CN102086145A - 一种工业化木糖醇的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业化木糖醇的生产方法，它包括：水解：在水中将原料玉米芯筛选，洗涤，清除杂质，加入5-10％的催化剂，在50-100℃水解5-12小时；其中原料玉米芯与催化剂的重量份数比为1∶1-5。脱酸：加入5-10％的盐酸，控制pH值1～1.5，温度70～80℃脱酸。脱色：将脱酸原料加入5-10％脱色剂，温度70～80℃进行脱色，1-2小时；脱色白土、磺化煤、焦木素和活性炭；离子交换：采用阴离子交换树脂硫酸根、D296或D290苯乙烯磺酸型树脂、甲基丙烯酸酯净化水解液。氢化：将水解液进行氢化。本发明的工业化木糖醇生产方法对木糖醇的生产起到了关键作用，适合大规模的工业化生产。

Description

一种工业化木糖醇的生产方法

技术领域

本发明涉及木糖醇的生产方法，特别涉及一种工业化木糖醇的生产方法。

背景技术

木糖醇是白色晶体，外表和味觉都与蔗糖很像。从食品级来说，木糖醇有广义和狭义之分。广义为碳水化合物，狭义为多元醇。因为木糖醇仅仅能被缓慢吸收或部分被利用。热量低是它的一大特点：每克2.4卡路里，比其他的碳水化合物少40％。木糖醇从60年代开始应用与食品中。在一些国家它是很受糖尿病人欢迎的一种甜味剂。在美国，为了某些特殊目的可以作为食品添加剂，不受用量限制的加入食品中。

木糖醇是防龋齿的最好甜味剂，已在25年的时间内，不同情况下得到认证。木糖醇可以减少龋齿这一特性，在高危险率人群(龋齿发生率高、营养低下、口腔卫生水平低)和低危险率人群(利用当前所有的牙齿保护措施保护牙齿，牙洞产生率低)中均为适用。以木糖醇为主要甜味剂的口香糖和糖果已经得到六个国家牙齿保健协会的正式认可。木糖醇可以做糖尿病人的甜味剂、营养补充剂和辅助治疗剂：木糖醇是人体糖类代谢的中间体，在体内缺少胰岛素影响糖代谢情况下，无需胰岛素促进，木糖醇也能透过细胞膜，被组织吸收利用，供细胞以营养和能量，且不会引起血糖值升高，消除糖尿病人服用后的三多症状(多食、多饮、多尿)，是最适合糖尿病患者食用的营养性的食糖代替品。木糖醇还能促进肝糖元合成，血糖不会上升，对肝病患者有改善肝功能和抗脂肪肝的作用，治疗乙型迁延性肝炎，乙型慢性肝炎及肝硬化有明显疗效，是肝炎并发症病人的理想辅助药物。同时木糖醇也为人体提供能量，合成糖元，减少脂肪和肝组织中的蛋白质的消耗，使肝脏受到保护和修复，消除人体内有害酮体的产生，不会因食用而为发胖忧虑。可广泛用于食品、医药、轻工等领域。

发明内容：

本发明公开了一种工业化木糖醇的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)水解：在水中将原料玉米芯筛选，洗涤，清除杂质，加入5-10％的催化剂，在50-100℃水解5-12小时；其中原料玉米芯与催化剂的重量份数比为1∶1-5；

(2)脱酸：加入5-10％的盐酸，控制pH值1～1.5，温度70～80℃脱酸。

(3)脱色：将脱酸原料加入5-10％脱色剂，温度70～80℃进行脱色，1-2小时；脱色白土、磺化煤、焦木素和活性炭；

(4)离子交换：第一次是采用阴离子交换树脂硫酸根、D296或D290净化水解液；第二次采用阳离子交换树脂，苯乙烯磺酸型树脂净化水解液；

第三次采用甲基丙烯酸酯净化水解液。

(5)氢化：将水解液采用5-10％钯-碳进行氢化进行氢化。

本发明所述的脱色剂为脱色白土、磺化煤、焦木素或活性炭。

本发明的详细工艺工程如下：

(1)水解工序：水解工序是木糖醇生产的第一道工序，是关系到木糖醇的质量和后序工序加工的难易的关键。如果把握不住水解液的质量，就会给后序工序带来很多麻烦，最终会影响产品的质量。水解工序首要注意的问题是原料净化问题，原料玉米芯要经筛选，洗涤，清除杂质，不要人为的把杂质引入水解液中，造成水解液质量的先天不足。水解工序参数三要素就是催化剂、水解温度和时间。其中，催化剂只是一个量的问题，卡住催化剂的用量就行了；水解温度是值得关注的问题，温度低只能是水解不完全，而要是高了就会造成严重后果，温度过高会使水解液中的木糖继续脱水生成糠醛或深度水解生成低级的碳水化合物，如醋酸，丙酮等，也会使大量蛋白质水解，生成有机色素和胶体，这会对后续的净化工序带来很大困难。为了确保水解温度适当可引进温度自动控制系统，已经是很容易解决的问题了。同样水解时间也不能不足或过长，会造成同水争温度一样的后果，多长时间好呢，虽然有一个基本时间，但要恰如其分，这就要操作者根据不同原料，不同气候，根据长期积累的实际经验来掌握。

(2)中和工序

中和工序是中和脱酸工艺的关键工序，在这个工序将除去绝大部份无机酸-硫酸。中和效果的优劣要用pH值控制，水解液的pH值一般在1～1.5，当中和到pH4时，无机酸绝大部份中和掉，且有机酸也开始中和，当pH值5时，约有70％的醋酸、甲酸、乙酰丙酸等有机酸被中和掉，要想使全部有机酸被中和掉到pH10。但是当pH值4～5时就会破坏糖，生成色素，中和时局部过碱也会造成还原糖分解，中和pH值通常为3.5，温度70～80℃。

中和时是把硫酸中和成石膏沉淀，生成两种石膏，一种是二水石膏(CaSO4·2H2O)，另一种是半水石膏(2CaSO4·H2O)，这两种石膏在不同温度下溶解度不一样，在80℃以下时二水石膏生成量大而溶解度比半水石膏小，但温度过高生成的二水石膏量小，且溶解度增大，在中和时希望生成二水石膏越多越好。但沉淀和溶解是可逆的，为了使石膏生成的多，且结晶颗粒大，往往要沉降养晶，但时间不能过长，以免沉淀再次溶解。

(3)脱色工序

脱色工序是木糖醇生产的主要工序，水解液中的色素有原料中的天然色素和在生产中生成的色素，天然色素如花色素是以配糖体存在的，在酸性介质中可以水解成一个糖和一个非糖体，在碱性中呈绿色，蛋白质和氨基酸水解时也产生含氮的有色物质，糖类在碱性中也分解生成色素，糖加热时也可产生焦糖色。这些因素都会使水解液的色泽加深，影响木糖醇产品的质量，必须进行脱色处理。

脱色的原理很复杂，由于产品不同，脱色的原理也各不相同。木糖醇水解液的脱色基本属于吸附脱色。吸附剂是多孔，比表面积很大的物质，吸附剂的种类较多。如白土、磺化煤、焦木素和活性炭，其中活性炭的比较广泛。木糖醇水解液也曾试用过上述脱色剂，但相比之下还是活性炭比较理想。在活性炭的选用上和其它溶液大不相同，按常规活性炭的脱色能力通常是单位体积的活性碳能脱多少体积的甲基兰溶液，而用于木糖醇水解液脱色的活性炭不能用这个传统方法测试，必需在生产中用活性炭直接脱水解液的能力来比较，来测定活性碳质量的优劣。脱色的原理既然是吸附，那就有吸附和解吸同时存在，为了让脱色向正方向进行，脱色速度要快，温度不要过高。

(4)离子交换工序

水解液(也可称为木糖浆)纯度比较低，含有各式各样的色素，灰份(石膏等)，各种酸(硫酸、醋酸等)，含氮物(蛋白质、氨基酸等)，胶体等。这样杂质复杂的木糖浆不经净化是很难进行氢化生产出合格的木糖醇产品的。所以必须将木糖浆进行净化，不然会使加氢催化剂中毒、失效。要使其纯度达到95％以上，通过两次交换以后，木糖浆的色泽接进无色，不带酸性，以保证氢化反应的顺利进行，提高产品的质量和收率。

(5)将水解液采用5-10％钯-碳进行氢化。

两种生产工艺都有离子交换工序，离子交换工序在木糖醇生产中是相当重要的工序，是影响木糖醇质量关键工序。在离子交换树脂的选用上和交换工艺的改进上都有新的突破。同时每次交换的目的也不一样，现以三次交换为例，看看交换工序的作用和发展。

交换主要是为了除去水解液中的无机酸和有机酸，硫酸根是阴离子，所以，第一次是采用阴离子交换树脂，阴离子交换树脂的种类很多，不是每种树脂都适合木糖醇生产的要求。原保定厂的技术人员在这方面做了大量工作，投入了大量人力和财力，经过多年的潜心研究，对国内外各种树脂进行了详细的筛选，取得了可喜的成果，筛选出大孔D型阴离子树脂适合于木糖醇生产的要求，如大孔阴树脂D296、D290等型号，为木糖醇工业的发展做出应有的贡献。第一次交换采用大孔阴树脂不但可以除去阴离子，而且可吸附除掉很多胶体杂质和色素。

第二次交换的目的是为了除去灰份和阳离子，所以采用阳离子交换树脂，阳离子交换树脂的种类也很多，但常用的还是强酸型732用的比较普遍，732强酸型阳离子交换树脂是苯乙烯磺酸型树脂，其功能团为磺酸基，这种树脂强度高，交换容量大，使用寿命长。阳离子交换树脂在交换中除去阳离子杂质外，还能以吸附的形式除去胶体和非糖体，如糖醛酸、聚糖醛酸，还有含氮化合物等。

第三次交换是为了氢化液的净化，净化后的木糖浆经过加氢会增加酸度和金属离子，要进一步净化，以除去这些杂质，就采用第三次离子交换，一般第三次交换采用阳树脂。

这就是阴-阳-阳离子交换工艺。

上面叙述了木糖醇主要的生产工序，但并不意味着其他工序不重要，只是这些工序操作难度大，对木糖醇生产起着关键作用。在这里叙述了鲜为人知的工艺和技术，也披露了尚未公布于世的工艺和材料，将会对木糖醇的生产起到一定的作用。

(5)氢化：将水解液采用5-10％钯-碳进行氢化。

具体实施方式：

为了更充分的解释本发明的实施，提供木糖醇主要的生产方法实施实例。这些实施实例仅仅是解释、而不是限制本发明的范围。

实施例1

(1)水解：在水中将原料玉米100公斤芯筛选，洗涤，清除杂质，加入5-10％的催化剂，在80℃水解12小时；其中原料玉米芯与催化剂的重量份数比为1∶5；

(2)脱酸：加入5％的盐酸，控制pH值1.5，温度80℃脱酸。

(3)脱色：将脱酸原料加入5-10％脱色剂(磺化煤)，温度80℃进行脱色，1小时；

(4)离子交换：第一次是采用阴离子交换树脂硫酸根或D290净化水解液；第二次采用阳离子交换树脂，苯乙烯磺酸型树脂净化水解液；

第三次采用甲基丙烯酸酯净化水解液。

(5)将水解液采用5-10％钯-碳进行氢化得到合格的产品56公斤。

实施例2

(1)水解：在水中将原料玉米200公斤芯筛选，洗涤，清除杂质，加入5-10％的催化剂，在80℃水解10小时；其中原料玉米芯与催化剂的重量份数比为1∶3；

(2)脱酸：加入5％的盐酸，控制pH值1，温度70℃脱酸。

(3)脱色：将脱酸原料加入5-10％脱色剂(磺化煤)，温度80℃进行脱色，2小时；

(4)离子交换：第一次是采用阴离子交换树脂D290净化水解液；第二次采用阳离子交换树脂，苯乙烯磺酸型树脂净化水解液；第三次采用甲基丙烯酸酯净化水解液。

(5)将水解液采用5-10％钯-碳进行氢化得到合格的产品58公斤。

实施例3

(1)水解：在水中将原料玉米芯800公斤，清除杂质，加入10％的催化剂(活性炭)在100℃水解5小时；其中原料玉米芯与催化剂的重量份数比为1∶2。

(2)脱酸：加入10％的盐酸，控制pH值1.5，温度70℃脱酸。

(3)脱色：将脱酸原料加入5％脱色剂，温度80℃进行脱色2小时；脱色白土、磺化煤、焦木素。

(4)离子交换：第一次是采用阴离子交换树脂硫酸根净化水解液；第二次采用阳离子交换树脂，苯乙烯磺酸型树脂净化水解液；第三次采用甲基丙烯酸酯净化水解液。

(5)将水解液采用5-10％钯-碳进行氢化得到合格产品63公斤。

Claims (2)

1.一种工业化木糖醇的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)水解：在水中将原料玉米芯筛选，洗涤，清除杂质，加入5-10％的催化剂，在50-100℃水解5-12小时；其中原料玉米芯与催化剂的重量份数比为1∶1-5；

(2)脱酸：加入5-10％的盐酸，控制pH值1～1.5，温度70～80℃脱酸。

(3)脱色：将脱酸原料加入5-10％脱色剂，温度70～80℃进行脱色，1-2小时；脱色白土、磺化煤、焦木素和活性炭；

(4)离子交换：第一次是采用阴离子交换树脂硫酸根、D296或D290净化水解液；第二次采用阳离子交换树脂，苯乙烯磺酸型树脂净化水解液；

第三次采用甲基丙烯酸酯净化水解液；

(5)氢化：将水解液采用5-10％钯-碳进行氢化。

2.权利要求1所述的生产方法，其中的脱色剂为脱色白土、磺化煤、焦木素或活性炭。