专利名称：一种木糖醇的制备方法
技术领域：
本发明涉及有机化合物的制备方法，更具体地说是一种从木糖醇母液 中提取木糖醇的制备方法。
背景技术：
木糖醇(Xylitol也叫戊五醇)是一种五碳糖醇，它的分子式为 C5H1205，是木糖代谢的正常中间产物，外形为结晶性白色粉末，广泛存 在于果品、蔬菜、谷类、蘑菇之类食物和木材、稻草、玉米芯等植物中。 它可用作甜味剂、营养剂和药剂在化工、食品、医药等工业中广泛应用。
就目前来说，我国木糖醇生产的工艺大部分采用的是中和脱酸工艺。 就是在净化水解液时采用中和法。此法的工艺路线就是原料经水解、中 和、浓#、脱色、离子交换、浓縮处理等步骤最后到相对出度比较髙的液 体木糖醇。这是典型的木糖醇生产工艺，在水解液净化过程中，采取了一 次中和一次离子交换工艺，在这个工艺的基础上，又加了一次氢化液离子 交换，就变成了一次中和脱酸二次交换工艺，都属于中和脱酸工艺。此工 艺的优点是比较简单，酸碱消耗低，可降低成本，设备也比较简单，易操 作，投资少。它的缺点主要来至工艺本身，众所周知，石膏虽然在水中的 溶解度小，也不是绝对不溶解，在进入下个浓縮工序时，随着水解液变浓, 石膏在本解液中浓度也变大，呈过饱和状态，此时就有一部分石膏又沉淀 出来，沉积在蒸发器的管壁上，形成隔热层，降低蒸发效力，浪费蒸汽， 降低设备利用率。由于，这层结垢很难除去，特别是很难用化学方法除 去，不得不用机械法清除结垢，不但麻烦，而且劳动强度很大，对设备也有不同程度的损伤，降低设备的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有生产工艺的缺点与不足提供一种新的制 备方法，以进一步提髙液体木糖醇的浓度。
本发明的技术方案如下 一种木糖醇的制备方法其特征在于，
(1) 水解工序将玉米芯原料加入10-30繊酸在70-90TC，水解4-5 小时，保持PH在l-2.5;
(2) 中和工序加入10-15K的氢氧化钠中和至PH6-7.5:浓縮掉溶 液体积的1/5;
(3) 脱色工序加入0. 1-1. 5%的活性炭脱色；
(4) 离子交换工序所得液体浓縮，采用弱碱性阴离子交换树脂吸 附，所得浓縮加氢浓縮，得到含量达45%的液体木糖醇。
本发明采用离子交换脱酸工艺还有它不可替代的优点，它解决了中和 脱酸工艺品中设备结垢的缺点，提高了设备的利用率和使用寿命，减少了 水解液中的灰份和酸的含量，提髙了水解液的质量，相应的提髙了产品质 量。由于离子交换脱酸工艺有众多的优越性，新建厂都采用了此工艺。 每次交换的意义不同，所以采用的离子交换树脂也不同，第一次交换主要 是为了除去水解液中的硫酸根，所以采用阴离子交换，第二次交换采用阳 离子交换树脂，第三次交换用阳、阴两种树脂，也有单用阳树脂的。离子 交换脱酸工艺，工艺比较复杂，树脂用量较多，设备较多，投资大。增加 了酸碱消耗，加大了成本。但离子交换脱酸工艺还有它不可替代的优点， 它解决了中和脱酸工艺品中设备结垢的缺点，提高了设备的利用率和使用 寿命，减少了水解液中的灰份和酸的含量，提髙了水解液的质量，相应的 提髙了产品质量。由于离子交换脱酸工艺有众多的优越性，新建厂都采用了此工艺。
不论是中和脱酸工艺还是离子交换脱酸工艺，他们的最后一次交换， 都是将氢化液再进行一次交换，来提高净化液的质量，继而提高产品质量。 中和脱酸工艺和离子交换工艺，都有各自的优点和不足，采取那种工艺都 必须扬长避短，最大限度发展优势，提高经济效益。 木糖醇生产工艺的要点和进步
木糖醇的生产工艺是比较长的，但必须把住几个关键工序才能保证木糖 醇产品质量和生产的顺利进行，这就是协纲提领，几个关键工序做好了就 把住了木糖醇的生产要点。木糖醇有以下几道值得注意的工序，分述如下。 水解工序
水解工序是木糖醇生产的第一道工序，是关系到木糖醇的质量和后序 工序加工的难易的关键。如果把握不住水解液的质量，就会给后序工序带 来很多麻烦，最终会影响产品的质量。水解工序首要注意的问题是原料净 化问题，原料玉米芯要经筛选，洗涤，清除杂质，不要人为的把杂质引入 水解液中，造成水解液质量的先天不足。水解工序参数三要素就是催化剂、 水解温度和时间。其中，催化剂只是一个量的问题，卡住催化剂的用量就 行了；水解温度是值得关注的问题，温度低只能是水解不完全，而要是高 了就会造成严重后果，温度过高会使水解液中的木糖继续脱水生成糠醛或 深度水解生成低级的碳水化合物，如醋酸，丙爾等，也会使大量蛋白质水 解，生成有机色素和胶体，这会对后续的净化工序带来很大困难。为了确 保水解温度适当可引进温度自动控制系统，已经是很容易解决的问题了。 同样水解时间也不能不足或过长，会造成同水争温度一样的后果，多长时 间好呢，虽然有一个基本时间，但要恰如其分，这就要操作者根据不同原 料，不同气候，根据长期积累的实际经验来掌握。中和工序
中和工序是中和脱酸工艺的关键工序，在这个工序将除去绝大部份无 机酸-硫酸。中和效果的优劣要用pH值控制,水解液的pH值一般在1 1. 5, 当中和到pH4时，无机酸绝大部份中和掉，且有机酸也开始中和，当pH 值5时，约有70%的醋酸、甲酸、乙酰丙酸等有机酸被中和掉，要想使全 部有机酸被中和掉到pH10。但是当pH值4 5时就会破坏糖，生成色素， 中和时局部过碱也会造成还原糖分解，中和pH值通常为3. 5，温度70 801C。中和时是把硫酸中和成石裔沉淀，生成两种石膏， 一种是二水石膏 (CaS04* 2H20),另一种是半水石膏(2CaS04* H20),这两种石膏在不同温 度下溶解度不一样,在801C以下时二水石膏生成量大而溶解度比半水石膏 小，但温度过髙生成的二水石裔量小，且溶解度增大，在中和时希望生成 二水石膏越多越好。但沉淀和溶解是可逆的，为了使石膏生成的多，且结 晶颗粒大，往往要沉降养晶，但时间不能过长，以免沉淀再次溶解。 脱色工序
脱色工序是木糖醇生产的主要工序，水解液中的色素有原料中的天然 色素和在生产中生成的色素，天然色素如花色素是以配糖体存在的，在 酸性介质中可以水解成一个糖和一个非糖体，在碱性中呈绿色，蛋白质和 氨基酸水解时也产生含氮的有色物质，糖类在碱性中也分解生成色素，糖 加热时也可产生焦糖色。这些因素都会使水解液的色泽加深，影响木糖醇 产品的质量，必须进行脱色处理。
脱色的原理很复杂，由于产品不同，脱色的原理也各不相同。木糖醇 水解液的脱色基本属于吸附脱色。吸附剂是多孔，比表面积很大的物质， 吸附剂的种类较多。如白土、磺化煤、焦木素和活性炭，其中活性炭的比 较广泛。木糖醇水解液也曾试用过上述脱色剂，但相比之下还是活性炭比较理想。在活性炭的选用上和其它溶液大不相同，按常规活性炭的脱色能 力通常是单位体积的活性碳能脱多少体积的甲基兰溶液，而用于木糖醇 水解液脱色的活性炭不能用这个传统方法测试，必需在生产中用活性炭直 接脱水解液的能力来比较，来测定活性碳质量的优劣。脱色的原理既然是 吸附，那就有吸附和解吸同时存在，为了让脱色向正方向进行，脱色速度 要快，温度不要过髙。 离子交换工序
水解液(也可称为木糖浆)纯度比较低，含有各式各样的色素，灰份 (石膏等)，各种酸(硫酸、醋酸等)，含氮物(蛋白质、氨基酸等)， 胶体等。这样杂质复杂的木糖浆不经净化是很难进行氢化生产出合格的木 糖醇产品的。所以必须将木糖浆进行净化，不然会使加氢催化剂中毒、失 效。要使其纯度达到95%以上，通过两次交换以后，木糖浆的色泽接进无 色，不带酸性，以保证氢化反应的顺利进行，提髙产品的质量和收率。离 子交换工序在木糖醇生产中是相当重要的工序，是影响木糖醇质量关键工 序。在离子交换树脂的选用上和交换工艺的改进上都有新的突破。同时每 次交换的目的也不一样，现以三次交换为例，看看交换工序的作用和发展。
第一次交换主要是为了除去水解液中的无机酸和有机酸，硫酸根是阴 离子，所以，第一次是采用阴离子交换树脂，阴离子交换树脂的种类很多， 不是每种树脂都适合木糖醇生产的要求。本发明人筛选出大孔D型阴离子 树脂适合于木糖醇生产的要求，如大孔阴树脂D296、 D290等型号，为木 糖醇工业的发展做出应有的贡献。第一次交换采用大孔阴树脂不但可以除 去阴离子，而且可吸附除掉很多胶体杂质和色素
第二次交换的目的是为了除去灰份和阳离子，所以采用阳离子交换树 脂，阳离子交换树脂的种类也很多，但常用的还是强酸型732用的比较普遍，732强酸型阳离子交换树脂是苯乙烯磺酸型树脂，其功能团为磺酸基, 这种树脂强度高，交换容量大，使用寿命长。阳离子交换树脂在交换中除 去阳离子杂质外，还能以吸附的形式除去胶体和非糖体，如糖醛酸、聚糖 醛酸，还有含氮化合物等。
第三次交换是为了氢化液的净化，净化后的木糖浆经过加氢会增加酸 度和金属离子，要进一步净化，以除去这些杂质，就采用第三次离子交换, 一般第三次交换采用阳树脂。这就是阴-阳-阳离子交换工艺。
具体实施方式
实施例l
(1) 将1000公斤的玉米芯原料加入10%硫酸在7010,水解4小时，
保持ra在i;
(2) 加入i(^的氢氧化钠中和至rae;浓縮掉溶液体积的l/5;
(3) 加入0.1%的活性炭脱色；
(4) 所得液体浓縮，采用弱碱性阴离子交换树脂吸附，所得浓縮加 氢浓縮，得到含量达45%的液体木糖醇。其中第一次交换主要是除去水解 液中的无机酸和有机酸，硫酸根是阴离子第二次交换的目的是除去灰份 和阳离子；第三次交换是采用阳树脂。净化氢化液。第一次交换采用弱碱 性阴离子交换树脂吸附；第二次交换采用阳离子交换树脂；第三次交换是 采用阳树脂净化氢化液。
实施例2
(1) 将1000公斤的玉米芯原料加入3096硫酸在901C，水解5小时，
保持ra在2.5;
(2) 加入15%的氢氧化钠中和至冊7.5;浓縮掉溶液体积的l/5;
(3) 加入1. 5%的活性炭脱色；(4)所得液体浓縮，采用弱碱性阴离子交换树脂吸附，所得浓縮加 氢浓縮，得到含量达45%的液体木糖醇。所得液体浓縮，采用弱碱性阴离 子交换树脂吸附，所得浓縮加氢浓縮，得到含量达45%的液体木糖醇。其 中第一次交换主要是除去水解液中的无机酸和有机酸，琉酸根是阴离子； 第二次交换的目的是除去灰份和阳离子；第三次交换是采用阳树脂。净化 氢化液。第一次交换采用弱碱性阴离子交换树脂吸附；第二次交换采用阳 离子交换树脂；第三次交换是采用阳树脂净化氢化液。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修 改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围之内。
权利要求
1、一种木糖醇的制备方法，其特征在于，它是按如下步骤进行(1)将玉米芯原料加入10-30％硫酸在70-90℃，水解4-5小时，保持PH在1-2.5；(2)加入10-15％的氢氧化钠中和至PH6-7.5；浓缩掉溶液体积的1/5；(3)加入0. 1-1.5％的活性炭脱色；(4)所得液体浓缩，采用离子交换树脂经过三次交换，所得浓缩加氢浓缩，得到含量达45％的液体木糖醇。
2、 如权利要求1所述的木糖醇制备方法，其特征在于所述的第一次交 换主要是除去水解液中的无机酸和有机酸，硫酸根是阴离子；第二次交换 的目的是除去灰份和阳离子；第三次交换是采用阳树脂。净化氢化液。
3、 如权利要求1所述的木糖醇制备方法，其特征在于所述的第一次交 换采用弱碱性阴离子交换树脂吸附；第二次交换采用阳离子交换树脂；第 三次交换是采用阳树脂净化氢化液。
全文摘要
本发明涉及一种木糖醇的制备方法。它是按如下步骤进行(1)将玉米芯原料加入10-30％硫酸在70-90℃，水解4-5小时，保持pH在1-2.5；(2)加入10-15％的氢氧化钠中和至pH6-7.5；浓缩掉溶液体积的1/5；(3)加入0.1-1.5％的活性炭脱色；(4)所得液体浓缩，采用弱碱性阴离子交换树脂经过三次吸附，所得浓缩加氢浓缩，得到含量达45％以上的液体木糖醇。
文档编号C07H3/02GK101445523SQ20071015040
公开日2009年6月3日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者邱洪江, 马永华 申请人:天津市金圭谷木糖醇有限公司