DE68904556T2 - Verfahren zur herstellung einer mischung von sacchariden. - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Mischung von Fruktose, Glukose und Oligosacchariden der allgemeinen Formel GFn, worin G Glukose ist, F Fruktose ist und n eine ganze Zahl ist, umfassend, berechnet als Trockensubstanz, 10 bis 25 Gew.% G + F + GF, 8 bis 20 Gew.% GF&sub2;, 8 bis 15 Gew.% GF&sub3; und 74 bis 40 Gew.% GF&sub4; und darüber und worin das Verhältnis F/G 3 bis 4 ist. Die Mischung ist als süßschmekkendes Material mit niedrigem Kaloriengehalt verwendbar.
Technischer Hintergrund
• Bisher wurde Saccharose wegen ihrer ausgezeichneten Merkmale, wie guter Süßigkeit, Körper, Geschmack und Kristallinität weitverbreitet in Konfekt und Nahrungsmitteln verwendet. Saccharose stellt aber ein Substrat für Dextransukrase dar, die von Mikroorganismen im Mund gebildet wird, und als Folge führt die aufeinanderfolgende Einnahme von Saccharose zur Bildung großer Mengen von unlöslichem Dextran im Mund. Dadurch wird die Bildung von Zahnplaque beschleunigt. Daher sagt man, daß Saccharose karieserzeugend ist. Vor kurzem gab es einen Trend, die Kalorieneinnahme zur Verhinderung von Fettleibigkeit zu vermindern, und es wurde ein süßes Material mit niedrigem Kaloriengehalt anstelle eines mit hohem Kaloriengehalt gefordert.
• Aus diesem Grund wurden viele Vorschläge zum Auffinden eines süßen Materials als Ersatz von Saccharose gemacht, wie die künstlichen Süßstoffe Saccharin, Cyclamat, Aspartam, Sorbit und viele andere.
• Derartige Alternativsüßstoffe werden weitverbreitet verwendet, weisen aber auch verschiedene Nachteile auf, wie bitteren Beigeschmack oder Nachgeschmack. Weiterhin besteht der Verdacht, daß einige der künstlichen Süßstoffe karzinogen sind.
• Diese Nachteile, insbesondere der Verdacht, karzinogen zu sein, ein wiederkehrender Gegenstand in der öffentlichen Debatte, machte Konsumenten widerstrebend, Produkte zu verwenden, die irgendeine Art von künstlichem Süßstoff enthalten.
• Es ist bekannt, daß die Dahlienknollen ein Polysaccharid, als Inulin bekannt, enthalten. Gemäß Merck-Index, 10. Auflage, Merck & Co.Inc., Rahway, N.J., USA, 1983, S. 725, Index Nr. 4872, hat es die Formel GFn, worin n einen Mittelwert von ungefähr 37 hat. Die Herstellung von Inulin aus Dahlienknollen ist in der US-PS 4 285 735 geoffenbart.
• Es ist auch bekannt, daß Zichoriewurzeln und Jerusalem-Artischockenknollen entsprechende Polysaccharide oder Oligosaccharide der allgemeinen Formel GFn enthalten. Der Wert von n variiert in Abhängigkeit vom betreffenden rohen Pflanzenmaterial, siehe z.B. S.E. Fleming et al., Preparation of highfructose syrup from the tuber of the Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.), CRC Crit.Rev.Food Sci.Nutr., 11, 1-23, 1979, US-A-4 613 377 und EP-A2-0 201 676.
• Das Interesse an diesen Polysacchariden und Oligosacchariden in Form von Inulin oder inulinähnlichen Verbindungen (Inuliden) war bisher auf den großen Gehalt von Fruktosegruppen in diesen Verbindungen gerichtet. Sie sind somit eine nützliche Quelle für die Herstellung von Fruktose, insbesondere im Hinblick auf die Verwendung der Fruktose als Nährstoffergänzung und Süßstoff.
• Die EP-Patentanmeldung 0 201 676 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Spaltungsproduktes mit niedrigem Glukosegehalt aus Pflanzenteilen, welches Spaltungsprodukt inulinähnliche Oligo- oder Polysaccharide umfaßt. Gemäß diesem Verfahren werden die extrahierten Oligo- oder Polysaccharide einer Behandlung mit dem Enzym Inulinase unterworfen, um sie in Fruktose und Fruktoseoligomere zu zersetzen.
• US-A-4 613 377 offenbart ein Verfahren, in dem die aus Jerusalem-Artischockenknollen oder Zichoriewurzeln erhaltenen inulinartigen Oligosaccharide teilweiser oder praktisch vollständiger Hydrolyse unterworfen werden.
• Weitere Literatur, die den allgemeinen Stand der Technik offenbart, ist die folgende:
• GB-A-1 405 987 offenbart die Herstellung einer Mischung von Fruktose und Glukose, d.h. Invertzucker, durch Kristallisation.
• US-A-2 555 386 offenbart die Herstellung von Inulin aus der Jerusalem-Artischocke. Das erhaltene Inulin wird als Ersatz für Stärke und zur Herstellung von Lävulose und Alkohol verwendet.
• US-A-4 138 272 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Fruktose aus Xerophytenpflanzen, beispielsweise Agaven.
• DE-A-3 211 776 offenbart ein Verfahren zum Erhalten von Saft aus der Jerusalem-Artischocke, der zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Aceton, Butanol, verwendet werden soll.
• Derwent's Abstract Nr. 87-305 414/43, SU-Patentanmeldung 306 061 (SU-A-1 300 032), offenbart die Herstellung von Fruktose aus der Jerusalem-Artischocke.
• Nichtpatentliteratur betreffend die Analysen von "Inulin" aus der Jerusalem-Artischocke ist erwähnt in:
• - Chemical Abstracts (CA), Bd. 26 (1932), S. 5355, Food Ind. 4, 66-9 (1932),
• - CA, Bd. 29 (1935), S. 8387, Sosvet.Sakhar 1935, Nr. 1, 4-47,
• - CA, Bd. 50 (1956), Sp. 13152g, Trudy Komissii Anal.Khim., Akad.Nauk. S.S.S.R., Inst.Geokhim. i Anal.Khim. 6, 492-7 (1955),
• - CA, Bd. 51 (1957), Sp.. 9813a, Zucker-Beih. 3, 86-94 (1957),
• - CA, Sp. 53 (1959), Sp. 18189c, Cukoripar 12, 126-9 (1959).
• Aus den GB-Patentanmeldungen 2 072 679, 2 105 338 und 2 179 946 ist ein süßes Material mit niedrigem Kaloriengehalt bekannt, das eine Mischung von Oligosacchariden umfaßt, wobei 1 bis 4 Moleküle Fruktose an Saccharose gebunden sind, d.h. eine Mischung der Oligosaccharide GF&sub2;, GF&sub3;, GF&sub4; und GF&sub5;. Die obige Mischung wird durch stufenweise Synthese aus Saccharose hergestellt, wobei das Enzym Fruktosyltransferase auf Saccharose einwirken gelassen wird: Enzym Saccharose Glukose Fruktose
• Diese Synthese ist teuer und ergibt nur kleine Mengen der Oligosaccharide GF&sub4; und GF&sub5;. Außerdem resultiert die obige Reaktion 1) in der Bildung eines Überschusses an Glukose. Die bekannte Süßsubstanz ist unter dem Namen "Neosugar" sowohl in Form eines Sirups als auch in Pulverform verfügbar. "Neosugar" weist die schädlichen Wirkungen von Saccharose oder anderen oben erwähnten künstlichen Süßstoffen nicht auf, seine Herstellung ist jedoch zu teuer, um seine weitverbreitete Verwendung zu erlauben. Weiterhin widerstrebt es Konsumenten wahrscheinlich, das Produkt zu verwenden, wenn es als chemisch modifiziertes Produkt angeboten wird.
• Es gibt somit noch immer einen Bedarf an einem Verfahren, das die Herstellung eines Süßstoffes auf Basis eines Naturproduktes ohne die schädlichen Wirkungen von Saccharose und herkömmlicher Alternativsüßstoffe ermöglicht, welches Verfahren billig ist und keine chemische Modifizierung der gewünschten natürlichen Komponenten in den Ausgangsmaterialien beinhaltet.
Offenbarung der Erfindung
• Es wurde nun gefunden, daß ein Material in Form einer Mischung von Sacchariden, das diesen Anforderungen entspricht, aus einem natürlichen Rohmaterial, d.h. Pflanzenknollen oder -wurzeln, z.B. Knollen der Jerusalem-Artischocke, Helianthus tuberosus L., oder Wurzeln der Zichorie, Cichorium, hergestellt werden kann.
• Demgemäß bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen der obigen Mischung von Sacchariden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mischung aus Pflanzenknollen oder -wurzeln durch ein Verfahren, das keinerlei chemische Modifizierung der Komponenten der Mischung beinhaltet, gewonnen wird, in welchem Verfahren die folgenden Schritte durchgeführt werden:
• a) die im wesentlichen gereinigten Knollen oder Wurzeln werden zu Schnitzeln geschnitten,
• b) die Schnitzel werden Extraktion mit Wasser unterworfen,
• c) der Extrakt oder Saft wird in geeigneter Reihenfolge einmal oder mehrmals mit jedem der folgenden Schritte behandelt:
• 1) Zusatz von Ca(OH)&sub2;,
• 2) Zusatz von CO&sub2; oder Phosphorsäure und
• 3) Abtrennung,
• d) der Saft von Schritt c) wird Ionenaustausch unterworfen,
• e) der Saft von Schritt d) wird gegebenenfalls mit Aktivkohle behandelt,
• wonach der Saft gegebenenfalls weiter konzentriert wird, indem er Hyperfiltration und/oder Eindampfen und/oder Trocknen unterworfen wird.
• Durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es möglich, die Mischung von Sacchariden in Form eines trockenen Pulvers zu einem Preis herzustellen, der niedriger ist als die halben Kosten, die bei der Herstellung des aus der GB-Patentanmeldung 2 072 679 bekannten Produktes gemäß den in den GB-Patentanmeldungen 2 072 679, 2 105 338 und 2 179 946 geoffenbarten Verfahren anfallen.
• Die Zusammensetzung des durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Produktes unterscheidet sich von der Zusammensetzung des Inulins, das von Dahlienknollen stammt, dadurch, daß es einen niedrigeren Polymerisationsgrad aufweist. So beträgt das Verhältnis F/G für das durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Produkt 3 bis 4 im Vergleich mit Inulin, wo das Verhältnis F/G ungefähr 30 ist.
• Eine wesentliche Anforderung an jedes als Süßungsmaterial verwendete Material ist seine Wasserlöslichkeit. Das gemäß der Erfindung hergestellte Produkt hat eine Zusammensetzung oder einen Polymerisationsgrad innerhalb solcher Grenzen, daß einerseits die Bestandteile ausreichend groß sind, um überwiegend unverdaut durch den Verdauungstrakt hindurchzugehen. Andererseits sind die Bestandteile noch wasserlöslich. Das aus Dahlienknollen erhaltene Inulinprodukt ist in Wasser in seiner unmodifizierten Form nicht löslich und muß so chemischer oder anderer Modifizierung, wie Hydrolyse, unterworfen werden, wenn ein wasserlösliches Produkt erwünscht ist.
• Ein besonders bevorzugtes, gemäß der Erfindung hergestelltes Produkt umfaßt 25 bis 35 Gew.% G + F + GF + GF&sub2; und 75 bis 65 Gew.% GF&sub3; und darüber, berechnet als Trockensubstanz. Ein solches Produkt umfaßt eine besonders zufriedenstellende Kombination von Süßungswirkung, Wasserlöslichkeit und Unverdaubarkeit.
• Das Produkt wird aus Pflanzenknollen oder -wurzeln, vorzugsweise Knollen der Jerusalem-Artischocke (Helianthus tuberosus L.) oder Wurzeln der Zichorie erhalten, weil diese Pflanzen eine hohe Ausbeute der Mischung mit der gewünschten Zusammensetzung ergeben. Wenn die Jerusalem-Artischocke in einem gemäßigten Klima gezogen wird, führen die während des Großteiles der Erntesaison geernteten Knollen zu einer Mischung mit der gewünschten Zusammensetzung. Um aber das Produkt zu standardisieren, kann es in manchen Fällen erwünscht sein, weniger lösliche Verbindungen, z.B. Verbindungen der Formel GFn, worin n über ungefähr 8 liegt, und/oder niedermolekulare Verbindungen unter Anwendung herkömmlicher Verfahren zu entfernen. Eine solche Abtrennung ist für Pflanzen nicht notwendig, die während des Großteiles der Erntesaison geerntet werden.
• Das Produkt wird vorteilhafterweise in Form eines trockenen Pulvers hergestellt, was eine leichtere Handhabung und ein stabileres Produkt ermöglicht. Es ist aber auch möglich, die Mischung eines Saftes oder Sirups zu verwenden, insbesondere für industrielle Verwendung, wenn Transport in großen Mengen, z.B. in einem Behälter, direkt zum Verwender möglich und zweckmäßig ist. In diesem Fall werden die Probleme, die im nachstehenden in Verbindung mit der Entfernung von Restwasser erwähnt sind, vermieden.
• Das Produkt kann aus Jerusalem-Artischockenknollen oder Zichoriewurzeln hergestellt werden, indem zuerst ein Sirup hergestellt wird, d.h. eine konzentrierte Lösung mit einem Trockensubstanzgehalt von 65 bis 80 Gew.%. Der Sirup wird dann weiter eingedampft und getrocknet, bis das gewünschte pulverförmige Produkt erhalten wird.
• Sirup aus Jerusalem-Artischockenknollen oder Zichoriewurzeln kann auf eine Weise hergestellt werden, die den herkömmlicherweise für die Herstellung von Saccharosesirup aus Zuckerrüben verwendeten Verfahren ähnlich ist. Es ist so möglich, diesen Teil der Herstellung mit einer herkömmlichen Zuckerrübenanlage durchzuführen. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Kapazität existierender Anlagen beträchtlich größer ist als der Bedarf des Weltmarkts. Es ist so möglich, die freie Kapazität für die Herstellung des Produktes zu verwenden.
• Sirup aus Jerusalem-Artischockenknollen oder Zichoriewurzeln wird wie folgt hergestellt. Steine, grüne Teile und Erde werden von den Jerusalem-Artischockenknollen oder Zichoriewurzeln entfernt und die Knollen oder Wurzeln zu Schnitzeln geschnitten. Diese werden in einem sogenannten DDS-Diffusor, d.h. einem Trog mit einem Dampfmantel, mit Wasser extrahiert. Der Trog hat eine kleine Neigung und ist mit einer Doppelschnecke für den Transport der Schnitzel im Gegenstrom zum Wasserfluß versehen. Die Extraktion wird bei 60 bis 85ºC durchgeführt und das gewünschte Produkt in gelöster Form in Wasser transferiert. Ein Teil des Proteingehaltes wird denaturiert, wodurch er unlöslich gemacht wird. In der Lösung vorhandene Enzyme werden ebenfalls denaturiert und so inaktiviert, so daß sie das gewünschte Produkt nicht zersetzen können. Der wässerige Extrakt hat einen Trockensubstanzgehalt von 10 bis 17 Gew.%.
• Verunreinigungen, wie Pektin, Proteine und Zellmaterial, werden vom Extrakt entfernt, indem gelöschter Kalk, Ca(OH)&sub2;, bis zu einem pH-Wert von 10,5 bis 11,5 zugesetzt wird. Nach Zusetzen des gelöschten Kalks sind die folgenden Alternativen offen:
• 1. Abtrennung gefolgt von Einstellung des pH-Wertes durch Zusetzen von CO&sub2; oder Phosphorsäure und nachfolgende Abtrennung oder
• 2. Zusatz von CO&sub2; oder Phosphorsäure und nachfolgende Abtrennung, d.h. der Extrakt wird nur einmal abgetrennt.
• In einer weiteren Ausführungsform wird der Extrakt mit gelöschtem Kalk in zwei Schritten behandelt, d.h. er wird einer Vorbehandlung und einer Hauptbehandlung mit dem gelöschten Kalk unterworfen. Dann wird CO&sub2; zugesetzt, gefolgt von Abtrennung. Dann wird wieder CO&sub2; zugesetzt, gefolgt von Abtrennung. Die obigen Abtrennschritte können beispielsweise durch Filtration durchgeführt werden.
• Salze und Farbstoffe werden durch Ionenaustausch entfernt. Rückstände von Farbstoffen und unerwünschte Geschmacks- und Geruchssubstanzen werden durch nachfolgende Behandlung mit Aktivkohle entfernt.
• Der gereinigte Extrakt mit einem Trockensubstanzgehalt von 8 bis 14 Gew.% kann Hyperfiltration (Umkehrosmose) unterworfen werden, um Wasser bis auf einen Trockensubstanzgehalt von ungefähr 25 bis 30 Gew.% zu entfernen. In einem Mehrstufenverdamper, wie einem Fallfilmverdampfer, wird der Extrakt danach zu einem Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 75 bis 85 Gew.% konzentriert.
• Dieser Sirup wird auf einen Trockensubstanzgehalt von 91 bis 96 Gew.% durch Eindampfen beispielsweise in einem vertikalen Vakuumtrockner oder einem Dünnfilmverdampfer weiter eingedampft.
• Auf Basis eines solchen Sirups wird die Mischung unter Anwendung von zwei alternativen Verfahren, d.h. eines mit "Trocknung mit Abschrecken" und eines mit "Vakuumblitztrocknung" bezeichnet, in Form eines trockenen Pulvers hergestellt. Diese Verfahren sind allgemein für das Konzentrieren sirupartiger Materialien geeignet und sind Gegenstand der laufenden DK- Patentanmeldungen 1593/88 bzw. 1594/88.
• Die Erfindung bezieht sich weiters auf ein Verfahren zum Herstellen der Mischung in Form eines trockenen Pulvers. Ein solches trockenes Pulver ist bakteriologisch stabil. Hoher Osmosedruck ist zum Erzielen von bakteriologischer Stabilität erforderlich. Für die relativ hochmolekularen Oligosaccharide wird ein hoher Osmosedruck zunächst bei einem hohen Trockensubstanzgehalt erhalten. Ein flüssiges Produkt mit einem ausreichend hohen Trockensubstanzgehalt ist im Herstellungsschritt sowie während der Verwendung des Produktes schwierig zu handhaben, da es eine fast pastenartige Konsistenz aufweist, die an eine weiche Toffeemasse erinnert, d.h. ein solches Produkt fließt sehr langsam ohne Verfestigung und ist sehr klebrig. Wie oben erwähnt, ist es jedoch möglich, die Mischung in Form eines Saftes oder Sirups zu verwenden, wenn die obigen Probleme nicht wichtig sind, z.B. im Falle der industriellen Verwendung in großen Mengen.
• Es ist oft schwierig, das Restwasser zu entfernen, wenn Produkte wie Zucker einschließlich Mono- und Oligosacchariden herge stellt werden, die ähnlich empfindlich sind wie hygroskopische Produkte in trockener Form, wie in Pulverform: Dies gilt besonders für die in Rede stehende Mischung.
• Einer der Gründe ist der hohe Gehalt an Verbindungen mit hydrophilen Gruppen in der Mischung, die das Produkt hygroskopisch machen.
• Ein weiterer Grund ist die Tendenz der Mischung, übersättigte Lösungen zu bilden, wodurch es schwierig ist, ein festes Produkt auszufällen und zu isolieren.
• Übersättigte und andere konzentrierte Lösungen sind sehr oft hochviskos. Demgemäß ist es schwierig, mit ihnen zu arbeiten, und sie weisen die Tendenz auf, an der Vorrichtung zu kleben.
• Alle diese Eigenschaften erschweren die Entfernung von Wasser beispielsweise durch Abdampfen oder Trocknen weiter, da während des Erhitzens des Materials Probleme entstehen. Eine gleichmäßige Wärmeverteilung beispielsweise ist nicht gewährleistet, wodurch die Gefahr örtlicher Überhitzung besteht. Während des Erhitzens kann das Material zerstört werden oder sich verschlechtern, beispielsweise durch Verbrennen, Karamelisierung oder eine andere Form von Zersetzung.
• Es sind verschiedene Verfahren zum Trocknen von Produkten bekannt, um das Restwasser zu entfernen, wie Sprühtrocknung, Trommeltrocknung, Gefriertrocknung, Blitztrocknung und Mikrowellenvakuumtrocknung.
• Für die Sprühtrocknung wird die zu trocknende Lösung in Form von winzigen Tropfen in eine Kammer eingebracht. Die fallenden Tropfen werden durch Heißluft getrocknet, so daß die Tropfen in ein trockenes Pulver umgewandelt werden, bevor sie den Boden der Kammer erreichen. Sprühtrocknung kann nicht angewandt werden, wenn die Lösung während des Trocknungsprozesses, in dem die Temperatur gewöhnlich mehr als 60ºC beträgt, die Tendenz hat, flüssig zu bleiben, entweder als eine übersättigte Lösung oder in Form einer Schmelze, da das Material an den Wänden der Sprühtrocknungskammer akkumuliert.
• Trommeltrocknung wird gewöhnlich bei Temperaturen von etwa 100ºC durchgeführt. Bei dieser Temperatur liegen viele Materialien in Form einer Schmelze vor und können daher nicht in ein festes Produkt umgewandelt werden. Während der Trommeltrocknung akkumuliert das Produkt an den warmen Oberflächen, wodurch Überhitzung mit nachfolgender Zerstörung oder Verschlechterung des Materials bewirkt wird.
• Bei herkömmlicher Blitztrocknung wird Wasser fast sofort aus nassen festen Teilchen entfernt, welche Teilchen in einem warmen Gasstrom bei hoher Geschwindigkeit dispergiert werden. Bei der Blitztrocknung liegt die Temperatur der Trocknungsluft oberhalb 100ºC, was diese Trocknungsmethode für das Trocknen hitzeempfindlicher Produkte ungeeignet macht.
• Es ist ersichtlich, daß weder Sprühtrocknung noch Trommeltrocknung noch Blitztrocknung für die Herstellung der Mischung in Form eines trockenen Pulvers geeignet ist.
• Die einzigen bekannten Verfahren, die möglicherweise zum Trocknen der Mischung zu einem trockenen Pulver geeignet sind, sind Gefriertrocknung und Mikrowellenvakuumtrocknung. Diese Verfahren sind jedoch teuer, da ihre Betriebskosten hoch sind, insbesondere was den Energieverbrauch und das Kapital betrifft.
• Die DE-OS 3 407 374 offenbart ein Verfahren zum Herstellen getrockneter Produkte aus Saccharosesirup. Gemäß diesem Verfahren wird der vorkonzentrierte Saccharosesirup mit einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 70 % während eines kurzen Zeitraumes, wie weniger als 60 Sekunden, auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt und das warme Material zu einem konzentrierten Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 90 % expandiert. Dieser Sirup wird durch plötzliches Abkühlen und nachfolgendes Freisetzen des Restwassers während der Kristallisation in ein trockenes gießbares Produkt umgewandelt.
• Dieses Verfahren ist auf leicht kristallisierbare Materialien mit einer positiven Kristallisationsenthalpie beschränkt, d.h. auf Materialien, die während des Abkühlens kristallisieren. Die Mischung kristallisiert unter derartigen Bedingungen nicht und das bekannte Verfahren ist demgemäß nicht anwendbar.
• Da keines der bekannten Verfahren außer des kostenintensiven Gefriertrocknens und Mikrowellenvakuumtrocknens zum Trocknen der Mischung zu einem trockenen Pulver anwendbar ist, war es notwendig, solche Verfahren zu finden.
• So wurden zwei solche Verfahren in Form der obigen Verfahren "Trocknung mit Abschrecken" und "Vakuumblitztrocknung" vorgesehen.
• Der Ausgangssirup für das Verfahren "Trocknung mit Abschrecken" wird beispielsweise in einem vertikalen Vakuumtrockner, der ein Behälter mit Dampfmantel und mit mit dem Vakuum verbundenem Rührer ist, auf einen Trockensubstanzgehalt von 94 bis 96 Gew.% voreingedampft. Der eingedampfte Sirup weist eine Temperatur von 80 bis 100ºC auf und ist noch flüssig. Er kann fast als eine Schmelze angesehen werden. Diese Schmelze wird dann dem Abschrecken unterworfen, indem die Schmelze in einer dünnen Schicht auf eine Kühltrommel oder ein Kühlband transferiert wird. Die Trommel oder das Band weist eine Temperatur von niedriger als 0ºC, vorzugsweise von -10 bis 0ºC, auf.
• Die Schmelze verfestigt sich unter Bildung einer glasartigen Masse und verfestigt sich, im Gegensatz zu Saccharosesirup, nicht in kristalliner Form. Das glasartige Material wird von den Kühlfläche in Form von Flocken abgekratzt. Diese Flocken werden grob gemahlen (granuliert) und beispielsweise in einem herkömmlichen Pulvertrockner, z.B. in einem Wirbelbett, bei einer Temperatur von niedriger als 60ºC auf einen Trockensubstanzgehalt von über 96 Gew.% getrocknet.
• Das Endprodukt wird danach auf die gewünschte Korngröße gemahlen.
• Für die Vakuumblitztrocknung wird der Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 bis 96 Gew.% und bei einer Temperatur von 80 bis 100ºC in eine Vakuumkammer transferiert. Durch Einstellen des Trockensubstanzgehaltes und der Temperatur des Sirups vor dem Transfer und durch Einstellen des Vakuums der Kammer weist das erhaltene Produkt nach dem Abdampfen des Wassers eine Temperatur von 30 bis 40ºC auf und ist fest.
• Es ist nicht erforderlich, während des Trocknungsprozesses weitere Wärme zuzuführen, da die Verdampfungswärme von der Enthalpie des Sirups abgeleitet wird.
• Während des Abdampfens des Wassers in einer Vakuumkammer wird das Material auf eine Temperatur etwas oberhalb der Temperatur, wo der Dampfdruck des Wassers dem absoluten Druck in der Vakuumkammer entspricht, abgekühlt. Dies ist auf die Siedepunkterhöhung zurückzuführen. Der Dampfdruck des Wassers bei 22, 25, 30, 35 und 38ºC beträgt 19,8, 23,8, 31,8, 42,2 bzw. 49,7 mm Hg. Bei einem absoluten Druck von 23,8 mm Hg verläßt das kalte und trockene Produkt die Vakuumkammer mit einer Temperatur von ungefähr 30ºC, während ein absoluter Druck von 42,2 mm Hg zu einer Temperatur von ungefähr 40ºC führt.
• Das Verfahren kann als blitzartige Eindampfung im Vakuum beschrieben werden, wobei die Zufuhr ein Sirup und das Endprodukt ein trockenes Pulver ist.
• Das Verfahren findet im Vakuum statt, wodurch es nicht erforderlich ist, den Sirup zu überhitzen, welcher Sirup eine Lösung und nicht ein nasses teilchenförmiges Material ist.
• Als Folge der Entfernung von Verdampfungswärme wird das Produkt ohne äußeres Kühlen mit einer Temperatur von 30 bis 40ºC erhalten.
• Das durch eines der obigen Verfahren erhaltene trockene Produkt ist als eine Mischung verwendbar, die Zucker und andere Süßungsmaterialien einschließlich Sorbit zum Teil oder vollständig ersetzt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Mischung in Form eines trockenen Pulvers ist dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Schritte durchgeführt werden:
• a) die im wesentlichen gereinigten Knollen oder Wurzeln werden zu Schnitzeln geschnitten,
• b) die Schnitzel werden Extraktion mit Wasser unterworfen,
• c) der Extrakt oder Saft wird in geeigneter Reihenfolge einmal oder mehrmals mit jedem der folgenden Schritte behandelt:
• 1) Zusatz von Ca(OH)&sub2;,
• 2) Zusatz von CO&sub2; oder Phosphorsäure und
• 3) Abtrennung,
• d) der Saft von Schritt c) wird Ionenaustausch unterworfen,
• e) der Saft von Schritt d) wird gegebenenfalls mit Aktivkohle behandelt,
• f) der Saft von Schritt e) wird gegebenenfalls durch Hyperfiltration konzentriert,
• g) der Saft von Schritt d), e) oder f) wird zu einem Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 bis 96 Gew.% eingedampft,
• h) der Sirup wird getrocknet und zu einem Pulver gemahlen.
• Um die Schwierigkeiten während des Eindampfens des hochkonzentrierten Sirups zu überwinden, wird Schritt h) vorteilhafterweise durch eine der folgenden Methoden durchgeführt, d.h.
• i) der Sirup wird als dünne Schicht auf einer Kühloberfläche mit einer Temperatur unterhalb 0ºC, vorzugsweise von -10 bis 0ºC, verteilt, wodurch sich der Sirup zu einer harten glasartigen Masse verfestigt,
• k) die in Schritt i) gebildete harte glasartige Masse wird von der Kühloberfläche in Form von Flocken abgekratzt,
• l) die Flocken werden grob gemahlen und
• m) die grob gemahlenen Flocken werden bei einer Temperatur von unterhalb 60ºC auf einen Trockensubstanzgehalt von über 96 Gew.%, vorzugsweise über 97 Gew.%, getrocknet,
• n) die Temperatur des Sirups wird auf einen Wert unterhalb des Siedepunktes des Sirups bei Atmosphärendruck eingestellt,
• o) der Sirup wird in eine Vakuumkammer eingebracht,
• p) der Sirup wird durch die Vakuumkammer geleitet, ohne daß dem Sirup Wärme zugeführt wird,
• q) das erhaltene getrocknete oder eingedampfte Produkt wird aus der Vakuumkammer durch eine Luftschleuse entfernt.
• Wenn es möglich ist, die Mischung als Saft zu verwenden, werden nur die obigen Schritte a) bis f) durchgeführt. Dann kann der Saft, wenn gewünscht, zu einem Sirup eingedampft werden. Auf diese Weise werden die Probleme der Entfernung von Restwasser vermieden.
• Es ist besonders vorteilhaft, Schritt b) als kontinuierliche Gegenstromextraktion durchzuführen, da so eine gute Ausbeute der Mischung erhalten wird.
• Eine besonders gute Ausbeute wird erhalten, wenn die Extraktion bei einer Temperatur von 60 bis 85ºC durchgeführt wird.
• Eine weitere Verbesserung der Ausbeute wird erhalten, wenn ein Preßsaft aus den extrahierten Schnitzeln gepreßt und zum Extraktionsverfahren rückgeführt wird.
• Ein reineres und besseres Produkt, das leichter einzudampfen ist, wird erhalten, wenn Zellulose, Hemizellulose, Pektin und andere unerwünschte hochmolekulare Materialien während der Behandlung des Saftes zu einem geeigneten Zeitpunkt nach Schritt b) und vor Schritt d) entfernt werden. Dies kann durchgeführt werden durch Entfernen der unerwünschten Materialien durch Behandlung mit einem oder mehreren Enzymen oder durch Ultrafiltration. Es kann erwünscht sein, eine teilweise Entsalzung durchzuführen, beispielsweise mittels einer "offenen" Hyperfiltrationsmembran, wie HC50, erhältlich von DDS Filtration, DK-4900 Nakskov.
• Ein geeignetes Enzym für die obgenannte Enmzymbehandlung ist SP249, ein von NOVO, Kopenhagen, Dänemark, erhältliches nichtkommerzielles Enzym.
• Um einen als Ausgangsmaterial beim "Trocknen mit Abschrecken" oder '"Vakuumblitztrocknen" zu verwendenden ausreichend konzentrierten Sirup zu erhalten, ist es vorteilhaft, Schritt g) durch Eindampfen in einem Fallfilmverdampfer auf einen Trockensubstanzgehalt von ungefähr 85 Gew.% und nachfolgendes Eindampfen in einem vertikalen Vakuumtrockner oder einem Dünnfilmverdampfer durchzuführen.
• Das erfindungsgemäß hergestellte Produkt ist zur Herstellung von Nahrungsmitteln oder Getränken mit niedrigem Kaloriengehalt für Menschen oder Tiere geeignet, indem das Produkt in das Nahrungsmittel oder Getränk eingearbeitet wird.
• Beispiele für Produkte, in denen die Mischung verwendbar ist, sind Kaugummi, Schokolade, Eiscreme, Lakritzen, Kuchen, alle Arten von Biskuits, Dosennahrung, Marmelade und Jams, Limonade und verschiedene andere Nahrungsmittel.
• Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Mischung hat einen Süßeffekt entsprechend dem 0,3- bis 0,6-fachen desjenigen von Saccharose, ohne irgendeinen Beigeschmack oder Nachgeschmack zu haben. Ein solcher Süßeffekt, der geringer ist als jener von Saccharose, wird vorteilhafterweise in Produkten verwendet, wo eine große Menge Süßstoff erwünscht ist im Hinblick auf Körper und Textur. Beispiele solcher Produkte sind Lakritze und bestimmte Schokoladearten. Die gleiche Menge an Saccharose würde solche Produkte übersüß machen. Die Mischung geht durch den Verdauungstrakt überwiegend hindurch, ohne verdaut zu werden, wodurch der Organismus mit einer sehr niedrigen Kalorienmenge versorgt wird. Die Mischung erhöht die Rate, mit der die Nahrung durch den Verdauungstrakt hindurchgeht und vermindert so die Gesamteinnahme von Kalorien. Die Mischung wirkt somit als Füll- oder Ballaststoff im Verdauungstrakt auf gleiche Weise wie diätetische Fasern, d.h. sie erhöht die Stuhlausscheidung von Sterinen und flüchtigen Fettsäuren und senkt den Serumspiegel von Cholesterin und Triacylglycerin. Weiters unterstützt die Mischung das Wachstum von Bakterien der Art Bifidobacterium und anderer günstiger Mikroorganismen der natürlichen Darmflora. Außerdem wurde gefunden, daß diese Art von Mischung keine abführenden Wirkungen hat, sogar wenn sie in einer Menge von 1 g/kg Körpergewicht/Tag gegeben wird. Dies wurde durch einen Blindtest festgelegt, der mit 20 Personen durchgeführt wurde, wo eine Mischung gemäß Beispiel 3 mit Sorbit und Palatinit verglichen wurde. Palatinit ist ein kalorienreduzierter Zuckerersatz, erhältlich von Palatinit Süßungsmittel GmbH, Wormser Str. 8, D-6719 Obrigheim/Pfalz.
• Auf Grund der obigen günstigen Wirkungen auf den Gastrointestinaltrakt ist es auch möglich, die Mischung als pharmazeutisches Präparat für die Verbesserung der Darmfunktion zu verwenden. Solche Präparate können in Form herkömmlicher Formulierungen sein, z.B. als Tabletten, Dragées, Kapseln und dgl. Im Falle von Mikroorganismen, die imstande sind, die Mischung als Kohlehydratquelle zu nützen, kann die Mischung auch in Nährmedien für die Kultivierung solcher Mikroorganismen verwendet werden.
• Ein weiterer Rahmen der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung geht aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor. Es sollte jedoch klar sein, daß die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich der Illustration dienen, da verschiedene Änderungen und Modifizierungen im Wesen und Rahmen der Erfindung für die Fachleute aus dieser detaillierten Beschreibung hervorgehen.
Beste Art zum Durchführen der Erfindung
• Die Herstellung des Produktes und Beispiele für dessen Verwendung sind im nachstehenden detaillierter in den folgenden Beispielen beschreiben.
Beispiel 1: Herstellung eines Sirups
• Die geernteten Knollen der Jerusalem-Artischocke werden auf einer herkömmlichen Anlage zum Behandeln von Zuckerrüben behandelt. Die Behandlung umfaßt die folgenden Schritte.
1. Zuführen und Entfernen von Steinen und Gras
• Die Knollen werden auf einem Rübenplatz ausgeleert und fließen in die Anlage, wobei Steine sowie grünes Pflanzenmaterial (d.h. Gras und Stengelmaterial) entfernt werden. Auch der Großteil der Erde wird abgewaschen.
2. Schneiden
• Zum Vorbereiten der Knollen für das nachfolgende Extraktionsverfahren werden die Knollen zu Schnitzeln mit einem Querschnitt von ungefähr 0,5 x 0,5 cm geschnitten. Ihre Länge hängt von der Größe der Knollen ab (typischerweise 2 bis 5 cm). Das Schneideverfahren wird auf einer herkömmlichen Zuckerrübenschneidvorrichtung durchgeführt. Es kann jedoch notwendig sein, andere Messer zu verwenden.
3. Extraktion
• Um das gewünschte Produkt aus den Schnitzeln zu extrahieren, wird das Extraktionsverfahren analog dem von der Extraktion von Zucker aus Zuckerrüben bekannten durchgeführt. Die Extraktion wird in einem sogenannten DDS-Diffusor, einem Trog mit Dampfmantel, durchgeführt. Der Trog hat eine kleine Neigung und ist mit einer Doppelschnecke versehen, wodurch der Transport der Schnitzel gewährleistet ist.
• Die Schnitzel werden gemäß dem Gegenstromprinzip extrahiert, d.h. die Schnitzel werden durch einen Trichter in den Bodenteil des Troges geleitet. Wasser sowie der in Schritt 4 erhaltene Preßsaft werden in den Oberteil des Troges geführt.
• Die Schnitzel werden dann im Gegenstrom zum Wasserstrom transportiert, wodurch Oligosaccharide und andere wasserlösliche Bestandteile, wie Salze und Proteine, in die Wasserphase gehen.
• Die Temperatur während der Extraktion beträgt 60 bis 85ºC. Eine solche hohe Temperatur gewährleistet nicht nur eine gute Löslichkeit von Oligosacchariden, sondern denaturiert das Protein auch partiell, um es unlöslich zu machen. Auch Enzyme werden bei dieser Temperatur denaturiert und somit inaktiviert.
• Der Trockensubstanzgehalt des Extraktes beträgt 10 bis 17 Gew.%.
4. Pressen der Pulpe
• Die extrahierten Schnitzel werden in einer Spezialpresse der Art, die auch für herkömmliche Zuckerrübenverarbeitung verwendet wird, gepreßt. Dies erfolgt, um sowohl die Ausbeute an Oligosacchariden als auch den Trockensubstanzgehalt der Pulpe zu erhöhen. Die Pulpe muß oft im Hinblick auf Stabilität während des Transportes und der Lagerung bis zur Verwendung, z.B. in Form von Nahrungsmitteln, getrocknet werden. Die Erhöhung der Ausbeute wird erzielt, indem der Preßsaft zum Extraktionsverfahren rückgeführt wird, wie oben beschreiben.
5. Reinigung des Saftes
• Der durch das Extraktionsverfahren erhaltene Saft ist trüb, da er teilchenförmiges und kolloidales Material enthält. Unter den vorhandenen Verunreinigungen sind Pektin und Proteine sowie Zellmaterial von den Schnitzeln.
• Um diese Verunreinigungen zu entfernen, wird gelöschter Kalk, Ca(OH)&sub2;, bis zu einem pH-Wert von 10,5 bis 11,5 zugesetzt, wodurch ein Teil der Verunreinigungen ausgefällt wird.
• Der pH-Wert wird durch Zusetzen von CO&sub2; oder Phosphorsäure entweder vor oder nach Filtration wieder gesenkt. So wird überschüssiges Calium entweder als Calciumcarbonat oder Calciumphosphat ausgefällt. Der pH-Wert nach dieser Behandlung liegt zwischen 8,0 und 9,5. Der Saft wird danach filtriert. Die Temperatur während der Kalkbehandlung beträgt 35 bis 40ºC und während des Senkens des pH-Wertes und des Filtrierens 60 bis 80ºC. Ausfällung und Filtration werden bei der höheren Temperatur verbessert.
• Die Reinigung des Saftes wird unter Verwendung der gleichen Anlage wie bei der herkömmlichen Zuckerrübenverarbeitung durchgeführt.
• Nach der Reinigung beträgt der Trockensubstanzgehalt 9 bis 16 Gew.%.
6. Ionenaustausch
• Nach der Reinigung enthält der Saft noch Salze (3 bis 8 Gew.% der gesamten Trockensubstanz) und hat eine bräunliche oder grünliche Farbe. Er wird daher einem Kationen- sowie einem Anionenaustausch unterworfen.
• Der Kationenaustausch (z.B. auf einem Duolite -C20-Harz) erfolgt bei einer Temperatur von 25 bis 35ºC, um Hydrolyse der Oligosaccharide zu vermeiden.
• Während des Anionenaustausches (z.B. auf einem Duolite -A- 378-Harz) werden auch die gefärbten Verbindungen der Saftes entfernt, um den Saft zu einer farblosen Oligosaccharidlösung zu machen. Der Trockensubstanzgehalt nach dem Ionenaustausch beträgt 8 bis 14 Gew.%.
7. Behandlung mit Aktivkohle
• Es kann notwendig sein, den durch Ionenaustausch behandelten Saft mit Aktivkohle zu behandeln, um mögliche Rückstände gefärbter Verbindungen und unerwünschte Geschmacks- oder Geruchssubstanzen zu entfernen.
8. Eindampfung
• Vor der tatsächlichen Eindampfung ist es vorteilhaft, Hyperfiltration (Umkehrosmose) anzuwenden, um einen Teil des Wassers zu entfernen, so daß der Trockensubstanzgehalt bis zu etwa 25 Gew.% beträgt. Durch diesen Schritt wird eine leichtere Behandlung erhalten.
• Das Eindampfen wird in einem Mehrschrittverdampfer, wie einem Fallfilmverdampfer, durchgeführt. Der Saft wird zu einem Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 75 bis 85 Gew.% eingedampft.
• Danach wird der Sirup in einem vertikalen Vakuumtrockner auf einen Trockensubstanzgehalt von 91 bis 96 Gew.% eingedampft.
Beispiel 2:
• Knollen der Jerusalem-Artischocke werden unter den folgenden Bedingungen wie in Beispiel 1 behandelt. Die Extraktionstemperatur beträgt 70ºC. Der Trockensubstanzgehalt des extrahierten Saftes ist 12 Gew.%. Ca(OH)&sub2; wird bei 35ºC auf pH 11,5 zugesetzt und der pH-Wert dann durch Zusetzen von CO&sub2; auf 9 gesenkt. Dann wird der Saft bei 60ºC filtriert. Nach Ionenaustausch bei 25ºC auf "Duolite " C20 und "Duolite " A- 378 und Behandlung mit Aktivkohle hat der Saft auf Grund der Verdünnung während des Ionenaustausches einen Trockensubstanzgehalt von 9 Gew.%. Der Saft wird auf einen Trockensubstanzgehalt von 25 Gew.% hyperfiltriert und dann zuerst in einem Fallfilmverdampfer auf 85 Gew.% und dann in einem Dünnfilmverdampfer (Modell LUWA, erhältlich von Buss-SMS, Kaiserstr. 13-15, D-6308 Butzbach) auf 92,6 Gew.% eingedampft.
Beispiele 3 bis 14: Herstellung einer Mischung in Form eines trockenen Pulvers Verfahren 1: "Trocknung mit Abschrecken" Beispiel 3:
• Es wird ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 94,3 Gew.%, erhalten gemäß dem Verfahren von Beispiel 1, bei einer Temperatur von 90ºC verwendet, bei welcher Temperatur der Sirup flüssig ist.
• Der Sirup, der fast eine Schmelze darstellt, wird in Form einer dünnen Schicht auf die Außenfläche einer Kühltrommel transferiert. Die Temperatur an der Oberfläche der Kühltrommel beträgt -8ºC.
• Der Sirup verfestigt sich unter Bildung einer glasartigen Masse und bildet keine Kristalle, wie dies herkömmliche Zuckerlösungen tun.
• Das harte glasartige Material wird von der Kühltrommel in Flockenform abgekratzt. Diese Flocken werden grob gemahlen (granuliert) und danach in einem Wirbelbetttrockner bei einer Temperatur unterhalb 60ºC auf einen Trockensubstanzgehalt von 96,2 Gew.% getrocknet.
• Das Material kann anschließend auf die gewünschte Korngröße, wie weniger als 250 um, gemahlen werden.
Beispiel 4:
• Es wird ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 95,8 Gew.%, erhalten gemäß dem Verfahren von Beispiel 1, bei einer Temperatur von 90ºC verwendet, bei welcher Temperatur der Sirup flüssig ist.
• Der Sirup, der fast eine Schmelze darstellt, wird in Form einer dünnen Schicht auf eine Kühltrommel transferiert. Die Temperatur an der Oberfläche der Kühltrommel beträgt -8ºC.
• Der Sirup verfestigt sich unter Bildung einer glasartigen Masse, die von der Kühltrommel in Flockenform abgekratzt wird. Diese Flocken werden grob gemahlen (granuliert) und danach in einem Wirbelbetttrockner bei einer Temperatur unterhalb 60ºC auf einen Trockensubstanzgehalt von 97,5 Gew.% getrocknet.
• Danach wird das Material auf eine Korngröße von weniger als 250 um gemahlen.
Beispiel 5:
• Es wird ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 92,2 Gew.%, erhalten gemäß dem Verfahren von Beispiel 1, bei einer Temperatur von 96ºC verwendet, bei welcher Temperatur der Sirup flüssig ist.
• Der Sirup, der fast eine Schmelze darstellt, wird in Form einer dünnen Schicht auf eine Kühltrommel transferiert. Die Temperatur an der Oberfläche der Kühltrommel beträgt -10ºC.
• Der Sirup verfestigt sich unter Bildung einer glasartigen Masse, die von der Kühltrommel in Flockenform abgekratzt wird. Diese Flocken werden grob gemahlen (granuliert) und danach in einem Wirbelbetttrockner bei einer Temperatur unterhalb 60ºC auf einen Trockensubstanzgehalt von 96,5 Gew.% getrocknet.
• Danach wird das Material auf eine Korngröße von weniger als 250 um gemahlen.
Beispiel 6:
• Es wird ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 95,0 Gew.%, erhalten gemäß dem Verfahren von Beispiel 1, bei einer Temperatur von 94ºC verwendet, bei welcher Temperatur der Sirup flüssig ist.
• Der Sirup, der fast eine Schmelze darstellt, wird in Form einer dünnen Schicht auf ein sich bewegendes Kühlband transferiert. Die Temperatur an der Oberfläche des sich bewegenden Kühlbandes beträgt -5ºC.
• Der Sirup verfestigt sich unter Bildung einer glasartigen Masse, die von dem sich bewegenden Kühlband in Flockenform abgekratzt wird. Diese Flocken werden grob gemahlen (granuliert) und danach in einem Wirbelbetttrockner bei einer Temperatur unterhalb 60ºC auf einen Trockensubstanzgehalt von 97 Gew.% getrocknet.
• Danach wird das Material auf eine Korngröße von weniger als 250um gemahlen.
Verfahren 2: "Vakuumblitztrocknung" Beispiel 7:
• Es wird ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 bis 93 Gew.%, erhalten gemäß dem Verfahren von Beispiel 1, bei einer Temperatur von 80 bis 100ºC in eine mit einem Förderband versehene Vakuumkammer transferiert.
• Durch Einstellen des Trockensubstanzgehaltes und der Temperatur des zugeführten Materials sowie des Vakuums in der Kammer hat das erhaltene Produkt nach Abdampfen des Wassers eine Temperatur von 30 bis 40ºC und ist fest. Die Verdampfungswärme wird von der Enthalpie des Zufuhrmaterials abgeleitet, d.h. es ist nicht notwendig, während des Trocknungsprozesses Wärme zuzuführen.
• Bei einem absoluten Druck von 23,8 oder 42,2 mm Hg verläßt das Produkt die Vakuumkammer bei einer Temperatur von ungefähr 30ºC bzw. ungefähr 40ºC.
• Das Verfahren kann als blitzartiges Eindampfen im Vakuum beschrieben werden, wobei die Zufuhr ein Sirup und das Endprodukt ein trockenes Pulver ist.
• Das obige Verfahren unterscheidet sich von herkömmlicher Blitzeindampfung dadurch, daß es im Vakuum durchgeführt wird, wodurch es unnötig ist, das Zufuhrmaterial zu überhitzen, und daß das Zufuhrmaterial eine Lösung und kein nasses teilchenförmiges Material ist.
• Eine interessante Eigenschaft dieses Trocknungsverfahrens ist die Tatsache, daß das Produkt während des Trocknens/Abdampfens von Wasser auf eine gewünschte Endtemperatur von typischerweise 30 bis 40ºC gekühlt wird.
Beispiel 8:
• Das in Beispiel 7 beschriebene allgemeine Verfahren wird in einer mit einer selbstreinigenden Doppelschnecke versehenen Vakuumkammer durchgeführt. Auf diese Weise wird ein trockenes Pulverendprodukt ähnlich dem in Beispiel 7 erhaltenen Produkt erhalten.
Beispiel 9:
• Das in Beispiel 7 beschriebene allgemeine Verfahren wird in einer Vakuumkammer mit freiem Fall durchgeführt. Auf diese Weise wird ein trockenes Pulverendprodukt ähnlich dem in Beispiel 7 erhaltenen Produkt erhalten.
Beispiel 10:
• Ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 Gew.% und einer Temperatur von 95ºC, erhalten gemäß Beispiel 1, wird in eine mit einem Förderband versehene Vakuumkammer eingebracht. Der absolute Druck in der Vakuumkammer beträgt 254 mm Hg. Das die Kammer verlassende trockene Pulver hat einen Trockensubstanzgehalt von 96 Gew.% und eine Temperatur von 31ºC.
Beispiel 11:
• Ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 93 Gew.% und einer Temperatur von 95ºC, erhalten gemäß Beispiel 1, wird in eine mit einem Förderband versehene Vakuumkammer eingebracht. Der absolute Druck in der Vakuumkammer beträgt 39 mm Hg. Das die Kammer verlassende trockene Pulver hat einen Trockensubstanzgehalt von 98 Gew.% und eine Temperatur von 39ºC.
Beispiel 12:
• Ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 92 Gew.% und einer Temperatur von 85ºC, erhalten gemäß Beispiel 1, wird in eine mit einem Förderband versehene Vakuumkammer eingebracht. Der absolute Druck in der Vakuumkammer beträgt 30 mm Hg. Das die Kammer verlassende trockene Pulver hat einen Trockensubstanzgehalt von 95,8 Gew.% und eine Temperatur von 35ºC.
Beispiel 13:
• Ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 Gew.% und einer Temperatur von 99ºC, erhalten gemäß Beispiel 1, wird in eine mit einer selbstreinigenden Doppelschnecke versehene Vakuumkammer eingebracht. Der absolute Druck in der Vakuumkammer beträgt 30 mm Hg. Das die Kammer verlassende trockene Pulver hat einen Trockensubstanzgehalt von 96,5 Gew.% und eine Temperatur von 35ºC.
Beispiel 14:
• Zichoriewurzeln werden unter den folgenden Bedingungen wie in Beispiel 1 behandelt. Die Extraktionstemperatur beträgt 75ºC. Der Trockensubstanzgehalt des extrahierten Saftes ist 13 Gew.%. Ca(OH)&sub2; wird bei 35ºC auf pH 11,0 zugesetzt und der pH-Wert dann durch Zusetzen von CO&sub2; auf 9 gesenkt. Dann wird der Saft bei 70ºC filtriert. Nach Ionenaustausch bei 25ºC auf "Duolite " C20 und "Duolite " A-378 und Behandlung mit Aktivkohle hat der Saft auf Grund der Verdünnung während des Ionenaustausches einen Trockensubstanzgehalt von 9,5 Gew.%. Der Saft wird auf einen Trockensubstanzgehalt von 25 Gew.% hyperfiltriert und dann zuerst in einem Fallfilmverdampfer auf 85 Gew.% und dann in einem Dünnfilmverdampfer (Modell LUWA, erhältlich von Buss-SMS, Kaiserstr. 13-15, D-6308 Butzbach) auf 92,3 Gew.% eingedampft. Der erhaltene Sirup wird auf 98ºC gebracht und in eine Vakuumkammer mit freiem Fall eingebracht. Der absolute Druck in der Vakuumkammer beträgt 38 mm Hg. Das die Kammer verlassende trockene Pulver hat einen Trockensubstanzgehalt von 97 Gew.% und eine Temperatur von 38,5ºC.
Beispiel 15:
• Das wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellte Produkt sowie die im Handel erhältlichen Produkte "Neosugar"-Sirup und "Neosugar"-Pulver haben gemäß einer Analyse die folgende Zusammensetzung, siehe Tabelle 1. Alle Analysenergebnisse der Kohlehydrate sind in bezug auf den Trockensubstanzgehalt angegeben. Alle Werte in Tabelle 1 sind in Gew.%. Tabelle 1 "Neosugar"-sirup "Neosugar"-pulver Produkt nach Beisp. 3 Trockensubstanz Asche Glukose Fruktose Saccharose GF&sub2; GF&sub3; GFn* *n ≥ 4
• Auf Basis der Versuchsergebnisse in bezug auf "Neosugar", beschrieben in einem Artikel von T. Tokunaga et al., J.Nutr.Sci. Vitaminol. 32, 111-121, 1986, ist ersichtlich, daß die abführende Wirkung der Verbindungen der allgemeinen Formel GFn, worin n ≥, bei niedrigerem Molgewicht extensiver ist.
• Es wurde daher angenommen, daß das Produkt gemäß Beispiel 3 weniger abführend ist als "Neosugar".
• Die abführendste Komponente ist wahrscheinlich GF&sub2;. Der Gehalt dieser Komponente in "Neosugar" ist 28,0 bzw. 36,4 %, während im Produkt von Beispiel 3 nur 10,8 % vorhanden sind.
Beispiel 16: Kaugummi
• Der Zuckergehalt in einem herkömmlichen Kaugummi wurde durch eine Kombination der gemäß Beispiel 3 hergestellten Mischung mit Aspartam ersetzt. Es wurde gefunden, daß dieser Kaugummi bessere Organoleptische Eigenschaften, insbesondere was das "Mundgefühl" oder die Textur und das Restvolumen betrifft, aufweist, d.h. das Volumen blieb nach Kauen eines Kaugummis während eines vorherbestimmten Zeitraumes vorhanden im Gegensatz zu den entsprechenden Saccharosehaltigen Kaugummis.
Beispiel 17: Süßstoffe
• Süßstoffe der folgenden Grundformulierung, worin 33 % der Saccharose durch die Mischung von Beispiel 3 ersetzt sind, wurden hergestellt.
• Grundformulierung: 200 g Saccharose
• 100 g Mischung von Beispiel 3
• 120 g Glukose
• 100g Wasser
• Die Grundformulierung wird unter Erhitzen auf 170ºC verkocht.
• Die Grundformulierung wird danach abgekühlt und Geschmacksstoffe werden gerade solange zugesetzt, bis die Formulierung nicht mehr geknetet werden kann. Unter den verwendeten Geschmacksstoffen sind Pfefferminzöl, Anisöl, Eukalyptusöl oder dgl.
• Nach dem Einkneten der Geschmacksstoffe wird die erhaltene Formulierung in die gewünschte Form geschnitten und hart werden gelassen.
• Die nach diesem Verfahren hergestellten Süßstoffe sind etwas weniger süß und haben einen niedrigeren Kaloriengehalt als herkömmliche Süßstoffe.
Beispiel 18: Kuchenherstellung
• In dieser Formulierung wurden 20 % des Saccharosegehaltes durch die Mischung von Beispiel 3 ersetzt. Das folgende Rezept wurde verwendet: Normale Kuchenherstellung Formulierung mit der Mischung von Beisp.3 Margarine Mehl Zucker (Saccharose) Mischung v.Beisp.3 Eier
• Die Kuchen wurden beide 1 ¼ h bei 150ºC in einem Umluftofen gebacken. Die Ergebnisse waren wie folgt. Es gab während der Herstellung des Teiges keinen Unterschied. Nach dem Backen gab es einen kleinen Farbunterschied, die die Mischung von Beispiel 3 umfassende Kuchenformulierung war etwas dunkler. Beide Kuchen schmeckten gleich. Beispiel 19: Halbsüße Schokolade Normale Formulierung Formulierung mit der Mischung von Beisp.3 Zucker (Saccharose) Mischung v.Beisp.3 Kakaomasse Kakaobutter Lecithin
• Die einzigen Unterschiede zwischen den obigen Schokoladearten sind, daß die die Mischung von Beispiel 3 enthaltende weniger Kalorien hat und weniger süß ist.

Claims (16)

1. Verfahren zum Herstellen einer Mischung von Fruktose, Glukose und Oligosacchariden der allgemeinen Formel GFn, worin G Glukose ist, F Fruktose ist und n eine ganze Zahl ist, umfassend, berechnet als Trockensubstanz,

10 bis 25 Gew.% G + F + GF,

8 bis 20 Gew.% GF&sub2;,

8 bis 15 Gew.% GF&sub3; und

74 bis 40 Gew.% GF&sub4; und darüber

und worin das Verhältnis F/G 3 bis 4 ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Pflanzenknollen oder -wurzeln durch ein Verfahren, das keinerlei chemische Modifizierung der Komponenten der Mischung beinhaltet, gewonnen wird, in welchem Verfahren die folgenden Schritte durchgeführt werden:

a) die im wesentlichen gereinigten Knollen oder Wurzeln werden zu Schnitzeln geschnitten,

b) die Schnitzel werden Extraktion mit Wasser unterworfen,

c) der Extrakt oder Saft wird in geeigneter Reihenfolge einmal oder mehrmals mit jedem der folgenden Schritte behandelt:

1) Zusatz von Ca(OH)&sub2;,

2) Zusatz von CO&sub2; oder Phosphorsäure und

3) Abtrennung,

d) der Saft von Schritt c) wird Ionenaustausch unterworfen, e) der Saft von Schritt d) wird gegebenenfalls mit Aktivkohle behandelt,

wonach der Saft gegebenenfalls weiter konzentriert wird, indem er Hyperfiltration und/oder Eindampfen und/oder Trocknen unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Knollen der Jerusalem-Artischocke (Helianthus tuberosus L. ) gewonnen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Wurzeln der Zichorie (Cichorium) gewonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines im wesentlichen trockenen Pulvers, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Schritte durchgeführt werden:

a) die im wesentlichen gereinigten Knollen oder Wurzeln werden zu Schnitzeln geschnitten,

b) die Schnitzel werden Extraktion mit Wasser unterworfen,

c) der Extrakt oder Saft wird in geeigneter Reihenfolge einmal oder mehrmals mit jedem der folgenden Schritte behandelt:

1) Zusatz von Ca(OH)&sub2;,

2) Zusatz von CO&sub2; oder Phosphorsäure und

3) Abtrennung,

d) der Saft von Schritt c) wird Ionenaustausch unterworfen,

e) der Saft von Schritt d) wird gegebenenfalls mit Aktivkohle behandelt, wonach der Saft gegebenenfalls weiter konzentriert wird, indem er Hyperfiltration und/oder Eindampfung und/oder Trocknung unterworfen wird,

f) der Saft von Schritt e) wird gegebenenfalls durch Hyperfiltration konzentriert,

g) der Saft von Schritt d), e) oder f) wird zu einem Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 bis 96 Gew.% eingedampft,

h) der Sirup wird getrocknet und zu einem Pulver gemahlen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt h) die folgenden Schritte beinhaltet:

i) der Sirup wird als dünne Schicht auf einer Kühloberfläche mit einer Temperatur unterhalb 0ºC, vorzugsweise von -10 bis 0ºC, verteilt, wodurch sich der Sirup zu einer harten glasartigen Masse verfestigt,

k) die in Schritt i) gebildete harte glasartige Masse wird von der Kühloberfläche in Form von Flocken abgekratzt,

l) die Flocken werden grob gemahlen und

m) die grob gemahlenen Flocken werden bei einer Temperatur von unterhalb 60ºC auf einen Trockensubstanzgehalt von über 96 Gew.%, vorzugsweise über 97 Gew.%, getrocknet.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt h) die folgenden Schritte beinhaltet:

n) die Temperatur des Sirups wird auf einen Wert unterhalb des Siedepunktes des Sirups bei Atmosphärendruck eingestellt,

o) der Sirup wird in eine Vakuumkammer eingebracht,

p) der Sirup wird durch die Vakuumkammer geleitet, ohne daß dem Sirup Wärme zugeführt wird,

q) das erhaltene getrocknete oder eingedampfte Produkt wird aus der Vakuumkammer durch eine Luftschleuse entfernt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Saftes oder Sirups, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Schritte durchgeführt werden:

a) die im wesentlichen gereinigten Knollen oder Wurzeln werden zu Schnitzeln geschnitten,

b) die Schnitzel werden Extraktion mit Wasser unterworfen,

c) der Extrakt oder Saft wird in geeigneter Reihenfolge einmal oder mehrmals mit jedem der folgenden Schritte behandelt:

1) Zusatz von Ca(OH)&sub2;,

2) Zusatz von CO&sub2; oder Phosphorsäure und

3) Abtrennung,

d) der Saft von Schritt c) wird Ionenaustausch unterworfen,

e) der Saft von Schritt d) wird gegebenenfalls mit Aktivkohle behandelt,

f) der Saft von Schritt e) wird gegebenenfalls durch Hyperfiltration konzentriert,

g) der Saft von Schritt e) oder f) wird gegebenenfalls zu einem Sirup eingedampft.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt b) durch kontinuierliche Gegenstromextraktion durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion bei 60 bis 85ºC durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßsaft aus den extrahierten Schnitzeln gepreßt und zum Extraktionsprozeß rückgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zellulose- Hemizellulose, Pektin und andere unerwünschte hochmolekulare Materialien während der Behandlung des Saftes zu jedem geeigneten Zeitpunkt nach Schritt b) und vor Schritt d) entfernt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die unerwünschten Materialien durch Behandlung mit einem oder mehreren Enzymen entfernt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die unerwünschten Materialien durch Ultrafiltration entfernt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt g) durch Eindampfen in einem Fallfilmverdampfer auf einen Trockensubstanzgehalt von ungefähr 85 Gew.% und anschließendes Eindampfen in einem Dünnschichtverdampfer durchgeführt wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Nahrungsmittels oder Getränkes mit niedrigem Kaloriengehalt für Menschen oder Tiere, dadurch gekennzeichnet, daß in das Nahrungsmittel oder Getränk eine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 gewonnene Mischung eingearbeitet wird.

16. Mischung von Fruktose, Glukose und Oligosacchariden der allgemeinen Formel GFn, worin G Glukose ist, F Fruktose ist und n eine ganze Zahl ist, umfassend, berechnet als Trockensubstanz,

10 bis 25 Gew.% G + F + GF,

8 bis 20 Gew.% GF&sub2;,

8 bis 15 Gew.% GF&sub3; und

74 bis 40 Gew.% GF&sub4; und darüber und worin das Verhältnis F/G 3 bis 4 ist, gewonnen durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14.