CN105713998A - 一种木糖的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木糖的生产工艺，该生产工艺步骤如下：粉碎-高温水蒸煮-水解-脱色-精制-连续膜浓缩-蒸汽蒸发浓缩-结晶、离心、烘干，最后得到结晶木糖成品；木糖母液作为副产品出售，用于制备焦糖色素产品的原料。本发明具有以下有益效果：1）将玉米芯粉碎，增大了比表面积，缩短了接触和浸泡时间，提高了水解效率，增加了木糖的产糖率。2）采用盐酸水解玉米芯制备木糖，节省后续脱色剂的用量，减轻对环境的污染。3）采用连续膜浓缩技术部分替代蒸汽蒸发工艺，具有较好的节能效果。4）废酸碱回收效率高、效果好，可以节省酸、碱用量。5）简化了工艺流程，缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了木糖的生产成本，减少了废水排放。

Description

一种木糖的生产工艺

技术领域

本发明涉及功能糖生产技术领域，具体地说是一种木糖的生产工艺。

背景技术

木糖产品为白色结晶或结晶性粉末，味甜，甜度相当于蔗糖的70%，没有能量值，不能为人体提供热量，对人体肠道内的双歧杆菌具有较高的增值作用，能改善人体的微生态环境，提高机体免疫力。木糖产品主要用于制备木糖醇，在食品加工、饮料添加、宠物食品制备等方面有广泛的应用，还可作为肉食品、粮食制品的风味改良剂和制备肉类香精、高档酱油色的原料，对改善和提高人们的生活品质具有重要功能和作用。

传统制备木糖产品是以玉米芯、甘蔗渣等农业废弃物为原料，经预处理、硫酸水解、轻质碳酸钙中和、粉末活性炭脱色、阳阴阳一次离子交换、一次蒸汽蒸发浓缩、阴阳阴二次离子交换、二次蒸汽蒸发浓缩、单效蒸发、结晶、离心、烘干等工序制备而成。此工艺中由于采用硫酸水解，因此在木糖水解液及排放的废水中含有大量的硫酸根离子，对废水处理的厌氧菌有很大的抑制作用，据试验验证，每含有一摩尔的硫酸根离子可以抑制十摩尔的厌氧菌活性，导致该废水很难处理。同时在玉米芯水解时，由于是将整块玉米芯放入水解釜的，玉米芯颗粒较大，导致催化剂酸液渗透到玉米芯内部的速度慢，致使玉米芯的水解速度慢，且水解不彻底，生产效率低。另外，在再生阴、阳离子交换树脂时产生的废酸、废碱液直接排放，导致废水排放量大，污染环境严重。始终采用高压饱和蒸汽将低浓度的木糖液浓缩至高浓度的木糖膏，蒸汽耗量大，由此可见，传统的木糖生产工艺存在着高消耗、高能耗、高污染等三高问题，不符合国家产业政策要求，存在着较大的产业发展风险，因此，研发一种新型木糖生产工艺是形势所趋，也是广大科研人员的共同任务目标。

发明内容

本发明的技术任务是提供一种木糖的生产工艺。

本发明的技术任务是按以下方式实现的，该生产工艺步骤如下：

1）粉碎：玉米芯经除尘、除杂后转入粉碎机中，将玉米芯粉碎至2-3cm，备用；

2）高温水蒸煮：将粉碎后的玉米芯导入高温水蒸煮罐中，按玉米芯干物重量的1:5-10加入蒸发冷凝水，并开启搅拌装置，控制搅拌转速为10-100转/分钟，用蒸汽升温至80-110℃、保温1-3小时后送入固液分离装置进行固液分离，分离后的高温蒸煮液进入沉降池，其上清液用于玉米芯的罐外预处理，以节省工业水资源；分离后的高温蒸煮渣进入水解釜，进行水解操作；

3）水解：将高温蒸煮渣倒入水解釜中，按高温蒸煮渣干物重量的1:4-12加入经反渗透设备处理过的淡水，并加入浓盐酸，使水解釜中混合液的盐酸浓度为0.8-1.2%，开动搅拌装置，控制搅拌转速为10-100转/分钟，然后通入蒸汽，升温至100-120℃、保温2-4小时后送入固液分离装置进行固液分离，分离后的木糖水解液进入水解液罐，进行后续的精制处理；分离后的水解渣进入渣煤混烧生物质锅炉进行燃烧制备蒸汽，用于本发明工艺的蒸发浓缩用；

4）脱色：用泵将水解液罐中的木糖水解液打至脱色釜或脱色柱中，利用脱色釜或脱色柱中的脱色剂将木糖水解液中的色素去除，使其透光率达到70-80%；

5）精制：对木糖脱色液进行精制处理，使其电导率降低至50μs/cm以下；

6）连续膜浓缩：采用浓缩膜对木糖精制液进行浓缩，得到木糖膜浓缩液，其干物浓度为10-30%；

7）蒸汽蒸发浓缩：采用多效蒸汽蒸发器对木糖膜浓缩液进行再次蒸发浓缩，至干物浓度为80-85%，得到木糖糖膏；

8）结晶、离心、烘干：采用冷却降温结晶的方式，按1℃/h的降温速度进行降温结晶，使木糖糖膏由不饱和溶液变为饱和溶液再转化为过饱和溶液，其木糖晶粒不断长大并析出，通过三足式离心机将木糖晶体与母液分离，分别得到木糖晶体和木糖母液，木糖晶体再通过蒸汽烘干装置将木糖晶体中的水分去除，得到结晶木糖成品；木糖母液作为副产品出售，用于制备焦糖色素产品的原料。

　　所述的步骤3）中的水解过程重复1-2次，直到将玉米芯中的半纤维素充分转化为单个的木糖分子。

所述的固液分离装置是履带式固液分离机、板框过滤机或转鼓式离心机。

　　所述的脱色剂是指粉末活性炭、颗粒活性炭、脱色树脂中的一种或几种组合。

　　所述的木糖脱色液精制处理过程是指经阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、阳离子交换树脂的串联工艺；经阴离子交换树脂、阳离子交换树脂的串联工艺；经连续电渗析脱酸脱盐工艺或者经色谱层析吸附除盐工艺中的一种工艺过程。

　　所述的阳离子交换树脂是采用浓度为30%的盐酸进行再生复苏，其再生浓度为2-5%；阴离子交换树脂是采用浓度为30%的氢氧化钠溶液进行再生复苏，其再生浓度为2-5%。

　　所述的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂再生产生的废盐酸液、废液碱液分开单独储存，然后通过电渗析技术对废盐酸液、废液碱液进行单独回收，其回收率达到80%以上，回收的盐酸液用于玉米芯的水解，回收的液碱液用于阴离子交换树脂的预再生用。

　　所述的色谱层析吸附除盐工艺中选用的色谱层析吸附剂是钠型色谱分离树脂。

所述的多效蒸汽蒸发器是指双效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器、单效蒸发器、MVR机械式蒸汽再压缩蒸发器中的一种或几种组合。

所述的浓缩膜为纳滤膜、反渗透膜或高压离子膜。

本发明的一种木糖的生产工艺和现有技术相比，具有以下有益效果：

1）将玉米芯粉碎，增大了比表面积，更利于催化剂酸液的侵入，缩短了接触和浸泡时间，提高了水解效率，增加了木糖的产糖率。

2）采用盐酸水解玉米芯制备木糖，水解酸度低，木糖液颜色浅，节省后续脱色剂的用量，利于精制处理，同时，产生的废水由于不含有硫酸根离子易于生化处理，减轻对环境的污染。

3）采用连续膜浓缩技术部分替代蒸汽蒸发工艺，可以使吨水的蒸发成本由传统工艺的50-70元/吨水降低至本工艺的8-12元/吨水，具有较好的节能效果。

4）通过电渗析技术回收再生阴、阳离子交换树脂产生的废盐酸液、废液碱液，回收效率高、效果好，可以节省酸、碱用量。

5）本发明的工艺技术相比于传统木糖生产的工艺技术，简化了工艺流程，缩短了生产周期，提高了生产效率，增加了木糖产率，降低了木糖的生产成本，减少了废水排放，具有显著的经济、环保效果。

具体实施方式

　　下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

该木糖的生产工艺步骤如下：

1）粉碎：取经除尘、除杂后的玉米芯1000kg，转入万能粉碎机中，开动电机，调节变频功率为50Hz，将玉米芯粉碎至2cm，备用；

2）高温水蒸煮：将粉碎后的玉米芯导入高温水蒸煮罐中，按玉米芯干物重量的1:5加入蒸发冷凝水，并开启搅拌装置，控制搅拌转速为100转/分钟，用蒸汽升温至80℃、保温3小时后送入履带式固液分离机进行固液分离，分离后的高温蒸煮液进入沉降池，其上清液用于玉米芯的罐外预处理，以节省工业水资源；分离后的高温蒸煮渣进入水解釜，进行水解操作；

3）水解：将高温蒸煮渣倒入水解釜中，按高温蒸煮渣干物重量的1:12加入经反渗透设备处理过的淡水，并加入320kg浓度为30%浓盐酸，使水解釜中混合液的盐酸浓度为0.8%，开动搅拌装置，控制搅拌转速为10转/分钟，然后通入蒸汽，升温至100℃、保温4小时后送入履带式固液分离机进行固液分离，分离后得到的木糖水解液的折光浓度为6%，透光率为36%，酸度为0.65%，然后进入水解液罐进行后续的精制处理；分离后的水解渣进入渣煤混烧生物质锅炉进行燃烧制备蒸汽，用于本发明工艺的蒸发浓缩用；上述水解过程重复1次，直到将玉米芯中的半纤维素充分转化为单个的木糖分子；

4）脱色：用泵将水解液罐中的木糖水解液打至脱色釜中，控制脱色温度为70℃、搅拌转速为200转/分钟、保温搅拌时间40分钟，利用其中的粉末活性炭将木糖水解液中的色素去除，得到透光率为70%的木糖脱色液；

5）精制：将木糖脱色液通过装有001×7型阳离子交换树脂、D301型阴离子交换树脂、001×7型阳离子交换树脂相串联的离子交换柱中，对木糖脱色液进行精制处理，使其电导率降低至50μs/cm以下，得到折光浓度为4%的木糖精制液；

6）连续膜浓缩：采用纳滤膜对木糖精制液进行浓缩，得到木糖膜浓缩液，其干物浓度为10%；

7）蒸汽蒸发浓缩：采用多效蒸汽蒸发器对木糖膜浓缩液进行再次蒸发浓缩，至干物浓度为80%，得到木糖糖膏；

8）结晶、离心、烘干：采用冷却降温结晶的方式，按1℃/h的降温速度进行降温结晶，使木糖糖膏由不饱和溶液变为饱和溶液再转化为过饱和溶液，其木糖晶粒不断长大并析出，通过三足式离心机将木糖晶体与母液分离，分别得到木糖晶体95kg和干物浓度为60%的木糖母液90kg，木糖晶体再通过蒸汽烘干装置将木糖晶体中的水分去除，得到结晶木糖成品，其水分质量百分比含量为0.35%；木糖母液作为副产品出售，用于制备焦糖色素产品的原料。

实施例2：

该木糖的生产工艺步骤如下：

1）粉碎：取经除尘、除杂后的玉米芯800kg，转入万能粉碎机中，开动电机，调节变频功率为35Hz，将玉米芯粉碎至3cm，备用；

2）高温水蒸煮：将粉碎后的玉米芯导入高温水蒸煮罐中，按玉米芯干物重量的1:10加入蒸发冷凝水，并开启搅拌装置，控制搅拌转速为10转/分钟，用蒸汽升温至110℃、保温1小时后送入板框过滤机进行固液分离，分离后的高温蒸煮液进入沉降池，其上清液用于玉米芯的罐外预处理，以节省工业水资源；分离后的高温蒸煮渣进入水解釜，进行水解操作；

3）水解：将高温蒸煮渣倒入水解釜中，按高温蒸煮渣干物重量的1:4加入经反渗透设备处理过的淡水，并加入128kg浓度为30%浓盐酸，使水解釜中混合液的盐酸浓度为1.2%，开动搅拌装置，控制搅拌转速为100转/分钟，然后通入蒸汽，升温至120℃、保温2小时后送入板框过滤机进行固液分离，分离得到的木糖水解液折光浓度为7.5%、透光率为25%、酸度为1.08%，然后进入水解液罐，进行后续的精制处理；分离后的水解渣进入渣煤混烧生物质锅炉进行燃烧制备蒸汽，用于本发明工艺的蒸发浓缩用；上述水解过程重复2次，直到将玉米芯中的半纤维素充分转化为单个的木糖分子；

4）脱色：用泵将水解液罐中的木糖水解液打至脱色柱中，控制脱色温度为70℃、搅拌转速为200转/分钟、保温搅拌时间40分钟，利用其中的脱色树脂将木糖水解液中的色素去除，得到透光率为80%的木糖脱色液；

5）精制：将木糖脱色液通入连续电渗析脱酸脱盐装置中进行精制处理，使其电导率降低至50μs/cm以下，得到折光浓度为6%的木糖精制液；

6）连续膜浓缩：采用高压离子膜对木糖精制液进行浓缩，得到木糖膜浓缩液，其干物浓度为25%；

7）蒸汽蒸发浓缩：采用多效蒸汽蒸发器对木糖膜浓缩液进行再次蒸发浓缩，至干物浓度为85%，得到木糖糖膏；

8）结晶、离心、烘干：采用冷却降温结晶的方式，按1℃/h的降温速度进行降温结晶，使木糖糖膏由不饱和溶液变为饱和溶液再转化为过饱和溶液，其木糖晶粒不断长大并析出，通过三足式离心机将木糖晶体与母液分离，分别得到木糖晶体75kg和干物浓度为55%的木糖母液70kg，木糖晶体再通过流化床烘干机将其中的水分去除，得到结晶木糖成品，其水分含量为0.2%；木糖母液作为副产品出售，用于制备焦糖色素产品的原料。

实施例3：

该木糖的生产工艺步骤如下：

1）粉碎：取经除尘、除杂后的玉米芯900kg，转入万能粉碎机中，开动电机，调节变频功率为40Hz，将玉米芯粉碎至2.5cm，备用；

2）高温水蒸煮：将粉碎后的玉米芯导入高温水蒸煮罐中，按玉米芯干物重量的1:8加入蒸发冷凝水，并开启搅拌装置，控制搅拌转速为50转/分钟，用蒸汽升温至95℃、保温2小时后送入转鼓式离心机进行固液分离，分离后的高温蒸煮液进入沉降池，其上清液用于玉米芯的罐外预处理，以节省工业水资源；分离后的高温蒸煮渣进入水解釜，进行水解操作；

3）水解：将高温蒸煮渣倒入水解釜中，按高温蒸煮渣干物重量的1:8加入经反渗透设备处理过的淡水，并加入240kg浓度为30%浓盐酸，使水解釜中混合液的盐酸浓度为1%，开动搅拌装置，控制搅拌转速为55转/分钟，然后通入蒸汽，升温至110℃、保温3小时后送入转鼓式离心机进行固液分离，分离后得到的木糖水解液的折光浓度为6.8%、透光率为30%、酸度为0.9%，然后进入水解液罐，进行后续的精制处理；分离后的水解渣进入渣煤混烧生物质锅炉进行燃烧制备蒸汽，用于本发明工艺的蒸发浓缩用；上述水解过程重复1次，直到将玉米芯中的半纤维素充分转化为单个的木糖分子；

4）脱色：用泵将水解液罐中的木糖水解液打至脱色柱中，控制脱色温度为70℃、搅拌转速为200转/分钟、保温搅拌时间40分钟，利用其中的粉末活性炭和颗粒活性炭将木糖水解液中的色素去除，得到透光率为75%的木糖脱色液；

5）精制：将木糖脱色液通入色谱层析吸附除盐装置中进行精制处理（色谱层析吸附剂是钠型色谱分离树脂），使其电导率降低至50μs/cm以下，得到折光浓度为5.5%的木糖精制液；

6）连续膜浓缩：采用反渗透膜对木糖精制液进行浓缩，得到木糖膜浓缩液，其干物浓度为20%；

7）蒸汽蒸发浓缩：采用多效蒸汽蒸发器对木糖膜浓缩液进行再次蒸发浓缩，至干物浓度为83%，得到木糖糖膏；

8）结晶、离心、烘干：采用冷却降温结晶的方式，按1℃/h的降温速度进行降温结晶，使木糖糖膏由不饱和溶液变为饱和溶液再转化为过饱和溶液，其木糖晶粒不断长大并析出，通过三足式离心机将木糖晶体与母液分离，分别得到木糖晶体80kg和干物浓度为57%的木糖母液75kg，木糖晶体通过流化床烘干机将其中的水分去除，得到结晶木糖成品，其水分含量为0.25%；木糖母液作为副产品出售，用于制备焦糖色素产品的原料。

上述实施例中的阳离子交换树脂是采用浓度为30%的盐酸进行再生复苏，其再生浓度为2-5%；阴离子交换树脂是采用浓度为30%的氢氧化钠溶液进行再生复苏，其再生浓度为2-5%。

上述实施例中的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂再生产生的废盐酸液、废液碱液分开单独储存，然后通过电渗析技术对废盐酸液、废液碱液进行单独回收，其回收率达到80%以上，回收的盐酸液用于玉米芯的水解，回收的液碱液用于阴离子交换树脂的预再生用。

上述实施例中的多效蒸汽蒸发器是指双效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器、单效蒸发器、MVR机械式蒸汽再压缩蒸发器中的一种或几种组合。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的几种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种木糖的生产工艺，其特征在于，该生产工艺步骤如下：

1）粉碎：玉米芯经除尘、除杂后转入粉碎机中，将玉米芯粉碎至2-3cm，备用；

2）高温水蒸煮：将粉碎后的玉米芯导入高温水蒸煮罐中，按玉米芯干物重量的1:5-10加入蒸发冷凝水，并开启搅拌装置，控制搅拌转速为10-100转/分钟，用蒸汽升温至80-110℃、保温1-3小时后送入固液分离装置进行固液分离，分离后的高温蒸煮液进入沉降池，其上清液用于玉米芯的罐外预处理，以节省工业水资源；分离后的高温蒸煮渣进入水解釜，进行水解操作；

3）水解：将高温蒸煮渣倒入水解釜中，按高温蒸煮渣干物重量的1:4-12加入经反渗透设备处理过的淡水，并加入浓盐酸，使水解釜中混合液的盐酸浓度为0.8-1.2%，开动搅拌装置，控制搅拌转速为10-100转/分钟，然后通入蒸汽，升温至100-120℃、保温2-4小时后送入固液分离装置进行固液分离，分离后的木糖水解液进入水解液罐，进行后续的精制处理；分离后的水解渣进入渣煤混烧生物质锅炉进行燃烧制备蒸汽，用于本发明工艺的蒸发浓缩用；

4）脱色：用泵将水解液罐中的木糖水解液打至脱色釜或脱色柱中，利用脱色釜或脱色柱中的脱色剂将木糖水解液中的色素去除，使其透光率达到70-80%；

5）精制：对木糖脱色液进行精制处理，使其电导率降低至50μs/cm以下；

6）连续膜浓缩：采用浓缩膜对木糖精制液进行浓缩，得到木糖膜浓缩液，其干物浓度为10-30%；

7）蒸汽蒸发浓缩：采用多效蒸汽蒸发器对木糖膜浓缩液进行再次蒸发浓缩，至干物浓度为80-85%，得到木糖糖膏；

8）结晶、离心、烘干：采用冷却降温结晶的方式，按1℃/h的降温速度进行降温结晶，使木糖糖膏由不饱和溶液变为饱和溶液再转化为过饱和溶液，其木糖晶粒不断长大并析出，通过三足式离心机将木糖晶体与母液分离，分别得到木糖晶体和木糖母液，木糖晶体再通过蒸汽烘干装置将木糖晶体中的水分去除，得到结晶木糖成品；木糖母液作为副产品出售，用于制备焦糖色素产品的原料。

2.根据权利要求1所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的步骤3）中的水解过程重复1-2次，直到将玉米芯中的半纤维素充分转化为单个的木糖分子。

3.根据权利要求1所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的固液分离装置是履带式固液分离机、板框过滤机或转鼓式离心机。

4.根据权利要求1所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的脱色剂是指粉末活性炭、颗粒活性炭、脱色树脂中的一种或几种组合。

5.根据权利要求1所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的木糖脱色液精制处理过程是指经阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、阳离子交换树脂的串联工艺；经阴离子交换树脂、阳离子交换树脂的串联工艺；经连续电渗析脱酸脱盐工艺或者经色谱层析吸附除盐工艺中的一种工艺过程。

6.根据权利要求5所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的阳离子交换树脂是采用浓度为30%的盐酸进行再生复苏，其再生浓度为2-5%；阴离子交换树脂是采用浓度为30%的氢氧化钠溶液进行再生复苏，其再生浓度为2-5%。

7.根据权利要求6所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂再生产生的废盐酸液、废液碱液分开单独储存，然后通过电渗析技术对废盐酸液、废液碱液进行单独回收，其回收率达到80%以上，回收的盐酸液用于玉米芯的水解，回收的液碱液用于阴离子交换树脂的预再生用。

8.根据权利要求5所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的色谱层析吸附除盐工艺中选用的色谱层析吸附剂是钠型色谱分离树脂。

9.根据权利要求1所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的多效蒸汽蒸发器是指双效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器、单效蒸发器、MVR机械式蒸汽再压缩蒸发器中的一种或几种组合。

10.根据权利要求1所述的一种木糖的生产工艺，其特征在于，所述的浓缩膜为纳滤膜、反渗透膜或高压离子膜。