CN104557463A - 一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，以淀粉为原料，经调浆、液化、糖化、脱色、离子交换、色谱分离，收集葡萄糖液馏分，然后蒸发浓缩，对其连续氢化，使葡萄糖液转化为山梨醇液，最后经精制、浓缩、混合结晶、粉碎、烘干，即得；其中，采用向淀粉中加入工艺水进行调浆，调浆后的淀粉乳波美度为15-20，PH值为4.0-6.0；液化时，液化酶的加入量为0.30-0.40kg/t淀粉干基，喷射温度105-145℃,液化pH值为5.0-6.0；糖化时，糖化酶的加入量为0.35-0.45kg/t干基，50℃-70℃保温≥48h，过程中间歇搅拌；色谱分离采用模拟移动床色谱分离系统，以水为洗脱剂，控制分离温度为40-80℃，分离压力为0.2-0.5Mpa。本发明提高了产品的品质，简化了生产工序，提升了生产效率，降低了生产消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，属于功能糖醇生产技术领域。
背景技术
山梨醇是以淀粉、蔗糖或葡萄糖为原料生产制备的一种口感良好的糖醇，甜度约为蔗糖的60％，山梨醇进入人体内能代谢，属于营养性甜味剂，但其代谢途径首先是缓慢扩散而被吸收，氧化成果糖，再被利用，参与果糖代谢途径，对血糖值和尿糖没有影响。
传统山梨醇生产过程中，需要将淀粉糖化、精制、结晶，成为葡萄糖晶体，以达到一定的纯度，再将结晶葡萄糖溶解，配成一定浓度的葡萄糖液，最后将其氢化还原为山梨醇。山梨醇在使用过程中其纯度对产品的性能有很大的影响，如果山梨醇成品中杂醇含量高，用于生产VC时会影响产品的质量和收率；用于生产牙膏时则会影响它的保湿型和保质期等。因此，传统工艺中，山梨醇为了达到较高的纯度，原料葡萄糖的提纯是个前提。葡萄糖为了达到较高的纯度，一般采用降温结晶的方法。但是，葡萄糖的结晶设备投资大，占地多，操作非常费时，一般降温结晶需要72-120h；葡萄糖结晶后晶体与母液的分离也十分困难，工业生产上均采用分离因数高的间歇进料的离心机过滤，分离出母液及杂质，又进一步制约了生产效率；同时，冷却结晶方法中葡萄糖结晶率一般在72％以内，造成资源的浪费。葡萄糖结晶后，还需要将其化糖溶化，又进一步制约了生产效率。传统冷却结晶后葡萄糖的纯度在99％左右，葡萄糖经化糖工序进入高压釜氢化还原为山梨醇，糖液中的有机杂质在此过程中也带入到产品山梨醇中，影响了山梨醇成品的纯度及其使用性能。因此，传统山梨醇生产存在工艺流程长，水、电、汽等辅料消耗较多，生产效率低下，原料利用率低，山梨醇杂质较多等诸多问题。
专利“一种从糖化后的葡萄糖浆中提取高纯度葡萄糖的方法”(CN1928121A)，公开了一种采用模拟移动床提纯葡萄糖的方法，色谱分离采用0.9-1.2Mpa的系统压力，此工艺中过高的系统压力会对固定相钙型阳离子交换树脂产生很大的破坏，另外高压力造成系统能耗偏高；色谱分离系统固定相采用钙型阳离子作为吸附剂，该树脂在环境介质发生变化时，其体积会产生收缩和膨胀，造成树脂的破坏；同时树脂中由于含水较多，经不起干燥和冷冻，否则将会造成永久性伤害，因此也限制了此工艺的使用区域及范围。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，该工艺的生产效率高，工人的劳动强度低，并且降低了生产的成本，制备得到的山梨醇纯度高，杂醇含量低，显著提升了山梨醇的品质。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，是以淀粉为原料，经调浆、液化、糖化、脱色、离子交换、色谱分离，收集高纯度的葡萄糖液馏分，然后蒸发浓缩，对其连续氢化，使葡萄糖液转化为山梨醇液，最后经精制、浓缩、结晶、粉碎、烘干，得到高品质山梨醇晶体，具体步骤如下：
(1)淀粉调浆：取淀粉，加入工艺水进行调浆，控制调浆后的淀粉乳波美度为15-20，调节淀粉乳的PH值为4.0-6.0；
(2)液化和糖化：向步骤(1)制备的淀粉乳中加入液化酶(即α-淀粉酶)，进行液化，液化酶的加入量为0.30-0.40kg/t淀粉干基，淀粉乳通过液化喷射器进行喷射液化，喷射温度105-145℃,液化液的pH值控制在5.0-6.0，葡萄糖值(DE值，Dextrose Equivalent)为14-20％；液化液经换热后调整PH值为4.0-5.0，加入糖化酶(即α-1,4-葡萄糖水解酶)，糖化酶的加入量为0.35-0.45kg/t淀粉干基，50℃-70℃保温≥48h，过程中间歇搅拌，当DE值≥95％，用酒精检测无糊精存在时，进行后续脱色工序。
(3)脱色和离子交换：将步骤(2)液化和糖化后的液体进行一次脱色，活性炭添加量为0.25-0.50kg/t干基葡萄糖，脱色温度60-90℃，保温20-50min，脱色液透光≥95％，脱色后进行板框过滤得脱色液，将脱色液打入装有离子交换树脂的离子交换柱中，阴树脂为D301大孔型苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂，阳树脂为001×7大孔强酸性苯乙烯系阴离子交换树脂，利用离子交换树脂的脱酸、吸附交换性能，降低糖液的钙、镁等阳离子和氯离子等阴离子，使糖液得到净化提纯，得到净化糖液，其中糖液质量浓度为30-45％，电导率小于50μs/cm，透光≥98％；
(4)色谱分离：将步骤(3)得到的净化糖液打入模拟移动床的色谱分离装置中，模拟移动床色谱分离系统内填充沸石分子筛类型固定相，为Y型、钙离子型分子筛，颗粒不会因环境介质的变化产生涨、缩变化，因此，延长了固定相的使用寿命，以水为洗脱剂，控制分离温度为40-80℃，分离压力为0.2-0.5Mpa，将净化糖液分离成葡萄糖馏分和杂糖馏分两部分，收集葡萄糖馏分，使其干物浓度为20-30％，葡萄糖含量≥99.5％；
(5)蒸发浓缩：对步骤(4)色谱分离出的葡萄糖馏分利用蒸汽蒸发器将其浓缩至质量浓度为50％左右；
(6)加氢：将浓缩后的葡萄糖溶液连续注入装有催化剂的加氢反应釜内，控制加氢压力8.0-12.0Mpa、加氢温度为100-130℃，使葡萄糖溶液转化为山梨醇溶液；
(7)精制：将步骤(6)制备的山梨醇溶液进行活性炭脱色，活性炭添加量为0.25-0.5kg/t干基山梨醇，脱色温度60-90℃，保温20-50min，脱色液透光≥95％；将脱色液打入装有离子交换树脂的离子交换柱中，阴树脂为D301大孔型苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂，阳树脂为001×7大孔强酸性苯乙烯系阴离子交换树脂，利用离子交换树脂的脱酸、吸附交换性能，降低山梨醇液的钙、镁等阳离子和氯离子等阴离子，使山梨醇液得到净化提纯，得到净化的山梨醇液，其中，电导率≤10μs/cm，透光≥99％；
(8)浓缩：将步骤(7)中经脱色和离子交换得到的山梨醇液利用刮板蒸发器对其进行浓缩，浓缩至山梨醇质量分数在90％以上；
(9)混合结晶：将浓缩后的山梨醇液升温到100-130℃，注入装有硬质结晶山梨醇晶种的双螺旋混合机中进行混合结晶，晶种与浓缩液的质量比为1：(1-8)，混合结晶后，60℃-90℃保温30-50min；
(10)粉碎和烘干：将混合结晶后的晶体进行粉碎，利用蒸汽加热的方法去除山梨醇晶体中的水分，控制加热温度为50-70℃，烘干至山梨醇晶体水分在0.80％以下，得到成品山梨醇晶体。
本发明的有益效果：
(1)本发明省去了以淀粉为原料生产山梨醇过程中葡萄糖结晶和化糖过程，提高了产品的收率，简化了生产工序，提升了生产效率，降低了生产消耗。
(2)本发明采用色谱分离技术提高了山梨醇生产过程中原料葡萄糖的纯度，优于传统生产中冷却结晶得到的葡萄糖纯度，经过加氢，降低了山梨醇产品中杂醇含量，提升了产品品质。
(3)本发明的模拟移动床色谱分离系统内填充沸石分子筛类型固定相，为Y型、钙离子型分子筛，颗粒不会因环境介质的变化产生涨、缩变化，因此，延长了固定相的使用寿命；同时，模拟移动床系统系统压力小，仅为0.2-0.5Mpa，对固定相冲击相对较小，增加了固定相的使用寿命，同时，能耗较低，对糖液的分离效果也更加充分。通过模拟移动床提纯后，葡萄糖纯度可到到99.5％以上，优于传统葡萄糖生产降温结晶所达到的纯度，后经加氢反应，山梨醇成品中杂醇含量较低，提升了产品品质及其使用性能，扩大了产品的使用范围。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：以淀粉为原料生产山梨醇
取淀粉，加入工艺水进行调浆，控制调浆后的淀粉乳波美度为18，调节淀粉乳的PH值为4.5，向淀粉乳中加入液化酶(即α-淀粉酶)，进行液化，液化酶的加入量为0.30kg/t淀粉干基，淀粉乳通过液化喷射器进行喷射液化，喷射温度120℃,液化液的pH值控制在5.0，葡萄糖值(DE值，Dextrose Equivalent)为17％，液化液经换热后调整PH值为4.2，加入糖化酶(即α-1,4-葡萄糖水解酶)，糖化酶的加入量为0.37kg/t淀粉干基，55℃保温≥48h，过程中间歇搅拌，当DE值达要求≥95％，用酒精检测无糊精存在时，进行后续脱色工序。
将上述料液进行一次脱色，活性炭添加量为0.30kg/t葡萄糖干基，脱色温度80℃，保温40min，脱色液透光96％。将脱色液打入装有离子交换树脂的离子交换柱中，得到净化糖液，其中糖液质量浓度为37％，电导率35μs/cm，透光99.2％。
将上述净化糖液打入模拟移动床的色谱分离装置中，模拟移动床色谱分离系统固定相填充沸石分子筛，分子筛型号为Y型、钙离子型分子筛，颗粒不会因环境介质的变化产生涨、缩变化，因此，延长了固定相的使用寿命，以水为洗脱剂，控制分离温度为70℃，分离压力为0.3Mpa，将葡萄糖液分离成葡萄糖馏分和杂糖馏分两部分，收集葡萄糖馏分，其葡萄糖质量浓度为27％，葡萄糖含量为99.5％。对色谱分离出的葡萄糖馏分利用蒸汽蒸发器将其浓缩至质量浓度为50％。
对浓缩后的葡萄糖溶液连续注入装有催化剂的加氢反应釜内，控制加氢压力10.0Mpa、加氢温度为120℃，使葡萄糖溶液转化为山梨醇溶液。所述催化剂为常规的葡萄糖加氢反应所用的催化剂。
将山梨醇溶液进行活性炭脱色，活性炭添加量为0.3kg/t山梨醇干基，脱色温度80℃，保温40min，脱色液透光为95％。将脱色液打入装有离子交换树脂的离子交换柱中，使糖液得到净化提纯，得到净化糖液，其中，电导率为7μs/cm，透光为99.7％。将所得离子交换后的糖液利用刮板蒸发器对其进行浓缩，浓缩至山梨醇质量分数在92％。
将浓缩后的料液升温到115℃，注入装有硬质结晶山梨醇晶种的双螺旋混合机中进行混合结晶，晶种与浓缩液的质量比为1：3，混合结晶后80℃保温40min，促进晶粒形成。将混合结晶后的晶体进行粉碎，利用蒸汽加热的方法去除山梨醇晶体中的水分，控制加热温度为55℃，得到山梨醇晶体，山梨醇晶体水分为0.60％。
实施例2：以淀粉为原料生产山梨醇
取淀粉，加入工艺水进行调浆，控制调浆后的淀粉乳波美度为16，调节淀粉乳的PH值为5.5，向淀粉乳中加入液化酶(即α-淀粉酶)，进行液化，液化酶的加入量为0.40kg/t淀粉干基，淀粉乳通过液化喷射器进行喷射液化，喷射温度130℃,液化液的pH值控制在5.5，葡萄糖值(DE值，Dextrose Equivalent)为15％，液化液经换热后调整PH值为4.8，加入糖化酶(即α-1,4-葡萄糖水解酶)，糖化酶的加入量为0.42kg/t淀粉干基，65℃保温≥48h，过程中间歇搅拌，当DE值达到要求≥95％，用酒精检测无糊精存在时，进行后续脱色工序。
将上述料液进行一次脱色，活性炭添加量为0.45kg/t葡萄糖干基，脱色温度70℃，保温30min，脱色液透光97％。将脱色液打入装有离子交换树脂的离子交换柱中，得到净化糖液，其中糖液质量浓度为40％，电导率33μs/cm，透光99.4％。
将上述净化糖液打入模拟移动床的色谱分离装置中，模拟移动床色谱分离系统固定相填充沸石分子筛，分子筛型号为Y型、钙离子型分子筛，颗粒不会因环境介质的变化产生涨、缩变化，因此，延长了固定相的使用寿命，以水为洗脱剂，控制分离温度为60℃，分离压力为0.4Mpa，将葡萄糖液分离成葡萄糖馏分和杂糖馏分两部分，收集葡萄糖馏分，其葡萄糖质量浓度为23％，葡萄糖含量为99.6％。对色谱分离出的葡萄糖馏分利用蒸汽蒸发器将其浓缩至质量浓度为50％。
并对浓缩后的葡萄糖溶液连续注入装有催化剂的加氢反应釜内，控制加氢压力11.0Mpa、加氢温度为110℃，使葡萄糖溶液转化为山梨醇溶液。
将山梨醇溶液进行活性炭脱色，活性炭添加量为0.4kg/t山梨醇干基，脱色温度70℃，保温45min，脱色液透光为96.6％。将脱色液打入装有离子交换树脂的离子交换柱中，使糖液得到净化提纯，得到净化糖液，其中，电导率为9μs/cm，透光为99.5％。将所得离子交换后的糖液利用刮板蒸发器对其进行浓缩，浓缩至山梨醇质量分数在94％。
将浓缩后的料液升温到110℃，注入装有硬质结晶山梨醇晶种的双螺旋混合机中进行混合结晶，晶种与浓缩液的比例在1：6，混合结晶后80℃保温50min,促进晶粒形成。将混合结晶后的晶体进行粉碎，利用蒸汽加热的方法去除山梨醇晶体中的水分，控制加热温度为65℃，得到山梨醇晶体，山梨醇晶体水分在0.55％。
将本发明制备的山梨醇与采用传统生产工艺制备的山梨醇进行比较，结果见表1。
表1山梨醇产品性能比较结果
由表1可以看出，采用本发明的工艺制备得到的山梨醇产品，其山梨醇的含量、还原糖、杂醇含量等评价指标明显优于传统工艺制备的山梨醇产品，山梨醇的品质得到了极大的提升。
Claims (10)
1.一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，是以淀粉为原料，经调浆、液化、糖化、脱色、离子交换、色谱分离，收集葡萄糖液馏分，然后蒸发浓缩，对其连续氢化，使葡萄糖液转化为山梨醇液，最后经精制、浓缩、混合结晶、粉碎、烘干，得到高品质山梨醇晶体；
其中，调浆采用向淀粉中加入水进行调浆，控制调浆后的淀粉乳波美度为15-20，调节淀粉乳的PH值为4.0-6.0；
液化时，液化酶的加入量为0.30-0.40kg/t淀粉干基，喷射温度105-145℃，液化pH值为5.0-6.0；
糖化时，糖化酶的加入量为0.35-0.45kg/t淀粉干基，50℃-70℃保温≥48h，糖化液PH值为4.0-5.0，过程中间歇搅拌；
色谱分离采用模拟移动床色谱分离系统，以水为洗脱剂，控制分离温度为40-80℃，分离压力为0.2-0.5Mpa，将糖液分离成葡萄糖馏分和杂糖馏分两部分。
2.如权利要求1所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，所述脱色，具体操作为：将液化和糖化后的液体进行一次脱色，活性炭添加量为0.25-0.5kg/t干物，脱色温度60-90℃，保温20-50min，脱色液透光≥95％。
3.如权利要求1所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，所述离子交换，具体操作为：将脱色液打入装有离子交换树脂的离子交换柱中，利用离子交换树脂的脱酸、吸附交换性能，进行离子交换。
4.如权利要求1所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，收集的葡萄糖馏分中，干物浓度为20-30％，葡萄糖含量≥99.5％。
5.如权利要求1所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，所述连续氢化，具体操作为：将浓缩后的葡萄糖溶液连续注入装有催化剂的加氢反应釜内，控制加氢压力8.0-12.0Mpa、加氢温度为100-130℃，使葡萄糖溶液转化为山梨醇溶液。
6.如权利要求1所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，所述精制，具体操作为：将山梨醇溶液进行活性炭脱色，活性炭添加量为0.25-0.5kg/t干物，脱色温度60-90℃，保温20-50min，脱色液透光≥95％；将脱色液打入装有离子交换树脂的离子交换柱中，利用离子交换树脂的脱酸、吸附交换性能，进行离子交换，使山梨醇液得到净化提纯，得到净化的山梨醇液。
7.如权利要求6所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，所述净化的山梨醇液，其电导率≤10μs/cm，透光≥99％。
8.如权利要求1所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，采用刮板蒸发器对梨醇液进行浓缩，浓缩至山梨醇质量分数在90％以上。
9.如权利要求1所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，所述混合结晶，具体操作为：将浓缩后的山梨醇液升温到100-130℃，注入装有晶种的双螺旋混合机中进行混合结晶，晶种与浓缩液的质量比为1：(1-8)，混合结晶后，60℃-90℃保温30-50min。
10.如权利要求1所述的一种以淀粉为原料直接生产高品质山梨醇的工艺，其特征在于，所述烘干，具体操作为：利用蒸汽加热的方法去除山梨醇晶体中的水分，控制加热温度为50-70℃，烘干至山梨醇晶体水分在0.80％以下。
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