CN105695323A - 高效低聚糖生物酶法生产工艺及设备 - Google Patents

高效低聚糖生物酶法生产工艺及设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低聚糖生产方法及装置，即一种高效低聚糖生产工艺及设备，包括淀粉乳加入酶制剂，经反应得到DE值3-5又无碘蓝的低聚糖产品，其特征在于：所述酶制剂与淀粉乳混合后要在容器内进行深度搅拌。其有益效果是：酶制剂与淀粉乳的混合更加均匀，反应更加彻底，从而通过生物酶法直接得到DE值3-5又无碘蓝的高效低聚糖产品，所用设备结构简单，成本低廉，性能稳定，且可与现有设备相结合，可望成为业内首选的工艺及设备。

Description

高效低聚糖生物酶法生产工艺及设备
技术领域
本发明涉及一种低聚糖生产方法及装置，即一种高效低聚糖生物酶法生产工艺及设备。
背景技术
低聚糖又称寡糖(英文对照：oligosaccharide；oligosaccharides；oligose)，一般是由3-9个单糖经糖苷键缩聚而成的低分子类糖聚合物。由于人体肠道内没有水解低聚糖的酶，低聚糖经过肠道时不能被消化而直接进人大肠，且能促进大肠内双歧杆菌等有益菌群迅速增殖，改善人体内微生态环境，促进人体健康。同时还具有调整肠道pH值，抑制肠内沙门氏菌和腐败菌的生长，调节胃肠功能，抑制肠内腐败物质，改变大便性状，防治便秘，增加维生素合成，提高人体免疫功能，改善血脂代谢，降低血液中胆固醇和甘油三酯含量，不增高血糖，发热量及脂肪转化率低，以及防龋齿等保健功效，因此低聚糖又称为功能性低聚糖，市场需求非常可观。目前，低聚糖的获得主要有以下4种途径：从天然原料中提取、微波固相合成方法、酸碱转化法、生物酶法。其中，淀粉经酶水解生产低聚糖的生物酶法得到广泛的应用。现有的淀粉酶水解工艺主要是将酶制剂与淀粉乳混合，喷入维持柱保温液化，再送入反应罐反应，在再经灭酶、过滤除杂以及离子交换、喷雾干燥等工序得到低聚糖产品。可是，上述工艺生产的低聚糖产品，其质量较低，特别是DE值和碘蓝值，不能同时达标。同行周知，对于多种高效的功能性产品来说，其DE值以3—5为好，现有工艺难以直接做到，即使DE值做到3-5，也会产生碘蓝，质量不过关，达不到使用效果。因此，目前市场上低聚糖产品的DE值多在8-10的范围。当然，通过膜过滤等手段也可以从高DE值产品中提取DE值3—5的高效低聚糖，但其成本过高而不能实现产业化。至今为止，通过生物酶法直接生产DE值3-5又无碘蓝的高效低聚糖，仍然是业内公认的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过生物酶法生产出DE值3-5又无碘蓝的高效低聚糖的工艺及设备。
上述目的是由以下技术方案实现的：提供一种DE值3-5又无碘蓝的高效低聚糖生物酶法生产工艺，包括淀粉乳加入酶制剂，经反应制得低聚糖产品，其特征在于：所述酶制剂与淀粉乳混合后要在容器内进行深度搅拌。
所述深度搅拌是在淀粉乳加入酶制剂后进行双向对冲搅拌。
所述双向对冲搅拌的过程是：淀粉乳质量分数为30～35％，即Be控制在19—21，pH值在5.5—6.5，加耐高温α一淀粉酶10.2～20u/g水解淀粉，进行双向对冲搅拌，再喷射送入维持柱，喷射入口温度控制在100—110℃，液化30min，再进入反应罐反应，取样检测DE值3-5且无碘蓝时，升温灭酶，打入板框过滤，滤除蛋白和杂质，再进行离子交换，喷雾干燥，得到低聚糖产品。
所述双向对冲搅拌的过程是：玉米淀粉乳质量分数为30～35％，即Be控制在19—21，pH值在5.5—6.5，加耐高温α一淀粉酶10.2～20u/g水解淀粉，喷射送入维持柱，喷射入口温度控制在100—110℃，液化30min，同时进行双向对冲搅拌，再进入反应罐反应，取样检测DE值3-5且无碘蓝时，升温灭酶，打入板框过滤，滤除蛋白和杂质，再进行离子交换，喷雾干燥，得到低聚糖产品。
上述工艺所采用的设备包括配料罐、双向对冲搅拌器、维持柱、反应罐、板框过滤器过滤机、离子交换柱和喷雾干燥机。
所述双向对冲搅拌器是在罐体内设有一支可在动力机带动下转动的搅拌轴，搅拌轴的外面套有一段可在动力机带动下转动的轴套，轴套的下端位于罐内的中部，搅拌轴的下端伸出轴套位于罐内的下部，轴套的下部设有下推螺片，搅拌轴的下部设有上推螺片。
所述罐体的上部设有一支与搅拌轴平行的短轴，短轴上安装上下两个齿轮，上面的齿轮与搅拌轴上部的齿轮相啮合，下面的齿轮与轴套上端的齿轮相啮合。
所述双向对冲搅拌器和维持柱为同一容器，双向对冲搅拌器的罐体是维持柱的壳体，双向对冲搅拌器的搅拌轴和轴套竖立安装在维持柱内。
所述双向对冲搅拌器是在罐体内设有多层套筒，中间的套筒一端与进料口相通，且装有搅拌轴和向另一端推动的螺旋片，各层套筒之间在一端相通，同一套筒与两侧套筒的相通位置错开，最后一层套筒与出料口相通。
所述强力搅拌器为立式罐体，中间的套筒的上口与进料口相通，上口上方装有搅拌轴和向下端推动的螺旋片，中间套筒的下端开口于相邻的第二层套筒的下口相通，第二层套筒的上端开口与外侧相邻的第三层套筒的上口相通，第三层套筒的上端密闭，以此类推，最外层套筒的开口与出料口相通。
所述强力搅拌器为立式罐体，中间的套筒的上口与进料口相通，上口上方装有搅拌轴和向下端推动的螺旋片，中间套筒的下端与最外层套筒的下端相通，最外层套筒的上端与内侧相邻的套筒相通，这样形成由外向内上下回折的通道，最内层的套筒与出料口相通。
所述多层套筒当中，中间套筒为圆柱形，第二层以外的各层套筒呈上细下粗的锥体。
所述中间套筒的下方有一个直径大于套筒的混流室。
所述多层套筒的内侧装有多片搅拌齿。
本发明的有益效果是：酶制剂与淀粉乳的混合更加均匀，反应更加彻底，从而通过生物酶法直接得到DE值3-5又无碘蓝的高效低聚糖产品，所用设备结构简单，成本低廉，性能稳定，且可与现有设备相结合，可望成为业内首选的工艺及设备。
附图说明
图1是第一种实施例的工艺流程图；
图2是第一种实施例的设备结构框图；
图3是第一种实施例的设备主视图；
图4是第一种实施例的部件轴套的主视图；
图5是第一种实施例的部件立轴的主视图；
图6是第二种实施例的工艺流程图；
图7是第二种实施例的设备结构框图；
图8是第二种实施例的主视图；
图9是第三种实施例的主视图；
图10是第三种实施例的俯视图；
图11是第四种实施例的主视图；
图12是第五种实施例的主视图；
图13是第六种实施例的主视图。
图中可见：双向对冲搅拌器1，罐体2，进料口3，搅拌轴4，轴套5，齿轮6，短轴7，下推螺片8，上推螺片9，维持柱10，控温层11，循环管12，循环泵13，螺旋片14，出料口15，套筒16，搅拌齿17，混流室18。
具体实施方式
本发明总的构思是在低聚糖酶法生产工艺中加入深度搅拌的工序，从而得到DE值3-5又无碘蓝的高效低聚糖。下面围绕这一构思结合附图介绍六种实施例：
第一种实施例：图1介绍了一种玉米淀粉酶法生产低聚糖的工艺流程。如图所示，该工艺流程主要包括玉米淀粉加水形成淀粉乳，调Be及pH值，加入酶制剂，放入容器进行深度搅拌，喷射进入维持柱，再送入反应罐反应等一系列生产过程。在实际生产过程中，可优选以下步骤：玉米淀粉乳质量分数为30～35％，即Be控制在19—21，pH值在5.5—6.5，加耐高温α一淀粉酶10.2～20u/g水解淀粉，在罐体中进行双向对冲搅拌，喷射送入维持柱，喷射入口温度控制在100—110℃，液化30min，再进入反应罐反应，取样检测DE值3-5且无碘蓝时，升温灭酶，打入板框过滤，滤除蛋白和杂质，再进行离子交换，喷雾干燥，即可得到DE值3-5且无碘蓝的高效低聚糖产品。
显然，本工艺与现有技术的主要区别在于，对加入酶制剂的淀粉乳进行容器深度搅拌。
应当说明的是：在过去的工艺当中，也不是没有搅拌，例如喷射过程的主要目的就是进行搅拌。此外，物料在运行当中也会自然产生一定的搅拌。本研究发现：上述搅拌是不够的。不仅物料运行中的自然搅拌效果甚微，就是压力喷射的搅拌作用也是微不足道的。因为压力喷射只能对进入喷射口的物料进行短时间的搅拌，并不能解决酶制剂分布不均的问题。要想使淀粉乳和酶制剂充分的混合，需要把物料放在容器内进行深度搅拌。
由于生物酶水解工艺要求环境温和，不能有过高的温度和压力，所能够采用的深度搅拌，就是把物料放在容器内进行高强度的机械搅拌，其中特别推荐双向对冲搅拌。双向对冲搅拌是用两个相对的搅拌部件使物料收到相反的方向的推压，使物料的各个部分在有限的空间内反复接触碰撞，进而达到均匀混合的目的，这是现有技术当中的喷射搅拌所不能实现的。
图2介绍了完成上述工艺的设备，包括配料罐、维持柱、反应罐、板框过滤器过滤机、离子交换柱和喷雾干燥机，其中，最主要的改进就是在原有的设备当中加入了深度搅拌设备，特别是在配料罐和维持柱之间，或者是在配料罐、和反应罐之间加设双向对冲搅拌器。
当然，双向对冲搅拌器的形式可有多种，图3仅介绍了一种双向对冲搅拌器1。如图所示，这种设备是在罐体2内设有一支可在动力机带动下转动的搅拌轴4，搅拌轴4的外面套有一段可在动力机带动下转动的轴套5，轴套5的下端位于罐内的中部，搅拌轴4的下端伸出轴套5位于罐内的下部。结合图4可见：轴套5的下部设有下推螺片8。结合图5可见：搅拌轴4的下部设有上推螺片9。
作业时，淀粉乳和酶制剂的混合流体物料从进料口3加入罐体2内，轴套5和搅拌轴4同时转动，轴套5的下推螺片8把物料向下推动，搅拌轴4的上推螺片9把物料向上推动，物料在双向推动下上下翻腾，强力摩擦，使酶制剂均匀的分散在淀粉乳当中，且和淀粉乳紧密结合，为充分反应提供了条件。
此外，图3还透露了一种优化的传动方式，在罐体2的上部设有一支与搅拌轴4并立的短轴7，短轴7上安装上下两个齿轮6，上面的齿轮6与搅拌轴4上部的齿轮相啮合，下面的齿轮6与轴套5上端的齿轮相啮合。这样，搅拌轴4和短轴7即形成了联动部件，无论是搅拌轴4和动力机传动还是短轴7与动力机传动，都能使搅拌轴4和轴套5同时转动，对物料实施双向对压搅拌。
大量实验证明：采用这种双向对冲搅拌装置后，酶制剂和淀粉乳能够得到完全的反应，经过随后的常规工序之后，即可得到DE值＝3-5，又无碘蓝的高效低聚糖。这种设备既可以设在淀粉乳与酶制剂混合设备和维持柱之间，也可以与淀粉乳与酶制剂混合设备相结合，设备简单，造价低廉，与目前正在探索的膜提取等多种工艺相比，具有明显的优势，产生了意想不到的效果。
第二种实施例：图6介绍了一种玉米淀粉酶法生产低聚糖的工艺流程。如图所示，该工艺流程与第一种实施例十分相似，所不同的是：双向对冲搅拌和维持柱10反应结合为同一工序。其设备如图7所示，包括配料罐、双向对冲搅拌器、维持柱、反应罐、板框过滤器过滤机、离子交换柱和喷雾干燥机，其中，双向对冲搅拌器1和维持柱10合为一体。结合图8可见：双向对冲搅拌器1的罐体2的外面设有维持柱10的控温层11，这样，既保留了维持柱10的性能，又在罐体2里面安装了与第一种实施例一样的搅拌轴4和轴套5，起到双向对冲搅拌的作用，可使物料混合均匀，反应充分，进而得到DE值3-5又无碘蓝的高效低聚糖。
此外，图中还介绍了另一种优化的结构：在罐体2的上中部装有循环管12，循环管12的下部接循环泵13，循环泵13的出口接罐体2的下口。该结构的作用是，在物料的搅拌程度不足时，可以通过反复循环，延长物料的搅拌时间，直到合格为止。
第三种实施例：在第一种实施例的基础上改进成为另一种双向对冲搅拌器1，这种双向对冲搅拌器1是在罐体2内设有多层套筒16，中间的套筒一端与进料口3相通，且装有搅拌轴4和向套筒另一端推动的螺旋片14，各层套筒之间在一端相通，同一套筒与两侧套筒的相通位置错开，最后一层套筒与出料口15相通。
在具体实施当中，优选图9、图10所示的立式结构。图中可见：在罐体1当中设有五层套筒16，中间的套筒16的上口与进料口3相通，上口上方装有搅拌轴4和向下端推动的螺旋片14。中间套筒的下端开口于相邻的第二层套筒的下口相通，第二层套筒的上端开口与外侧相邻的第三层套筒的上口相通，第三层套筒的上端密闭。第三层套筒的下口与外面的第四层套筒的下口相通，第四层套筒的上口与外面的第五层套筒上口相通，第五层套筒的上端密闭，其下口开口与出料口14相通。
此外，还可以在各层套筒16的内侧装有多片搅拌齿17。搅拌齿17可以呈矩形片状，也可以是凸凹不平的粗糙面，其作用是阻挡并切割流体物料，使其进一步混合均匀。
工作时，物料从进料口3送到中间套筒16的上口，在动力机的带动下，搅拌轴4和螺旋片14转动，推动物料向下流动，并从中间套筒16的下口冲出，随后受罐底的阻挡而上升，从第二层套筒的上口冲出进入第三层套筒再向下倾泻，最后从出料口14排出。这样上下反复冲击，也相当于使物料受到双向对冲，物料内的各种成分得到充分的混合，即可达到完全反应，得到DE值3-5又无碘蓝的高效低聚糖。
第四种实施例：图11介绍了一种双向对冲搅拌器1，这种双向对冲搅拌器1与第三种实施例基本相同，也是在罐体2内设有多层套筒16，相邻套筒之间首尾相通，形成上下反复的通道。不同的是：中间套筒16的下端与最外层套筒16的下端相通，最外层套筒的上端与内侧相邻的套筒相通，这样形成由外向内上下回折的通道，最内层的套筒与出料口14相通。
还可以在各层套筒16的内侧装有多片搅拌齿17。
此外，在中间套筒16的下方形成一个较大的空间，称为混流室18，其作用是大量物料在混流室18内相遇并受到冲击而形成紊流，这种大量物料集中混合的方式与仅通过回折的套筒相比，均匀性更高，最终产品的质量也更好。
第五种实施例：图12介绍一种双向对冲搅拌器1，这种双向对冲搅拌器1的结构原理与第三种实施例基本相同，也是在罐体2内设有多层套筒16，中间的套筒16的上口与进料口3相通，上口上方装有搅拌轴4和向下端推动的螺旋片14。如果以五层套筒为例，中间套筒的下端开口于相邻的第二层套筒的下口相通，第二层套筒的上端开口与外侧相邻的第三层套筒的上口相通，第三层套筒的上端密闭。第三层套筒的下口与外面的第四层套筒的下口相通，第四层套筒的上口与外面的第五层套筒上口相通，第五层套筒的上端密闭，其下口开口与出料口14相通。不同的是：第二层以外的各层套筒呈上细下粗的锥体。其优点是：第二层套筒的下方形成一个体积较大的锥形混流室18。大量物料在混流室18相遇并且内受到冲击而形成紊流，与仅通过回折的套筒相比，这种大量物料集中混合的方式均匀性更高，最终产品的质量更好。
还可以在各层套筒16的内侧装有多片搅拌齿18。搅拌齿18可以呈矩形片状，也可以是凸凹不平的粗糙面，其作用是阻挡并切割流体物料，使其进一步混合均匀。
第六种实施例：图13介绍一种双向对冲搅拌器1，这种双向对冲搅拌器1的结构原理与五种实施例基本相同，也是在罐体2内设有多层套筒16，中间的套筒16的上口与进料口3相通，上口上方装有搅拌轴4和向下端推动的螺旋片14。相邻套筒之间首尾相通，形成反复回折的通道，最外层套筒的出口与出料口14相通。中间套筒为圆柱形，第二层以外的各层套筒呈上细下粗的锥体。第二层套筒的下方是一个体积较大的混流室18。不同的是：混流室18向下延伸，增加一个圆柱形罐状空间，可容纳的物料更多，混合效果更好，最终产品的质量更好。
还可以在各层套筒16的内侧装有多片搅拌齿18。搅拌齿18可以呈矩形片状，也可以是凸凹不平的粗糙面，其作用是阻挡并切割流体物料，使其进一步混合均匀。

Claims (14)

1.一种高效低聚糖生物酶法生产工艺，包括淀粉乳加入酶制剂，经反应得到DE值3-5又无碘蓝的低聚糖产品，其特征在于：所述酶制剂与淀粉乳混合后要在容器内进行深度搅拌。
2.根据权利要求1所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述深度搅拌是在淀粉乳加入酶制剂后进行双向对冲搅拌。
3.根据权利要求2所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述双向对冲搅拌的过程是：淀粉乳质量分数为30～35％，即Be控制在19—21，pH值在5.5—6.5，加耐高温α一淀粉酶10.2～20u/g水解淀粉，进行双向对冲搅拌，再喷射送入维持柱，喷射入口温度控制在100—110℃，液化30min，再进入反应罐反应，取样检测DE值3-5且无碘蓝时，升温灭酶，打入板框过滤，滤除蛋白和杂质，再进行离子交换，喷雾干燥，得到低聚糖产品。
4.根据权利要求2所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述双向对冲搅拌的过程是：玉米淀粉乳质量分数为30～35％，即Be控制在19—21，pH值在5.5—6.5，加耐高温α一淀粉酶10.2～20u/g水解淀粉，喷射送入维持柱，喷射入口温度控制在100—110℃，液化30min，同时进行双向对冲搅拌，再进入反应罐反应，取样检测DE值3-5且无碘蓝时，升温灭酶，打入板框过滤，滤除蛋白和杂质，再进行离子交换，喷雾干燥，得到低聚糖产品。
5.根据权利要求1所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述工艺采用的设备包括配料罐、双向对冲搅拌器(1)、维持柱(10)、反应罐、板框过滤器过滤机、离子交换柱和喷雾干燥机。
6.根据权利要求5所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述双向对冲搅拌器(1)是在罐体(2)内设有一支可在动力机带动下转动的搅拌轴(4)，搅拌轴(4)的外面套有一段可在动力机带动下转动的轴套(5)，轴套(5)的下端位于罐内的中部，搅拌轴(4)的下端伸出轴套(5)位于罐内的下部，轴套(5)的下部设有下推螺片(8)，搅拌轴(4)的下部设有上推螺片(9)。
7.根据权利要求6所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述罐体(2)的上部设有一支与搅拌轴(4)平行的短轴(7)，短轴(7)上安装上下两个齿轮，上面的齿轮与搅拌轴(4)上部的齿轮相啮合，下面的齿轮与轴套(5)上端的齿轮相啮合。
8.根据权利要求5所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述双向对冲搅拌器(1)和维持柱(10)为同一容器，双向对冲搅拌器(1)的罐体(2)是维持柱(10)的壳体，双向对冲搅拌器(1)的搅拌轴(4)和轴套(5)竖立安装在维持柱(10)内。
9.根据权利要求5所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述双向对冲搅拌器(1)是在罐体(2)内设有多层套筒(16)，中间的套筒(16)一端与进料口(3)相通，且装有搅拌轴(4)和向另一端推动的螺旋片(14)，各层套筒之间在一端相通，同一套筒与两侧套筒的相通位置错开，最后一层套筒(16)与出料口(15)相通。
10.根据权利要求9所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述双向对冲搅拌器(1)为立式罐体(2)，中间的套筒(16)的上口与进料口(3)相通，上口上方装有搅拌轴(4)和向下端推动的螺旋片(14)，中间套筒的下端开口于相邻的第二层套筒的下口相通，第二层套筒的上端开口与外侧相邻的第三层套筒的上口相通，第三层套筒的上端密闭，以此类推，最外层套筒的开口与出料口(15)相通。
11.根据权利要求9所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述强力搅拌器为立式罐体，中间的套筒的上口与进料口相通，上口上方装有搅拌轴和向下端推动的螺旋片，中间套筒的下端与最外层套筒的下端相通，最外层套筒的上端与内侧相邻的套筒相通，这样形成由外向内上下回折的通道，最内层的套筒与出料口相通。
12.根据权利要求9所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述多层套筒当中，中间套筒为圆柱形，第二层以外的各层套筒呈上细下粗的锥体。
13.根据权利要求9所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：所述中间套筒(16)的下方有一个直径大于套筒(16)的混流室(16)。
14.根据权利要求9所述的高效低聚糖生物酶法生产工艺，其特征在于：多层套筒(16)的内侧装有多片搅拌齿(17)。
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