تصنيع الفركتوز

يعتبر الفركتوز العالي (High Fructose Corn Syrub (HFCS : من أهم المنتجات السكرية التي تنتج من الذرة، وهو يتمتع بدرجة حلاوة عالية وله بعض الخواص المميزة التي تؤهله أن يستخدم بكثرة في تحضير العديد من المشروبات والمنتجات الغذائية المختلفة، فهو البديل الاقتصادي للسكروز. وتقوم صناعة هذا المنتج المهم على أساس ثلاث عمليات رئيسية:

ــ حلمأة النشا إلى دكسترينات.

ــ تحويل الغلوكوز إلى فركتوز.

ــ تحويل الدكسترينات إلى غلوكوز.

أ- حلمأة النشا إلى دكسترينات:

تتم من خلال إحدى المعاملات الآتية:

1- المعاملة بالحمض: وبه يخلط نشا الذرة مع الماء لتحضير معلق يحتوي على 30-40% نشا يضاف كمية من حمض كلور الماء المخفف (بتركيز 12%) لخفض رقم الـ PH إلى 1.8 – 2.0. يسخن بعدها المعلق لرفع درجة حرارته إلى 90 ْم ، يستمر التسخين لمدة 30 دقيقة لإتمام عملية الحلمأة وإنتاج الدكسترينات المناسبة ذات مكافئ دكستروز مقداره (30). يوقف بعدها التسخين وتضاف مادة كربونات الصوديوم بهدف رفع درجة الـ PH إلى 4.5 – 5.0 .

يؤخذ على هذه المعاملة الملاحظات الآتية:

ــ تتطلب ظروفاً حامضية شديدة.

ــ تتطلب تسخيناً لمدة طويلة نسبياً.

ــ تتطلب استعمال أوعية مصنوعة من الصلب غير القابل للصدأ وهي مرتفعة الثمن.

ــ يكون مظهر المحلول الناتج معتمداً وعكراً يتطلب إجراء المزيد من التنقية.

2- المعاملة بالحمض والأنزيم: وبها أمكن التغلب على بعض العيوب المذكورة في الطريقة السابقة. ويتضمن تطبيق هذه الطريقة مرحلتين، ففي المرحلة الأولى يتم معاملة معلق النشا بالحمض كما ذكرنا في الطريقة السابقة حتى الوصول إلى مكافئ دكستروز (5-7) يجري بعدها رفع رقم الـ PH غلى 6 – 6.5 ويضخ الناتج إلى أحواض حيث ترفع درجة حرارته إلى 85 ْم وتضاف الجرعة الأنزيمية المناسبة من ألفا أميليز البكتيري الذي يكون مصدره B. Subtilis ويستمر التحلل مدة 30 دقيقة حتى الحصول على شراب الدكسترينات بمكافئ دكستروز (12).

3- المعاملة بالأنزيم: في هذه الطريقة تجري عملية الحلمأة من خلال مرحلتين. في كل مرحلة منها معاملة أنزيمية مختلفة. وبها يحضر اولاً معلق النشا ويضبط رقم الـ PH عند 6.5 ويسخن إلى درجة حرارة 85 ْم ثم تضاف الجرعة الأولى من الأنزيمات والتي هي أنزيم ألفا أمايليز بكتيري مقاوم للحرارة. ويستمر التفاعل مدة 20 دقيق. يجري بعدها تسخين المعلق لدرجة حرارة 140 ْم تحت ضغط مرتفع لمدة خمس دقائق ثم نخفض الحرارة لتبدأ المرحلة الثانية على درجة حرارة 85 ْم ورقة PH 6.5 إذ يضاف أنزيم ألف أمايلير فطري وتترك حتى الوصول إلى التركيز المطلوب.

ب- تحويل الدكتسرينات إلى غلوكوز:

يتم ذلك باستخدام غلوكوز أميليز المستخلص من الفطر Aspergillas niger إذ يقوم بتكسير الروابط الجليكوسيدية ألفا (1-4) الطرفية وانفراد وحدات الغلوكوز.

وتتم هذه العملية بنقل شراب الدكسترينات إلى خزانات  مزودة بمقلب متحرك. يبرد الشراب داخل الخزان إلى درجة حرارة 60 ْم ويضبط رقم الـ PH ليصل إلى 4.2 – 4.5 ثم تضاف الجرعة الأنزيمية المطلوبة حيث يستمر التحلل مدة 48 – 96 ساعة حتى يتم استكمال الحلماة وبذلك نحصل على أعلى مستوى الغلوكوز من الشراب.

ج- تحويل الغلوكوز إلى فركتوز:

تتم عملية التحويل باتباع الخطوات المتسلسلة الآتية:

1- تنقية الشراب: يجري على الشراب سلسلة من المعاملات بهدف تخليصه من الشوائب والمواد الذائبة التي تقلل من درجة جودته. وتبدأ هذه الخطوة بإمرار الشراب عبر مرشحات مناسبة تعمل على حجز الشوائب المرئية، يلي ذلك المعاملة بالفحم المنشط، إذ يمرر الشراب خلال مراحل التصنيع السابقة. يمرر أخيراً الشراب على أعمدة تحتوي على المبادلات الأيونية للتخلص من المواد والتي يؤدي بقاؤها إلى تعطيل نشاط الانزيمات لاحقاً.

2- ضبط ظروف الشراب: تتضمن هذه الخطوات تركيز الشراب لخفض محتواه من الماء وبالتالي رفع تركيز المواد الصلبة إلى نحو 40-45 % . يلي ضبط رقم الـ PH بإضافة هيدروكسيد الصوديوم أو كربونات الصوديوم لرفع درجة الـ PH إلى 7.5 – 7.8 . يضاف بعدها منشطات الانزيم وهي أيونات مغنسيوم بواقع 12 جزء بالمليون على صورة كبريتات مغيسيوم. وأخيراً تضبط درجة الحرارة بإمرار الشراب بالمبادل الحراري لرفع درجة حرارته إلى 55- 60 ْم.

3- المعاملة بالأنزيم: يعامل الشراب الناتج بأنزيم غلوكوز إيرزوميريز بهدف انتاج شراب متوازن يحوي على الغلوكوز والفركتوز . وتتم المعاملة إما بطريقة الوجبات وإما بالطريقة المستمرة. ففي طريقة الوجبات يضاف الأنزيم على صورته الخام الذائبة إلى دفعه من الشراب النقي ويترك حتى يتم التحول وهكذا لكل دفعة. ويؤخذ على هذه الطريقة أنها تستهلك كميات كبيرة من الأنزيم مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة العملية وطول الفترة الزمنية اللازمة.

أما الطريقة المستمرة فتتم باستعمال المفاعل الأنزيمي المعروف بـ Paclled fixed Bed Reactor وهو عبارة عن عمود اسطواني يبلغ طوله بحدود 6 متر وقطره 1.5 متر. ويتم تغذية الجهاز بالشراب من الأعلى إذ يمر بالأنزيم الذي يقوم بتحويل الغلوكوز إلى فركتوز ثم يخرج من الأسفل شراباً متوازناً يحوي على كميات متساوية من الغلوكوز والفركتوز وتتميز هذه الطريقة بسرعتها وإمكانية استخدام المستحضر الانزيمي عدة مرات.

4- ضبط المنتج النهائي: يجري بعدها للشراب خفض رقم الـ PH إلى 4-5 ، ثم تجري تنقيته بالفحم المنشط ثم بالمبادلات الأيونية. وأخيراً تركيز الشراب إلى نحو 70 – 75% باستعمال اجهزة التبخير وبذلك يكون الشراب جاهزاً للتعبئة والشحن والتداول.

ونبين فيما يلي باختصار مخطط تصنيع الفركتوز العالي.

المصدر

موصللي، حسين علي (2006)، الحبوب الغذائية.. انتاجها – تخزينها – تصنيع منتجاتها.