説明

トウモロコシデンプ​​ン、小麦デンプン、キャッサバなどの様々な種類の精製デンプンを原料として、酸加水分解法または酵素加水分解法によってグルコースまたは麦芽デキストリンを製造する。

酸加水分解は、着色物質や非発酵性糖を容易に生成できる方法ですが、副作用があるため、実際にはこの方法は用いられていません。当社では、酵素加水分解によってグルコースや麦芽デキストリンを生成する植物を提供しています。

理論的には、DE値が20%未満、つまり還元糖含有量が20%未満の場合、それは麦芽デキストリンと呼ばれます。しかし、日常的な使用においては、その区別はそれほど明確ではありません。

プロセスの説明

ⅰ. 液状化

糖化に用いられるグルコースアミラーゼは、基質分子の非還元末端から加水分解を行う外酵素の一種です。マルトデキストリン生成の可能性を高め、糖化反応を加速させるためには、α-アミラーゼを用いて高分子グルコースを加水分解し、マルトデキストリンと複合糖にする必要があります。しかし、デンプン粒子の結晶構造は酵素に対して強い抵抗力を持っています。例えば、細菌性α-アミラーゼによるデンプン粒子の加水分解速度と、細菌性デンプンの加水分解速度の比は1:2000です。そのため、アミラーゼがデンプンに直接作用することは許されず、デンプン乳をまず加熱し、デンプンを水和・膨張させて結晶構造を破壊する必要があります。

（ⅰ）糊化と熟成

デンプン乳を一定の温度まで加熱すると、デンプン粒子が膨張し始め、偏光が消失します。温度が上昇するにつれて、デンプン粒子は元の体積の数倍、あるいは数十倍にまで膨張し続けます。粒子が膨張するにつれて結晶構造が消失し、体積が拡大し、粒子同士が接触してゲル状の液体になります。撹拌を止めてもデンプンは沈殿しなくなり、この現象は糊化と呼ばれます。生成された粘性のある液体はデンプンペーストと呼ばれ、この現象が起こる温度が糊化温度です。

デンプンの老化とは、実際には糊化したデンプンの分子間水素結合が切断され、新しい水素結合を形成するために再配置される複雑な結晶化プロセスである。

（ⅱ）液状化

液化には多くの方法がありますが、最も理想的な方法はジェット液化です。様々な工場の生産条件に応じて、蒸気圧が0.8Mpa以上の場合は高圧蒸気ジェット液化プロセスを選択し、蒸気圧が0.5Mpa以下の場合は低圧ジェット液化を選択します。ジェット液化プロセスは、1回酵素処理と2回酵素添加技術に分けられます。

グルコースとフルクトースのシロップ製品を生成する場合は、ジャガイモを原料として酵素処理を行います。トウモロコシや小麦のデンプンを使用する場合、デンプンの品質が良い場合（タンパク質≦0.3%）、酵素を1回添加するだけで済みます。これは簡単で、蒸気を節約でき、液体の色も薄いため、1回の酵素処理で済みます。トウモロコシや小麦のデンプンの品質が低い場合（タンパク質＞0.6～1.0%）、このようなデンプンを添加すると、老化しやすく、不溶性のデンプン顆粒が生成されやすいため、原料のタンパク質含有量を高くし、酵素を2回添加することで完全に液化できます。

ⅱ. 傷をつける

液化が完了したら、溶液の pH を 4.2 ～ 4.5 に素早く調整し、同時に 60 ℃ まで冷却し、その後、スカーフィング酵素を添加し、温度を 60 ℃ に保ちます。スカーフィングが不均一にならないように攪拌を続け、反応後、無水アルコールで検査してマルトデキストリンがないことを確認したら、pH 値を 4.8 ～ 5.0 に調整し、溶液を 80 ℃ に加熱し、20 分間その温度を維持してからろ過します。ろ過した溶液を貯蔵タンクに保存し、60 ℃ 以上の温度で保管して、後日使用します。

ⅲ. フィルタリング

デンプン糖化後、DEは最大98%（構成や顧客の要求に応じて変動）に達する可能性がありますが、デンプンが加水分解されると、不溶性不純物や灰分、脂肪、タンパク質なども除去されます。また、加水分解の過程で不純物が混入し、酸を加えると無機塩が、酵素を加えるとタンパク質が混入する可能性があります。さらに、分解過程でアミロースやオリゴ糖が生成され、二次反応で5-HMFなどの着色物質が生成されます。これらの不純物は精製する必要があり、それによってグルコースの品質と最終製品の品質が向上します。したがって、糖化後には濾過を行う必要があります。

無水アルコールで検査し、マルトデキストリンがないことを確認したら、糖化を停止し、pH4.2～4.5を4.8～5.0に調整し、80℃まで加熱して20分間保持した後、ろ過を開始します。ろ過方法には、プレートアンドフレームプレスフィルター、ロータリー真空ドラムフィルター、メンブレンフィルター、遠心分離機など、さまざまな種類があります。運転コスト、投資、製品の品質のバランスを考慮して、通常はプレートアンドフレームプレスフィルターを使用します。

ⅳ．脱色

酵素法による糖化液の脱色は、通常、pHを4.8付近に調整します。酵素自体がタンパク質の一種であるため、溶液のpHはタンパク質の等電点に近く、多くの懸濁物質が含まれています。多くの工場では、まず珪藻土で前処理したドラムフィルターを使用するか、使用済みの活性炭フィルターを追加してタンパク質、脂肪、不純物を除去してから脱色を行います。酵素法による糖化液の色は薄いため、通常は活性炭で2回脱色してから鉄イオン交換（IX）を行います。または、脱色に活性炭を使用せず、ドラムフィルターで直接ろ過してから鉄イオン交換を行う場合もあります。

当社のプロセスでは、脱色は主にプレートアンドフレームプレスフィルターで行われます。自動制御レベルと操作環境を向上させるため、一部の欧米メーカーはキャンドルフィルターを使用しています。キャンドルフィルターは、DDSフィルター（厚みを増す）のように、多数のフィルターチューブまたはスティックで構成され、円筒形容器または密閉された四角形容器で、内部には金属またはエチレン製のマイクロフィルターがあります。ろ過前に、液体はフィルターの下部からポンプで送られます。不純物はフィルター内に残り、ろ過されたきれいな液体は上部のフィルターチューブから押し出されます。ろ過速度が遅い場合は、ろ過を停止し、逆洗してから再度ろ過を開始してください。

ⅴ．イオン交換（IX）

三次元ネットワーク骨格に固定された官能基上の交換可能なイオンにより、イオン濃度やその他の環境条件を変化させることで、外部イオンとの可逆的な交換を繰り返すことができ、イオンの分離、置換、濃縮、不純物の除去、および化学触媒作用を実現できる。

イオン交換樹脂の骨格構造は固定されており、可逆的な交換は官能基のみで行われるため、数千回再生して使用できます。ただし、経年劣化により材料の損失が生じます。イオン交換と他の薬剤との違いは、イオン交換材料は何度も再生でき、耐用年数が長いため、製造工程の簡素化、製造時間の短縮、製品品質の向上、効率の向上、コスト削減につながる点です。

交換後、水素化樹脂はナトリウム樹脂に変化し、樹脂の交換能力が失われます。樹脂を塩酸などの高濃度（約5％）強酸（再生剤）に入れると、水素イオン濃度が高くなります。濃度差により、ナトリウム樹脂が水素イオンに容易に交換され、交換能力が回復します。これが再生プロセスです。

ⅵ．蒸発と濃縮

処理要件や技術に応じて、連続蒸発式やバッチ蒸発式、一回蒸発式や複数回蒸発式など、さまざまな種類の濃縮装置があります。一般的な蒸発方式には2種類あります。

従来型は、多段式（通常3段または4段）蒸発器と単段式蒸発器の2つの蒸発器で構成されています。多くの工場では2段階の蒸発を採用しており、まず3段または4段の液膜式蒸発器で希釈グルコース溶液を45～60 µmまで濃縮し、次に単段式蒸発器で72～85 µmまで濃縮します。単段式蒸発器では、供給は連続式で行うことができますが、排出はバッチ式で行う必要があります。

近年、当社では一回蒸発法を採用しています。酵素法を用いたグルコース精製には非常に効果的で、最終製品の収率は85obx、あるいはそれ以上にも達する可能性があります。酵素法の初期溶液は通常35obx程度です。従来の方法と比較して、エネルギー消費量も大幅に削減できます。

ⅶ．結晶化

結晶化とは、液体を固体に変え、固体を分離するプロセスです。また、純度を高めるための最も重要な方法でもあります。結晶化は、結晶グルコース製造プロセスにおいて最も重要な工程であり、製品の品質と収率に直接影響を与えます。

グルコースの結晶化プロセスには様々な種類があります。このプロセスはやや複雑で、主に製品の品質と収率に関係しています。以下にそのプロセスを説明します。

（１）一度結晶化プロセス

濃縮後、液体を直接結晶化させ、その後、母液を循環させずに直接排出する。この工程の設備は簡素で、製品の品質は良好であるが、製品収率は低く、通常は約50%程度である。母液を他の用途に利用する工場に適している。

時には、母液を循環させて収率を約80％まで高めることもありますが、製品の品質はあまり良くありません。

（２）二段階結晶化プロセス

このプロセスでは、製品分離後の母液の大部分は、脱色および鉄交換処理を経て、最初の結晶化工程に戻されます。分離後の湿潤結晶は、2回目の結晶化の原料として、または工業用途にのみ使用されます。

母液はほとんど再利用されるため、最初の結晶化で得られる品質は低い。しかし、システム全体を通して、最終製品は二次結晶化によって得られるため、品質ははるかに優れている。ほとんどの原料が回収され、製品収率も高い。これは、医薬品用途のグルコースを製造する上で最も重要なプロセスである。

（３）無水グルコース製造ライン

このプロセスは、無水グルコースの製造に特化した二段階結晶化プロセスの一種です。製品の品質は非常に高く、母液の一部は低品質グルコースの製造、またはその他の用途に使用されます。

ⅷ．分離および乾燥

（１）分離

結晶化後の混合物には、結晶粒子と未結晶の液体（通常は母液またはグリーンと呼ばれる）が含まれているため、遠心分離機を用いて母液から結晶グルコース粒子を分離する必要がある。

液体混合物を投入し、遠心力で回転させると、結晶が母液からバスケットに投げ出され、排出される。

（２）乾燥

グルコース乾燥機には、ドラム式乾燥機、気流式乾燥機、流動層式乾燥機などがあり、一部の工場では、高濃度のグルコース溶液を直接粉末にするためにスプレードライヤーを使用しています。

ドラム乾燥機は、蒸気ジャケット付きの回転ドラムで、ドラムには一定の傾斜があり、片側からグルコースを投入でき、ドラム内を毎分約5回転でゆっくりと流れます。例えば、1000×5000mmのドラム乾燥機は、約10トン/日の処理能力があります。

空気乾燥機は最も一般的なグルコース乾燥機で、空気加熱器、送風機、空気管、サイクロンなどで構成されています。分離されたグルコースはまず粉砕され、加熱された熱風の流れによって持ち上げられます。空気流乾燥機では、空気入口温度は約 70〜75℃、排気温度は約 30〜35℃、空気流速は約 20m/s です。空気管の直径が 400mm、長さが 18m、空気速度が 8000m3/h、空気圧が 4900Mpa(500mmH2O) の場合、生産能力は約 10t/h となります。

流動層乾燥機は、もう一つのタイプの気流式乾燥機です。流動層底部の小さな穴から熱風が上昇し、多孔板上のグルコースが流動化されます。気流は水分を吸収し、サイクロンで微粒子を分離して排出します。その後、製品は乾燥されます。製品の品質を保証するために、乾燥グルコースの温度を下げるために、第2部に冷風装置を追加する必要があります。室温より数度高い温度にするのが理想的です。そうすれば、包装後に固まりません。乾燥グルコースが空気中の水分を吸収しないように、冷風は必ず除湿してください。

グルコース製造プロセスにおいて、噴霧乾燥は一般的ではありません。製品が非常に粘着性が高いため、布製ボグフィルターは機能しません。また、製品が非常に微細なため、サイクロンの捕集効率も比較的低くなります。しかしながら、性能向上のためにいくつかの特別な設計を行いました。噴霧乾燥機は推奨されませんが、お客様が噴霧乾燥機の使用を希望される場合、または製造プロセスで噴霧乾燥機のみが必要な場合は、特別な設計を行うことも可能です。

乾燥工程はグルコース製造ラインにおいて非常に重要な部分です。製品接触部および処理用空気入口接触部はすべて高品質のステンレス鋼で製造する必要があり、入口空気はすべて高純度に浄化する必要があります。

ⅸ. マルトデキストリンの製造

マルトデキストリンは主に3つの種類に分類されます。

MD100: DE値、%(m/m)≤10

MD150：DE値、%(m/m)≤15

MD200: DE値、%(m/m)≤20

（MDはマルトデキストリンの略称です。）

マルトデキストリンの品質を見分ける主な特徴は3つあります。

外観：白色またはごく淡黄色の粉末で、目に見える不純物はない。

香り：麦芽デキストリン特有の香りがあり、異臭はありません。

味：甘味なし、またはわずかに甘味あり、無臭、その他の味なし。

当社では通常、マルトデキストリン製造において、濃縮後に専用設計のスプレードライヤーを使用しています。この特殊設計により、作業スペースの節約、加熱効率の向上、清掃の容易化、そして工場への投資コストの低減を実現しています。

ⅹ. WIP（現場洗浄）

顧客の要望に応じて、さまざまなレベルの仕掛品管理システムが提供されます。

当社のデザインの特長

世界中の多くのサプライヤーが依然として提供している従来の技術と比較して、当社の設計には以下の特別な特徴があります。

1. 酵素の添加と不活性化：従来の1回添加方式では、オリゴ糖や不溶性成分が多く生成されます。当社では、製品の品質向上のため、2回添加方式を採用しています。

通常のプロセスと比較して、当社の酵素不活性化設計は、タンパク質の固化とデンプンの均一な分散に非常に優れています。

2. ジェットクッカー：操作が簡単で蒸気圧が低いのが、当社の設計の特長です。

蒸気圧を制御する代わりに、液面レベルを利用してジェット調理プロセスを制御しています。蒸気供給圧を非常に安定させるのは非常に難しい一方、液面レベルの制御は容易です。

ジェットクッカーには、低圧タイプと高圧タイプの2種類をご用意しています。低圧タイプは、必要な蒸気圧がわずか2バール程度なので、廃蒸気を有効活用できます。高圧タイプのジェットクッカーも、従来の技術に比べて必要な蒸気圧はかなり低く、従来技術では通常10バール以上が必要なところ、弊社では6バールで済みます。

3. 液化：多層流タンクは、均一な温度と処理時間で均一な液化を保証します。これは、次の工程である掻き取り処理に非常に有利です。

4. 濃縮：高Brix値を達成するための蒸発器1基、必要な蒸気圧の低減、省エネルギーが、当社のプロセスの主な特徴です。

高ブリックスの製品が必要な場合、従来の技術では、3段または4段の薄膜式蒸発器1基と単段式蒸発器1基で構成されていました。問題は、単段式蒸発器の蒸気消費量が非常に多く、製品の品質が低いことです。当社では、4段または5段、場合によっては6段の蒸発器を1基使用して、85ブリックス以上の最終製品を製造しています。

従来の多段式薄膜蒸発器に必要な蒸気圧は通常6バール以上ですが、当社では3バール未満、場合によっては1.5バールの蒸気でも動作します。

当社の設計は省エネルギーにも重点を置いています。5段階の蒸発効果を持つ落下式蒸発器を使用することで、1kgの水を蒸発させるのに必要な蒸気量はわずか約0.15kgに抑えられます。

5. 当社のろ過および脱色装置は、非常に透明な製品が得られるように特別に設計されています。

6. 鉄分交換ポールの後に脱臭ポールが設置されています

7. 工場から発生するすべての廃蒸気、廃水、廃熱は利用されているとみなされる。

8. 予備タンクを用意することで、製品変更時にも生産を中断することなく継続できます。

親切なリマインダー

1. この種のプラントは、お客様のご要望に応じた設計に基づいて製造されます。すべての設計にすべての機能が備わっているわけではありません。実際の構成は、締結された契約または合意に基づいて決定されます。

2. 機械の製造に使用する材料は、AISI304、316Lなどです。これはお客様のご要望によります。

3.加熱方法としては、蒸気、電気、ガス炉などがあります。

4.制御システムについては、シンプルなプッシュボタンを設計できます。また、PLC+HMIもお客様のご要望に応じて設計可能です。