本发明是一种蔗糖水解制备果葡糖浆的方法。 果葡糖浆，是由果糖和葡萄糖组成的糖浆。它可由淀粉水解成葡萄糖，再将部分葡萄糖用酶异构化而成，其果糖含量约42%，甜度与蔗糖相当。欲获果糖含量较高的果葡糖浆，必须把果糖分离。通常，果糖含量高于55%的糖浆，称高果糖果葡糖浆。这方面有许多专利获批准，如美国专利US3，684，574和US3，690，948等。另一种生产果葡糖浆的方法是将蔗糖水解而成，这一方法，简单方便，尤其适于用糖户的使用。
蔗糖水解，通常用盐酸，硫酸和柠檬酸等，以盐酸的水解能力最强。用酸液水解蔗糖，需要较高温度和较长时间，如用盐酸水解，在70～80℃，需1～2小时，97～103℃需20多分钟。在这样的水解条件下，蔗糖水解所生成的单糖，尤其是果糖会发生降解，生成有色物质，使糖浆颜色加深，也降低糖浆中果糖的含量，从而降低果葡糖浆的甜度。蔗糖水解，生成等量的果糖和葡萄糖，因果糖的甜度为蔗糖的1.5倍，而葡萄糖的甜度为蔗糖的0.8倍，这样，蔗糖水解成果糖和葡萄糖时，如若单糖不发生破坏，则其甜度为蔗糖的1.15倍，通常，酸液法水解蔗糖所得地果葡糖浆，其果糖含量约42%，甜度只与蔗糖相当，而且需脱色工序方能制备合格的果葡糖浆产品。
用蔗糖制备果葡糖浆的较好方法是用强酸性阳离子交换树脂作催化剂，因其催化剂活性较高，蔗糖水解的温度较低，时间较短。这方面的专利如特公昭46-15684和公开49-134852等。然而，现有有关专利所控制的水解温度仍在55℃以上。在该温度点以上，蔗糖在H+型树脂柱内反应时，所生成的单糖，尤其是果糖，仍会发生降解而使糖浆着色，这不仅加重树脂的脱色负担，缩短再生周期和使用寿命，也使生成的果葡糖浆甜度降低。E.Berghofer等人认为用H+型阳离子树脂水解蔗糖时，生成的果糖和葡萄糖都发生降解，但G.Siegers等在一定反应时间内，对不同温度下，蔗糖在H+型强酸性阳离子树脂柱上水解作试验得出，柱温超过40℃时，蔗糖水解成的单糖才会生成羟甲基糠醛等有色物质，主张蔗糖水解应控制在40℃柱温以下。实际上，蔗糖水解时，有色物质的生成不仅与温度有关，而且和水解时间有关，当水解温度升高时，蔗糖的水解速度加快，因而水解时间就短，从而使蔗糖水解而不致生成羟甲基糠醛等有色物质的温度还可提高。为避免生成有色物质而过低地降低水解温度必然造成生产率的下降，不能充分地发挥催化剂的应有效能。
现有应用阳离子交换树脂催化剂水解蔗糖制果葡糖浆的另一些不足之处，在于离子交换柱的安排和配合方面，未能做到灵活多变，不能充分发挥各自作用，以适于不同性质糖浆的生产要求。
本发明的目的在于寻求适于不同性质果葡糖浆要求，工艺简单，耗能低、效率高、单糖无降解，糖浆甜度高于蔗糖的果葡糖浆生产方法。
本发明是这样来实现的，首先，蔗糖在H+型强酸性阳离子树脂柱的水解反应控制在25～54℃，优选40～52℃。欲用蔗糖生产出甜度高于蔗糖且色值较低或无色的果葡糖浆，关键在于保护果糖。实验表明，在50℃柱温以下，蔗糖水解所得的果葡糖浆，其比旋光度〔α〕20D为-20°，说明其中果糖和葡萄糖各占50%。在这个温度点以下，蔗糖在树脂柱内水解时，只要及时排出，则糖浆无着色现象，说明果糖和葡萄糖都不会生降解，不产生有色物质。蔗糖在50～52℃柱温水解时，有轻微着色现象，说明水解时间内，已有小量羟甲基糠醛的生成。54℃柱温时，色素生成已较为明显。可见，蔗糖水解控制在一个不使生成的单糖，主要是果糖降解的温度范围内，是生产色值低，甜度高于蔗糖的果葡糖浆的关键。同时，对提高产品得率，保持树脂柱催化活力稳定和长久，延长其寿命也是重要的。蔗糖在H+型阳离子树脂柱内水解时，实验表明，柱温每提高10℃，其水解速度则为原来的2.1倍左右，在不致使单糖破坏的情况下，选择较高水解温度，对提高果葡糖浆产率是有好处的，本发明优选40～52℃的柱温。
进料浓度对蔗糖水解有一定影响。用上海734型离子交换树脂作实验表明，柱温40℃，蔗糖99%水解时，若进料浓度为30、40、50、60和65Bx，则蔗糖通过树脂柱的空速分别为0.19、0.32、0.38、0.41和0.42克蔗糖/克湿树脂/时，湿树脂含水60%。空速随进料浓度的增加而增加，即进料浓度高时，单位时间内，每克离子交换树脂所能水解的蔗糖量就多。提高进料浓度，对有效利用催化剂，减少糖浆浓缩费用都是有利的。但糖浆浓度超过60Bx之后，糖液的流动性较差，影响其在催化柱内的流动。另一方面，糖液浓度在50Bx之后，浓度对水解速度影响不大，故本发明选用45～62Bx的蔗糖浓度来水解蔗糖。
本发明的主要内容除水解温度和进料浓度范围的选择外，还包括离子交换树脂型号的选择和交换柱的匹配及安排等内容。根据对糖浆性质的要求，果葡糖浆的制备分阳离子柱法和阳、阴离子结合法两种，现分述如下：
一、阳离子柱法
将蔗糖用0.10～1.74克糖/克湿树脂/时的空速通过25～54℃柱温的H+型阳离子交换柱水解。这样，若用白砂糖原料，则生产出来的糖浆PH通常在3以上，它适于汽水，水果罐头等用途。
蔗糖的生产，无论采用亚硫酸法或碳硫酸法，其糖浆或成品糖总有少量以钙盐为主的灰份存在。蔗糖液通过H+型离子交换柱时，钙离子等杂质就会发生交换而使糖液PH值降低，糖液中灰份越多，水解后PH就越低。如30～60Bx的白砂糖溶液通过H+型树脂柱时，其PH约在2.6～2.8之间。因而，H+型离子交换柱会因发生交换而使其活性逐步降低，原料灰份越多，催化柱失效就越快。若为了保护催化柱不因发生离子交换而降低催化活性，则可将糖液用每小时小于四倍树脂柱体积的速度先通过一个H+型树脂柱，以除去钙离子等杂质，再将酸性糖浆通过主要起水解作用的另一个H+型离子交换柱。这样，不仅可使催化柱的活力稳定长久，也使蔗糖的水解有溶液中的H+和树脂固体酸的H+的双重催化作用而加快水解速度。另一方面，起不同作用的阳离子树脂可选用不同的树脂型号，以充分发挥各自的作用。起交换作用的树脂，可选用交联度略高，交换容量较大，除灰能力较强的树脂，如上海732树脂，或用其它能起交换作用的物质，如天然或合成的丝光沸石代替。由于蔗糖在离子交换柱中的水解反应，有显著的扩散限制，故起催化作用的阳离子交换树脂应选用有足够孔隙度的树脂，如上海734树脂或上海744大孔隙的树脂。本法使用744型大孔阳离子交换树脂为催化剂时，在54℃，蔗糖水解50.0%，75.0%，87.5%和93.8%时，其在柱内的反应时间分别为1.53、3.06、4.59和6.12分钟，其水解速度与有关专利比较大为提高。树脂颗粒度也应适当考虑，最好选用40～60目的较小粒子。
本法生产的酸性糖浆，还可用NaOH或Na2CO3等碱性物质调其PH，使之适用不同PH要求的使用目的。
二、阳、阴离子交换柱结合法
将上述方法所得的糖浆，用每小时小于4倍树脂柱体积的速度通过OH+型弱碱性阴离子树脂柱，以除去糖液中的H+，并吸附去残留的的有色物质，得微酸性低色值高品位糖浆。本法生产的果葡糖浆，PH为6.3～6.5之间，酸度适中，适于糖浆的长期存效。还可以将蔗糖液先通过OH-型强碱或弱碱性阴离子交换树脂及H+型阳离子树脂，得无色中性或微酸性糖液，再通过另一个H+型离子交换树脂柱水解，得高品位中性或微酸性果葡糖浆。弱碱性阴离子树脂可选用叔胺型树脂，如上海705、D301A和D301B等。强碱性树脂可选用上海711和717等。阳离子树脂的选型原则与方法<一>同。
阳、阴离子交换树脂的处理和再生与精炼蔗糖厂的方法相同。新的离子交换树脂应酸洗、碱洗、水洗之后再使用。酸、碱的浓度通常为2N。阳离子交换树脂用5-10%盐酸再生，用量为树脂体积的3倍，接触时间不少于60分钟。水洗用1.25～1.5倍树脂体积的水排出再生液，再用每小时16倍树脂体积的速度的水、对阳、阴离子交换树脂分别洗至流出液PH分别为4与8即可投入使用。
本发明的特点是蔗糖水解温度控制在25～54℃，优选40～52℃，充分发挥催化剂效能，蔗糖水解不产生有色物质，糖浆中果糖和葡萄糖的比例为1∶1，最大限度地提高蔗糖水解成果葡糖浆的甜度，也提高果葡糖浆的得率，且能延长离子交换树脂的再生周期和使用寿命。
使用双H+型离子柱串联的方法，可选择适当的离子交换树脂型号，充分发挥各柱的特点，保持催化H+柱的催化活力稳定和长久，利于催化反应的控制，也延长催化剂再生周期和使用寿命，同时，还充分地发挥糖液中的H+和树脂的H+的水解作用。
根据不同性质的糖浆要求，选用不同的树脂柱和匹配方式，能充分发挥各种离子交换树脂的作用，省去不必要的步骤，使设备简单实用。
实施例1
二根1250mm高，4.9mm的带有保温夹套的玻璃柱，柱内分别装H+型734和744牌号的强酸性阳离子交换树脂，其体积都为80ml。将50.2Bx的白砂糖溶液（纯度99.8%），以不同速度各通过上述的树脂柱，使蔗糖水解成果糖和葡萄糖。结果如表1所示：744（20-40目）、734（40～60目）
表1 柱温和空速对蔗糖水解的影响水解柱温℃空速果葡糖浆Bx果糖％葡萄糖％蔗糖水解％色值（S°）平均PH734744734744734744734744734744734744250.100.2052.052.148.548.548.548.597970.380.372.85350.240.4152.452.350.049.550.049.5100990.380.38400.500.7452.152.148.549.048.549.097980.390.38450.520.7952.352.249.549.549.549.599990.400.40500.761.2352.252.249.049.549.049.598990.440.43541.071.7452.252.349.549.549.549.599990.560.52
※空速：克蔗糖/克湿树脂/时，湿树脂含水60%，白砂糖色值0.60s
实施例二
一根1000mm高，内径10mm的玻璃柱，内装H+型732强酸性阳离子树脂，树脂床高度为800mm，将60.5Bx的白砂糖溶液用每小时小于4倍树脂床体积的速度通过该柱，柱温控制在40℃以下，将所得糖液再通过实施例1的树脂柱水解，结果如表2所示。
表2 阳树脂除非氢阳离子后的糖液水解
实施例三
一根高1000mm，内径10mm的玻璃柱，内装OH-型705弱碱性阴离子树脂，树脂床高度750mm，将实施例二744树脂水解所得的酸性果葡糖浆，在40℃柱温以下，以每小时小于4倍树脂柱体积的速度通过该柱，除去糖液中残留色素及H+，结果如表3所示：
表3 弱碱性阴树脂脱色、脱H+效果
实施例四
两根高1000mm，内径10mm的玻璃柱，分别装OH-型717强碱性阴离子树脂和H+型732强酸性阳离子树脂，树脂床高度分别为750mm和800mm，将45Bx的白砂糖溶液，在40℃以下用每小时小于4倍树脂床体积的速度先通过OH+型阴离子树脂柱后，再通过H+型阳离子树脂柱，以除去糖液中的离子和色素，然后再通过实施例1的H+型强酸性阳离子树脂柱水解，结果如表4所示：
表4 无离子蔗糖液的水解水解柱温℃空速果葡糖浆Bx果糖％葡萄糖％蔗糖水解％色值（S°）平均PH734744734744734744734744734744734744250.090.1845.945.848.549.048.549.09798006.90350.220.3846.346.049.549.049.549.0999800400.330.5246.546.449.549.549.549.5999900450.480.7046.246.149.050.049.050.09810000500.621.0446.346.249.549.549.549.599990.030.02551.011.6546.246.149.549.549.549.599990.120.10
实施例五
一根高1000mm，内径20mm的玻璃柱，内装H+型天然丝光沸石，沸石床高度850mm，将50Bx的白砂糖液，在40℃以下，用每小时小于3倍沸石床体积的速度通过该柱，再将所得糖液通过实施例1的树脂柱水解，其结果如表5所示：
表5 沸石除非氢离子后蔗糖液的水解
实施例六
一根高1600mm，内径20mm的玻璃柱，下层700mm装H+型732强酸性阳离子树脂，上层700mm装OH-型705弱碱性阴离子树脂，将55Bx的白砂糖液，在40℃以上用每小时小于850ml糖液的速度通过该阴、阳柱，所得糖液再经过高1000mm，内径20mm，内装H+型744强酸性阳离子树脂的保温夹套玻璃柱。水解树脂床高度900mm。水解结果如表6所示：
表6 除盐份蔗糖液的水解