CN219342166U - 一种利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统，系统包括原料罐、第一中和罐、酶解罐、板框压滤装置、第一脱色罐、电渗析膜分离装置、纳滤膜分离装置、聚合反应釜、第二中和罐、第二脱色罐、第一刮膜蒸发器、真空干燥装置、破碎装置、褐变反应釜、闪蒸罐、超滤膜分离器和第二刮膜蒸发器；纳滤膜分离装置的截留液出料口与聚合反应釜的进料口连通，透过液出料口与褐变反应釜的进料口连通，原料罐用于储存玉米芯渣原料，破碎装置的出料口输出的物料为聚葡萄糖，第二刮膜蒸发器的出料口最后得到的物料为焦糖色素。本实用新型利用玉米芯渣中的纤维素资源，得到高附加值的聚葡萄糖和焦糖色素产品，提高了玉米芯渣的综合利用价值。

Description

一种利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统

技术领域

本实用新型属于糖醇制备技术领域，特别涉及一种利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统。

背景技术

聚葡萄糖是一种国家认可的水溶性膳食纤维，外观为白色或类白色固体颗粒，易溶于水，无特殊味，常用于食品中作增稠剂和乳化稳定剂，还可用于冷冻食品作低温保护、防腐保鲜剂。聚葡萄糖一般以葡萄糖、山梨醇和柠檬酸为原料，按特定比例调配加热成熔融态混合物后，经真空缩聚而成的一种D-葡萄糖多聚体。焦糖色素一般以糖类物质为原料，根据不同工艺生成黑褐色聚合物，是一种具有着色作用的食品添加剂，常用于酱油、醋、饮料等领域。

玉米芯渣是玉米芯酸提取半纤维素后的残余固体部分。目前，玉米芯渣常做燃烧放热使用。而玉米芯渣中干基部分仍旧含有60%纤维素。公开号为CN105502387A的专利公开了利用木糖醇制备工艺后的玉米芯废渣制备活性炭的方法，利用玉米芯渣活化后制备成脱色用的活性炭，但玉米芯渣附加值仍旧很低。

本实用新型利用玉米芯渣中的纤维素组分制备成聚葡萄糖和焦糖色素，不仅减少了玉米芯渣中资源的浪费，还可以将对环境有害的农业废弃物转变为高经济价值的产品，这对高端制造、环境生态保护和经济高质量发展都有着促进作用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统，采用纤维素复合酶降解玉米芯渣中的纤维素制成葡萄糖，再将葡萄糖精制提纯制备聚葡萄糖和焦糖色素，不仅高值化利用了玉米芯渣中的纤维素资源，还得到了高附加值的聚葡萄糖和焦糖色素产品，提高了玉米芯渣的综合利用价值。

本实用新型是这样实现的，提供一种利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统，包括聚葡萄糖制备子系统和焦糖色素制备子系统，所述聚葡萄糖制备子系统包括依次通过管路相互连通的原料罐、第一中和罐、酶解罐、板框压滤装置、第一脱色罐、电渗析膜分离装置、纳滤膜分离装置、聚合反应釜、第二中和罐、第二脱色罐、第一刮膜蒸发器、真空干燥装置以及破碎装置，所述焦糖色素制备子系统包括依次通过管路相互连通的褐变反应釜、闪蒸罐、超滤膜分离器和第二刮膜蒸发器；所述纳滤膜分离装置分别设有截留液出料口和透过液出料口，截留液出料口通过管路与聚合反应釜的进料口连通，透过液出料口通过管路与褐变反应釜的进料口连通，原料罐用于储存玉米芯渣原料，破碎装置的出料口输出的物料为系统制备的聚葡萄糖，第二刮膜蒸发器的出料口最后得到的物料为焦糖色素。

与现有技术相比，本实用新型的利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统具有以下特点：

1、通过将废弃玉米芯渣中纤维素制备成聚葡萄糖和焦糖色素，使得玉米芯渣中纤维素资源的利用率达95%以上。提高资源利用率的同时还制备了高附加值的聚葡萄糖和焦糖色素产品，大大提高了玉米芯渣的综合利用价值。将玉米芯渣中的纤维素制备成聚葡萄糖和焦糖色素，将售价300元/吨玉米芯渣转变为9000元/吨的聚葡萄糖和4000元/吨的焦糖色素，经济效益可提高13~30倍。

2、玉米芯渣燃烧或大量堆积占据环境资源，将玉米芯渣综合利用有利于提高了其综合利用价值的同时还制备了高附加值、符合国家标准的聚葡萄糖和焦糖色素产品。

附图说明

图1为本实用新型利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统的原理示意图。

图2为本实用新型利用玉米芯联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统中各物料的流动方向示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型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，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参照图1和图2所示，本实用新型利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统的较佳实施例，图中箭头方向为系统中物料的流动方向示意。所述系统包括聚葡萄糖制备子系统和焦糖色素制备子系统，所述聚葡萄糖制备子系统包括依次通过管路相互连通的原料罐1、第一中和罐2、酶解罐3、板框压滤装置4、第一脱色罐5、电渗析膜分离装置6、纳滤膜分离装置7、聚合反应釜8、第二中和罐9、第二脱色罐10、第一刮膜蒸发器11、真空干燥装置12以及破碎装置13。所述焦糖色素制备子系统包括依次通过管路相互连通的褐变反应釜14、闪蒸罐15、超滤膜分离器16和第二刮膜蒸发器17。图中箭头方向为系统中物料的流动方向示意。

原料罐1用于储存玉米芯渣A原料，破碎装置13的出料口输出的物料为系统制备的聚葡萄糖B，第二刮膜蒸发器17的出料口最后得到的物料为焦糖色素C。所述纳滤膜分离7装置分别设有截留液出料口和透过液出料口，截留液出料口通过管路与聚合反应釜8的进料口连通，透过液出料口通过管路与褐变反应釜14的进料口连通。

第一中和罐2用于调节玉米芯渣A的pH，酶解罐3用于将玉米芯渣A中的纤维素酶解为葡萄糖，板框压滤装置4用于分离酶解液和残余玉米芯渣。第一脱色罐5用于酶解液的脱色，电渗析膜分离装置6用于酶解液的脱盐处理，电渗析膜分离装置6的截留液为浓盐液，电渗析膜分离装置6的透过液为脱盐液。脱盐液为纳滤膜分离进料液F。纳滤膜分离装置7用于纳滤膜分离进料液F的分离。

纳滤膜分离装置7分离出来的截留液D通过截留液出料口以及连通的管路进入聚合反应釜8的进料口，纳滤膜分离装置7分离出来的透过液E通过透过液出料口以及连通的管路进入褐变反应釜14的进料口。截留液D为纯度高于98%的葡萄糖液，透过液E为纯度低于92%的葡萄糖液。

聚合反应釜8用于将截留液真空聚合生成聚葡萄糖溶液，第二中和罐9用于调节聚葡萄糖溶液的pH，第二脱色罐10用于聚葡萄糖溶液的脱色处理，第一刮膜蒸发器11用于聚葡萄糖溶液的蒸发浓缩，真空干燥装置12用于将聚葡萄糖溶液干燥成聚葡萄糖固体，破碎装置13用于将聚葡萄糖固体破碎处理成聚葡萄糖成品。

褐变反应釜14用于将透过液褐变反应制得焦糖色素粗品，闪蒸罐15用于除去焦糖色素粗品中的杂质——氨基化合物或亚硫酸盐。超滤膜分离器16用于除去焦糖色素粗品中的杂质——4-甲基咪唑，第二刮膜蒸发器17用于对除杂后的焦糖色素粗品低温提浓成焦糖色素产品。得到的焦糖色素产品的色率可达40000EBC。

本实用新型还公开一种利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的方法，所述方法使用如前所述的利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统，所述方法包括如下步骤：

步骤一、将原料罐1中的玉米芯渣A通过管路输送到第一中和罐2进行中和处理，然后再送入酶解罐3中进行酶解处理，得到酶解液。

步骤二、将酶解罐3中的酶解液通过管路依次输送到板框压滤装置4进行过滤处理、第一脱色罐5进行脱色处理、电渗析膜分离装置6进行脱盐处理，然后将脱盐处理后的酶解液再送入纳滤膜分离装置7中进行分离处理，分别得到葡萄糖浓度大于98%的截留液D和葡萄糖浓度低于92%的透过液E。

步骤三、将截留液D依次经过聚合反应釜8进行聚合反应处理、第二中和罐9进行中和处理、第二脱色罐10进行脱色处理、第一刮膜蒸发器11进行浓缩处理、真空干燥装置12进行干燥处理操作后，再将得到的聚葡萄糖固体送去破碎装置13进行破碎处理，得到聚葡萄糖成品。得到的聚葡萄糖成品的聚葡萄糖纯度>95%。

步骤四、将透过液E依次经过褐变反应釜14的褐变反应处理、闪蒸罐15的闪蒸处理、超滤膜分离器16的过滤处理、第二刮膜蒸发器17的蒸发浓缩处理操作后，制备得到焦糖色素产品。得到的焦糖色素产品的色率可达40000EBC。

具体地，在步骤一中，玉米芯渣A中纤维素干物质量百分比浓度在60~70wt%，pH在2.0~3.0；在中和处理时，采用氢氧化钠调节至pH为5.5-6.5；在酶解处理时，添加质量百分比为2~4%的商业纤维素复合酶作催化剂，控制反应温度40~60℃，反应时间为72~96h。

具体地，在步骤二中，在脱色处理时，采用1%的活性炭作脱色剂使用，脱色温度50~70℃，脱色时间为1.0~2.0h；在电渗析脱盐处理时，电渗析膜分离装置6的运行电流60~120A，电压200~250V，运行压力15~35bar。在纳滤处理过程中，运行温度为40~60℃，压力为15~35bar。

具体地，在步骤三中，真空聚合反应处理时需添加1~5%柠檬酸和10~20%的山梨醇作催化剂和反应截至剂，反应过程调控方法为：先升温至90~110℃并控制真空度至80~90kpa，浓缩葡萄糖液至90%折光，之后调节反应温度为140~160℃，反应时间为1~3h，真空度为85~95kpa，反应完成后加水稀释至折光30~50%；在中和处理时，采用碱液氢氧化钠调节pH为7；在脱色处理时，加入5‰活性炭进行脱色处理；在浓缩处理时，蒸发压力为4~5bar，真空度为80~90kpa；在真空干燥处理时，采用低温真空干燥方式，温度80~90℃，干燥时间4~6h，真空度为85~95kpa。

具体地，在步骤四中，在褐变反应处理时，所用反应助剂为氨水、碳酸铵或碳酸氢铵与亚硫酸铵的复配，复配比例为6:4~4:6，反应过程调控方法为：先调节pH至3.0~4.0，之后升温至80~90℃反应30~50min，然后升温至130~150℃反应3~5h，之后升温至150~170℃反应0.5~1h，之后冷却至室温；在超滤膜过滤处理时，超滤膜分离器16的运行温度40~60℃，运行压力5~7bar；在刮膜蒸发浓缩处理时，蒸发压力为4~5bar，真空度为80~90kpa。

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统。

实施例1

本实用新型利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的方法的第一种实施例，采用玉米芯渣为原料经提纯葡萄糖后再利用聚合反应和褐变反应制备聚葡萄糖和焦糖色素。所述方法包括如下步骤：

步骤11、将原料罐1中的玉米芯渣A通过管路输送到第一中和罐2进行中和处理，然后再送入酶解罐3中进行酶解处理。玉米芯渣A中纤维素干物质量百分比浓度在60~70wt%，pH在2.0~3.0左右。在中和处理时，采用氢氧化钠调节至pH为6.0。在酶解处理时，添加质量百分比为2%的商业纤维素复合酶作催化剂，控制反应温度50℃，反应时间为96h。

步骤12、将酶解罐3中的酶解液液通过管路依次输送到板框压滤装置4、第一脱色罐5、电渗析膜分离装置6进行过滤、脱色、脱盐处理，然后再送入纳滤膜分离装置7中进行分离处理。在脱色处理时，采用1%的活性炭作脱色剂使用，脱色温度70℃，脱色时间为1.0小时。在电渗析脱盐处理时，电渗析膜分离装置6的运行电流120A，电压200V，运行压力35bar。

步骤13、将纳滤膜分离器处理后物料分为两部分，透过液为低纯93%葡萄糖液，截留液为高纯98.5%葡萄糖液，透过液通过管路输送到褐变反应釜制备焦糖色素粗品，截留液通过管路输送到聚合反应釜制备聚葡萄糖粗品。纳滤处理过程运行温度为50℃，压力为20bar。

步骤14、将纳滤截留液D经过聚合反应、中和、脱色、浓缩、干燥等单元操作后，再将聚葡萄糖固体送去破碎成聚葡萄糖成品，聚葡萄糖的纯度>95%。真空聚合反应时需添加2%柠檬酸和15%的山梨醇作催化剂和反应截至剂，反应过程调控为：先升温至90并控制真空度至80~90kpa，浓缩葡萄糖液至90%折光，之后调节反应温度为160℃，反应时间为2小时，真空度为85~95kpa，反应完成后加水稀释至折光40%。后续采用碱液氢氧化钠调节pH为7，5‰活性炭脱色。在刮膜蒸发处理时，蒸发压力为5bar，真空度为90kpa。在真空干燥时采用低温真空干燥，温度80℃，干燥时间6h，真空度为95kpa。最终制备得到的聚葡萄糖产品的纯度高达96%、颜色白色、残余葡萄糖和山梨醇2%，其他指标皆符合国家标准。

步骤15、将纳滤透过液E经褐变反应、闪蒸、超滤膜分离、蒸发浓缩等单元操作后制备得到焦糖色素B产品，色率可达40000EBC。在褐变反应处理时，所用反应助剂为氨水、碳酸铵或碳酸氢铵和亚硫酸铵的复配，复配比例为6:4，反应过程调控为：先调节pH至3.0，之后升温至80℃反应50min，然后升温至150℃反应3h，之后升温至170℃反应0.5h，之后冷却至室温。在超滤膜分离处理时，超滤膜分离器16的运行温度60℃，运行压力7bar。在刮膜蒸发处理时，蒸发压力为5bar，真空度为90kpa。最终制备得到高端焦糖色素C产品，色率高达40000EBC，其他指标皆符合国家标准。纤维素资源利用率高达95%。

下面结合对比例进一步说明本实用新型的技术效果。

对比例

对比例采用常用方法制备聚葡萄糖。具体步骤包括：将原料罐中玉米芯渣A原料通过管路依次输送中和、酶解罐后，经脱色、脱盐、纳滤截留、浓缩至90%折光后输送到聚合反应釜，添加2%的柠檬酸和15%山梨糖醇开始聚合反应，反应温度为160℃、反应时间2小时，然后经碱中和、活性炭脱色、蒸发浓缩、干燥破碎，最终得到成品聚葡萄糖，纯度为85%、颜色偏黄、残余葡萄糖和山梨醇8%，不符合国家标准。纳滤透过液外售做添加剂用，纤维素资源实际利用率只有60%。

综上所述，采用本实用新型的利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统，玉米芯渣中纤维素利用率由60%提高到95%，聚葡萄糖纯度由85%提高到96%，提高了玉米芯渣综合利用价值的同时还制备了高附加值、符合国家标准的聚葡萄糖和焦糖色素产品。

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

Claims (1)

1.一种利用玉米芯渣联产聚葡萄糖和焦糖色素的系统，其特征在于，包括聚葡萄糖制备子系统和焦糖色素制备子系统，所述聚葡萄糖制备子系统包括依次通过管路相互连通的原料罐、第一中和罐、酶解罐、板框压滤装置、第一脱色罐、电渗析膜分离装置、纳滤膜分离装置、聚合反应釜、第二中和罐、第二脱色罐、第一刮膜蒸发器、真空干燥装置以及破碎装置，所述焦糖色素制备子系统包括依次通过管路相互连通的褐变反应釜、闪蒸罐、超滤膜分离器和第二刮膜蒸发器；所述纳滤膜分离装置分别设有截留液出料口和透过液出料口，截留液出料口通过管路与聚合反应釜的进料口连通，透过液出料口通过管路与褐变反应釜的进料口连通，原料罐用于储存玉米芯渣原料，破碎装置的出料口输出的物料为聚葡萄糖，第二刮膜蒸发器的出料口最后得到的物料为焦糖色素。

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