CN102321126B - 一种制备麦芽糖醇晶体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备麦芽糖醇晶体的方法，将麦芽糖醇水溶液，真空蒸发浓缩，加入麦芽糖醇晶种，通过向麦芽糖醇的过饱和溶液中加入晶种，使溶液的过饱和度维持在较低的水平，从而有效的控制了晶体成核，促进晶体生长。本发明是通过溶析-冷却耦合结晶的方法生产麦芽糖醇晶体，提高麦芽糖醇的结晶收率；避免结晶过程中细晶的产生，得到粒度分布均匀、稳定的产品；与冷却结晶相比缩短了结晶周期，与蒸发结晶相比减小了能量的消耗；干燥后产品的流动性好、稳定性高，产品室温下长期储存也不会结块。

Description

一种制备麦芽糖醇晶体的方法

技术领域

本发明涉及一种新的制备麦芽糖醇晶体的方法，具体的说是一种采用溶析-冷却耦合结晶生产麦芽糖醇晶体的方法。属于糖醇生产技术领域。用此方法可以实现在较短的时间内制备出晶习完整的双锥形麦芽糖醇晶体，且粒度分布均匀。

背景技术

麦芽糖醇是由麦芽糖催化加氢之后得到的一种多元醇。麦芽糖醇的卡里路比蔗糖更低，但具有和蔗糖类似的感觉属性。它不形成龋齿，在体内不易消化，因此被广泛应用与很多食品和医药中。

麦芽糖醇是一种易吸潮、难结晶的双糖醇，它极易溶于水、不溶或难溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。由于麦芽糖醇水中的溶解度随温度变化较大(10℃的每克水溶解1.2g麦芽糖醇晶体/80℃每克水溶解4.2g麦芽糖醇晶体)，所以工业上结晶麦芽糖醇的方法主要是冷却结晶。主要步骤包括，麦芽糖醇浓缩后，形成过饱和液，加晶种诱导出晶后，缓慢冷却至低温，使晶体长大，后经离心分离，流化床干燥或喷雾干燥得到麦芽糖醇晶体或粉末。

美国专利4,849,023公开了一种冷却结晶制备麦芽糖醇晶体的方法，将麦芽糖醇水溶液浓缩之后，得到麦芽糖醇糖浆，自然成核后，在75℃下维持数小时，使其干物质含量达到90％，然后冷却到25℃后，离心分离，流化床干燥得到麦芽糖醇晶体。

欧洲专利0,741,140，A1公开了一种制备麦芽糖醇晶体的方法，该方法先将麦芽糖催化加氢后，经过阳离子交换树脂色谱分离得到高纯度的麦芽糖醇水溶液，浓缩之后得到麦芽糖醇饱和溶液，63℃向麦芽糖醇饱和溶液中加入晶种，再缓慢搅拌下冷却到20℃，离心分离得到麦芽糖醇晶体。

US6,344,591B2公开了一种冷却结晶制备双锥形麦芽糖醇晶体的方法。该方法具体步骤与欧洲专利0,741,140，A1相似，不同之处是50℃向质量分数为80％麦芽糖醇过饱和溶液中加入1％的晶种，以0.3℃/h的冷却速率至20℃，过滤时用乙醇洗涤，得到松散的麦芽糖醇晶体，且储存不易吸潮结块。

上述冷却结晶制备麦芽糖醇晶体时，晶体会附着在晶体表面形成很厚的晶体层，从而影响了传热效率，同时随着温度的降低，糖液的粘度会越来越大，结晶变得越来越困难。且冷却结晶周期较长，常常需要24～70个小时以上，产量较低，对于工业生产不经济。由于低温状态下结晶效率很低，且随晶浆密度的增大，容易产生细晶。一些专利提出了蒸发结晶制备麦芽糖醇晶体的工艺。

CN 101438781A公开了一种蒸发结晶生产麦芽糖醇晶体的方法。具体为将麦芽糖醇溶液真空浓缩至过饱和，向过饱和溶液里加入分散形式的晶种，通过控制温度和抽吸蒸汽而产生的剧烈搅动维持一定的过饱和度，从而使麦芽糖醇不断的从溶液中析出，回收得到麦芽糖醇晶体。用这种方法结晶，结晶时间减少到两个小时。结晶时间相比冷却结晶大大缩短，但是蒸发结晶能量的消耗增加了很多，而且通过抽吸蒸汽产生的搅动并不均匀，这样会导致晶体粒度不均匀。

欧洲专利EP 139573描述了在热交换器中利用压缩蒸汽的热量在蒸发器外部加热的麦芽糖醇溶液的表面“闪蒸”和连续循环。该溶液一部分和晶体一起收集起来，以便分离出晶体，然后分离出的母液继续循环。但该方法包含了许多单元操作，如闪蒸、蒸汽压缩和热交换等增加了生产成本，不适用于工业生产。

专利CN 101486740A公开了一种蒸发-冷却耦合结晶制备麦芽糖醇晶体的方法。该方法将麦芽糖醇晶体浓缩至过饱和得到麦芽糖醇糖膏，向糖膏中加入晶种，并加入有机水溶剂控制液体的过饱和度和粘度；持续对糖膏进行蒸发结晶，并不断的补充麦芽糖醇溶液，当糖膏中的晶体含量为50～90％时，开始冷却至20～40℃离心分离，得到晶体麦芽糖醇晶体。这种方法有优点也有缺点，优点在于有机水溶剂的加入减小了溶液的粘度，蒸发过程中麦芽糖醇溶液的加入保持了溶液的体积，也可以溶解一部分蒸发过程中产生的细晶，缺点在于仅结晶引发剂是通过蒸发制备的，结晶本身通过传统的冷却结晶而进行。这样整个结晶周期较长的特性还是没有明显的改善。

对比麦芽糖醇晶体的生产工艺，工业上最难控制的仍旧是晶体的粒度和形状，产品的流动性及干燥的麦芽糖醇产品在储藏过程中的结块问题。如何提高麦芽糖醇的结晶效率，并得到粒度分布均匀、稳定，储存中不易结块的麦芽糖醇晶体仍然是工业比较关注的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题主要是提高麦芽糖醇的结晶收率；避免结晶过程中细晶的产生，得到粒度分布均匀、稳定的产品；缩短结晶周期；增加产品储存过程中对湿度的稳定性，避免产品结块。

针对上述问题，本发明采用溶析-冷却耦合结晶技术，其技术方案如下：

本发明的一种制备麦芽糖醇晶体的方法，

1)将麦芽糖醇水溶液，在温度为60～85℃，真空度为10-40Kpa下真空蒸发浓缩，得到质量百分比为75％～82％的麦芽糖醇过饱和结晶液；

2)将上述得到的75％～82％麦芽糖醇结晶液转移到60～66℃的结晶器中，并按麦芽糖醇干物重的0.5％～3％加入麦芽糖醇晶种，晶种均匀分散在溶液中后，以0.1～0.5mL/min的滴加速度向结晶液中滴加溶析剂，60～66℃下搅拌15～40分钟；

3)恒温搅拌结束后，继续以0.1～0.5mL/min的速度向步骤2的结晶液中滴加溶析剂，同时以3～15K/min的降温速率使结晶液温度从60～66℃降至20～25℃，过滤洗涤，50～70℃真空干燥1小时，得到产品麦芽糖醇晶体。

上述步骤2和3中的溶析剂选自甲醇、乙醇、丙酮、正丙醇、异丙醇或N，N二甲基甲酰胺易溶于水的有机溶剂。加入溶析剂的总量是麦芽糖醇过饱和结晶液所含纯水的质量百分含量为20～30％。

本发明所述的生产麦芽糖醇的方法，溶析剂优选为甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇。溶析剂的加入一方面减小了母液的粘度，使溶质分子扩散速率增加，从而加快晶体生长速率，有助于缩短结晶周期；另一方面，糖醇在水中的溶解度较大，所以冷却结晶过程中溶质的析出会导致溶液的体积变化较大，溶析剂的加入弥补了结晶过程中体积的减小，结晶后期晶浆密度不会很大，从而避免了细晶的产生，得到粒度分布均匀的麦芽糖醇晶体产品。

本发明所述的生产麦芽糖醇的方法，通过向麦芽糖醇的过饱和溶液中加入晶种，使溶液的过饱和度维持在较低的水平，从而有效的控制了晶体成核，促进晶体生长。

本发明所述生产麦芽糖醇的方法，采用边溶析边冷却的模式，这样与先溶析后冷却或先冷却后溶析的模式相比，缩短了结晶周期；几乎整个结晶过程都有溶析剂的加入，这样有效的弥补了由于晶体析出而造成的溶液体积的减小，便于控制悬浮液的晶浆密度。另外溶析剂的滴加速度不宜过快，如果溶析剂的滴加速度较大，容易因过饱和度过大而导致爆发成核，所以溶析剂要以较缓慢的滴加速度加入，使结晶过程容易控制。

本发明所述生产麦芽糖醇的方法，结晶器上连接有冷却装置，便于挥发的溶剂及时冷凝下来，减小结晶器内的蒸汽压力。

本发明所述的生产麦芽糖醇晶体的方法，对于晶体粒度分布的表征方式本发明采用的是变异系数C.V.值。C.V.值是一个统计量，与Gaussian分布的标准偏差σ相关，计算式为：

$C.V.=\frac{100({\mathrm{PD}}_{24\%}-{\mathrm{PD}}_{26\%})}{{2\mathrm{PD}}_{30\%}}$

式中，PD_m％为筛下累积质量分数为m％的筛孔尺寸。对于一个晶体样品，C.V.值愈大，表明其粒度分布范围愈广；相反，C.V.值愈小，则表示晶体粒度愈趋近均匀一致。通过本发明获得的产品的粒径分布的C.V.值在35～55之间，优选为37～48之间。

本发明所述的生产麦芽糖醇晶体的方法，得到的麦芽糖醇晶体为完整的双锥形。

本发明的有益效果是通过溶析-冷却耦合结晶的方法生产麦芽糖醇晶体，提高麦芽糖醇的结晶收率；避免结晶过程中细晶的产生，得到粒度分布均匀、稳定的产品；与冷却结晶相比缩短了结晶周期，与蒸发结晶相比减小了能量的消耗；干燥后产品的流动性好、稳定性高，产品室温下长期储存也不会结块。

附图说明

图1是应用本发明工艺得到的麦芽糖醇晶体在50倍下的SEM照片。

具体实施方式

实施例1：

本实例生产麦芽糖醇晶体的方法具体包括下列步骤：

1)将固溶物中麦芽糖醇含量为97.28％，质量百分比浓度为60.2％的麦芽糖醇水溶液263.8g，在80℃、真空度35Kpa下蒸发浓缩，得到质量百分比为77.4％的麦芽糖醇结晶液。

2)将上述77.4％的麦芽糖醇结晶液转移到恒温至62℃的结晶器中，缓慢搅拌，温度恒定后，按麦芽糖醇干物重的1％加入麦芽糖醇晶种。晶种均匀分散在溶液中后，称取乙醇11.2g(占结晶液中纯水总质量的25％)，并以0.2mL/min的滴加速度向结晶液中滴加乙醇，维持62℃搅拌20分钟。

3)搅拌结束后，继续以0.2mL/min的滴加速度向结晶液中滴加乙醇，同时以10K/min的降温速率至20℃，过滤产品，65℃真空干燥1小时，得到双锥形的麦芽糖醇晶体108.6g。

产品的主粒度：306.31μm

产品的C.V.值：37.979

产品实际收率：68.4％

实施例2：

本实例生产麦芽糖醇晶体的方法具体包括下列步骤：

1)将固溶物中麦芽糖醇含量为99.2％，质量百分比浓度为61.3％的麦芽糖醇水溶液225.9g，在60℃、真空度10Kpa下蒸发浓缩，得到质量百分比为82％的麦芽糖醇结晶液。

2)将上述82％的麦芽糖醇结晶液转移到恒温至66℃的结晶器中，缓慢搅拌，温度恒定后，按麦芽糖醇干物重的0.5％加入麦芽糖醇晶种。晶种均匀分散在溶液中后，称取异丙醇9.1g(占结晶液中纯水总质量的30％)，并以0.1mL/min的滴加速度向结晶液中滴加异丙醇，维持66℃搅拌40分钟。

3)搅拌结束后，继续以0.1mL/min的滴加速度向结晶液中滴加异丙醇，同时以15K/min的降温速率至25℃，过滤产品，70℃真空干燥1小时，得到双锥形的麦芽糖醇晶体98.6g。

产品的主粒度：371.4μm

产品的C.V.值：44.718

产品实际收率：71.2％

实施例3：

本实例生产麦芽糖醇晶体的方法具体包括下列步骤：

1)将固溶物中麦芽糖醇含量为98.05％，质量百分比浓度为55％的麦芽糖醇水溶液257.6g，在85℃、真空度40Kpa下蒸发浓缩，得到质量百分比为75％的麦芽糖醇结晶液。

2)将上述75％的麦芽糖醇结晶液转移到恒温至60℃的结晶器中，缓慢搅拌，温度恒定后，按麦芽糖醇干物重的3％加入麦芽糖醇晶种。晶种均匀分散在溶液中后，称取丙酮11.8g(占结晶液中纯水总质量的25％)，并以0.5mL/min的滴加速度向结晶液中滴加丙酮，维持60℃搅拌15分钟。

3)搅拌结束后，继续以0.5mL/min的滴加速度向结晶液中滴加丙酮，同时以3K/min的降温速率至20℃，过滤产品，60℃真空干燥1小时，得到双锥形的麦芽糖醇晶体98.2g。

产品的主粒度：217.61μm

产品的C.V.值：38.534

产品实际收率：69.3％

实施例4：

本实例生产麦芽糖醇晶体的方法具体包括下列步骤：

1)将固溶物中麦芽糖醇含量为95％，质量百分比浓度为57.4％的麦芽糖醇水溶液243.2g，在75℃、真空度29Kpa下蒸发浓缩，得到质量百分比为79％的麦芽糖醇结晶液。

2)将上述79％的麦芽糖醇结晶液转移到恒温至63℃的结晶器中，缓慢搅拌，温度恒定后，按麦芽糖醇干物重的2％加入麦芽糖醇晶种。晶种均匀分散在溶液中后，称取甲醇7.5g(占结晶液中纯水总质量的20％)，并以0.3mL/min的滴加速度向结晶液中滴加甲醇，维持63℃搅拌25分钟。

3)搅拌结束后，继续以0.3mL/min的滴加速度向结晶液中滴加甲醇，同时以8K/min的降温速率至20℃，过滤产品，65℃真空干燥1小时，得到双锥形的麦芽糖醇晶体91.7g。

产品的主粒度：341.72μm

产品的C.V.值：47.714

产品实际收率：65.7％

Claims (1)

1.一种溶析-冷却结晶制备麦芽糖醇晶体的方法，其特征在于：

1）将麦芽糖醇水溶液，在温度为60～85℃，真空度为10～40KPa下真空蒸发浓缩，得到质量百分比为75%～82%的麦芽糖醇过饱和结晶液；

2）将上述得到的75%～82%麦芽糖醇结晶液转移到60～66℃的结晶器中，并按麦芽糖醇干物重的0.5%～3%加入麦芽糖醇晶种，晶种均匀分散在溶液中后，以0.1-0.5mL/min的滴加速度向结晶液中滴加溶析剂，60～66℃下搅拌15～40分钟；

3）恒温搅拌结束后，继续以0.1～0.5mL/min的速度向步骤2的结晶液中滴加溶析剂，同时以3～15K/min的降温速率使结晶液温度从60～66℃降至20～25℃，过滤洗涤，50～70℃真空干燥1小时，得到双锥形的麦芽糖醇晶体；

所述的步骤2和3中的溶析剂选自甲醇、乙醇、丙酮、正丙醇、异丙醇或N,N二甲基甲酰胺中的一种；溶析剂的总量是麦芽糖醇过饱和结晶液所含纯水的质量百分含量为20～30%。