本发明涉及一种制备高纯度水果果糖的方法。
背景技术：
水果中主要糖组分为果糖、葡萄糖及蔗糖，但蔗糖含量很低。果糖和葡萄糖作为同分异构体，二者很难分离，通常得到的果糖中会含有较多的葡萄糖，导致产品纯度不高。
现有技术中，大多通过榨汁-过滤-蒸发或醇提等方法获得果糖，但这些方法都存在浓度和含量偏低，造成果糖大量流失浪费等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种制备高纯度水果果糖的方法。
本发明采用如下技术方案：
一种制备高纯度水果果糖的方法，其包括以下步骤：
（1）水果质检；（2）水果清洗；（3）破碎；（4）酶解；（5）膜浓缩；（6）脱色；（7）脱盐；（8）异构化提纯；（9）后处理；（10）成品灌装。
所述步骤（4）酶解的具体步骤为：
A）加热预煮：将果桨输送至半开放式果浆蒸煮设备进行蒸煮，出口温度40-50℃；
B）一次酶解：果浆经过加热预煮后，添加果浆质量4~5%的复合果浆酶，在酶解罐中进行一次酶解，酶解时间1~1.5小时；
C）压榨：一次酶解后的果浆通过带式压榨机，将果渣与果汁分离，收集压榨汁；
D）粗滤：压榨汁经旋筛、弧形筛和振动筛，逐级过滤，最后通过输入泵泵入卧式分离机，再分离，得到原汁，收集至原汁罐；
E）前巴氏杀菌：对原汁罐中的原汁进行巴氏杀菌，温度90-95℃，杀菌时间为30~50s；
F）二次酶解：经步骤E）处理过的原汁进入到第二酶解罐，进行二次酶解，酶解时间1~1.5小时；复合果浆酶的添加量为原汁质量的2~3%；
G）超滤：将步骤F）的处理的原汁进行超滤膜筛分，超滤膜孔径为0.02微米，压力为1.2~5MPa。
所述步骤（5）膜浓缩采用连续纳滤分离系统，分离精度1000~2500Da，操作压力0.5~1MPa。
所述步骤（6）脱色的具体步骤为：采用连续纳滤分离系统，分离精度100~500Da，操作压力1~5MPa。
所述步骤（8）异构化提纯的具体步骤为：
i）异构化：经脱色后的原汁，添加原汁质量1~2%的MgSO4作为活化剂，添加原汁质量3~5%的CoSO4作为稳定剂，调整pH为6.5~8.5，加热至60~70℃，不间断地泵入固化葡萄糖异构酶柱体，流速为3~6m3/h，将果汁中的葡萄糖部分转化为果糖；
ii）色谱分离：经步骤i）异构化后的原汁泵入色谱分离吸附塔，塔内填充强酸性离子交换树脂或钙盐型分子筛；解析后，得到果糖与葡萄糖；葡萄糖重新进行步骤i）的异构化处理，转化为果糖后，再进入色谱分离系统，循环进行；所述填料粒度为0.3~0.4mm，洗脱剂为纯水。
进一步的，所述步骤（4）中的复合果浆酶包括：果胶甲酯酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶、内切-阿拉伯聚糖酶、外切阿拉伯聚糖酶、鼠李糖半乳糖醛酸酶以及糖苷酶，其质量比为1∶2∶1∶3∶1∶2∶4。
进一步的，所述步骤（3）破碎为两级破碎，首先将洗净的原料果在第一破碎机内通过锤片的高速运转打碎成初级果浆，再用螺杆泵送到浆料收集缓冲罐；浆料收集缓冲罐的初级果浆进入第二破碎机，第二破碎机的筛网孔为第一破碎机的筛网孔的1/4~1/3，第二破碎机的打浆的时间为第一破碎机的1.2~1.5倍，最终得到果桨。
进一步的，所述步骤（7）脱盐的具体步骤为：
a）预处理：经脱色后的原汁过电渗析装置初步脱盐；
b）离子交换树脂脱盐：经预处理后的原汁依次经过第一阳离子树脂柱、第一阴离子树脂柱、第二阳离子树脂柱、第二阴离子树脂柱、小阳离子树脂柱以及阴阳混床树脂柱，脱除果汁中的盐类物质。
进一步的，所述步骤（9）后处理的具体步骤为：
I）高温杀菌：通过板式换热器对异构化提纯后的果糖产品进行杀菌，温度为115~125℃，时间为30~45s，流量为10~30m3/h；
II）五效降膜蒸发器浓缩：步骤I）处理后的果糖产品进入五效降膜蒸发器，通过热力蒸发的方式，将水果糖中水分进一步蒸发，蒸发至折光70-71BRIX；
III）管道过滤：步骤II）浓缩后的果糖产品进入管道过滤器，管道过滤器孔径为100~120目筛网；
IV）纸板过滤：步骤III）过滤后果糖产品，通过纸板过滤机，纸板的孔径为30~40微米，去除果汁由于蒸发热絮凝产生的物质；
V）后巴氏杀菌：果糖产品再次进行杀菌，温度为85~95℃，流量6~8m3/h。
本发明的有益效果为：
（1）水果原料破碎后采用添加复合酶制剂，在一定的条件下，充分酶解，分解果胶及细胞壁，针对性的采用多种组合酶制剂来制取复合酶，使压榨的果浆果胶充分分解，改善了果浆结构，降低了果浆粘度，易于固液分离，提高了出汁率，增加了果汁中可溶性固形物含量，并由于酶的作用降低了果汁的粘度，从而加速了果汁的流出速率，使得压榨时间缩短，提高了压榨机的生产能力，通过车间验证，可提高生产能力约30-50%。
（2）抛弃现在大部分企业均采用植物活性炭与大孔吸附树脂来进行脱色的旧工艺，采用纳滤膜脱色，将色素类物质截留，并在脱色的过程中同时拦截了一部分蛋白质、单宁及其他多酚类容易导致果汁后浑浊物质。
（3）采用连续性纳滤膜进行果汁浓缩：浓缩膜中的水果汁在料液的压力梯度的作用下，其中溶剂透过膜而被收集，料液中的有效成分倍浓缩膜截留，从而果汁溶液得到浓缩，在运行过程中，均一化程度高，浓缩效率高。
（4）使用离子交换柱进行脱盐是水果果糖提取和纯化的必备工艺，利用电渗析预脱盐，可以减少离交树脂的负担，提高产能，降低成本。
（5）采用离交树脂组合新方式，果汁行业离交操作树脂柱组合一般为3组串联，1组大阳柱、1组大阴柱、1组小阳柱，此种方式组合，下线产品状态为水白色，但是产品在仓储期，由于多酚类、色素类物质以这样的方式运行，很难保证完全脱除，特别是氨基酸的残留，将导致产品在加热或者温度过高，长时间放置时产生美拉德褐变反应，使产品品质下降，高端市场无法形成与开发，在原有的基础上增加了3组树脂柱，分别为1组大阳柱、1组大阴柱、1组混床树脂柱。即大阳柱1→大阴柱1→大阳柱2→大阴柱2→小阳柱1→混床树脂，在原有的产品的基础上再进行脱盐脱色，对复床未脱除彻底的产品再次脱除，形成保障及屏障的作用，通过小阳柱调节果汁的PH，再通过后续的混床树脂将产品电导降低到很低的水平，再一次纯化脱色脱酸浓缩果汁。
（6）水果中主要糖组分为果糖、葡萄糖及蔗糖，蔗糖含量很低，通过异构化酶技术，将部分葡萄糖转换为果糖，为了保证异构酶的稳定性及活性，添加了硫酸镁等物质，控制合适的进料温度与pH。异构化的方式转换葡萄糖与淀粉糖有不同，淀粉糖行业主要用于果葡糖浆的生产，淀粉转化糖糖组分为麦芽糖、异麦芽糖、麦芽多糖、糊精和葡萄糖，几乎无果糖的成分，果汁杂糖含量低，在梨汁中基本上果糖40-45%，葡萄糖含量40-45%，蔗糖5%，经过异构酶后，葡萄糖的80%几乎可以转化为水果果糖。还有20%的葡萄糖无法通过异构化处理实现一次转化，需要将未转化的葡萄糖与果糖分离后，通过色谱柱来再次处理.
（7）由于果糖与葡萄糖互为同分异构体，两者难以分离，以离子交换后的组分为葡萄糖与果糖的水果脱色脱酸汁为物料，纯水为洗脱剂，利用色谱分离柱从异构化的水果糖液中分离果糖。异构后果糖含量约70-80%的水果糖液在色谱分离柱中分离。检测结果表明，采用该工艺生产的水果果糖提取液产品质量完全符合FDA，AIJN及国内相关标准。分离出的果糖纯度为90%，该工艺具有单位树脂处理量大，水用量小，效率高等优势。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例
（1）水果质检。
（2）水果清洗。
（3）破碎。采用两级破碎，首先将洗净的原料果在第一破碎机内通过锤片的高速运转打碎成初级果浆，再用螺杆泵送到浆料收集缓冲罐；浆料收集缓冲罐的初级果浆进入第二破碎机，第二破碎机的筛网孔为第一破碎机的筛网孔的1/4~1/3，第二破碎机的打浆的时间为第一破碎机的1.2~1.5倍，最终得到果桨。二次破碎后，果浆粒度进一步变细，有利于后续工序的酶解及提高压榨效率。
（4）酶解。其步骤为：
A）加热预煮：将果桨输送至半开放式果浆蒸煮设备进行蒸煮，出口温度40-50℃；半开放式果浆蒸煮设备的优势为不会堵塞，加上隔热盖板使槽体内形成相对封闭的环境空间，不会影响果浆的加热，尤其是在清洗时，可以打开隔热盖板检查判断清洗的效果，当出现糊板时可以使用人工刷洗的方式来彻底解决清洗难题；本设备长100米，加热面积大，通过变频式的螺旋推进器可以在瞬间将产品加热到适应温度，然后迅速降温，瞬间受热，更能保证水果浆的品质与风味物质的损耗；
B）一次酶解：果浆经过加热预煮后，添加果浆质量4~5%的复合果浆酶，在酶解罐中进行一次酶解，酶解时间1~1.5小时；通过酶的作用，分解果胶及破坏细胞组织，增加可溶性固形物含量；
C）压榨：一次酶解后的果浆通过带式压榨机，将果渣与果汁分离，收集压榨汁；在多级压榨辊的作用下，通过榨带孔径过滤，榨机底部有一接料槽，多级压榨辊下部产生的压榨汁进行汇集；
D）粗滤：压榨汁经旋筛、弧形筛和振动筛，逐级过滤，分离的果肉物质，最后通过输入泵泵入卧式分离机，再分离，得到原汁，收集至原汁罐；
E）前巴氏杀菌：对原汁罐中的原汁进行巴氏杀菌，温度90-95℃，杀菌时间为30~50s；对原汁进行巴氏杀菌，第一起到淀粉糊化的作用，有利于后续糖化酶的分解，第二起到了迅速灭菌，防止产品微生物发酵的风险，第三为灭酶，水果中的多酚氧化酶通过与氧气接触，发生酶促褐变，导致果汁颜色发生改变，不利于后续工序的脱色，增加后续工序的脱色难度。同时也灭活了一次酶解中未反应结束的复合果浆酶；
F）二次酶解：经步骤E）处理过的原汁进入到第二酶解罐，进行二次酶解，酶解时间1~1.5小时；复合果浆酶的添加量为原汁质量的2~3%；一次酶解时，由于果肉的干扰以及水溶状态不佳的条件下酶解，果胶及部分淀粉不能完全降解与分解，需要再次通过加酶的方式来达到去除果胶淀粉的效果，果胶和淀粉等大分子物质对于膜孔有堵塞作用，可以黏附于超滤管壁，阻碍果汁正常的过滤运行；
G）超滤：将步骤F）的处理的原汁进行超滤膜筛分，超滤膜孔径为0.02微米，压力为1.2~5MPa；超滤后果汁折光为7-9BRIX，浊度能够降低值0.6NTU以下，透光率≥96%，总酸不产生影响。
所述复合果浆酶包括：果胶甲酯酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶裂解酶、内切-阿拉伯聚糖酶、外切阿拉伯聚糖酶、鼠李糖半乳糖醛酸酶以及糖苷酶，其质量比为1∶2∶1∶3∶1∶2∶4。
（5）膜浓缩。采用连续纳滤分离系统，分离精度1000~2500Da，操作压力0.5~1MPa；常规的果汁浓缩是采用多级真空蒸发法。但是，由于热影响而导致果汁风味芳香成分的大量损失，色泽分解和褐色素的产生，能耗及生产成本都较高。通过膜浓缩的多级连续式运行，使初始糖度通过膜的分离作用，增加至14-15BRIX，再经过高压泵，增加膜内压力，将糖度最终浓缩至26-30BRIX。
（6）脱色。采用连续纳滤分离系统，分离精度100~500Da，操作压力1~5MPa；通过膜浓缩后，折光增加，相对果汁容量减少，通过适宜孔径的纳滤膜，将大分子的色素类物质进行截留操作，能透过膜孔的成分基本为无机物类及糖类物质，其他大分子类色素无法通过，在膜管的另一端流出，透过膜孔的果汁呈现接近水白色。
（7）脱盐。其包括如下步骤：
a）预处理：经脱色后的原汁过电渗析装置初步脱盐；可以增大离子交换柱的单次处理量及产能，避免离子交换树脂反复再生产生的废酸废碱的排放，增加了离子交换树脂的运行时间；
b）离子交换树脂脱盐：经预处理后的原汁依次经过第一阳离子树脂柱、第一阴离子树脂柱、第二阳离子树脂柱、第二阴离子树脂柱、小阳离子树脂柱以及阴阳混床树脂柱，脱除果汁中的盐类物质。通过离子交后，果汁的电导能够达到5us/CM以下，色值≥99%，氨基态氮≤1.5mg/100g，感观水白色，透光率≥99%，浊度≤0.5%。
（8）异构化提纯。其步骤为：
i）异构化：经脱色后的原汁，添加原汁质量1%的MgSO4作为活化剂，添加原汁质量3%的CoSO4作为稳定剂，调整pH为6.5，加热至60℃，不间断地泵入固化葡萄糖异构酶柱体，流速为3m3/h，将果汁中的葡萄糖部分转化为果糖；
ii）色谱分离：经步骤i）异构化后的原汁泵入色谱分离吸附塔，塔内填充强酸性离子交换树脂或钙盐型分子筛；解析后，得到果糖与葡萄糖；葡萄糖重新进行步骤i）的异构化处理，转化为果糖后，再进入色谱分离系统，循环进行；所述填料粒度为0.3mm，洗脱剂为纯水。
（9）后处理。其具体步骤为：
I）高温杀菌：通过板式换热器对异构化提纯后的果糖产品进行杀菌，温度为115~125℃，时间为30~45s，流量为10~30m3/h；
II）五效降膜蒸发器浓缩：步骤I）处理后的果糖产品进入五效降膜蒸发器，通过热力蒸发的方式，将水果糖中水分进一步蒸发，蒸发至折光70-71BRIX；减少水果糖的体积，便于运输及贮藏；
III）管道过滤：步骤II）浓缩后的果糖产品进入管道过滤器，管道过滤器孔径为100~120目筛网；通过此筛网截留由于设备胶垫老化及设备部件磨损导致的碎片；
IV）纸板过滤：步骤III）过滤后果糖产品，通过纸板过滤机，纸板的孔径为30~40微米，去除果汁由于蒸发热絮凝产生的物质；
V）后巴氏杀菌：果糖产品再次进行杀菌，温度为85~95℃，流量6~8m3/h。
（10）成品灌装。果糖产品经无菌灌装机灌入无菌袋中，罐装口温度控制达到90℃以上的高温灭菌条件对无菌袋灌装口进行杀菌。
实施例2
同实施例1，不同之处在于，i）异构化：经脱色后的原汁，添加原汁质量2%的MgSO4作为活化剂，添加原汁质量5%的CoSO4作为稳定剂，调整pH为8.5，加热至70℃，不间断地泵入固化葡萄糖异构酶柱体，流速为6m3/h，将果汁中的葡萄糖部分转化为果糖。
ii）色谱分离：经步骤i）异构化后的原汁泵入色谱分离吸附塔，塔内填充强酸性离子交换树脂或钙盐型分子筛；解析后，得到果糖与葡萄糖；葡萄糖重新进行步骤i）的异构化处理，转化为果糖后，再进入色谱分离系统，循环进行；所述填料粒度为0.4mm，洗脱剂为纯水。
实施例3
同实施例1，不同之处在于，i）异构化：经脱色后的原汁，添加原汁质量1.5%的MgSO4作为活化剂，添加原汁质量4%的CoSO4作为稳定剂，调整pH为7.0，加热至65℃，不间断地泵入固化葡萄糖异构酶柱体，流速为5m3/h，将果汁中的葡萄糖部分转化为果糖。
ii）色谱分离：经步骤i）异构化后的原汁泵入色谱分离吸附塔，塔内填充强酸性离子交换树脂或钙盐型分子筛；解析后，得到果糖与葡萄糖；葡萄糖重新进行步骤i）的异构化处理，转化为果糖后，再进入色谱分离系统，循环进行；所述填料粒度为0.35mm，洗脱剂为纯水。
效果例 实施例1~3所得产品的理化指标
果糖含量：≥90%，透光率（T625nm）：≥95%，色值（T440nm）：≥95%。
可溶性固形物含量（20℃折光法检测）：≥70Brix，总酸≤0.05%，pH：3.5~4.5，果胶：阴性，淀粉：阴性，氨基态氮≤1.5mg/100g，铜≤1.0mg/kg，铅≤0.05mg/kg，砷铅≤0.01mg/kg。
菌落总数<10cfu/ml，大肠菌群<3MPN/100ml，耐热菌<1cfu/50ml，霉菌/酵母菌<10cfu/ml，致病菌：不得检出，嗜渗酵母菌：不得检出。
农药残留符合GB2763-2014标准。
通过上述工艺，果糖产品中的果糖浓度可以达到90%以上。产品色值稳定性增加，即使在夏天高温条件下贮存，感官方面能够满足客户与市场的要求。呈现水白色。
采用膜浓缩技术，每吨水果果糖的蒸发费用要节省300-400元。采用电渗析预处理，减少离子交换柱负荷，每年盐酸使用量减少600吨，液碱使用量减少1000吨。
产品无结晶情况，放置于低温贮存条件下，不会由于葡萄糖的影响而结晶。
根据上述的实施例对本发明作了详细描述。需说明的是，以上的实施例仅为了举例说明发明而已。在不偏离本发明的精神和实质的前提下，本领域技术人员可以设计出本发明的多种替换方案和改进方案，其均应被理解为在本发明的保护范围之内。