CN107201386B - 辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用，属于淀粉糖生产领域，该辅料组合物能够在保证异构酶使用寿命和催化活性的前提下，大幅降低离交废水中硫元素的含量，降低了离交废水的处理负荷，有利于生产的顺畅运行。该辅料组合物包括Na2CO3与NaHCO3的混合物、Na2S2O5和MgCl2.6H2O。本发明能够应用于结晶果糖和果葡糖浆生产过程中的葡萄糖浆液的异构工段中。

Description

辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用
技术领域
本发明属于淀粉糖生产领域，尤其涉及一种辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用。
背景技术
在结晶果糖和果葡糖浆的生产过程中，葡萄糖溶液经过脱色和离子交换工序后，进入异构工段。随后，葡萄糖在固定化葡萄糖异构酶的催化作用下反应生成果糖，异构出料为F42的果葡糖浆。为了保持葡萄糖异构酶有较长的使用周期和维持较高的酶活，料液在进入异构柱之前要添加三种辅料，以杰能科公司的IGI-SA型异构酶为例，需要添加Na2S2O5、MgSO4.7H2O和Na2CO3。
其中，Na2S2O5的主要作用是除氧和防腐，MgSO4.7H2O中的Mg2+是异构酶的催化活性中心，而Na2CO3的作用是将料液的pH值调节至7.5左右，同时Na2CO3和Na2S2O5构成一对缓冲体系，可以保证异构出料的pH不低于7.0，从而维持异构酶的使用寿命。
为了得到品质较高的异构出料，其需要经过离子交换工序以除去料液中所含有的辅料，这将导致离交废水中含有较多的来自于Na2S2O5和MgSO4.7H2O中的硫元素。离交废水中的硫元素在后续处理时会在厌氧反应器中被硫酸盐还原菌代谢成H2S，抑制产甲烷菌活性，导致产气量下降，COD降解率下降，从而使离交废水处理压力较大。因此，如何改善结晶果糖和果葡糖浆生产过程中异构工段的辅料对于其生产是否顺畅将成为关键因素之一。
发明内容
本发明提供了一种辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用，该辅料组合物能够在保证异构酶使用寿命和催化活性的前提下，大幅降低离交废水中硫元素的含量，降低了离交废水的处理负荷，有利于生产的顺畅运行。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用，所述辅料组合物包括Na2CO3与NaHCO3的混合物、Na2S2O5和MgCl2.6H2O。
作为优选技术方案，每升葡萄糖浆液中所加入的Na2S2O5的含量为50-150mg，所加入的MgCl2.6H2O的含量为200-400mg。
作为优选技术方案，每升葡萄糖浆液中所加入的Na2CO3与NaHCO3的混合物中Na2CO3与NaHCO3的质量比例为1:1-1:3。
作为优选技术方案，利用所述Na2CO3与NaHCO3的混合物将葡萄糖浆液的pH值调节至7.0-8.0。
作为优选技术方案，所述辅料组合物中的各组分分别以溶液的形式加入到葡萄糖浆液中。
作为优选技术方案，所述葡萄糖浆液异构工段存在于结晶果糖或果葡糖浆的生产过程中。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提供的辅料组合物改变了现有的异构工段辅料的种类和添加量，在保证异构酶使用寿命和催化活性的前提下，可大幅降低离交废水中硫元素的含量，进而可降低离交废水的处理负荷，有利于生产的顺畅运行；
2、本发明提供的辅料组合物中大大降低了辅料的用量，从而降低了成本，具有重大的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用，所述辅料组合物包括Na2CO3与NaHCO3的混合物、Na2S2O5和MgCl2.6H2O。本实施例所提供的辅料组合物包括四种组分，其中，Na2S2O5的主要作用是除氧和防腐，MgCl2.6H2O中的Mg2+是异构酶的催化活性中心。Na2CO3与NaHCO3构成一对缓冲体系，保证异构出料的pH不低于7.0，以维持异构酶的正常寿命。需要说明的是，本实施例所提供的各组分物质中，对于Na2CO3和MgCl2.6H2O而言，两组分中是否含有结晶水可根据实际的生产情况进行调整，其对生产应用影响性不大。
在一优选实施例中，每升葡萄糖浆液中所加入的Na2S2O5的含量为50-150mg，所加入的MgCl2.6H2O的含量为200-400mg。本实施例中具体限定了所加入的Na2S2O5和MgCl2.6H2O的含量，其中，相较于常规普通辅料，Na2S2O5的含量得到了有效降低，其添加量可从常规的300-500mg/L降低至不超过150mg/L，减少了辅料用量和硫元素的来源。同时，在提供相同质量的Mg2+前提下，用MgCl2.6H2O可以代替1.25倍的MgSO4.7H2O，从而可进一步减少辅料用量和硫元素的来源。可以理解的是，本领域技术人员可根据实际生产情况调整Na2S2O5和MgCl2.6H2O的加入量，例如，Na2S2O5的加入量还可以为70、90、100、120、140mg/L，MgCl2.6H2O的加入量还可以为250、300、350mg/L。
这里需要说明的是，Na2S2O5在理论上有抑菌和除氧的作用，但在实际的结晶果糖和果葡糖浆的异构工段中，葡萄糖溶液干物浓度为55-60％，温度为60℃，且预先经过了真空脱气，所以在这样的条件下，Na2S2O5对异构酶的抑菌和除氧作用并不明显，这就为降低Na2S2O5的添加量提供了可行性。
在一优选实施例中，每升葡萄糖浆液中所加入的Na2CO3与NaHCO3的混合物中Na2CO3与NaHCO3的质量比例为1:1-1:3。本实施例中限定了调节体系碱度的物质，即Na2CO3与NaHCO3的混合物以及该混合物中Na2CO3与NaHCO3的质量比，这主要是因为当Na2S2O5添加量减少时，调节pH用的Na2CO3的用量也随之减少，导致料液对pH的缓冲能力减弱。为了增强料液的碱度，本实施例采用Na2CO3和NaHCO3形成新的缓冲体系，保证料液的碱度处于合理范围内，以维持异构酶的正常寿命。
在一优选实施例中，利用所述Na2CO3与NaHCO3的混合物将所述葡萄糖浆液的pH值调节至7.0-8.0，这样可保证葡萄糖浆液的异构工段的出料液的pH值不低于7.0，从而可保证异构工段中的异构酶的使用寿命和催化活性。
在一优选实施例中，所述辅料组合物中的各组分分别以溶液的形式加入到葡萄糖浆液中。本实施例中，所加入的各组分均为市售的食品级商品，为了能够使各组分在进入异构工段内与葡萄糖浆液混合均匀，需要将上述溶液预先配制为溶液形式。例如，可将Na2S2O5溶于水，配制成质量分数20-30％的溶液；将MgCl2.6H2O溶于水，配制成质量分数20-30％的溶液；将Na2CO3和NaHCO3按照质量比例1:1-1:3混合后溶于水，配制成质量分数15-20％的溶液。可以理解的是，上述列举的各组分的溶液配制对于实际工业生产具有普适性，但可并不局限于配制成上述质量分数的溶液，本领域技术人员可根据实际情况进行合理调整。
在一优选实施例中，所述葡萄糖浆液异构工段存在于结晶果糖或果葡糖浆的生产过程中。上述实施例所提供的葡萄糖浆液异构工段可适用于淀粉糖的生产中，尤其适用于结晶果糖或果葡糖浆的生产过程中。当然，也可并不限定于上述过程，只要涉及到葡萄糖浆液的异构工段的生产过程均可适用。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
实验组：葡萄糖异构酶IGI-SA型(杰能科公司)、Na2S2O5含量50mg/L、MgCl2.6H2O含量400mg/L、Na2CO3：NaHCO3＝1:1，调节料液pH值7.5-8.0。
对照组：葡萄糖异构酶IGI-SA型(杰能科公司)、Na2S2O5含量300mg/L、MgSO4.7H2O含量500mg/L、Na2CO3调节料液pH值至7.5-8.0。
方法：组装两组异构柱，其中一根异构柱的料液按实验组的辅料配制，另一根异构柱的料液按对照组辅料配制，将两套异构柱的流量调节一致。系统连续运行90天，数据对比如表1所示。
表1：两套异构柱连续运行90天各参数对比结果
由表1可以看出，进料pH、出料pH和出料果含这三个参数代表了异构柱的运行状态，实验组和对照组没有区别，说明异构物料中辅料的改变没有影响到异构酶的正常运行。
出料总体积和果糖生产总量是企业所关心的参数，代表了异构酶的生产能力，实验组和对照组没有区别，说明辅料的改变没有影响到异构酶的催化能力。
对照组中的硫元素主要来自于Na2S2O5(300mg/L)和MgSO4.7H2O(500mg/L)，加入总硫元素量为72g。而实验组中的硫元素来只自于Na2S2O5(50mg/L)，总硫元素量为8g，是对照组的1/9。
以上数据说明，用本实施例所提供的辅料及配比进行葡萄糖的异构处理，与常规辅料及配比相比，在达到相同生产效果的前提下，本实施例可大幅降低料液中的硫元素含量。
实施例2
本实施例应用于产能为100吨/天的结晶果糖生产线，即葡萄糖溶液的异构工段处理量约为1000立方米/天，葡萄糖异构酶为IGI-SA型(杰能科公司)。
(1)称取Na2S2O5 150公斤，在小罐中加入600L水，配制成质量分数为20％的溶液；
(2)称取MgCl2.6H2O 200公斤，在小罐中加入800L水，配制成质量分数为20％的溶液；
(3)称取Na2CO3 70公斤和NaHCO3 140公斤，在小罐中加入850L水，配制成质量分数为20％的溶液；
在葡萄糖浆进入异构柱之前，分别用恒流泵同时将上述三种溶液输送至输料管道中，使上述辅料与葡萄糖溶液混合均匀，最终Na2S2O5含量为150mg/L、MgCl2.6H2O含量为200mg/L，料液的pH值在7.5左右。
按照上述的辅料配比进行正常的生产，葡萄糖料液的初始流量为5.0m3/h，异构出料果含约为44％。当果含低于41％时，调节料液流量至4.5m3/h，以将异构出料果含重新提高至42％以上。以出料果含维持在42％左右为标准，持续降低料液流量一直到1.0m3/h，此时视为异构酶即将失效。采用本实施例涉及的辅料配比，可以使异构酶的使用周期不少于200天，效果可与常规辅料配比相媲美。该生产线中，常规辅料配比与本实施例辅料配比的成本比较如表2所示。
表2：常规辅料配比与本实施例辅料配比的成本比较
由表2可知，本实施例中在将辅料组合物应用于产能为100吨/天的结晶果糖生产线时，相比于常规辅料配比，可在保证异构酶使用寿命和催化活性的前提下，大幅降低硫元素的使用量，降低离交废水中硫元素的含量，从而可有效降低离交废水的处理负荷，不仅有利于生产的顺畅运行，还可有效降低生产成本。

Claims (3)

1.一种辅料组合物在葡萄糖浆液异构工段中的应用，其特征在于，所述辅料组合物由Na2CO3与NaHCO3的混合物、Na2S2O5和MgCl2.6H2O组成；
每升葡萄糖浆液中所加入的Na2S2O5的含量为50-140mg，所加入的MgCl2.6H2O的含量为200-400mg；
每升葡萄糖浆液中所加入的Na2CO3与NaHCO3的混合物中Na2CO3与NaHCO3的质量比例1:1-1:3；
利用所述Na2CO3与NaHCO3的混合物将葡萄糖浆液的pH值调节至7.0-8.0。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述辅料组合物中的各组分分别以溶液的形式加入到葡萄糖浆液中。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述葡萄糖浆液异构工段存在于结晶果糖或果葡糖浆的生产过程中。
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