CN103588899A - 一种高纯度无糖聚葡萄糖的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法及设备，即一种机械自动化的生产无糖聚葡萄糖的方法，包括：配料、热聚反应、冷却、膜洗滤分离纯化、浓缩、真空低温干燥：所制得的无糖聚葡萄糖聚合度高、稳定性更高、产量高。

Description

一种高纯度无糖聚葡萄糖的方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种食品膳食纤维的生产方法及设备，特别涉及一种生产高纯度无糖聚葡萄糖的方法及其设备和系统。

背景技术

聚葡萄糖（Polydextrose，又称聚糊精）是水溶性膳食纤维的一种，为白色或类白色粉状固体，无臭，易溶于水，是在柠檬酸，山梨醇的存在下，将葡萄糖高温低压反应聚合而成多聚体，其化学式为葡萄糖无规则键合的缩聚物，但以1，6-糖苷键结合为主的D-葡萄糖多聚体，结合有少量山梨醇、柠檬酸等，平均分子量大于3200，平均聚合度大于20。产品形式有A型、N型、K型以及改性聚葡萄糖（Litesse）和精炼聚葡萄糖（II leqqeUltra）等，A型为无定形粉末，白色至淡黄色，10%水溶液pH值为2.5～3.5，应用时需用缓冲剂调节其酸性；N型为A型的水溶液，无色至淡黄色，浓度70%，pH值用KOH中和至5.0～6.0；K型是用食品级KHCO₃调节聚葡萄糖水溶液pH值至5.0～6.0，再将溶液浓缩、干燥制得，或用KOH、KHCO₃与A型粉末干混而成；对聚葡萄糖进行催化氢化加工得到白色至乳白色的改性聚葡萄糖，10%水溶液的pH值为3.0～4.5，酸度和苦味降低，口味有较大改善，在此基础上提炼而成的精炼聚葡萄糖为白色固体，口味清爽，10%溶液的pH值为4.5～6.5，溶液无色无味。

聚葡萄糖具有整肠、调节血糖和血脂的作用，可作为食物纤维在各种功能性食品中广泛应用。此外，还具有如下特点：

可溶性膳食纤维聚葡萄糖是一种高分子糖类化合物,属膳食纤维范畴,具有整肠,调节血糖和血脂的作用,可作为食物纤维在各种功能性食品中广泛应用。

1.低热量,无龋齿性

聚葡萄糖是一种低热量物质(4.148kJ/g),约为一般碳水化合物(16.5kJ/g)的四分之一;无龋齿性,难被人体消化吸收。

2.良好的持水和吸水能力

聚葡萄糖具有良好的保湿性,其水分活性较低,可防止或延缓食品中含水量的变化,有助于控制食品中水分的增加或损失速率,通过保持水分或防止水分迁移来延长产品的货架期。

3.合适的粘度

聚葡萄糖溶液的粘度高于同等浓度蔗糖或山梨醇溶液的粘度.在取代食品中的碳水化合物和脂肪时,能形成理想的口感。

4.矫正冰点

使用高甜度甜味剂制造低热量冷冻甜食时,可添加聚葡萄糖调整产品的基体,补偿由于砂糖减少造成的基体丧失,改善由于冰点降低而造成的不良质构变化。

5.良好的加工性能

聚葡萄糖性质稳定,水溶性好,配伍范围广,在液态和固体食品中均能应用,可与众多的食品原辅料配合使用。

中国专利No.90101110.X公开了一种由实质上不含低分子有机酸的聚葡萄糖制备颗粒直径小于约125微米的粉状聚葡萄糖的方法。该方法通过将不含低分子量有机酸的聚葡萄糖与抗结块剂混合后研磨形成粉状聚葡萄糖。中国专利号No.03126106.X公开了一种聚葡萄糖生产工艺和生产装置，采用所述的工艺装置使得聚葡萄糖产品中的聚合物含量提高到90%以上；降低了还原糖的含量到4%以下；酸度和pH值较低，酸度为0.02，pH值达到5。中国专利申请No.101824097公开了一种聚葡萄糖的生产方法，通过负压聚合反应后采用脱色树脂吸附脱色，再采用喷雾干燥制得。

上述的发明均是在聚葡萄糖的生产的流程步骤上作出改进，人工环节较多，不利于质量控制且产率较低，综上所述，提供一种低成本，智能化处理、高产率且产品稳定性更高的聚葡萄糖生产方法和相关的设备，都是当下社会需要研究的热点问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法和设备，通过机械自动化技术，改进现有生产方法的中多个环节，极大的改进了质量控制和产量产率且实现自动化连续生产；通过智能化控制，可实现整套系统设备的远程监控和操作；根据实际生产及设备运行管理的要求，可实现系统的遥信、遥测、遥调、遥控的“四遥”控制。

聚葡萄糖的口感取决于其制备过程中的聚合反应的程度，反应越彻底且副产物（如糖醛）或未反应原料越少（如山梨醇）所制得的聚葡萄糖的口感将会越佳，同时聚葡萄糖的聚合度应当控制在16～30之间以保证聚葡萄糖的结构稳定且不成黏糊状而无法进入后续的精制过程。为达到上述的目的，发明人经过大量的研究和实验，调整了聚葡萄糖的生产工艺，基本获得了制备口感好且低成本、产率高且产品稳定高的聚葡萄糖的生产方法及相关的设备。

本发明目的之一是提供一种高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法，包括以下步骤：

1)配料：取葡萄糖、柠檬酸、山梨糖醇按重量份数比85～95：0.1～1：5～15进行配料充分混合；

2)热聚反应：原料投入反应釜在170～190℃下，搅拌反应4-7小时，保持真空度为0～-0.12MPa，在反应初期0.1～0.5小时保持常压，而后缓慢调整真空度，在聚合反应后段4～6小时时保持真空度高于-0.085MPa，聚合反应最后的0.5～1小时真空度保持为-0.09～-0.12MPa；临近反应结束时通过真空吸料加入浓度为1%食用碱溶液调整所得聚葡萄糖pH值为5.5-6；

3)冷却：原料由反应釜反应结束后，熔融态的聚葡萄糖均匀分布后冷却；

4)膜洗滤分离纯化：将冷却后的聚葡萄糖溶于水中，制成10-30%的聚葡萄糖溶液后，通过过滤膜洗滤分离纯化，膜的截留相对分子量为400Da-900Da，分离截留液体和小分子物质渗透液；

5)浓缩：将所得料液进行浓缩，至浓度40-70%；

6)真空低温干燥：在真空状态下对浓缩后料液进行低温连续干燥，得到白色、口感无异味的无糖聚葡萄糖粉末产品，其中保持真空度为0.07～0.12MPa，温度为50～90℃。

优选地，上述方法制得的无糖聚葡萄糖的平均分子量为3500～4500Da，聚葡萄糖含量≥99%，葡萄糖≤0.01%，5-羟甲基糖醛≤0.006%，1，6-无水葡萄糖≤0.01%。

优选地，所述的调整pH值步骤后保持聚合反应继续进行5～10分钟。

优选地，所述的步骤2中的热聚反应条件为：温度为175℃、搅拌速度为650～700转/分钟。

优选地，所述的食用碱为氢氧化钠、氢氧化钾或与碳酸氢钾混合物。

优选地，所述的食用碱为氢氧化钠或氢氧化钾与碳酸氢钾的重量份数比为20-30：70-80。

优选地，所述的过滤膜为改性醚砜有机卷式膜。

本发明目的之二是提供一种高纯度无糖聚葡萄糖的生产设备及系统，包括反应釜、冷却装置、真空装置、粉碎装置、膜过滤精制装置、真空低温冷却干燥装置和导热油炉。

优选地，所述的系统还包括分装机。

本发明提供的高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法和设备及系统的有益效果为：

1.采用调整聚合反应时的真空度以保证聚合反应的完全，本发明将聚合反应的真空度分为三个阶段：反应初期保持常压，而后缓慢调整真空度，反应后期的两小时真空度不低于-0.085MPa，最后半小时保持在-0.09～-0.12MPa。分阶段的真空度下的聚合反应生产所得的产品晶莹、透亮且口感好。

2.减少现有生产工艺中的pH值调节步骤，将其与聚合反应同步完成，提高了生产效率；

3.采用真空低温连续干燥代替常规的喷雾干燥塔，产品的得率大为提高，且采用数控技术后，各设备的参数较喷雾干燥塔更易调整，使得整个产品的制备过程稳定高效且所制得的无糖聚葡萄糖的稳定性大大提升。

具体实施方式

以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，下述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。比例和百分比基于重量，除非特别说明。

本发明的生产方法是通过如下的步骤生产本发明提供的生产方法制得的无糖聚葡萄糖。

1.配料

以重量份数为单位将葡萄糖、山梨醇、柠檬酸按比例配好料，其中葡萄糖、柠檬酸、山梨醇，均匀混合。也可根据需要，采用其他配方比例，原料的均匀混合保证反应的均衡，其中主要原料为葡萄糖，柠檬酸为催化剂，山梨醇为增塑剂。

2.调配1%食用碱溶液

向溶解罐内注入1800kgRO纯净水。打开搅拌装置，将已经脱去外包装的600kg聚葡萄糖粗制品缓缓倒入溶解罐中。然后加水至溶解罐5∕6处，然后取0.25kg的氢氧化钠，配成10%的氢氧化钠溶液，缓慢的加入溶解釜中，充分搅拌至溶液澄清（约40分钟），然后测量其PH值，保持其PH值在5.2±0.1。放置备用。

3.热聚反应

混合均匀的原料在反应釜中进行聚合反应。反应设定真空度为0～-0.12MPa，反应温度为170～180℃，反应时间为4～7小时，其中真空度分三个阶段调整：反应初期保持常压，而后缓慢调整真空度，反应后期的两小时真空度不低于-0.085MPa，最后半小时保持在-0.09～-0.1MPa（开真空前先开水管，再开电机）。反应真空度、反应温度、反应时间也可采用其他合适的条件。反应釜可采用高温夹层不锈钢反应釜，或其他同类用途的反应釜。通过导热油炉循环保持反应温度。

生产前先进行预热升温，然后开动反应釜，当温度达到一定后开始投料，分三次投完，投料完后等20分钟开真空系统。反应临近结束时通过真空投料向反应釜内加入1%的食用碱溶液溶液，搅拌均匀后，继续反应5～10分钟测得pH值为5.5～6后结束反应。所得的产品色泽应该是黄色半透明体、泽亮的、较粘稠的，越粘稠说明反应程度越好。

4.冷却

将反应好的聚葡萄糖粗品接入已经事先清洗杀菌过的冷却装置中，打开反应釜下边的放料阀,所得的聚葡萄糖粗品就流入冷却装置,聚合反应所得的产品迅速凝块并被传送到冷却装置尾端,然后输送至物料暂存罐。

5.粉碎

粉碎前先用75%的酒精对粉碎机不锈钢筛网及食品接触面进行喷洒消毒。等待10分钟左右、待其自然干燥。安装上80目不锈钢筛网。打开粉碎机电源，再打开物料暂存罐下的电机,将物料暂存罐中的物料输送至粉碎机中进行粉碎。

6.脱色

将溶解后的聚葡萄糖经过常规方法脱色处理如离子交换或活性炭，使溶液白度达到85-95%。

7.膜过滤

将溶解或者经脱色后的液体聚葡萄糖溶液经过膜过滤循环，以进一步降低产品的杂质，浓缩后的液体流入浓缩液缸，具体采用改性醚砜有机卷式膜过滤。

8.蒸发浓缩

将经过膜过滤的储存在浓缩液缸中的浓缩液通过三效浓缩设备进一步浓缩至浓度为40～70%，其中将流量计控制在10～15LPM，使产品更有利于进行真空干燥。

9.真空低温干燥

采用真空低温干燥替代传统喷雾干燥塔进行干燥，具体为：使用一连续真空低温干燥系统在真空度为0.07～0.12MPa，温度为50～90℃下进行连续干燥。

对比例

原料配比采用葡萄糖85份、柠檬酸1.5份、山梨醇5份，混合均匀。

混合均匀的原料在反应釜中聚合，反应开始30分钟内为常压，后续缓慢调整真空度，反应后期的2个小时真空度为-0.085MPa，反应最后30分钟调整为-0.1MPa；反应温度170℃，反应4小时后停止。反应釜采用高温夹层不锈钢反应釜，通过导热油炉循环保持反应温度。

在反应釜内物料熔融状态下，迅速调节pH值。使用1%氢氧化钠调至pH5.5。调节pH值后，继续搅拌5分钟。

反应结束后采用上述的冷却、粉碎、膜过滤、蒸发浓缩和常规喷雾干燥塔干燥。

得到精制粉末状无糖聚葡萄糖产品，检测所得产品各指标，具体检测结果见表1。

实施例1

原料配比采用葡萄糖95份、柠檬酸0.1份、山梨醇5份，混合均匀。

混合均匀的原料在反应釜中聚合，反应开始30分钟内为常压，后续缓慢调整真空度，反应后期的2个小时真空度为0.09MPa，反应最后30分钟调整为-0.12MPa；反应温度180℃，反应7小时后停止。反应釜采用高温夹层不锈钢反应釜，通过导热油炉循环保持反应温度。

在反应釜内物料熔融状态下，迅速调节pH值。使用1%氢氧化钾调至pH6。调节pH值后，继续搅拌5分钟。

反应结束后采用上述的冷却、粉碎、膜过滤、蒸发浓缩和真空低温干燥（70℃，0.10MPa）得到精制粉末状无糖聚葡萄糖产品，检测所得产品各指标，具体检测结果见表1。

实施例2

原料配比采用葡萄糖90份、柠檬酸1份、山梨醇9.5份，混合均匀。

混合均匀的原料在反应釜中聚合，反应开始30分钟内为常压，后续缓慢调整真空度，反应后期的2个小时真空度为-0.09MPa，反应最后30分钟调整为-0.11MPa；反应温度175℃，反应5小时后停止。反应釜采用高温夹层不锈钢反应釜，通过导热油炉循环保持反应温度。

在反应釜内物料熔融状态下，迅速调节pH值。使用1%氢氧化钠与碳酸氢钾混合液（重量比为20：80）调至pH5。调节pH值后，继续搅拌5分钟。

反应结束后采用上述的冷却、粉碎、膜过滤、蒸发浓缩和真空低温干燥（90℃，0.07MPa）得到精制粉末状无糖聚葡萄糖产品，检测所得产品各指标，具体检测结果见表1。

实施例3

原料配比采用葡萄糖90份、柠檬酸1份、山梨醇9.5份，混合均匀。

混合均匀的原料在反应釜中聚合，反应开始30分钟内为常压，后续缓慢调整真空度，反应后期的2个小时真空度为-0.09MPa，反应最后30分钟调整为-0.11MPa；反应温度175℃，反应5小时后停止。反应釜采用高温夹层不锈钢反应釜，通过导热油炉循环保持反应温度。

在反应釜内物料熔融状态下，迅速调节pH值。使用1%氢氧化钾与碳酸氢钾混合液（重量比为30：70）调至pH5。调节pH值后，继续搅拌5分钟。

反应结束后采用上述的冷却、粉碎、膜过滤、蒸发浓缩和真空低温干燥（60℃，0.09MPa）得到精制粉末状无糖聚葡萄糖产品，检测所得产品各指标，具体检测结果见表1。

实施例4

原料配比采用葡萄糖89份、柠檬酸1份、山梨醇10份，混合均匀。

混合均匀的原料在反应釜中聚合，反应开始30分钟内为常压，后续缓慢调整真空度，反应后期的2个小时真空度为-0.85MPa，反应最后30分钟调整为-0.10MPa；反应温度175℃，反应4小时后停止。反应釜采用高温夹层不锈钢反应釜，通过导热油炉循环保持反应温度。

在反应釜内物料熔融状态下，迅速调节pH值。使用1%氢氧化钠与碳酸氢钾混合液（重量比为20：70）调至pH5。调节pH值后，继续搅拌5分钟。

反应结束后采用上述的冷却、粉碎、膜过滤、蒸发浓缩和真空低温干燥（50℃，0.12MPa）得到精制粉末状无糖聚葡萄糖产品，检测所得产品各指标，具体检测结果见表1。

表1

如表1结果所示，本发明提供的无糖聚葡萄糖制备方法中所得聚葡萄糖最佳的聚合反应条件为：原料配比采用葡萄糖89份、柠檬酸1份、山梨醇10份，混合均匀后在反应釜中聚合，反应开始30分钟内为常压，后续缓慢调整真空度，反应后期的2个小时真空度为-0.85MPa，反应最后30分钟调整为-0.10MPa；反应温度175℃，反应4小时后停止，且采用真空低温干燥的干燥损失明显低于传统的常规喷雾干燥塔。

Claims (7)

1.一种高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法，包括以下步骤：

1)配料：取葡萄糖、柠檬酸、山梨糖醇按重量份数比85～95：0.1～1：5～15进行配料充分混合；

2)热聚反应：原料投入反应釜在170～190℃下，搅拌反应4-7小时，保持真空度为0～-0.12MPa，在反应初期0.1～0.5小时保持常压，而后缓慢调整真空度，在聚合反应后段4～6小时时保持真空度高于-0.085MPa，聚合反应最后的0.5～1小时真空度保持为-0.09～-0.12MPa；临近反应结束时通过真空吸料加入浓度为1%食用碱溶液调整所得聚葡萄糖pH值为5.5-6；

3)冷却：原料由反应釜反应结束后，熔融态的聚葡萄糖均匀分布后冷却；

4)膜洗滤分离纯化：将冷却后的聚葡萄糖溶于水中，制成10-30%的聚葡萄糖溶液后，通过过滤膜洗滤分离纯化，膜的截留相对分子量为400Da-900Da，分离截留液体和小分子物质渗透液；

5)浓缩：将所得料液进行浓缩，至浓度40-70%；

6)真空低温干燥：在真空状态下对浓缩后料液进行低温连续干燥，得到白色、口感无异味的无糖聚葡萄糖粉末产品，其中保持真空度为0.07～0.12MPa，温度为50～90℃。

2.如权利要求1所述的高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法，其特征在于：所述的步骤2中的热聚反应条件为：温度为170～175℃、搅拌速度为650～700转/分钟。

3.如权利要求1所述的高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法，其特征在于：所述的食用碱为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸氢钾及其混合物。

4.如权利要求1所述的高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法，其特征在于：所述的食用碱为氢氧化钠与碳酸氢钾的重量份数比为20-30：70-80。

5.如权利要求1所述的高纯度无糖聚葡萄糖的生产方法，其特征在于：所述的过滤膜为改性醚砜有机卷式膜。

6.一种高纯度无糖聚葡萄糖的生产设备及系统，包括反应釜、冷却装置、真空装置、粉碎装置、膜过滤精制装置和真空低温冷却干燥装置，所述的应釜、冷却装置、真空装置、粉碎装置、膜过滤精制装置和真空低温冷却干燥装置依次顺序连接。

7.如权利要求7所述的高纯度无糖聚葡萄糖的生产设备及系统，其特征在于：它还包括分装机，所述的分装机与真空低温冷却干燥装置连接。