CN100460522C - 一种高收率的结晶果糖生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明为以蔗糖或白糖为原料，经过化学处理及分离，高收率生产结晶果糖产品的工艺，收率达80%(按蔗糖投料量计)。本发明在实施过程中采用了水解、模拟移动床吸附分离、异构化、离交、浓缩、结晶、离心分离、干燥等化学反应或化学操作过程，得到结晶果糖产品，绝大部分的蔗糖原料可转化生成结晶果糖产品。

Description

一种高收率的结晶果糖生产工艺

技术领域：

本发明属于有机化合物的制备领域。

背景技术：

本发明中所述的结晶果糖是指果糖纯度超过98％的固态果糖产品，包括食品级或医药级结晶果糖产品。工业上果糖产品有呈液态水溶液的F42果糖浆、F55果糖浆、F90高纯果糖浆以及呈固态的结晶果糖产品四类，前三种果糖浆的干物质中，果糖含量分别为42％、55％、90％。呈固态的结晶果糖产品的含量很高，在食品及医药上应用更佳。

结晶果糖在工业上的生产方法按原料来源方式有如下几种：(1)以蔗糖为原料，先水解，得到果糖及葡萄糖混合物(称为转化糖，其中果糖含量为46～50％)，经吸附分离，得到高纯果糖(果糖含量90％以上)和葡萄糖，将高纯果糖经过结晶分离，可得结晶果糖。(2)以葡萄糖为原料，用葡萄糖异构酶进行异构化反应，得到果糖与葡萄糖的混合物(其中果糖含量为42％左右)，用吸附分离处理后得高纯果糖(果糖含量90％以上)和葡萄糖，经结晶、分离后可得到结晶果糖。

以上两种生产方法实质上很相似，都是工业上生产结晶果糖的主要方法。但是，上述两法的结晶果糖产率很低，一般为葡萄糖或蔗糖投料量的20～26％，生产结晶果糖后的大量葡萄糖组份及果糖母液无法得到有效的利用。另外，法(2)中的葡萄糖异构酶价格昂贵，若将分离果糖后所得到的葡萄糖组份重新进行酶异构转化成42％左右的果糖，来重复进行果糖葡萄糖的分离，这样的处理工艺理论上行得通，但是实际生产中不可能采用，因为结晶果糖的生产成本无法降低。总之，上述两法的根本缺点是无法经济地利用葡萄糖组份及果糖母液，造成结晶果糖生产成本过高。

此外，结晶果糖还有如下制法：(3)将甘露糖原料在甘露糖异构酶的作用下进行酶转化生成果糖，转化率可达80％以上，再经结晶可得到结晶果糖。但是，甘露糖的来源很成问题，而且甘露糖异构酶还不能工业化大量供应，因此，该法根本无法实现工业化生产；(4)将菊糖进行水解可100％地转化生成果糖。但是，菊糖的来源主要从植物体菊芋果实中提取，工业化生产原料来源极其困难。

总之，生产结晶果糖，必须先制得高纯果糖(果糖含量90％)，才有可能结晶。含量低于90％时，果糖很难结晶析出。工业上制备高纯果糖普遍是采用模拟移动床吸附分离的方法和装置，可经济地实现。

以上所述的结晶果糖制法，有的根本无法实现工业化生产；有的虽已实现工业化生产，但是大量葡萄糖组份及果糖母液无法利用，造成结晶果糖生产成本居高不下，无法大量满足市场所需。

提高高价值结晶果糖产品的产率，尽量提高蔗糖原料的转化率，从而大幅度提高经济效益，是目前果糖生产工艺研究、开发和改革的主要内容。

发明内容：

本发明就是为解决此问题而提出的改进方法，利用本发明的方法，可使蔗糖原料生产价值较高的结晶果糖产品的产率达到80％以上，将大幅度提高蔗糖原料生产结晶果糖产品的经济效益，大幅度降低结晶果糖产品的生产成本。

本发明的方法包括如下五步骤。

(1)将蔗糖原料A完全水解、离交精制后，得到转化糖B；

(2)将转化糖B用模拟移动床进行果糖葡萄糖分离，得到富含果糖组份C和富含葡萄糖组份D；

(3)将(2)中的富含果糖组份C进行离交、浓缩、结晶、离心、干燥后，得到结晶果糖产品E和果糖母液F；

(4)将(2)中的富含葡萄糖组份D进行重复异构化反应，将葡萄糖组份转化生成果糖，再经过离交精制，得到异构后糖液G；

(5)将异构后糖液G、果糖母液F与一部分转化糖B合并，重复进行模拟移动床分离果糖葡萄糖。

附图说明：图1是本发明的物料走向图。

结合附图可以更好地理解本发明的处理过程。

本发明的第一步是将蔗糖A完全水解，这是已知的技术，可采用盐酸或硫酸作为水解催化剂，水解的适宜条件是：糖液浓度为40～60％，pH值2左右，在90～105℃温度下搅拌反应0.5～2小时。蔗糖完全水解后，得到果糖葡萄糖的混合液，用阳、阴离交树脂精制，除去糖液中的离子，得到转化糖B，其中含果糖46～49.5％，葡萄糖48～49.8％，其它杂质0.5～2％。须使蔗糖完全水解，否则本发明后面的应用效果将受到影响。

本发明的第二步是利用模拟移动床分离果糖葡萄糖，这也是已经实现工业化生产的操作。所用的模拟移动床是12柱或24柱首尾相接，每个柱均接有进料口、出料口、进水口、循环进出口，通过旋转阀或电磁阀形式来改变各进料口、出料口、进水口、循环进出口的位置，达到分离的目的。本发明以水作洗脱剂，分离温度为40～85℃，以阳离子交换树脂或者分子筛为分离剂，进料浓度40～70％的条件下连续进行进料、进水、出料操作，所得的富含果糖组份C中的果糖含量为90～96％，浓度为20～35％；所得的富含葡萄糖组份D中的果糖含量为4～9％，浓度为16～30％。经过本发明模拟移动床分离后，转化糖中的果糖与葡萄糖组份得到有效分离，该步骤也是本发明的关键，果葡糖分离如果不彻底，将会严重影响本发明后面的效果，甚至无法得到结晶果糖产品。

第三步是将富含果糖组份C经过阳、阴离子交换树脂离交除去离子后，真空浓缩到浓度为75％以上，加入果糖晶种，缓慢冷却，得到果糖晶体，再经过离心分离、干燥后得到结晶果糖产品，每1000克蔗糖原料可得到结晶果糖产品为230～250克，所得到的果糖母液产量为230～250克(按干物质计)。果糖的结晶关键是富含果糖组份C是否达到要求，最好果糖含量93％以上。果糖的结晶工艺也已经实现工业化生产。

第四步：果葡糖模拟移动床分离后所得到的富含葡萄糖组份D中的果糖含量为4～9％，，葡萄糖含量为91～96％，浓度为16～30％。加入糖物质量为0.05～2％的碱催化剂，将糖液pH值调节为8.5～11，在50～95℃的温度条件下搅拌反应0.5～5小时，按照此条件进行异构化反应后，所得到的异构反应后糖液的果糖含量为18～33％，用阳、阴离子交换树脂离交处理后，再在真空条件下浓缩到40％左右，得到异构后糖液G。提高异构化反应温度，增加催化剂用量、提高糖液pH值、延长反应时间等均可生成更多的果糖，但副反应也加剧，造成糖液色泽加深，因此应当适当控制反应条件，尽量避免副反应发生。

第五步：将异构后糖液G与第三步所得到的果糖母液F以及水解糖B合并，作为模拟移动床分离果糖葡萄糖的进料。物料重复利用及循环，蔗糖原料不断转化高收率地生成结晶果糖产品。

具体实施方式：

下面，结合实施例来更详细地说明本发明。

实施例1：1000克食用白砂糖，溶于1000ml的去离子水中，得到浓度为50.14％的蔗糖水溶液，加入50ml工业盐酸，将糖液的pH值调节为2.18，然后在98℃的温度条件下搅拌反应1.5小时，再用阳、阴离子交换树脂柱离交去除杂质，得到精制后的转化糖液1940克，糖液浓度为51.55％，其中含果糖49.75％，含葡萄糖49.82％，其它少量杂质0.43％。

利用模拟移动床装置分离处理该转化糖液，进料浓度为51.55％，在58℃的分离温度下，以水为洗脱剂，连续进行进料、进水、出料操作，得到富含果糖组份出料和富含葡萄糖组份出料，富含果糖组份出料的质量为1680克，浓度为28.55％，含果糖94.13％，含葡萄糖5.87％；富含葡萄糖组份出料的质量为2138克，浓度为24.32％，含果糖6.2％，葡萄糖93.4％，其它杂质0.4％。

将分离后所得到的富含果糖组份1680克，经过阳、阴离交树脂处理后，在真空度为0.07Mpa条件下浓缩到浓度为86％，缓慢冷却结晶，将所得到的果糖结晶体用3500转/分的离心机离心分离15分钟，取湿果糖结晶体在80℃、真空度0.06Mpa条件下干燥3小时，得到干态的结晶果糖产品245克。离心所得到的果糖母液为235克(干计)，其中含果糖88.1％，含葡萄糖11.9％。

实施例1所述的生产过程就是目前工业上以蔗糖为原料生产结晶果糖的过程，结晶果糖的收率为24.5％。例1中所副产的富含葡萄糖组份以及果糖母液没有重复利用，因此结晶果糖的收率低。

实施例2：取例1中所得到的富含葡萄糖组份2138克(浓度为24.32％，干物质中含果糖6.2％，含葡萄糖93.4％)，加入6克的片状固体氢氧化钠，将糖液的PH值调节为10.60，然后加热并保温在65℃条件下搅拌反应0.5小时，再用阳、阴离子交换树脂处理，收集离交后的糖液，在真空-0.06Mpa条件下浓缩到浓度为41％，得到异构后糖液1260克，其干物质中含果糖28.5％，与异构前相比，果糖含量有所上升，由此证明碱异构反应是有效的。

例2的目的是将富含葡萄糖组份异构生成果糖，是本发明所述的高收率生产结晶果糖的重要步骤。

实施例3：将例1中所得到的果糖母液235克(干物质计)，与例2所得到的异构后糖液1260克、490克新鲜的转化糖B合并、搅匀，得到混合糖液1946克，浓度为51.5％，其中果糖含量为47.76％，葡萄糖含量为49.50％。

利用模拟移动床装置分离处理所得到的该混合糖液，在进料浓度为51.5％，分离温度为58℃、以水为洗脱剂，连续进行进料、进水、出料操作，分别得到富含果糖组份和富含葡萄糖组份，富含果糖组份为1550克，浓度为29.62％，果糖含量93.73％；富含葡萄糖组份为2180克，浓度为24.83％，含果糖7.1％，含葡萄糖92.3％。

将例3中所得到的富含果糖组份1550克，经过阳、阴离交树脂处理后，在真空度为0.07Mpa条件下浓缩到浓度为86％，缓慢冷却结晶，将所得到的果糖结晶体用3500转/分的离心机离心分离15分钟，取湿果糖结晶体在80℃、真空度0.06Mpa条件下干燥3小时，得到干态的结晶果糖产品220克；离心所得到的果糖母液(二)为234克(干计)，其中含果糖88.03％。

将例3中分离后所得到的富含葡萄糖组份2180克(浓度为24.83％，干物质中含果糖7.1％，含葡萄糖92.3％)，加入8克的片状固体氢氧化钠，将糖液的PH值调节为10.60，然后加热并保温在65℃条件下搅拌反应0.5小时，再用阳、阴离子交换树脂处理，收集离交后的糖液，在真空-0.06Mpa条件下浓缩到浓度为41％，得到异构后糖液(二)1310克，其干物质中含果糖28.6％。

将所得到的果糖母液(二)234克、异构后糖液(二)1310克、新鲜的转化糖490克合并、混合均匀，重复进行模拟移动床床果糖葡萄糖分离，在进料浓度为51.5％，分离温度为58℃、以水为洗脱剂，连续进行进料、进水、出料操作，分别得到富含果糖组份和富含葡萄糖组份。这样，物料不断循环利用，果糖母液以及分离所得到的富含葡萄糖组份可重复利用。

例3中所投入的转化糖液实际只有490克(干物质为252克，相当于252克蔗糖)，所得到的结晶果糖产品为220克，结晶果糖产品的收率是蔗糖投料量的88％。因此，按照例3的操作，蔗糖高收率地生产结晶果糖。

本发明的特点是：(1)将制备结晶果糖后所得到的果糖母液重复利用，(2)将模拟移动床分离果糖葡萄糖所得到的富含葡萄糖组份重复循环进行异构化反应生成果糖，(3)将果糖母液、异构后糖液、新鲜的转化糖合并，作为模拟移动床果糖葡萄糖分离的进料。这样，果糖母液和富含葡萄糖组份均得到了有效的应用，从而将蔗糖高收率地转化生产结晶果糖。

Claims (4)

1.一种以蔗糖为原料的高收率生产结晶果糖产品的工艺，其主要特征包括如下五步骤：

(1)将蔗糖原料A完全水解、离交精制后，得到转化糖B；

(2)将转化糖B用模拟移动床进行果糖葡萄糖分离，得到富含果糖组份C和富含葡萄糖组份D；

(3)将(2)中的富含果糖组份C进行离交、浓缩、结晶、离心、干燥后，得到结晶果糖产品E和果糖母液F；

(4)将(2)中的富含葡萄糖组份D进行异构化反应，使葡萄糖组份转化生成果糖，再经过离交精制，得到异构后糖液G；

(5)将异构后糖液G、果糖母液F与一部分转化糖B合并，作为模拟移动床进料，进行果糖葡萄糖分离，得到富含果糖组份C和富含葡萄糖组份D。

2.按照权利要求1所述的以蔗糖为原料的高收率生产结晶果糖产品的工艺，其所述的用于果糖-葡萄糖分离的模拟移动床的主要特征如下：12柱或24柱首尾相接，每个柱均接有进料口、出料口、进水口、循环进出口，通过旋转阀或电磁阀形式来改变各进料口、出料口、进水口、循环进出口的位置，达到分离的目的。

3.按照权利要求1所述的以蔗糖为原料的高收率生产结晶果糖产品的工艺，其特征在于：模拟移动床果糖-葡萄糖分离是以水作洗脱剂，分离温度为40～85℃，以阳离子交换树脂或者分子筛为分离剂，进料浓度40～70％的条件下连续进行进料、进水、出料操作。

4.按照权利要求1所述的以蔗糖为原料的高收率生产结晶果糖产品的工艺，其特征在于：所述的富含葡萄糖组份D是采用异构化反应将部分葡萄糖转化生成果糖；异构化反应是在50～95℃，加入糖物质量为0.05～2％的碱催化剂，糖液pH值为8.5～11的条件下反应0.5～5小时。

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