发明内容
本发明的目的是提供一种纯化果糖生产方法,在生产过程中添加必要的先进设备,在工艺流程中适当改变工艺参数,具有工艺控制稳定、综合消耗少、产品质量高、生产成本低、环保压力小、附加值高等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的:
1、纯化果糖的生产方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)浸泡、磨米:原料碎米在水中浸泡一定时间后,除去杂质,磨制成淀
粉乳,加清水或洗渣水调整浓度为30%-35%,同时通过食用纯碱调节淀粉乳PH值为5.9-6.0,以确保液化效果稳定和生产后序工作正常开展;
(2)液化:经磨米调配后的淀粉乳按6—8U/克米重的量添加耐高温a—淀粉酶,搅拌均匀,十分钟后,先将蒸汽阀门打开,把喷射器及管路、层流罐预热至110℃,用淀粉泵把淀粉乳泵入喷射器,将喷射器上的针阀上调或下调控制流量至14m3/h,通过调节进汽和进料阀门,使液化出口温度稳定在108—110℃,此时就形成连续的液化系统,淀粉乳在喷射器内形成空心圆柱薄膜从喷嘴射出,同时在耐高温a—淀粉酶的作用下,淀粉链a-1,4糖苷键被迅速切断,在保压罐105—108℃的高温下保持5-7 min,调PH值为5.1-5.3,淀粉乳得到大量水解;再通过一次闪蒸降温至95-97℃,再调PH值为5.9-6.0,10-15分钟后,再调PH7.5-8.0,经过层流反应,这样淀粉大颗粒也得到了彻底水解,最终淀粉乳被转化为含糊精、麦芽糖、三糖和少量葡萄糖的液化液;
(3)脱渣:对液化后的物料通过厢式压滤机进行过滤,使糖渣与糖液分离,将滤液在滤液罐中加酸调节PH至4.5-4.8,通过板式换热器,把滤液温度降至60℃,泵入糖化罐进行糖化;将糖渣加水搅拌均匀,通过洗渣压滤机过滤,一方面可彻底回收糖渣中10%的糖分,以提高收率;另一方面还可以提高糖渣中的蛋白含量,增加收益;
(4)糖化:经脱渣工序调配好的液化液进入糖化罐,按照20ml/m3的量添加复合糖化酶,复合糖化酶在PH值4.5-4.8、温度60℃的条件下,经过30-40个小时的糖化反应,生产出含95%-97%的葡萄糖浆和含3%-5%的多糖;
(5)脱色:通过两次吸附脱色,去除糖液中的有机杂质;
(6)异构:葡萄糖和果糖是同分异构体,95%的葡萄糖液通过固定化异构酶的作用,把其中42%的葡萄糖转化为果糖,得到F42型果葡糖浆,异构时添加0.05-0.1%的硫酸镁、0.05-0.1%的焦亚硫酸钠;
(7)离子交换:两次离子交换,一次在一脱之后、异构之前,二次离子交换异构之后、二脱之前,糖液经过阴离子与阳离子交换树脂时,糖液中的阴、阳离子与阴、阳离子交换树脂上的H﹢、OH-发生交换,最后与糖液中的H﹢、OH-结合成水,无机杂质生成随水除去;
(8)滤芯过滤:作为高精度的纳滤膜的预处理,虽然二脱之后,糖液比较
纯净但还含有少量的悬浮物、炭颗粒等,通过过滤精度为5um的PP滤芯过滤进一步净化糖液使其达到纳滤膜的过滤要求;
纳滤膜分离纯化:果糖和葡萄糖都是单糖,进入该工序的糖化,单糖含量约为95%-97%,根据糖液中单糖和多糖分子式不同,通过纳滤膜的筛选、提纯,最终得到单糖含量在99.5%的F42型纯化果糖,余下的5%左右的多糖收集后,可作功能性低聚糖;
(9)浓缩:真空浓缩至71%固形物;
(10)成品包装。
所述的一种纯化果糖的生产方法,其特征在于步骤(5)中所述的脱色是用新鲜活性炭。
本发明的优点是:
本发明对加入a-淀粉酶的淀粉乳,采用一次高压喷射,一次闪蒸在108℃以上的高温下,a-淀粉酶起生化作用,切入淀粉链的a-1,4糖苷键。将PH值调到合适范围后,加入0.4kg/T的酶,一喷温度迅速升到110℃后生成混后糖类的水溶液,然后闪蒸把液迅速降至95℃,水解溶液中的糖类分子得到了彻底分解。节约了能耗和酶耗。在离子交换工段,在离子交换树脂交换能力下降时,利用盐酸和烧碱对阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行再生,结合乙醇和盐水进行洗脱,生产周期相对大大缩短,进一步提高了树脂交换吸附能力,降低了生产成本。
在异构工段,选择低底物浓度反应,加入相应的镁离子和亚硫酸钠,对异构酶进行保护,提高了酶的活性,大大降低了高底物浓度所消耗的大量蒸汽,降低了成本。
采用纳滤膜分离提纯,优化了F42果糖的组分,因其纯度高,使用范围更广,可达医药辅料级别,同时在分离过程中,随着水和多糖的去除,纯化果糖的果糖含量上升了5%,浓度提升了10%。
本发明的生产工艺,达到以下五项技术指标及特点:
1、一次加酶、一次喷射、一次闪蒸液化,以及在整个工艺流程中多次调节PH值,大大优化了酸碱环境条件,不但将淀粉彻底水解,减少了加酶耗和蒸汽能耗;
2、异构工段,选择低底物浓度反应,在糖液中添加镁离子如硫酸镁,消除糖液中残留钙对异构酶活性的抑制,提高异构酶的活性和稳定性;焦亚硫酸钠作为防氧化剂,添加到糖液中能防止异构酶染菌氧化,也提高了异构酶的活性和稳定性,还能减少糖液色素的产生,大大降低了高底物浓度所消耗的大量蒸汽,降低了成本;
3、循环保护离子交换工艺,可实现酸碱溶液的自动配制,结合乙醇和盐水
进行洗脱,树脂能力上升了走料时间从15小时延长至40小时;
4、纳滤膜分离提纯,优化了F42果糖的组分,因其纯度高,使用范围更广,可达医药辅料级别,同时在分离过程中,随着水和多糖的去除,纯化果糖的果糖含量上升了5%,浓度提升了10%。
具体实施方式
一种纯化果糖的生产方法,包括以下步骤:
(1)浸泡、磨米:1千克原料碎米在水中浸泡1小时后,除去杂质,磨制成淀粉乳,加清水或洗渣水调整浓度为30%,同时通过食用纯碱调节淀粉乳PH值为5.9-6.0,以确保液化效果稳定和生产后序工作正常开展。
(2)液化:经磨米调配后的淀粉乳添加7000U的耐高温a—淀粉酶,搅拌均匀,十分钟后,先将蒸汽阀门打开,把喷射器及管路、层流罐预热至110℃,用淀粉泵把淀粉乳泵入喷射器,将喷射器上的针阀上下调节控制流量至14m3/h。通过调节进汽和进料阀门,使液化出口温度稳定在108—110℃,此时就形成连续的液化系统,淀粉乳在喷射器内形成空心圆柱薄膜从喷嘴射出,同时在耐高温a—淀粉酶的作用下,淀粉链a-1,4糖苷键被迅速切断,在保压罐105—108℃的高温下保持6 min,调PH值为5.1,淀粉乳得到大量水解;再通过一次闪蒸降温至96℃,调PH值为5.9,10分钟后,调PH为7.6经过层流反应,淀粉大颗粒也得到了彻底水解,最终淀粉乳被转化为含糊精、麦芽糖、三糖和少量葡萄糖的液化液。
(3)脱渣:对液化后的物料通过厢式压滤机进行过滤,使糖渣与糖液分离,将滤液在滤液罐中加酸调节PH至4.6,通过板式换热器,把滤液温度降至60℃,泵入糖化罐进行糖化;将糖渣加水搅拌均匀,通过洗渣压滤机过滤,彻底回收糖渣中10%的糖分。
(4)糖化:经脱渣工序调配好的液化液进入糖化罐,按照20ml/m3的量添加复合糖化酶。复合糖化酶在PH值4.5-4.8、温度60℃的条件下,经过35个小时的糖化反应,生产出含96%的葡萄糖浆和4%的多糖。
(5)脱色:用新鲜活性炭进行吸附脱色。
(6)离子交换:糖液经过阴离子交换树脂与阳离子交换树脂,糖液中的阴、阳离子与阴、阳离子交换树脂上的H﹢、OH-发生交换,最后与糖液中的H﹢、OH-结合成水,无机杂质生成随水除去。
(7)异构:葡萄糖和果糖是同分异构体,96%的葡萄糖液通过固定化异构酶的作用,把其中42%的葡萄糖转化为果糖,得到F42型果葡糖浆;,异构时添加0.05-0.1%的硫酸镁、0.05-0.1%的焦亚硫酸钠。此时的糖化液的浓度只有30%,为了能让异构酶发挥最大酶效,通常的作法是在异构之前把糖液的浓度利用蒸发器浓缩至40-45%,需要增加大型的蒸发设备,且高于膜纯化需低底物浓度(不高于25%)运行的条件,而造成能源浪费。此方法采用较低的底物浓度(30%左右),没有采用异构前浓缩,在糖液中添加镁离子如硫酸镁,消除糖液中残留钙对异构酶活性的抑制,提高异构酶的活性和稳定性;焦亚硫酸钠作为防氧化剂,添加到糖液中能防止异构酶染菌氧化,也提高了异构酶的活性和稳定性,还能减少糖液色素的产生。此方法在提高异构酶活性的同时,减少了设备投入节约了能耗并为后序工作埋下伏笔;
(8)离子交换:根据步骤(6)所述进行二次离子交换。
(9)脱色:用新鲜活性炭二次吸附脱色,去除糖液中的有机杂质。
(10)滤芯过滤:作为高精度的纳滤膜的预处理,虽然二脱之后,糖液比较
纯净但还含有少量的悬浮物、炭颗粒等,通过过滤精度为5um的PP淲芯过滤进一步净化糖液使其达到纳滤膜的过滤要求。
(11)纳滤膜分离纯化:果糖和葡萄糖都是单糖,进入该工序的分离纯化,底物浓度不高于25%,需要添加少量的去离子水减低浓度,单糖含量约为95%-97%,根据糖液中单糖和多糖分子式不同,通过纳滤膜250分子式的筛选、提纯,最终得到单糖含量在99.5%的F42型纯化果糖,余下的5%左右的多糖收集后,作功能性低聚糖。
(12)浓缩:真空浓缩至71%固形物。
(13)成品包装。