CN104177229B - 一种制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺 - Google Patents

一种制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，包括将麦芽糖醇液进行色谱分离得到富含麦芽糖醇的组分EX-1、富含低聚糖醇的组分BX-1和富含山梨糖醇的组分DX-1，还包括如下步骤：(1)在所述的色谱分离过程中，分别收集组分BX-1和组分DX-1，并分别浓缩至可溶性固形物含量为45-55％；(2)分别将浓缩后的组分BX-1和组分DX-1进行色谱分离，其中组分BX-1与组分DX-1经色谱分离后，分别得到富含低聚糖醇的组分BX-2、富含山梨糖醇的组分DX-3，然后经浓缩、干燥后，分别制成固体低聚糖醇和固体山梨糖醇。本发明使麦芽糖醇色谱分离残液得到了高附加值的利用，降低了麦芽糖醇的单耗成本；产品纯度大大提高，产品附加值提高，具有很好的经济效益。

Description

一种制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺
技术领域
本发明属于功能性糖醇的制备领域，特别涉及一种利用麦芽糖醇色谱分离残液制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺。
背景技术
麦芽糖醇是由麦芽糖氢化而得到的糖醇，它有液体状和结晶状两种产品。麦芽糖醇在动物体内很难被消化代谢，是很好的低能量甜味剂；麦芽糖醇具有显著的吸湿性，可以作为各种食品的保湿剂，或防止蔗糖的结晶析出；麦芽糖醇不易被霉菌、酵母及乳酸菌利用，可防龋齿。
低聚糖醇是以低聚糖为原料在镍、铝等合金粉骨架催化剂的作用下氢化而成，包括麦芽三糖醇、麦芽四糖醇、麦芽五糖醇等。低聚糖醇保湿性好，对酸、碱、热稳定性高，不易生霉、难发酵，加工保存性好。山梨糖醇，别名山梨醇。分子式为C6H14O6，分子量为182.17，为白色吸湿性粉末或晶状粉末、片状或颗粒。可作为甜味剂、保湿剂、赋形剂、防腐剂等使用，同时具有多元醇的营养优势，即低热值、低糖、防龋齿等功效。低聚糖醇与山梨糖醇在食品、日化、医药等行业都有极为广泛的应用。
色谱分离技术是一种非常有效的分离混合物的方法，它是通过混合物中各组分在固定相表面上的吸附强度不同，当流动相流过时各组分随流动相的移动速度不同而实现分离的。模拟移动床是色谱分离技术的一种，其是在移动床的基础上发展起来的一种新型的现代化分离技术，通过周期性地改变流动相各股物流的进出口位置造成固定相和流动相的相对逆流运动，实现物质的分离。模拟移动床具有分离能力强、设备结构小、吸附剂消耗低、传质推动力大、投资运行成本低、便于自动控制、易于分离热敏性及难以分离的物系等优点。
工业中生产高纯度的麦芽糖醇一般采用色谱分离技术，如高麦芽糖浆经过氢化、色谱分离、蒸发浓缩及后续的结晶、干燥等工艺制成晶体麦芽糖醇。在麦芽糖醇液进行色谱分离后会产生三个组分，分别为富含麦芽糖醇的组分EX、富含低聚糖醇的组分BX和富含山梨糖醇的组分DX，组分EX用于生产晶体麦芽糖醇，而组分BX和组分DX作为残液。目前麦芽糖醇的生产企业一般将组分BX和组分DX进行混合、浓缩，然后制成液体作为副产品进行销售，产品纯度较低，市场价格低廉。由于组分BX中含有50％以上的低聚糖醇，组分DX中含有70％以上的山梨糖醇，如果仅仅混合后作为廉价的液体产品进行销售，附加值太低，对企业来说损失较大。
发明内容
本发明提供一种制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，得到高纯度的低聚糖醇和山梨糖醇产品，使麦芽糖醇色谱分离残液得到了高附加值的利用，原料利用率大大提高。
本发明所采取的技术方案为：
一种制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，包括将麦芽糖醇液进行色谱分离得到富含麦芽糖醇的组分EX-1、富含低聚糖醇的组分BX-1和富含山梨糖醇的组分DX-1，还包括如下步骤：
(1)在所述的色谱分离过程中，分别收集组分BX-1和组分DX-1，并分别浓缩至可溶性固形物含量为45-55％；
(2)将浓缩后的组分BX-1和浓缩后的组分DX-1分别进行色谱分离；
浓缩后的组分BX-1经色谱分离后，得到三种组分：富含低聚糖醇的组分BX-2、富含山梨糖醇的组分DX-2和富含麦芽糖醇的组分EX-2；
浓缩后的组分DX-1经色谱分离后，得到三种组分：富含低聚糖醇的组分BX-3、富含山梨糖醇的组分DX-3和富含麦芽糖醇的组分EX-3；
(3)将步骤(2)中得到的组分BX-2和组分DX-3分别进行浓缩；
组分BX-2浓缩至可溶性固形物含量为85-98％；
组分DX-3浓缩至可溶性固形物含量为90-98％；
(4)分别干燥步骤(3)中得到的浓缩后的组分BX-2和浓缩后的组分DX-3，得到固体低聚糖醇和固体山梨糖醇。
麦芽糖醇液进行色谱分离得到三种组分，分别为富含麦芽糖醇的组分EX-1、富含低聚糖醇的组分BX-1和富含山梨糖醇的组分DX-1。其中富含麦芽糖醇的组分EX-1经结晶、过滤、干燥等工艺后用于生产晶体麦芽糖醇；本发明收集残液，包括组分BX-1和组分DX-1，经浓缩、色谱分离等工艺制备高纯度的固体低聚糖醇和固体山梨糖醇，使麦芽糖醇色谱分离残液得到了高附加值的利用。
麦芽糖醇液进行色谱分离后，得到的各组分中，富含低聚糖醇的组分BX-1的可溶性固形物含量为2-5％，可溶性固形物中低聚糖醇的含量为50-65％；富含山梨糖醇的组分DX-1的可溶性固形物含量为2-5％，可溶性固形物中山梨糖醇的含量为70-85％。
富含麦芽糖醇的组分EX-1经结晶过滤后得到的麦芽糖醇母液中仍含有部分低聚糖醇和山梨糖醇；另外组分BX-1和组分DX-1进行色谱分离后，除分别得到高目标产物含量的组分BX-2和组分DX-3外(用于后续目标产物的制备)，也同时会得到低目标产物含量的组分，如组分DX-2、组分EX-2、组分BX-3和组分EX-3。为提高残液的利用效率，实现循环利用，将麦芽糖醇母液混合到下批次的麦芽糖醇液中，将步骤(2)中的组分BX-3混合到下批次的组分BX-1中，将组分DX-2混合到下批次的组分DX-1中，将组分EX-2和组分EX-3混合到下批次的麦芽糖醇液中。
为提高浓缩比，降低浓缩过程的能耗，残液组分可进行分步浓缩。所述步骤(1)中的浓缩过程分两步进行，其中组分BX-1和组分DX-1经膜浓缩设备浓缩至可溶性固形物含量为10-18％后，然后利用蒸发器浓缩至可溶性固形物含量均为45-55％。
所述步骤(2)中的色谱分离采用模拟移动床技术。采用模拟移动床分离三种物质时，如含有A、B、C三种物质的物料进入模拟移动床色谱柱后，经过一定的切换时间被分离成富含A的组分和富含BC的组分，此时物质A被分离；富含BC的组分经过一定的交换时间被分离成富含B的组分和富含C的组分，此时物质B和物质C被分离。
所述步骤(2)中模拟移动床的分离条件为：分离剂为螯合树脂(无锡绿色分离应用技术研究所有限公司)，柱长为4.0-5.0m，柱内径为2.5-3.0m，分离温度为70-80℃，洗脱液为水，切换时间为4300-4400s，交换时间为2200-2280s，进料流速为3.0-8.0m3/h。
螯合树脂是一类具有螯合功能的高分子材料，其基体中的配位基可与金属离子或其他物质形成多配位络和物。与离子交换树脂相比，螯合树脂对物质的结合能力更强，选择性也更高。螯合树脂一般通过含有配位基的单体经聚合反应生成。例如可采用苯乙烯、丙烯酸甲酯(或甲基丙烯酸甲酯、乙基丙烯酸甲酯等)为原料，在交联剂存在下进行聚合反应制成。
本发明分离糖醇类物质时，螯合树脂可由重量百分比为80-90:5-8:5-12的苯乙烯、乙基丙烯酸甲酯和二乙烯苯(交联剂)三元悬浮共聚而成，例如无锡绿色分离应用技术研究所有限公司的市售产品。
本发明在分离温度为70-80℃的条件下分别对浓缩后的组分BX-1和浓缩后的组分DX-1进行色谱分离，得到的富含低聚糖醇的组分BX-2的可溶性固形物含量为30-45％，可溶性固形物中低聚糖醇的含量为82-98％；富含山梨糖醇的组分DX-3的可溶性固形物含量为30-45％，可溶性固形物中山梨糖醇的含量为85-99％。得到的最终产品粉状低聚糖醇和粉状山梨糖醇的纯度达90％以上，分离选择性较好，大大提高产品纯度。
分离温度低于70℃时，组分BX-2的可溶性固形物含量及可溶性固形物中低聚糖醇的含量分别下降7-15％、10-20％，最终产品粉状低聚糖醇的纯度降低5-10％；组分DX-3的可溶性固形物含量及可溶性固形物中山梨糖醇的含量分别下降5-12％、5-18％，最终产品粉状山梨糖醇的纯度降低8-15％。色谱柱对低聚糖醇和山梨糖醇的分离选择性明显降低，不利于产品的分离纯化。
分离温度高于80℃时，组分BX-2的可溶性固形物含量及可溶性固形物中低聚糖醇的含量分别下降2-8％、1-6％，最终产品粉状低聚糖醇的纯度降低4-8％；组分DX-3的可溶性固形物含量及可溶性固形物中山梨糖醇的含量分别下降5-11％、3-8％，最终产品粉状山梨糖醇的纯度降低5-9％。色谱柱对低聚糖醇和山梨糖醇的分离选择性降低。
所述步骤(4)中组分BX-2和组分DX-3在干燥前先分别进行制粒，干燥后分别进行粉碎，分别制成粉状低聚糖醇和粉状山梨糖醇。可利用流化床制粒机、转鼓制粒机或圆盘制粒机等，制成颗粒状的低聚糖醇和颗粒状的山梨糖醇后，分别使用粉碎机粉碎，然后过筛，收集中间部分，作为粉状低聚糖醇和粉状山梨糖醇的最终产品。剩余的粗颗粒重新粉碎，细颗粒作为制粒底料回收利用。
作为优选，所述步骤(4)中的干燥为喷雾干燥。利用喷雾干燥机可将组分BX-2和组分DX-3分别直接干燥为粉状低聚糖醇和粉状山梨糖醇，无需粉碎和筛选，减少了生产工序。
本发明的有益效果：
本发明分别收集麦芽糖醇液经色谱分离后得到的残液组分，分别经浓缩、色谱分离等工艺后，制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇，使麦芽糖醇色谱分离残液得到了高附加值的利用，降低了麦芽糖醇的单耗成本；提高了色谱柱对低聚糖醇和山梨糖醇的分离选择性，产品纯度大大提高，产品附加值提高；利用色谱分离制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇过程中的产生的残液组分，进一步循环利用，原料利用率进一步提高，具有很好的经济效益。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图
具体实施方式
以下参照图1进一步说明本发明。
实施例1
1、可溶性固形物含量为50％、可溶性固形物中麦芽糖醇含量为85％的麦芽糖醇液经过模拟移动床分离后，得到三种组分：富含麦芽糖醇的组分EX-1、富含低聚糖醇的组分BX-1和富含山梨糖醇的组分DX-1。各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇的含量见表1-1。
表1-1各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量
其中，模拟移动床的分离条件为：分离剂为螯合树脂(无锡绿色分离应用技术研究所有限公司)，柱长为4.5m，柱内径为2.8m，分离温度为70℃，洗脱液为水，切换时间为4380s，交换时间为2240s，进料流速为3.3m3/h。
2、收集步骤1中的富含低聚糖醇的组分BX-1和富含山梨糖醇的组分DX-1，分别经过膜浓缩设备浓缩至可溶性固形物含量为12.5％、15％，然后利用四效蒸发器浓缩至可溶性固形物含量均为50％。
3、步骤2中得到的富含低聚糖醇的组分BX-1经过模拟移动床分离后，得到三种组分：富含低聚糖醇的组分BX-2、富含山梨糖醇的组分DX-2和富含麦芽糖醇的组分EX-2。各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇的含量见表1-2。
表1-2各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量
其中，模拟移动床的分离条件为：分离剂为螯合树脂(无锡绿色分离应用技术研究所有限公司)，柱长为4.5m，柱内径为2.8m，分离温度为70℃，洗脱液为水，切换时间为4320s，交换时间为2200s，进料流速为3.0m3/h。
4、步骤2中得到的富含山梨糖醇的组分DX-1经过模拟移动床分离后，得到三种组分：富含山梨糖醇的组分DX-3、富含麦芽糖醇的组分EX-3和富含低聚糖醇的组分BX-3。各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇的含量见表1-3。
表1-3各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量
其中，模拟移动床的分离条件为：分离剂为螯合树脂(无锡绿色分离应用技术研究所有限公司)，柱长为4.5m，柱内径为2.8m，分离温度为70℃，洗脱液为水，切换时间为4300s，交换时间为2260s，进料流速为3.5m3/h。
5、富含麦芽糖醇的组分EX-1进行结晶过滤，得到的麦芽糖醇母液混合到下批次的麦芽糖醇液中，将步骤3和步骤4中的组分BX-3混合到下批次的组分BX-1中，将组分DX-2混合到下批次的组分DX-1中，将组分EX-2和组分EX-3混合到下批次的麦芽糖醇液中。
6、分别收集步骤3中的组分BX-2和步骤4中的组分DX-3，分别经过膜浓缩设备浓缩至可溶性固形物含量为92％、97％。
7、将步骤6得到的浓缩后的组分BX-2和组分DX-3分别进行流化床喷雾制粒，干燥后，得到颗粒状的低聚糖醇和颗粒状的山梨糖醇。
8、将颗粒状的低聚糖醇和颗粒状的山梨糖醇分别进行粉碎、过筛，得到纯度为90.0％的粉状低聚糖醇和纯度为94.5％的粉状山梨糖醇。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤3和步骤4中分离温度为75℃，其他操作条件与操作步骤同实施例1。
色谱分离得到的各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量见表2-1。
表2-1各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量
获得的最终产品粉状低聚糖醇的纯度为95.1％，粉状山梨糖醇纯度为97.6％。
相较于实施例1，本实施例中组分BX-2的可溶性固形物含量及可溶性固形物中低聚糖醇的含量分别增加14.2％、8.9％，最终产品粉状低聚糖醇的纯度提高5.7％；组分DX-3的可溶性固形物含量及可溶性固形物中山梨糖醇的含量分别增加13.1％、4.6％，最终产品粉状山梨糖醇的纯度提高3.3％。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤3和步骤4中分离温度为80℃，其他操作条件与操作步骤同实施例1。
色谱分离得到的各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量见表3-1。
表3-1各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量
获得的最终产品粉状低聚糖醇的纯度为96.5％，粉状山梨糖醇纯度为98.5％。
相较于实施例2，本实施例中组分BX-2的可溶性固形物含量及可溶性固形物中低聚糖醇的含量分别增加2.9％、1.3％，最终产品粉状低聚糖醇的纯度提高1.5％；组分DX-3的可溶性固形物含量及可溶性固形物中山梨糖醇的含量分别增加3.4％、0.4％，最终产品粉状山梨糖醇的纯度提高0.9％。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：步骤3和步骤4中分离温度为65℃，其他操作条件与操作步骤同实施例1。
色谱分离得到的各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量见表4-1。
表4-1各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量
获得的最终产品粉状低聚糖醇的纯度为82.3％，粉状山梨糖醇纯度为85.6％。
相较于实施例1，本对比例中组分BX-2的可溶性固形物含量及可溶性固形物中低聚糖醇的含量分别下降8.6％、11.6％，最终产品粉状低聚糖醇的纯度降低8.6％；组分DX-3的可溶性固形物含量及可溶性固形物中山梨糖醇的含量分别下降9.2％、7.4％，最终产品粉状山梨糖醇的纯度降低9.4％。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：步骤3和步骤4中分离温度为85℃，其他操作条件与操作步骤同实施例1。
色谱分离得到的各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量见表5-1。
表5-1各组分的可溶性固形物含量及可溶性固形物中三种糖醇含量
获得的最终产品粉状低聚糖醇的纯度为85.6％，粉状山梨糖醇纯度为89.8％。
相较于实施例1，本对比例中组分BX-2的可溶性固形物含量及可溶性固形物中低聚糖醇的含量分别下降2.3％、1.8％，最终产品粉状低聚糖醇的纯度降低4.9％；组分DX-3的可溶性固形物含量及可溶性固形物中山梨糖醇的含量分别下降9.9％、4.1％，最终产品粉状山梨糖醇的纯度降低5.0％。

Claims (7)

1.一种制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，包括将麦芽糖醇液进行色谱分离得到富含麦芽糖醇的组分EX-1、富含低聚糖醇的组分BX-1和富含山梨糖醇的组分DX-1，其特征在于，还包括如下步骤：
(1)在所述的色谱分离过程中，分别收集组分BX-1和组分DX-1，并分别浓缩至可溶性固形物含量为45-55％；
(2)将浓缩后的组分BX-1和浓缩后的组分DX-1分别进行色谱分离；
浓缩后的组分BX-1经色谱分离后，得到三种组分：富含低聚糖醇的组分BX-2、富含山梨糖醇的组分DX-2和富含麦芽糖醇的组分EX-2；
浓缩后的组分DX-1经色谱分离后，得到三种组分：富含低聚糖醇的组分BX-3、富含山梨糖醇的组分DX-3和富含麦芽糖醇的组分EX-3；
色谱分离采用模拟移动床技术，模拟移动床的分离条件为：分离剂为螯合树脂，柱长为4.0-5.0m，柱内径为2.5-3.0m，分离温度为70-80℃，洗脱液为水，切换时间为4300-4400s，交换时间为2200-2280s，进料流速为3.0-8.0m3/h；
(3)将步骤(2)中得到的组分BX-2和组分DX-3分别进行浓缩；
组分BX-2浓缩至可溶性固形物含量为85-98％；
组分DX-3浓缩至可溶性固形物含量为90-98％；
(4)分别干燥步骤(3)中得到的浓缩后的组分BX-2和浓缩后的组分DX-3，得到固体低聚糖醇和固体山梨糖醇。
2.如权利要求1所述的制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，其特征在于，将所述组分EX-1进行结晶过滤，得到的麦芽糖醇母液混合到下批次的麦芽糖醇液中，将步骤(2)中的组分BX-3混合到下批次的组分BX-1中，将组分DX-2混合到下批次的组分DX-1中，将组分EX-2和组分EX-3混合到下批次的麦芽糖醇液中。
3.如权利要求1或2所述的制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的浓缩过程分两步进行，其中组分BX-1和组分DX-1经膜浓缩设备浓缩至可溶性固形物含量为10-18％后，然后利用蒸发器浓缩至可溶性固形物含量均为45-55％。
4.如权利要求1或2所述的制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，其特征在于，富含低聚糖醇的组分BX-1的可溶性固形物含量为2-5％，可溶性固形物中低聚糖醇的含量为50-65％；
富含山梨糖醇的组分DX-1的可溶性固形物含量为2-5％，可溶性固形物中山梨糖醇的含量为70-85％。
5.如权利要求1或2所述的制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，其特征在于，富含低聚糖醇的组分BX-2的可溶性固形物含量为30-45％，可溶性固形物中低聚糖醇的含量为82-98％；
富含山梨糖醇的组分DX-3的可溶性固形物含量为30-45％，可溶性固形物中山梨糖醇的含量为85-99％。
6.如权利要求1或2所述的制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，其特征在于，所述步骤(4)中组分BX-2和组分DX-3在干燥前先分别进行制粒，干燥后分别进行粉碎，分别制成粉状低聚糖醇和粉状山梨糖醇。
7.如权利要求1或2所述的制备固体低聚糖醇和固体山梨糖醇的工艺，其特征在于，所述步骤(4)中的干燥为喷雾干燥。
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