際的冷卻步驟，在結晶期間冷卻，事實上阻止了結晶並導致生成玻璃化的非結晶產物。
從傳送帶上獲得的產品易於製成所需粒度的顆粒並能進一步乾燥給出一種自由流動的糖產品，這種產品為粒狀並能迅速分散和溶解於水中。然而它還具有一種誘人的發出嘎吱嘎吱聲的結構，特別適用於調製糖果，例如用於製取巧克力條。除了可在擠壓機中添加配料到糖漿而外，也可在生產這種糖果的階段加入配料。
另一方面，在傳送帶上的塊狀物可以切或做成各種形狀，例如適用於塗覆巧克力的糖果條等等。
如上面指出的，根據本發明的方法的優點是其它的配料可以加入到成核的糖漿中去，以提供一種顆粒狀的含有所說配料的砂糖產品。典型的配料包括細碎或切開的硬殼果，它包括花生果泥，可可和巧克力產品，麩，水果調味香料，果膠，麥芽等等。通常，其它配料可以任意加入直到大約50-65%(重量)，較佳達到大約40-45%(重量)。或者甚至可以加入更高的量以製造一種不同類型的產品，在這些產品中，蔗糖反是這整個集合體中少量的均勻分散的組份。除此以外加入精細分散的蔗糖是所期望的，例如加入在本方法造粒和過篩後所得到的「精品」。這種物質可以對結晶起一種外加晶種的作用，但是它的加入並不能引起排出糖漿的結晶增加，也就是說，結晶程度與所加結晶蔗糖的比例等效。例如一種低於大約710μ的顆粒狀物質可以從造粒產品中分離出來並返回到擠壓機中去，這種回料可佔大約10-30%(重量)或甚至高達到50%(重量)。
根據本發明的進一步特徵，提供了製造結晶糖的由多個裝置組成的成套設備，包括一個蒸發器它在所說的溫度之下供給過飽和糖漿;此糖漿供給一個較佳的雙螺杆擠壓機;一個傳送帶，用來收集從擠壓機中排出的結晶糖漿，並在一實際上恆定的溫度下輸送糖漿，並同時進行結晶。
下面的例子進一步說明本發明。
例1在大約130-145℃溫度下，一般138℃，將含有85-87%蔗糖的糖漿蒸發成大約93°白利糖度的過飽和糖漿。隨後將糖漿抽入Baker Perkins MP50 雙螺杆擠壓機中，機中裝有同向旋轉螺杆(長度直徑為15∶1，直徑為50毫米)，傳動軸驅動攪拌葉片和螺杆。流動速度調節為使糖漿從攪拌區排出時(滯留時間大約2-8秒)成核並開始結晶。然後直接將糖漿導入一運動著的傳送鋼帶並使其在無顯著的溫度降情況下結晶。在傳送帶的期間水被蒸發。然後將固化的結晶物質冷卻，破碎並造粒，得到一種脆的嘎吱嘎吱響的產品。
例2將葡萄糖一水合物溶於水中得到含40%固體的溶液。使用板式熱交換器和真空分離器在兩個連續的階段內將它蒸發到含大約97.5%固體的溶液。在第一階段得到含83%固體的87℃的液體，在第二階段得到含97.8%固體的大約107℃的液體。蒸發過的液體連續地抽入在例1中使用的擠壓機，在擠壓機中連續地被攪拌並被排放到運動著的傳送帶上，於4-6分鐘內出現結晶。在螺杆轉速為300轉/分，排放速度為1.0公斤/分時，在擠壓機中的滯留時間為3-15秒鐘。產品含2.2%水，並且至少有75%是晶態。將產品破碎並造粒。
例3例1的方法改進如下。用螺杆加料器將麩(bran)裝入混合器的第一個輸入口(離排料端最遠)，改變加麩的速度以得到所需的含量((20%(重量))。蒸發過的蔗糖液於131℃排放到混合器的第二個輸入口。將麩和蔗糖混合，捏合併攪動，同時輸送到混合器的排料端，滯留時間為3至15秒。含水份6.3%的混合物於124℃排放到運動著的傳送帶上，在3至6分鐘內結晶成一大塊。然後將大塊結晶加工成能通過5毫米篩的顆粒。因為水在傳送帶上蒸發去，該產品僅含4.2%的水。然後將此顆粒物進行旋轉乾燥並過篩得到1-25mm大小，最終水含量為2.1%。
例4粗糖將含67%粗糖的水溶液蒸發到含83%固體。在排放到距馬達34釐米的擠壓機輸入口之前，先通過板式熱交換器將糖漿蒸發並加熱到137.8℃。水蒸汽在距馬達9釐米處的入口處排去，剩下含90%至95%固體的糖漿，擠壓機運轉速度為400轉/秒，使起泡沫的糖漿以88公斤/小時速率排放到運動著的結晶傳送帶上。糖漿迅速結晶並於三分鐘後造粒。讓該產品通過旋轉乾燥器並分級。產品的含水量為1.9%。
例5粗糖和麩67%的粗糖和水蒸發到含83%固體。在排放到距馬達34釐米的擠壓機入口處之前糖漿通過板式熱交換器蒸發並加熱到138.9℃。水蒸汽在距馬達9釐米的入口處從擠壓機中排出。留下含90%至95%固體的糖漿。一個單螺杆固體送料器垂直安裝在距馬達60釐米處的擠壓機側入口上，於速率37.7公斤/小時下計量輸入麩屑。擠壓機於400轉/分速率下運行。排放糖漿和糠屑的混合物於運動著的傳送帶上，糖漿在那裡起泡並結晶，兩分鐘後將物料造粒，旋轉乾燥並分級。該產品能自由流動並嘎吱嘎吱響，麩含量30%，水含量2.6%。
例6可可將含有不高於0.3%回料糖和0.13%灰分的含67%固體蔗糖的蔗糖液蒸發到含83%固體。在排放到距馬達34釐米處的擠壓機入口之前使其通過板式熱交換器蒸發並加熱到135.5℃。水蒸汽在距馬達9釐米的入口處從擠壓機中排出，剩下含90%至95%固體的糖漿。一個單螺杆固體粒子送料器垂直安裝在距馬達60釐米的擠壓機側入口上，在22公斤/小時速率下計量加入可可。擠壓機運轉速率400轉/分。排放糖漿和可可混合物於運動著的傳送帶上，糖漿在那裡起泡並結晶，兩分鐘後將所得物料造粒，旋轉乾燥並分級，該產品能自由流動並吱嘎吱嘎響，可可含量18%，含水量1.4%。
例7花生醬將含有不超過0.3%回料糖和0.13灰份含67%蔗糖固體的蔗糖液蒸發到含83%固體。在排放到距馬達34釐米的擠壓機入口之前使其通過板式熱交換器蒸發並加熱到135℃。水蒸汽於距馬達9釐米的入口處從擠壓機中排出，剩下含90%至95%固體的糖漿。裝有花生醬的寬口單級泵與距馬達60釐米的輸入口相連結，花生醬以29公斤/小時的速率抽入。擠壓機運轉速度400轉/分。糖漿和花生混合物排放在運動著的傳送帶上，糖漿在那裡結晶，兩分鐘後將其造粒，旋轉乾燥並分級。產品含花生25%，含水1.4%。
例8檸檬香料含有不高於0.3%回料糖，0.13%灰份的含67%固體蔗糖的蔗糖液用食物添加劑將它染成黃色，然後蒸發到含83%固體。在排放到距馬達34釐米的擠壓機輸入口前使糖漿通過板式熱交換器蒸發並加熱到135℃。水蒸汽於距馬達9釐米的輸入口從擠壓機中排出，留下含90%至95%固體的糖漿。兩種檸檬香料和緩衝乳酸在距馬達72釐米的入口處單獨計量加入擠壓機。兩種檸檬香料每種都以931克/小時的速率抽入，乳酸以2.07公斤/小時的速率抽入，擠壓機旋轉速率為400轉/分，排放糖、酸和香料的混合物於運動著的傳送帶上，糖在這裡結晶，兩分鐘後將所得物料造粒，旋轉乾燥並分級。該產品能自由流動並吱嘎吱嘎響，具有強烈的檸檬味，含水量1.4%。
例9不純的糖含有1.8%灰分，2.5%回料糖含67%固體和總蔗糖含量為92%的不純蔗糖漿，被蒸發到含83%固體。在排放到距馬達34釐米的擠壓機入口之前，使其通過板式熱交換器蒸發並加熱到140℃。水蒸汽閃蒸到大氣中，同時糖漿被排入擠壓機輸入口。擠壓機長度和直徑比為10∶1，轉速250轉/分，於88公斤/小時速率下排放起泡的糖漿到運動著的結晶傳送帶上，43分鐘後糖漿迅速結晶並造粒，產品經過旋轉乾燥器並分級。
權利要求
1.一種從過飽和糖漿中結晶蔗糖和葡萄糖的方法，在此方法中糖漿在一未冷卻的成核區受到剪切以使糖漿成核，在大量結晶發生之前，糖漿從所說的成核區排出，隨後讓糖漿在無擾動狀態下結晶，其中特徵的剪切由一連續的螺旋擠壓機提供，以誘發糖漿的逐漸成核，糖漿有一平均滯留時間，其中對蔗糖於115℃-145℃溫度下低於25秒，對葡萄糖在100-135℃溫度下低於25秒。
2.根據權利要求
1的方法，其中擠壓機是一雙螺杆擠壓機。
3.根據權利要求
1或2的方法，其中擠壓機有一傳動軸，它的長度與直徑比為10∶1到15∶1。
4.根據權利要求
1、2或3的方法，其中擠壓機在100-500轉/分下運轉。
5.根據權利要求
1、2、3或4的方法，其中在擠壓機中的平均滯留時間低於15秒。
6.根據權利要求
5的方法，其中平均滯留時間是2-11秒。
7.根據權利要求
1、2、3、4、5或6的方法，其中結晶發生在運動著的傳送帶上。
8.根據權利要求
7的方法，其中傳送帶負載是從6-15公斤/米2。
9.根據前面任一權利要求
的方法，其中一種或多種其它配料加入到了正在成核的糖漿中。
10.根據權利要求
9的方法，其中其它配料分別地輸入到擠壓機中。
11.由多個裝置構成的生產結晶糖的成套設備，包括a/一個蒸發器，用在100至135℃供給過飽和葡萄糖漿或在115-145℃供給過飽和蔗糖漿，為供給糖漿把它安置到b/一個連續的螺旋擠壓機，適合於對糖漿提供少於25秒的平均滯留時間，和c/一個傳送帶，安裝來收集從擠壓機排放到一個平坦表面的糖漿，並在實質上恆定的溫度下輸送它，同時發生結晶。
12.根據權利要求
1至10的任一種方法或根據權利要求
11所使用的設備生產的結晶糖產品。
專利摘要
使蔗糖結晶的方法，將熱的過飽和糖漿通入到連續的螺旋擠壓機以誘發糖漿在平均25秒的時間內逐漸成核，然後將成核的糖漿排放到一個表面上，例如皮帶式輸送機，使其在無擾動情況下結晶。
文檔編號C13B30/02GK85101031SQ85101031
公開日1987年1月31日 申請日期1985年4月1日
發明者舒克拉, 辛克菜, 史密斯 申請人:塔特和萊利公眾有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan