CN109439807A

CN109439807A - 一种木糖生产工艺

Info

Publication number: CN109439807A
Application number: CN201811550328.5A
Authority: CN
Inventors: 郑毅; 廖承军; 方顺成; 郑晓阳; 罗国伟; 陈兰兰; 江雪松
Original assignee: Jiaozuo Huakang Sugar Alcohol Technology Co Ltd; Zhejiang Huakang Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Jiaozuo Huakang Sugar Alcohol Technology Co Ltd; Zhejiang Huakang Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2019-03-08

Abstract

本发明公开一种木糖生产工艺，包括：一水解；二、闪蒸降温，脱色，过滤；闪蒸二次蒸汽用于膜蒸馏物料预热；三、过滤，闪蒸二次蒸汽预热，再生蒸汽预热，膜蒸馏浓缩；四、色谱分离脱酸、脱盐和脱色，得木糖和杂糖、酸、盐及色素；五、木糖和杂糖离交，去除盐和色素；酸回至水解步骤，盐及色素浓缩结晶得盐类产品；六、离交后的木糖液，蒸发结晶、离心干燥得木糖成品；离心后木糖母液色谱分离，得木糖组分和杂糖，木糖组分回至脱色过滤步骤，杂糖浓缩得液体糖浆。将膜蒸馏用到木糖水解液蒸发浓缩，解决了木糖水解液不宜浓缩；膜蒸馏和色谱分离有效结合，实现水解液中酸回收，并极大降低固废和废水排放，降低水解过程酸单位消耗和离交再生酸碱消耗。

Description

一种木糖生产工艺

技术领域

本发明涉及木糖加工技术领域，具体涉及一种木糖生产工艺。

背景技术

木糖是一种戊糖，其分子式为C₅H₁₀O₅，纯的木糖为细针状晶体，外观白色细小结晶或粉末，味甜，甜度相当于蔗糖的0.7；熔点为153～154℃。

目前国内生产木糖的原料主要以玉米芯为主，近几年出现了以粘胶纤维压榨碱液为原料制备木糖的技术，并形成了工业化生产线。木糖的生产工艺主要以化学法为主，即在酸性条件下将多缩戊糖水解得到木糖水解液，然后经过脱色、离交或电渗析、蒸发浓缩、结晶分离等工艺，得到木糖成品。由于木糖水解需要添加一定量的酸作为催化剂，水解后得到的木糖水解液pH较低，电导率较高，而且颜色较深。水解液需通过大量活性炭进行脱色，然后通过多次的离交或电渗析工艺除去酸和盐。在脱色和离交工序会产生大量的废活性炭和废水，对环境保护和可持续发展都是非常不利的。而且近几年国家对企业的环境污染问题抓的很紧，很多企业因为环保问题，被迫停产整顿。所以对于木糖生产企业来说，通过工艺创新，改变现有高污染排放的现状，已经迫在眉睫。

关于降低木糖生产工艺中的污染问题，其中专利申请号为201510800633.5的发明专利文献公开了一种木糖生产工艺，该专利文献利用玉米芯作为原料，依序经过包括蒸汽爆碎、盐酸水解、固液分离、脱色中和、超滤过滤、电渗析脱盐、低压反渗透膜浓缩、中压反渗透膜浓缩、MVR蒸发浓缩、色谱精制除盐提纯、离子交换树脂精制、浓缩、结晶、离心、烘干在内的步骤，最终得到木糖产品。该专利利用脱色中和将水解液中的pH调高，该中和工艺需消耗大量的碱，而且中和后的酸不宜回收，该专利利用反渗透膜进行浓缩，但是反渗透膜存在浓缩浓度的限制，一般只能浓缩到15%左右，高浓度浓缩渗透压过高不宜浓缩。

发明内容

本发明的目的是提供一种木糖生产工艺，以解决现有技术的不足。

本发明采用以下技术方案：

一种木糖生产工艺，包括如下步骤：

步骤一、含多缩戊糖的原料中添加一定量的酸溶液，水解，得到木糖浓度5-15%、木糖纯度70-85%的木糖水解液；

步骤二、木糖水解液通过闪蒸罐降温至60-90℃，后经脱色和过滤得到木糖脱色液；其中，木糖水解液闪蒸出来的二次蒸汽用于后续膜蒸馏系统蒸发前的物料预热；

步骤三、木糖脱色液通过保安过滤后，先用步骤二闪蒸的二次蒸汽进行预热，再利用生蒸汽预热至70-90℃，然后进入膜蒸馏系统进行浓缩，浓缩至折光30%-55%，得到木糖蒸馏液；其中，膜蒸馏出的冷凝水用来配置酸、碱；

步骤四、将木糖蒸馏液送入色谱分离系统进行脱酸、脱盐和脱色，最后得到纯度70-85%为的木糖和杂糖组分、酸组分、盐及色素组分；木糖蒸馏液通过色谱分离系统酸和盐去除率达到95%，电导率由10000us/cm以上降到500us/cm以下；

步骤五、木糖和杂糖组分走一次离交，进一步去除盐和色素，使得木糖液的电导率降到50us/cm以下，透光≥90%；酸组分回用到步骤一水解，盐及色素组分浓缩结晶得到盐类产品，用于化工原料；

步骤六、经过一次离交后的木糖液，依次进行蒸发、结晶、离心和干燥，得到纯度≥98%、水分＜1%的木糖成品；其中，离心工序产生的木糖母液，进一步进行色谱系统的组分分离，得到木糖纯度≥70%木糖组分和木糖纯度≤30%的杂糖组分，木糖组分回步骤二中脱色过滤，杂糖组分蒸发浓缩至浓度65-75%后作为液体糖浆进行销售。

进一步地，步骤一中含多缩戊糖的原料为玉米芯，酸溶液为0.5wt%-2.5wt%的硫酸溶液，硫酸溶液加入质量为玉米芯的5-7倍；在110-135℃水解0.5-3.0小时；或者，步骤一中含多缩戊糖的原料为黏胶纤维压榨碱液，先进行电渗析脱碱至碱为2.0-3.0wt%，添加硫酸溶液至硫酸浓度为0.5wt%-2.5wt%；在110-135℃水解0.5-3.0小时。

进一步地，步骤二中木糖水解液通过闪蒸罐降温至65-75℃。

进一步地，步骤二中活性炭的添加量为0.3-1.0kg/m³，脱色时间为20-30min。

进一步地，步骤三中再利用生蒸汽预热至75℃；浓缩至折光40-50%。

进一步地，步骤三中膜蒸馏系统为真空多效膜蒸馏系统或MVR膜蒸馏系统。

进一步地，步骤四中色谱分离系统为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱为4-6根柱，色谱树脂为钙型阳离子树脂，树脂颗粒直径0.4-1.5mm，色谱进料浓度为45-60%，运行温度为50-65℃。

进一步地，步骤五离交先走阳柱，阳树脂为001×7强酸性阳树脂，然后走阴柱，阴树脂为D201大孔强碱性阴树脂，阳树脂和阴树脂体积比为1:1，每小时走液量为阳树脂体积4-5倍。

进一步地，步骤五盐及色素组分利用膜蒸馏或MVR蒸发器浓缩结晶得到盐类产品。

进一步地，步骤六木糖母液组分分离所用色谱系统为诺华赛Novasep Varicol®多柱连续色谱系统，色谱柱为4-6根柱，色谱树脂为色谱专用脱盐、脱色树脂，树脂颗粒直径0.4-1.5mm，色谱进料浓度为40-55%，运行温度为50-65℃。

本发明的有益效果：

1、本发明将膜蒸馏技术应用到木糖水解液的蒸发浓缩，有效解决了木糖水解液pH值低，对蒸发器材质选型要求太高，不宜浓缩的问题。

2、本发明将膜蒸馏技术和色谱分离技术进行有效的结合，实现了水解液中酸的回收，并极大降低了固废和废水的排放，降低水解过程酸的单位消耗，降低离交再生酸碱的消耗。

（1）利用色谱分离将水解液中的部分硫酸进行分离提纯后，回至水解工序，降低了单位木糖成品硫酸的消耗。同时利用色谱分离代替部分离子交换进行脱盐和脱色，降低了离子交换的负荷，间接减少了离子交换的再生频次，降低盐酸和碱的消耗。

名称	硫酸	盐酸	氢氧化钠
				现有工艺单耗（吨/吨）	0.22	0.49	1.02
本发明工艺单耗（吨/吨）	0.08	0.08	0.12
				降低比例（%）	63.6%	83.7%	88.2%

（2）利用色谱分离进行脱色和脱盐，减少了活性炭的消耗，降低了离交再生的频次，从而降低了单位木糖成品固废和废水的排放。

名称	废水	COD	固废
				现有工艺污染物排放情况（吨/吨）	150	0.52	0.35
本发明工艺污染物排放情况（吨/吨）	45	0.24	0.15
				降低比例（%）	70	53.8%	57%

现有工艺：玉米芯经酸水解得到木糖水解液，然后经一次活性炭脱色、一次离子交换、膜浓缩、二次活性炭脱色、二次离子交换、MVR蒸发浓缩、三次离子交换、三效降膜蒸发、真空煮糖、降温结晶、离心分离、干燥、筛分和包装。

本发明工艺：玉米芯经酸水解得到木糖水解液，然后经过活性炭脱色、保安过滤、膜蒸馏、色谱分离、离子交换、MVR蒸发、三效降膜蒸发、真空煮糖、降温结晶、离心分离、干燥、筛分和包装。

3、将水解液进行闪蒸，并将闪蒸后的二次蒸汽用于膜蒸馏系统蒸发前的物料预热，实现了能源的综合利用。

4、将离心后的木糖母液进行色谱分离，得到的木糖组分回到前工序脱色过滤，杂糖组分进行浓缩制备液体糖浆，实现了资源利用的最大化。

附图说明

图1为本发明木糖生产工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

一种木糖生产工艺，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、在玉米芯原料中添加一定量的酸溶液，优选硫酸溶液，浓度优选0.5wt%-2.5wt%，酸溶液加入质量优选为含多缩戊糖的原料的5-7倍；或者以黏胶纤维压榨碱液为原料，先进行电渗析脱碱至碱为2.0-3.0wt%，添加酸溶液，优选硫酸溶液，至硫酸浓度优选为0.5wt%-2.5wt%；在110-135℃水解0.5-3.0小时，得到木糖浓度5-15%、木糖纯度70-85%的木糖水解液。

步骤二、木糖水解液通过闪蒸罐降温至60-90℃，优选65-75℃，后添加活性炭进行脱色，活性炭的添加量优选为0.3-1.0kg/m³，脱色时间优选为20-30min，再通过板框压滤机过滤得到木糖脱色液；其中，木糖水解液闪蒸出来的二次蒸汽用于后续膜蒸馏系统蒸发前的物料预热。

步骤三、木糖脱色液通过保安过滤后，先用步骤二闪蒸的二次蒸汽进行预热，再利用生蒸汽预热至70-90℃，优选75℃，然后进入膜蒸馏系统进行浓缩，膜蒸馏系统优选为真空多效膜蒸馏系统或MVR膜蒸馏系统以降低膜蒸馏过程的能源消耗，浓缩至折光30%-55%，优选40%-50%，得到木糖蒸馏液；其中，膜蒸馏出的冷凝水用来配置酸、碱。

膜蒸馏技术是以疏水膜为过滤介质，以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力，疏水膜只能通过水蒸汽，不能通过水溶液。膜蒸馏系统采用耐腐蚀的非金属材质如聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯（PP），具有超强的化学耐受性，具有耐酸、耐碱、耐氧化性等特点。将膜蒸馏技术应用到木糖水解液的浓缩，可以确保木糖水解液在低pH值的条件下，不需要中和，直接进行浓缩。

步骤四、将木糖蒸馏液送入色谱分离系统进行脱酸、脱盐和脱色，色谱分离系统优选为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱优选为4-6根柱，色谱树脂为钙型阳离子树脂，树脂颗粒直径0.4-1.5mm，色谱进料浓度优选为45-60%，运行温度优选为50-65℃，最后得到纯度70-85%为的木糖和杂糖组分、酸组分、盐及色素组分；木糖蒸馏液通过色谱分离系统酸和盐去除率达到95%，电导率由10000us/cm以上降到500us/cm以下。

步骤五、木糖和杂糖组分走一次离交，离交先走阳柱，阳树脂为001×7强酸性阳树脂，然后走阴柱，阴树脂为D201大孔强碱性阴树脂，阳树脂和阴树脂体积比为1:1，每小时走液量为阳树脂体积4-5倍，进一步去除盐和色素，使得木糖液的电导率降到50us/cm以下，透光≥90%；酸组分回用到步骤一水解，盐及色素组分利用膜蒸馏或MVR蒸发器等浓缩结晶得到盐类产品，用于化工原料。

步骤六、经过一次离交后的木糖液，依次进行MVR蒸发、多效蒸发、真空煮糖、结晶、离心和干燥，得到纯度≥98%、水分＜1%的木糖成品；其中，离心工序产生的木糖母液，进一步进行色谱系统的组分分离，色谱系统优选为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱优选为4-6根柱，色谱树脂优选为色谱专用脱盐、脱色树脂，树脂颗粒直径0.4-1.5mm，色谱进料浓度优选为40-55%，运行温度优选为50-65℃，得到木糖纯度≥70%木糖组分和木糖纯度≤30%的杂糖组分，木糖组分回步骤二中脱色过滤，杂糖组分蒸发浓缩至浓度65-75%后作为液体糖浆进行销售。

实施例1

一种木糖生产工艺，包括如下步骤：

步骤一、玉米芯水洗后，皮带输送至水解釜，添加0.8wt%的酸溶液，加入质量为玉米芯的5倍，在120℃水解2.0小时，得到木糖浓度8%、木糖纯度78%的木糖水解液。

步骤二、木糖水解液通过闪蒸罐降温至70℃，后添加0.5kg/m³的活性炭，脱色30min，再通过板框压滤机过滤得到木糖脱色液；其中，木糖水解液闪蒸出来的二次蒸汽用于后续膜蒸馏系统蒸发前的物料预热。

步骤三、木糖脱色液通过保安过滤后，先用步骤二闪蒸的二次蒸汽进行预热，再利用生蒸汽预热至75℃，然后进入真空多效膜蒸馏系统进行浓缩，浓缩至折光45%，得到木糖蒸馏液；其中，膜蒸馏出的冷凝水用来配置酸、碱。

步骤四、将木糖蒸馏液送入色谱分离系统进行脱酸、脱盐和脱色，色谱分离系统为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱为6根柱，色谱树脂为钙型阳离子树脂，树脂颗粒直径0.5mm，色谱进料浓度为50%，运行温度为55℃，最后得到纯度80%为的木糖和杂糖组分、酸组分、盐及色素组分；木糖蒸馏液通过色谱分离系统酸和盐去除率达到95%，电导率由10000us/cm以上降到500us/cm以下。

步骤五、木糖和杂糖组分走一次离交，进一步去除盐和色素，使得木糖液的电导率降到50us/cm以下，透光≥90%，其中，离交先走阳柱，阳树脂为001×7强酸性阳树脂，然后走阴柱，阴树脂为D201大孔强碱性阴树脂，阳树脂和阴树脂体积比为1:1，每小时走液量为阳树脂体积5倍；酸组分回用到步骤一水解，盐及色素组分利用MVR蒸发器浓缩结晶得到盐类产品，用于化工原料。

步骤六、经过一次离交后的木糖液，进行MVR蒸发、多效蒸发、真空煮糖、结晶、离心和干燥，得到纯度≥98%、水分＜0.5%的木糖成品；其中，离心工序产生的木糖母液，进一步进行色谱系统的组分分离，色谱系统为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱为6根柱，色谱树脂为色谱专用脱盐、脱色树脂，树脂颗粒直径0. 5mm，色谱进料浓度为50%，运行温度为55℃，得到木糖纯度≥75%木糖组分和木糖纯度≤15%的杂糖组分，木糖组分回步骤二中脱色过滤，杂糖组分蒸发浓缩至浓度70%后作为液体糖浆进行销售。

实施例2

一种木糖生产工艺，包括如下步骤：

步骤一、将黏胶纤维压榨碱液进行电渗析脱碱至碱为2.0wt%，添加硫酸溶液至硫酸为2.0wt%，升温至120℃水解1.5小时，得到木糖浓度10%、木糖纯度82%的木糖水解液；

步骤二、木糖水解液通过闪蒸罐降温至70℃，后添加0.8kg/m³的活性炭，脱色30min，再通过板框压滤机过滤得到木糖脱色液；其中，木糖水解液闪蒸出来的二次蒸汽用于后续膜蒸馏系统蒸发前的物料预热。

步骤三、木糖脱色液通过保安过滤后，先用步骤二闪蒸的二次蒸汽进行预热，再利用生蒸汽预热至 75℃，然后进入MVR膜蒸馏系统进行浓缩，浓缩至折光50%，得到木糖蒸馏液；其中，膜蒸馏出的冷凝水用来配置酸、碱。

步骤四、将木糖蒸馏液送入色谱分离系统进行脱酸、脱盐和脱色，色谱分离系统为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱为6根柱，色谱树脂为钙型阳离子树脂，树脂颗粒直径0. 5mm，色谱进料浓度为50%，运行温度为55℃，最后得到纯度85%为的木糖和杂糖组分、酸组分、盐及色素组分；木糖蒸馏液通过色谱分离系统酸和盐去除率达到95%，电导率由10000us/cm以上降到500us/cm以下。

步骤五、木糖和杂糖组分走一次离交，进一步去除盐和色素，使得木糖液的电导率降到50us/cm以下，透光≥90%，其中，离交先走阳柱，阳树脂为001×7强酸性阳树脂，然后走阴柱，阴树脂为D201大孔强碱性阴树脂，阳树脂和阴树脂体积比为1:1，每小时走液量为阳树脂体积5倍；酸组分回用到步骤一水解，盐及色素组分利用膜蒸馏浓缩结晶得到盐类产品，用于化工原料。

步骤六、经过一次离交后的木糖液，进行MVR蒸发、多效蒸发、真空煮糖、结晶、离心和干燥，得到纯度≥99%、水分＜0.5%的木糖成品；其中，离心工序产生的木糖母液，进一步进行色谱系统的组分分离，色谱系统为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱为6根柱，色谱树脂为色谱专用脱盐、脱色树脂，树脂颗粒直径0.5mm，色谱进料浓度为50%，运行温度为55℃，得到木糖纯度≥78%木糖组分和木糖纯度≤15%的杂糖组分，木糖组分回步骤二中脱色过滤，杂糖组分蒸发浓缩至浓度70%后作为液体糖浆进行销售。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种木糖生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤一中含多缩戊糖的原料为玉米芯，酸溶液为0.5wt%-2.5wt%的硫酸溶液，硫酸溶液加入质量为玉米芯的5-7倍；在110-135℃水解0.5-3.0小时；

或者，步骤一中含多缩戊糖的原料为黏胶纤维压榨碱液，先进行电渗析脱碱至碱为2.0-3.0wt%，添加硫酸溶液至硫酸浓度为0.5wt%-2.5wt%；在110-135℃水解0.5-3.0小时。

3.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤二中木糖水解液通过闪蒸罐降温至65-75℃。

4.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤二中活性炭的添加量为0.3-1.0kg/m³，脱色时间为20-30min。

5.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤三中再利用生蒸汽预热至75℃；浓缩至折光40-50%。

6.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤三中膜蒸馏系统为真空多效膜蒸馏系统或MVR膜蒸馏系统。

7.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤四中色谱分离系统为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱为4-6根柱，色谱树脂为钙型阳离子树脂，树脂颗粒直径0.4-1.5mm，色谱进料浓度为45-60%，运行温度为50-65℃。

8.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤五离交先走阳柱，阳树脂为001×7强酸性阳树脂，然后走阴柱，阴树脂为D201大孔强碱性阴树脂，阳树脂和阴树脂体积比为1:1，每小时走液量为阳树脂体积4-5倍。

9.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤五盐及色素组分利用膜蒸馏或MVR蒸发器浓缩结晶得到盐类产品。

10.根据权利要求1所述的木糖生产工艺，其特征在于，步骤六木糖母液组分分离所用色谱系统为诺华赛Novasep Varicol® 多柱连续色谱系统，色谱柱为4-6根柱，色谱树脂为色谱专用脱盐、脱色树脂，树脂颗粒直径0.4-1.5mm，色谱进料浓度为40-55%，运行温度为50-65℃。