CN113512566A - 利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，包括液化罐、糖化罐、过滤器以及纳滤组件，液化罐用于将玉米淀粉进行液化处理，糖化罐用于将液化处理后的物料进行糖化处理，过滤器用于过滤糖化处理后的物料中的杂质以得到葡萄糖液，纳滤组件对过滤处理后的葡萄糖液进行纳滤处理分别得到透析液和浓缩液，该系统还包括用于将透析液发酵及结晶处理以制备晶体赤藓糖醇的发酵结晶组件，以及用于将浓缩液进行氢化及蒸发处理以制备液体山梨糖醇的氢化蒸发组件。本发明还公开一种使用该系统的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法。本发明不仅提高了赤藓糖醇的纯度，而且还得到液体山梨醇，提高了玉米淀粉的利用价值。
Description
技术领域
本发明属于糖醇制备技术领域，特别涉及一种利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统及方法。
背景技术
赤藓糖醇已广泛应用于食品、饮料等行业中。目前，工业化制备赤藓糖醇的方法大多是以葡萄糖为原料经过微生物发酵制得，而葡萄糖通常是以淀粉为原料，经液化、糖化，然后经过精制、浓缩和结晶等工艺得到，如果可以把葡萄糖和赤藓糖醇生产工艺进行整合，将更有利于资源和能源的利用。公开号CN102154383A的中国专利介绍了一种利用玉米粉生产赤藓糖醇的方法，直接以玉米淀粉为原料，经过液化和糖化后，得到可发酵的葡萄糖，其中配料、酶水解和发酵培养在同一发酵罐中进行，省去了现有技术中的淀粉和葡萄糖的生产过程和装置。但是由于液化和糖化后得到的葡萄糖液中葡萄糖含量在96.0%左右，相比结晶葡萄糖中含量＞99.0%以上，葡萄糖的干基量减少了，另一方面，葡萄糖液中存在的其他杂质，进入发酵后，需要在后续赤藓糖醇提纯过程去除，增加了提纯工艺难度，影响整体收率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统及方法，从淀粉出发，将液化、糖化后得到的葡萄糖液经过纳滤处理后制备出赤藓糖醇和液体山梨糖醇两种产品。
本发明是这样实现的，提供一种利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，包括液化罐、糖化罐、过滤器以及纳滤组件，液化罐用于将玉米淀粉进行液化处理，糖化罐用于将液化处理后的物料进行糖化处理，过滤器用于过滤糖化处理后的物料中的杂质以得到葡萄糖液，纳滤组件对过滤处理后的葡萄糖液进行纳滤处理分别得到透析液和浓缩液，该系统还包括用于将透析液发酵及结晶处理以制备晶体赤藓糖醇的发酵结晶组件，以及用于将浓缩液进行氢化及蒸发处理以制备液体山梨糖醇的氢化蒸发组件。
进一步地，所述纳滤组件包括依次通过管路连通的缓冲罐、进料泵、纳滤前过滤器、高压泵以及由纳滤膜和循环泵组成的纳滤膜组件，被纳滤前过滤器过滤处理后的葡萄糖液经过纳滤膜组件纳滤处理后分别得到透析液和浓缩液。
进一步地，所述发酵结晶组件包括发酵罐、膜过滤器、结晶组件和重结晶组件，发酵罐用于将透析液中的葡萄糖成份发酵处理后转化为赤藓糖醇，膜过滤器用于去除发酵处理后的物料中的杂质，结晶组件和重结晶组件用于将膜过滤器过滤处理后的物料进行结晶处理以得到晶体赤藓糖醇。
进一步地，所述氢化蒸发组件包括氢化罐、离子交换器和蒸发罐，氢化罐用于将浓缩液中的葡萄糖成份氢化处理后转化为山梨糖醇，离子交换器和蒸发罐用于将氢化罐氢化处理后的物料进行提纯以得到液体山梨糖醇。
本发明是这样实现的，还提供一种利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法，其使用了如前所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，该方法包括如下步骤：
步骤一、将玉米淀粉进行液化、糖化及过滤处理后得到固形物浓度33%~35%的葡萄糖液，在固形物中，葡萄糖纯度95.0%~96.3%；
步骤二、将得到的葡萄糖液进行纳滤处理，分别得到透析液和浓缩液，在透析液中，葡萄糖纯度99.0%~99.5%，在浓缩液中，葡萄糖纯度80.0%~86.0%；
步骤三、将得到的透析液经过发酵、膜过滤、结晶、重结晶等工艺处理后得到晶体赤藓糖醇，赤藓糖醇纯度＞99.5%，将得到的浓缩液经过氢化、离子交换、蒸发等工艺处理后得到液体山梨糖醇，山梨糖醇纯度＞80%。
进一步地，在步骤一中，所述葡萄糖液的温度50℃~60℃，pH值4.0~5.0。
进一步地，在步骤二中，所述纳滤处理包括将得到的葡萄糖液进入缓冲罐，再通过进料泵经过纳滤前过滤器，过滤处理后的葡萄糖液再通过高压泵进入由纳滤膜和循环泵组成的纳滤组件中进行纳滤，纳滤处理后分别得到透过纳滤膜的透析液和未透过纳滤膜的浓缩液。
进一步地，所述纳滤处理还包括使用清洗罐中的清洗水通过清洗泵对纳滤膜进行定期清洗。
进一步地，在纳滤处理时，纳滤组件的运行温度40℃~60℃，运行压力15bar~35bar。
进一步地，在步骤三中，所述透析液先换热蒸发至35%干物浓度后才进行发酵处理。
与现有技术相比，本发明的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统及方法，以玉米淀粉为原料，经过液化和糖化处理后得到葡萄糖液，再经过纳滤处理后得到的葡萄糖含量在99%以上的透析液，用于发酵处理制备赤藓糖醇，相比于直接用葡萄糖含量96%的葡萄糖液，可以提升发酵液中赤藓糖醇干基浓度，不仅可提升发酵收率，而且也有利于发酵液后续的提纯。而经过纳滤处理后得到的纳滤浓缩液，再经过氢化及离子交换处理后得到山梨糖醇纯度＞80%的液体山梨醇。本发明不仅提高了赤藓糖醇的纯度，而且还得到液体山梨醇附加产品，提高了玉米淀粉的利用价值。
附图说明
图1为本发明的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统的原理示意图；
图2为本发明的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法的原理示意图；
图3为图1中纳滤组件及纳滤处理的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请同时参照图1以及图2所示，本发明利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统的较佳实施例，图中的带箭头的线条表示的是本发明中物料的流动方向。该系统包括液化罐1、糖化罐2、过滤器3以及纳滤组件4。
液化罐1用于将玉米淀粉A进行液化处理，糖化罐2用于将液化处理后的物料进行糖化处理，过滤器3用于过滤糖化处理后的物料中的杂质以得到葡萄糖液B，纳滤组件4对过滤处理后的葡萄糖液进行纳滤处理分别得到透析液C和浓缩液D。
在透析液C中含有水及大部分葡萄糖等小分子物质。在浓缩液D中含有小部分葡萄糖、低聚糖及其他杂糖等大分子物质。
该系统还包括用于将透析液C发酵及结晶处理以制备晶体赤藓糖醇E的发酵结晶组件Ⅰ，以及用于将浓缩液D进行氢化及蒸发处理以制备液体山梨糖醇F的氢化蒸发组件Ⅱ。
请同时参照图1以及图3所示，所述纳滤组件4包括依次通过管路连通的缓冲罐41、进料泵42、纳滤前过滤器43、高压泵44以及由纳滤膜45和循环泵46组成的纳滤膜组件47，被纳滤前过滤器43过滤处理后的葡萄糖液B经过纳滤膜组件47纳滤处理后分别得到透析液C和浓缩液D。葡萄糖液B中的水及大部分葡萄糖等小分子成份在压力的作用下，穿透过纳滤膜表面，形成了透析液C。葡萄糖液B中的小部分葡萄糖、低聚糖及其他杂糖等大分子成份被纳滤膜截留，无法穿透过纳滤膜表面，形成浓缩液D。
所述纳滤组件4包括清洗罐48和清洗泵49。清洗罐48和清洗泵49用于定期地对纳滤膜45进行清洗。清洗后得到清洗废水G。
所述发酵结晶组件Ⅰ包括发酵罐5、膜过滤器6、结晶组件7和重结晶组件8。发酵罐5用于将透析液C中的葡萄糖成份发酵处理后转化为赤藓糖醇。膜过滤器6用于去除发酵处理后的物料中的杂质。结晶组件7和重结晶组件8用于将膜过滤器6过滤处理后的物料进行结晶处理以得到晶体赤藓糖醇E。
所述氢化蒸发组件Ⅱ包括氢化罐9、离子交换器10和蒸发罐11。氢化罐9用于将浓缩液D中的葡萄糖成份氢化处理后转化为山梨糖醇，离子交换器10和蒸发罐11用于将氢化罐9氢化处理后的物料进行提纯以得到液体山梨糖醇F。
本发明还公开一种利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法，其使用了如前所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，该方法包括如下步骤：
步骤一、将玉米淀粉A进行液化、糖化及过滤处理后得到固形物浓度33%~35%的葡萄糖液B，在固形物中，葡萄糖纯度95.0%~96.3%。其中，液化、糖化及过滤处理属于现有成熟的处理工艺，不再赘述。
步骤二、将得到的葡萄糖液B进行纳滤处理，分别得到透析液C和浓缩液D，在透析液C中，葡萄糖纯度99.0%~99.5%，在浓缩液D中，葡萄糖纯度80.0%~86.0%。
步骤三、将得到的透析液C经过发酵、膜过滤、结晶、重结晶等工艺处理后得到晶体赤藓糖醇E，赤藓糖醇纯度＞99.5%，将得到的浓缩液D经过氢化、离子交换、蒸发等工艺处理后得到液体山梨糖醇F，山梨糖醇纯度＞80%。其中，发酵、膜过滤、结晶、重结晶等工艺处理属于现有成熟的处理工艺，氢化、离子交换、蒸发等工艺处理也属于现有成熟的处理工艺，不再赘述。
具体地，在步骤一中，所述葡萄糖液B的温度50℃~60℃，pH值4.0~5.0。
具体地，在步骤二中，所述纳滤处理包括将得到的葡萄糖液B进入缓冲罐41，再通过进料泵42经过纳滤前过滤器43，过滤处理后的葡萄糖液B再通过高压泵44进入由纳滤膜45和循环泵46组成的纳滤组件47中进行纳滤，纳滤处理后分别得到透过纳滤膜45的透析液C和未透过纳滤膜45的浓缩液D。
所述纳滤处理还包括使用清洗罐48中的清洗水通过清洗泵49对纳滤膜45进行定期清洗。清洗后得到清洗废水G。
在纳滤处理时，纳滤组件的运行温度40℃~60℃，运行压力15bar~35bar。
具体地，在步骤三中，所述透析液先换热蒸发至35%干物浓度后才进行发酵处理。
下面通过具体实施例进一步说明本发明的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法。
实施例1
本发明的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法第一种实施例，采用96%葡萄糖液先经纳滤后再发酵制备赤藓糖醇及氢化制备液体山梨糖醇。
所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法包括如下步骤：取由玉米淀粉A进行液化、糖化及过滤处理后制备的96.0%纯度的葡萄糖液B干基1吨进行纳滤处理，分别得到葡萄糖纯度99.0%的透析液C干基0.8吨和葡萄糖纯度85.5%的浓缩液D干基0.2吨，将透析液C进行发酵、膜过滤、结晶、重结晶等工艺处理后最终得到0.43吨的晶体赤藓糖醇E，由葡萄糖到赤藓糖醇的转化率为53.75%；另外，将浓缩液D经过氢化、离子交换、蒸发等工艺处理后得到液体山梨糖醇F干基0.2吨。
对比例
采用96%葡萄糖液直接用于发酵制备赤藓糖醇，具体步骤包括：使用96%纯度的葡萄糖液干基0.8吨直接经过发酵、膜过滤、结晶、重结晶等工艺处理后得到0.42吨的晶体赤藓糖醇。由葡萄糖到赤藓糖醇的转化率52.50%。
从实施例1与对比例的对比可以看出，同样干基的葡萄糖量，其由纯度96%的葡萄糖液直接发酵制备赤藓糖醇的转化率不如使用由葡萄糖液经过纳滤得到的透析液后再利用该透析液制备的赤藓糖醇的转化率高，因为，在透析液中葡萄糖的纯度大于99%，比透析前的葡萄糖液的纯度高。
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 (10)
1.一种利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，其特征在于，包括液化罐、糖化罐、过滤器以及纳滤组件，液化罐用于将玉米淀粉进行液化处理，糖化罐用于将液化处理后的物料进行糖化处理，过滤器用于过滤糖化处理后的物料中的杂质以得到葡萄糖液，纳滤组件对过滤处理后的葡萄糖液进行纳滤处理分别得到透析液和浓缩液，该系统还包括用于将透析液发酵及结晶处理以制备晶体赤藓糖醇的发酵结晶组件，以及用于将浓缩液进行氢化及蒸发处理以制备液体山梨糖醇的氢化蒸发组件。
2.如权利要求1所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，其特征在于，所述纳滤组件包括依次通过管路连通的缓冲罐、进料泵、纳滤前过滤器、高压泵以及由纳滤膜和循环泵组成的纳滤膜组件，被纳滤前过滤器过滤处理后的葡萄糖液经过纳滤膜组件纳滤处理后分别得到透析液和浓缩液。
3.如权利要求2所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，其特征在于，所述发酵结晶组件包括发酵罐、膜过滤器、结晶组件和重结晶组件，发酵罐用于将透析液中的葡萄糖成份发酵处理后转化为赤藓糖醇，膜过滤器用于去除发酵处理后的物料中的杂质，结晶组件和重结晶组件用于将膜过滤器过滤处理后的物料进行结晶处理以得到晶体赤藓糖醇。
4.如权利要求3所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，其特征在于，所述氢化蒸发组件包括氢化罐、离子交换器和蒸发罐，氢化罐用于将浓缩液中的葡萄糖成份氢化处理后转化为山梨糖醇，离子交换器和蒸发罐用于将氢化罐氢化处理后的物料进行提纯以得到液体山梨糖醇。
5.一种利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法，其特征在于，其使用了如权利要求4所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的系统，该方法包括如下步骤：
步骤一、将玉米淀粉进行液化、糖化及过滤处理后得到固形物浓度33%~35%的葡萄糖液，在固形物中，葡萄糖纯度95.0%~96.3%；
步骤二、将得到的葡萄糖液进行纳滤处理，分别得到透析液和浓缩液，在透析液中，葡萄糖纯度99.0%~99.5%，在浓缩液中，葡萄糖纯度80.0%~86.0%；
步骤三、将得到的透析液经过发酵、膜过滤、结晶及重结晶处理后得到晶体赤藓糖醇，赤藓糖醇纯度＞99.5%，将得到的浓缩液经过氢化、离子交换及蒸发处理后得到液体山梨糖醇，山梨糖醇纯度＞80%。
6.如权利要求5所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法，其特征在于，在步骤一中，所述葡萄糖液的温度50℃~60℃，pH值4.0~5.0。
7.如权利要求5所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法，其特征在于，在步骤二中，所述纳滤处理包括将得到的葡萄糖液进入缓冲罐，再通过进料泵经过纳滤前过滤器，过滤处理后的葡萄糖液再通过高压泵进入由纳滤膜和循环泵组成的纳滤组件中进行纳滤，纳滤处理后分别得到透过纳滤膜的透析液和未透过纳滤膜的浓缩液。
8.如权利要求7所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法，其特征在于，所述纳滤处理还包括使用清洗罐中的清洗水通过清洗泵对纳滤膜进行定期清洗。
9.如权利要求7所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法，其特征在于，在纳滤处理时，纳滤组件的运行温度40℃~60℃，运行压力15bar~35bar。
10.如权利要求5所述的利用玉米淀粉联产赤藓糖醇和液体山梨糖醇的方法，其特征在于，在步骤三中，所述透析液先换热蒸发至35%干物浓度后才进行发酵处理。
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