一种甘蔗渣生产木糖、木糖醇联产l-阿拉伯糖的方法

一种甘蔗渣生产木糖、木糖醇联产l-阿拉伯糖的方法
【专利摘要】一种甘蔗渣生产木糖、木糖醇联产L-阿拉伯糖的方法，该方法先将甘蔗渣进行处理，然后用甘蔗渣生产木糖，并由获得的成品木糖和木糖母液进一步分别生产木糖醇和阿拉伯糖。本发明利用甘蔗渣为原料，经过一整套工艺路线获得结晶木糖、进一步获得木糖醇、L-阿拉伯糖三种高附加值、广泛用于食品及医药领域的产品。本发明操作简单、技术新颖、成本较低、产品多元化、经济价值高，是国内首创的甘蔗渣联合生产功能糖醇和稀有糖产品的工艺方法，具有极其广泛的应用价值。
【专利说明】一种甘蔗渣生产木糖、木糖醇联产L-阿拉伯糖的方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医药、轻工食品【技术领域】，具体涉及一种利用甘蔗渣生产木糖的 方法、所得木糖、木糖母液及由所述木糖、木糖母液生产木糖醇和L-阿拉伯糖的方法。

【背景技术】
[0002] 木糖是木糖醇生产过程中的中间产品，它属于五碳糖，有4对旋光异构体。目前， 在自然界，除了竹笋以外，基本上尚未发现游离状态的木糖，而以缩聚状态广泛地存在于自 然植物的半纤维素中，即以大分子的木聚糖的形式含在植物体内。我国盛产甘蔗，其中蔗渣 的产量约为甘蔗产量的21 %，每年所产生的蔗渣除用于制浆造纸之外，还用于锅炉燃烧发 电。甘蔗渣中的多缩戊糖含量为24%左右，由于比较集中、价格低廉，而且蔗渣制木糖产品 纯度比玉米芯制木糖的纯度高，在市场上更具竞争力，所以是比较理想的木糖原料之一。
[0003] 木糖醇是自然界广泛存在的天然物质，不仅存在于植物界，而且存在于人体的血 液中。即使不摄入外来的木糖醇，人体血液中也存在着0. 03?0. 06mg/100mg的木糖醇，因 为木糖醇是人体糖类代谢的正常中间体。将甘蔗渣中的木聚糖水解，获得木糖晶体，然后将 木糖成品溶解、脱色、净化、加氢、精制、浓缩、结晶、分离、干燥等工序获得结晶木糖醇，这种 用甘蔗渣中的木糖制取的木糖醇，其化学结构和自然界中的完全相同。国际上欧、美、日等 几十个国家，均把木糖醇批准为公认安全的食品添加剂。
[0004] 木糖母液是木糖生产中的副产物，一般以低价出售给酱色厂生产焦糖色素，大大 减少了木糖、木糖醇生产的效益，同时造成了大量资源浪费和严重的环境污染。L-阿拉伯糖 是一种应用于食品及医药等行业的功能糖，具有独特的生理功能。现有生产L-阿拉伯糖的 技术有：利用阿拉伯糖活性酶水解作用得到，如中国专利0180080. 6,这种工艺不能得到较 纯的结晶L-阿拉伯糖成品；通过酸水解阿拉伯胶来制备L-阿拉伯糖，如专利02116353. 7， 经试验验证发现收率很低，经济效益也很低，无推广应用价值。木糖母液中L-阿拉伯糖的 含量有的高达20%以上，如何更好的利用木糖母液生产L-阿拉伯糖是木糖生产厂家很关 心的问题。


【发明内容】

[0005] 本发明利用甘蔗渣为原料，经过一整套工艺路线获得结晶木糖、进一步获得木糖 醇、L-阿拉伯糖三种高附加值、广泛用于食品及医药领域的产品。
[0006] 本发明的目的是针对其他原料生产木糖工艺流程长，成本高，木糖连续加氢效率 低下，L-阿拉伯糖现有生产工艺得率差、纯度低等问题，提供一种操作简单、技术新颖、成本 较低、产品多元化、经济价值高的甘蔗渣生产木糖、木糖醇联产L-阿拉伯糖的方法，是国内 首创的甘蔗渣联合生产功能糖醇和稀有糖产品的工艺方法，具有极其广泛的应用价值。
[0007] 本发明采用的技术方案如下：
[0008] -种甘蔗渣生产木糖、木糖醇联产L-阿拉伯糖的方法，该方法先将甘蔗渣进行处 理，然后用甘蔗渣生产木糖，并由获得的成品木糖和木糖母液进一步分别生产木糖醇和阿 拉伯糖。首先将甘蔗渣进行处理，然后经过水解、脱色、离子交换、蒸发浓缩、再次脱色、再 次离子交换、再次蒸发浓缩、结晶、离心分离、干燥获得成品木糖和木糖母液；由成品木糖经 过化糖、脱色、微滤、氢化、脱色、离子交换、蒸发浓缩、结晶、离心分离、烘干等获得结晶木糖 醇；由木糖母液经过稀释、葡萄糖去除、脱色、离子交换、蒸发浓缩、分离、结晶、离心分离、干 燥获得L-阿拉伯糖结晶。
[0009] 本发明中利用甘蔗渣生产木糖的方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤（1)甘蔗渣的处理
[0011] 将甘蔗渣经除髓机处理、除髓率为20%左右，然后堆放3个月以上，使蔗渣内蔗糖 充分发酵，获得外观呈黄褐色、水分< 15%的蔗渣；
[0012] 步骤⑵木糖的生产
[0013] (2-1)水解：甘蔗渣在硫酸的催化下进行水解，水解后离心收集离心液，湿渣水洗 回收残糖，合并离心液和水洗液，获得橙黄色透明糖液；
[0014] (2-2)第一次脱色：采用氯化锌粉末活性炭间歇脱色，通过物理吸附作用去除糖 液中的色素、胶体等杂质，达到初步净化的目的；
[0015] (2-3)第一次离子交换：步骤（2-2)脱色液，按照顺序依次通过第一阳离子交换树 脂柱、第一阴离子交换树脂柱、第二阳离子交换树脂柱进行净化提纯；
[0016] (2-4)第一次蒸发浓缩：经过离子交换树脂净化提纯后的糖液在真空条件下，恒 温加热，使旋转瓶恒速旋转，物料在瓶壁形成大面积薄膜，高效蒸发，溶媒蒸气经高效玻璃 冷凝器冷却，回收于收集瓶中；
[0017] (2-5)第二次脱色：采用氯化锌粉末活性炭间歇脱色，通过物理吸附作用去除糖 液中的色素、胶体等杂质，达到净化的目的；
[0018] (2-6)第二次离子交换：第二次脱色液按照顺序依次通过第二阴离子交换树脂、 第三阳离子交换树脂、第三阴离子交换树脂进行净化提纯；
[0019] (2-7)第二次蒸发浓缩：步骤（2-6)净化后糖液的浓缩采用两段进行，第一段将糖 液由12?16%浓缩到45?60%，第二段再将糖液由45?60%浓缩到81?83% ;
[0020] (2-8)结晶，采用立式真空结晶机进行结晶；
[0021] (2-9)离心分离，利用转鼓或筛篮使木糖晶体与母液分离；
[0022] (2-10)干燥，热风干燥得到成品木糖。
[0023] 具体操作为：
[0024] 步骤（1)甘蔗渣的处理
[0025] 将甘蔗渣经除髓机处理、除髓率为20%左右，然后堆放3个月以上，使蔗渣内蔗糖 充分发酵，获得外观呈黄褐色、水分< 15%的蔗渣。
[0026] 步骤⑵木糖的生产
[0027] (2-1)水解：在酸的催化作用下，甘蔗渣中的多缩戊糖与水结合进行水解生产单 糖，水解结束后，用三足离心机将渣液混合物分离，收集离心液，然后添加纯水，淋洗离心机 内的湿渣，回收部分残糖，将水洗液和水解液合并；水解工艺参数：采取间歇水解工艺，水 解压力0. 12MPa，水解温度123°C，稀硫酸的质量浓度1. 2%，水解时间2. 5小时，淋洗用的纯 水与绝干甘蔗渣的比例为2. 5:1，出料折光> 4%，外观为橙黄色透明液体。
[0028] (2-2)第一次脱色：甘蔗渣水解液中的色素来源大致有两种，一种是甘蔗渣自身 携带的色素及其含有的蛋白质和氨基酸，另一种是在水解过程中生成的色素。采用粉状炭 间歇脱色，通过物理吸附作用去除糖液中的色素、胶体等杂质，进行初步净化。工艺指标：氯 化锌粉末活性炭添加量为糖液重量的1 %，脱色温度75°c，搅拌转速150转/分钟，脱色时 间30分钟，脱色后糖液透光80%以上。
[0029] (2-3)第一次离子交换：
[0030] 离子交换树脂总的分为两大类，阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，阳离子交换 树脂用可分为强酸性和弱酸性，阴离子交换树脂又分为强碱性和弱碱性。阳离子交换是利 用提供氢离子0T)与糖液中的钙（Ca 2+)、镁（Mg2+)和钠（Na+)等杂质阳离子进行交换，树脂 上的氢离子进入糖液中，糖液中的杂质阳离子则被吸附在树脂上；阴离子交换是利用阴离 子交换树脂提供氢氧根离子（0H1与糖液中的硫酸根（S0/1、氯根（C13和有机酸根等 杂质阴离子进行交换，树脂上的氢氧根离子进入糖液中，糖液中的杂质阴离子则被吸附在 树脂上。从树脂上交换入糖液的氢离子和氢氧根离子则结合为水。此外，离子交换树脂还 能吸附一些有机杂质，特别是小分子的有机有色物质，很难被活性炭吸附，但很容易被离子 交换树脂吸附。所以离子交换是糖液精制处理最重要的方法。
[0031] 本次离子交换顺序：步骤（2-2)脱色液一第一阳离子交换树脂柱（树脂型号为 D001)-第一阴离子交换树脂柱（树脂型号为D0C2001)-第二阳离子交换树脂柱（树脂型 号为D001)。各离子交换树脂柱的操作步骤与现有糖液离子交换步骤相同：a.备用：树脂 柱在工作前，用无离子水浸泡，在有机玻璃柱内形成了"树脂床"，打开交换柱顶端排空阀， 打开底端排水阀，排水至树脂层面高20cm处，备用。b.加糖：关闭排空阀，打开进料阀，打 开排水阀，打开进料泵，控制lBV/h(BV :bed volume，树脂床体积，BV/h表不每小时的床体积 流量），进行加糖，使树脂中糖液浓度逐渐升高。这个过程称为加糖。用手持糖量计随时测 出口的糖浓度，当出口糖液折光浓度达1%时，关闭排水阀，打开出料阀，开始运行和收集出 口糖液，这一过程排出的水可以回收利用。c.运行：控制糖液流量速度，一般控制1?2BV/ h ;若流量过高，导致离子交换效果达不到要求，随时测出口糖液的pH，电导，透光，在运行 一段时间后，树脂吸附积聚的杂质较多，离子交换能力降低，出口糖液的PH，电导，透光等参 数都会发生变化，当检测到各参数达到限定数字时，柱子失效，停用该柱而转用其他备用树 脂柱。d.顶替：停止入料后，要将树脂床中的残糖尽量排出，这称为顶替。以无离子水，控 制流速2. 5BV/h，当出口糖液低于1%时停止收集。e.反洗：打开进水泵，打开进水阀，打开 柱子上端排污阀，从树脂柱底部以2?3BV/h的流速反方向冲洗树脂层，使在工作时被压紧 的树脂层松散，并自行按颗粒大小重新铺排成床，增大颗粒之间的空隙，以便于下一步再生 时，树脂能与再生液充分接触和进行反应。反洗还可将树脂层中混杂的悬浮物冲走。操作 直至洗出液无明显混浊为止。为防止反洗时树脂被冲走而损失，反洗流速不可过大，以免流 失树脂。f.再生：反洗结束后，打开进酸或进碱泵（针对不同的柱子，再生剂不同），打开 柱子上端排污阀，控制流速约2-3倍的离子交换柱内树脂床体积/小时，从柱子底部逆流通 入2-3%浓度的酸或碱（针对阳或阴柱子，用的再生溶剂不同），当排水口浓度达达到与进 口浓度基本持平时（可以用pH试纸检测酸碱度），停止通入，并且浸泡2-4小时。g.置换 (小反洗）：再生完毕后，去离子水从柱子底部通入，对树脂进行反洗，反洗流速与再生流速 相同即可至出水澄清。目的是：利用去离子水使树脂上部的空间及树脂层中间再生液充分 发挥作用，不至于浪费再生剂，并且通过柱子上端排污阀排除交换出的杂质和多余的残酸。 h.正洗：从柱子上部通入离子水，对树脂进行正向冲洗，直到出水合格，正洗结束。正洗流 速与再生流速相同即可。i.备用：再生完毕后，打开交换柱顶端排空阀，打开底端排水阀， 排水至树脂层面高20cm处树脂柱在加糖前，无离子水始终浸泡，形成"树脂床"，备用。糖液 经过离子交换柱的顺序：步骤（2-2)脱液一第一阳离子交换树脂柱（树脂型号为D001，有 机玻璃离交柱尺寸2500X200mm，柱内树脂装填量为30Kg)-第一阴离子交换树脂柱（树 脂型号为D0C2001，有机玻璃离交柱尺寸2500X200mm，柱内树脂装填量为30Kg)-第二阳 离子交换树脂柱（树脂型号为D001，有机玻璃离交柱尺寸2500 X 200mm，柱内树脂装填量为 30Kg)。出料糖液指标要求：折光=1. 8?3%，透光彡85%，pH = 2. 5?3。
[0032] (2-4)第一次蒸发浓缩：水解液经过离子交换树脂净化提纯后，浓度低。这样的 浓度距离木糖结晶要求太远，必须蒸发浓缩除去水分。通过一次蒸发，糖液体积大为减少， 降低了后序工序的精制负担，同时糖液中的一部分易挥发有机物（部分有机酸及醛类）也 被蒸发除去，另外还可以除去水解液中的灰分，所以一次蒸发也不是单纯为了蒸浓水解液， 还有净化半成品的功能。采用的蒸发设备为旋转蒸发器，其原理为：在真空条件下，恒温加 热，使旋转瓶恒速旋转，物料在瓶壁形成大面积薄膜，高效蒸发。溶媒蒸气经高效玻璃冷凝 器冷却，回收于收集瓶中，大大提高蒸发效率。蒸发过程参数：旋转蒸发器型号为RE-5002， 旋转瓶容量：为50L，收集瓶容量为20L/10L，旋转速度：0-90转/分（变频无级调速），电 机功率：250W，水浴锅功率9KW，水浴锅升降220mm，电源电压380V/22050HZ ± 10 %，外形尺 寸：1500X800X2550(高）_。设定真空度-0.085MP;温度80°C，蒸发仪转速20r/min。获 得的蒸发液质量要求：外观为黄色、半透明状液体，糖液的折光浓度为25%左右（阿贝折光 仪测得）。
[0033] (2-5)第二次脱色：糖液通过第一次蒸发后，浓度提高，其中的有色物质浓度也同 时提高，加上一些有机物质在蒸发高温作用下产生新的有色物质，糖液在一次蒸发后透光 率急剧下降，需要进行第二次脱色处理，参数指标：氯化锌粉末活性炭的添加量为糖液重量 的1 %，脱色温度75 °C，搅拌转速为150转/分钟，脱色时间为30分钟，过滤后糖液透光85 % 以上。
[0034] (2-6)第二次离子交换：第二次脱色液经过树脂柱的顺序：第二阴离子交换树脂 柱（树脂型号为D0C2001，有机玻璃离交柱尺寸1500X90mm，柱内树脂装填量为5Kg)- 第三阳离子交换树脂柱（树脂型号为D001，有机玻璃离交柱尺寸1500X90mm，柱内树脂 装填量为5Kg)-第三阴离子交换树脂柱（树脂型号为D301-FD，有机玻璃离交柱尺寸 1500X90mm，柱内树脂装填量为5Kg)，控制加糖流量为lBV/h左右，第二次离子交换后出 料糖液的质量要求：外观色泽为无色至微黄色，折光=12?16%，木糖纯度> 80%，透光 > 95%,电导< 10μ s/cm，pH = 5 ?7 ;
[0035] (2-7)第二次蒸发浓缩：第二次浓缩工序是木糖生产中非常重要的一个工序，它 是水解液经过脱色、离子交换、一次浓缩等多个工序的净化处理后，再进行二次离子交换净 化，已完成了木糖生产中的多个净化工序，除结晶外再没有其他提纯手段了。二次浓缩工序 是关系木糖结晶质量的重要工序，不能引入任何杂质，在浓缩过程中也不能产生任何杂质。 所以二次蒸发浓缩工序对设备和操作要求都是很严格的。第二次离子交换后的木糖溶液浓 度在12?16%之间，需要浓缩到81?83%，浓缩倍数在5?7之间。由于浓缩倍数较大 且最终出料浓度较高，若采用一步到位浓缩，对蒸发器运行不利，而且髙浓度糖液的沸点升 高很多，将导致对糖造成危害。所以本发明净化后糖液的浓缩采用两段进行，参数控制：第 一段将糖液由12?16%浓缩到45?60%，真空度-0. 085MPa，温度80°C，旋转蒸发仪转 速20171^11，第二段再将糖液由45?60%浓缩到81?83%的糖膏，真空度-0.0851^ ;温度 80°C，转速 20r/min。
[0036] (2-8)结晶：木糖的结晶是木糖生产的最后一次净化，对于木糖产品的质量是相 当重要的。结晶是利用木糖在水中的溶解度随温度下降而减小的特性，先在高温下浓缩糖 液使水中溶解的糖量达到极限，然后通过降温，溶解度下降，超出水溶解能力的木糖析出形 成木糖结晶。本方法采用的结晶设备为立式真空结晶机。工艺过程：立式结晶器夹套连接 恒温槽系统，软管通入循环水进入夹套，结晶器内注入适量纯水，设定恒温槽温度80°C，开 启与结晶机相连的真空加热系统，开始对结晶器进行预热。当木糖糖浆在旋转蒸发器中蒸 发至折光浓度接近83%时，关闭旋转蒸发器，放出木糖浆。关闭结晶机相连的真空系统，当 真空为零时，将立式结晶器内的纯水从底部放净，拧紧底部出口，适度打开结晶机相连的真 空系统，调节结晶机上方的进料阀开闭幅度，通过进料管，利用结晶器内外压力差将木糖糖 浆吸入结晶器内。投料完毕后，关闭结晶机相连的真空系统，开启搅拌器，设定转速25转/ 分钟，设定降温幅度为2?:TC /h，仔细观察结晶器中的糖浆感官状态，当刚要起晶时，加入 晶种（事先将木糖晶种研磨，用适量无水酒精配成晶种糊）；这时设定养晶时间6-8h，更改 降温幅度为1°C /h，设定降温总时间40h，根据糖膏的搅拌状态适度调节转速，当降至35°C 时，关闭与结晶机相连的循环水系统，停止搅拌，关闭电源，从结晶器底部放料，结晶结束， 准备离心分离。用纯水浸泡、冲洗结晶器。出料指标：外观白色（浅黄色）粘稠晶体悬浮膏 状物。
[0037] (2-9)离心分离：离心分离是利用离心机高速旋转的转鼓（筛篮）产生的离心力 使糖膏中的木糖晶体与母液分离的过程。经过离心分离，得到固态的木糖结晶体保留在离 心机转鼓内的滤布内，母液透过滤布和转鼓筛篮的缝隙进入母液池。工艺过程：离心时放置 好滤布，用纯水冲洗干净离心机和滤布，将糖膏移入离心机内，开启离心机进行分离，间隔5 分钟添加少量无水乙醇；离心至木糖晶体洁白，无母液时放料。产品质量要求：外观洁白， 水分在1. 0?2. 0%。
[0038] (2-10)干燥：干燥是通过木糖结晶与热风接触，离心分离后残留在木糖结晶表面 的水分和乙醇受热蒸发后被热风带走去除。木糖结晶经干燥后才能达到成品木糖水分要 求，干燥前晶体之间容易粘结，长期存放会结块或板结。干燥后，晶体之间不再粘结结块，变 得非常松散，流动性也较好。乙醇因挥发性较好，经过干燥后，成品木糖检测不出乙醇残留。 工艺参数：101-2型电热鼓风干燥箱，设定温度< 50°C，烘干水分< 0. 5%。产品质量要求： 外观洁白、晶体均匀一致、流动性好、纯度> 99. 5%。
[0039] 本发明还提供一种生产木糖醇的方法，所用原料是按照上述利用甘蔗渣生产的成 品木糖，其线路包括以下步骤：
[0040] (3-1)化糖：恒温水浴条件下，设定温度65°C，添加纯水和上述步骤（2)获得的木 糖成品，100转/分钟搅拌条件下，将结晶木糖溶化成折光率35-50%的糖液备用。
[0041] (3-2)木糖液脱色：氯化锌粉末活性炭的添加量为糖液重量的1%，脱色温度为 80°C，搅拌转速为200转/分钟，脱色时间为30分钟。脱色液质量要求：外观无色透明液 体，无明显颗粒杂质，透光90%以上。
[0042] (3-3)微滤：将孔径为0. 22 μ m微滤膜放置在玻璃砂芯过滤装置中，采用无油隔膜 真空泵进行抽滤。出料要求：折光率35-50%，透光度100%。
[0043] (3-4)氢化：利用还原法，在高温高压，催化剂的作用下，使糖液加入H2得到氢化 液，氢化结束后木糖转变成木糖醇，所获得氢化液即木糖醇溶液，为下一步工序做好准备工 作。具体操作过程：将准备好的滤液转移至加氢反应釜中，加入催化剂，盖上釜盖，在搅拌下 升温，先用氮气置换空气，通入氮气，升压至〇. 5MPa，放压到0. IMPa，如此反复三次，再用氢 气置换氮气，方法同上，重复三次。然后通过开关氢气阀门和压缩机阀门使釜内压力上升， 观察釜内压力升降情况，一般情况下当压力升至6-7MPa时，温度控制至80-1KTC之间，这 个过程釜内物料吸氢比较明显（关闭氢气阀门时，看到釜内压力下降比较明显），继续控制 加氢阀门的开关，使釜内压力升至llMPa，调节氢气阀门的开闭直至釜内压力下降不明显。 关闭氢气阀门，釜内压力能自身维持在llMPa，温度稳定在124°C左右，持续一段时间后釜 内温度从124°C左右开始下降，通入工业水降温，直至将至90°C以下，打开排空阀，使釜内 压力降至为0. IMPa，然后利用反应釜内部压力，从釜底出料口排出木糖醇溶液。最后再稍微 通一通氮气（这时关闭排空阀），将残余的催化剂顶出来，打开排空阀，压力降至0,打开釜 盖，加入纯水清洗反应釜。指标参数：滤液与催化剂的重量之比为9:1，反应釜为GSH-行磁 力耦合传动反应釜，反应釜的体积为3L，设定反应釜的搅拌速度1200?1500转/分钟，设 定温度124°C，从加料到反映结束时间共计1小时15分钟。木糖醇溶液质量要求：颜色接 近无色,透光度> 85%，pH3. 0?6. 5,转化率> 99. 80%。
[0044] (3-5)回收催化剂：将反应釜中木糖醇溶液放出后，先静止放置，使催化剂自然沉 降，倒取上清液留作下一步待用，将沉淀的催化剂回收，回收时用纯水清洗催化剂沉淀至折 光为1 %，将水洗液和木糖醇溶液混合在一起进行脱色。
[0045] (3-6)木糖醇溶液脱色：氯化锌粉末活性炭的添加量为糖液重量的0. 5%，脱色温 度为75°C，搅拌转速为150转/分钟，脱色时间为35分钟，过滤后糖液透光90%以上。
[0046] (3-7)离子交换：将脱色后的木糖醇溶液先进入苯乙烯大孔型强阳离子交换树脂 柱（型号为D001，有机玻璃离交柱尺寸1000X60mm，柱内树脂装填量为1.5Kg)，为的是除 去木糖醇液中所含有的钙、镁离子及溶入的催化剂，然后，木糖醇液进入苯乙烯大孔型弱阴 离子交换树脂柱（型号为D301-FD，有机玻璃离交柱尺寸1000X60mm，柱内树脂装填量为 1. 5Kg)，流速为2BV。出料指标：透光彡95%，电导彡10μ s/cm，pH = 5?7。
[0047] (3-8)蒸发浓缩：采用两段进行，第一段将木糖醇液浓缩到55?60%，第二段再 将糖液由55?60%浓缩到81?83%的木糖醇浆。参数控制：调节旋转真空蒸发仪的真 空度-0. 085MP ;温度80°C，旋转蒸发仪转速25r/min，阿贝折光仪测出料糖浆的折光浓度为 83%。
[0048] (3-9)结晶：立式结晶器夹套连接恒温槽系统，循环水通过软管进入夹套，结晶器 内注入适量纯水，设定恒温槽温度80°C，开启真空系统，对结晶器进行预热。当木糖醇液在 旋转蒸发仪中浓缩至折光接近83%时，关闭旋转蒸发器，将木糖醇浓缩液放出。关闭结晶 器相连的真空系统，当真空度为零时，将结晶器内的纯水从底部出口放净，然后拧紧底部出 口，适量开通结晶器的真空系统，调节结晶器上方的进料口开闭幅度，通过进料管，利用结 晶器内外压力差将木糖醇浓缩液吸入结晶器内。投料完毕后，关闭结晶机相连的真空系统， 开启搅拌器，设定转速15转/分钟，关闭结晶器相连的真空系统，设定降温幅度2?:TC，对 木糖醇液进行降温，仔细观察结晶器中木糖醇浆的感官状态，当刚要起晶时，加入晶种（事 先将木糖醇晶种研磨，适量无水乙醇配成晶种糊）；设定养晶时间6-8h，降温幅度1°C /h及 降温总时间40h，后期根据糖膏的搅拌状态适量地调节转速，当降至35°C时，关闭循环水系 统，停止搅拌，关闭电源，从结晶器底部放料，结晶结束，准备离心分离。用纯水浸泡、冲洗结 晶器。出料指标：外观白色（浅黄色）粘稠晶体悬浮膏状物。
[0049] (3-10)离心分离：离心时放置好滤布，用纯水冲洗干净离心机和滤布，将醇膏移 入离心机内，开启离心机进行分离，间隔10分钟添加少量无水乙醇淋洗；离心至木糖醇晶 体洁白、无母液时放料。
[0050] (3-11)干燥：101-2型电热鼓风干燥箱，设定温度彡50°C，环境的相对湿度 < 65%，干燥时间< 30分钟。出料指标：木糖醇为结晶性颗粒，大小均匀一致，流动性好， 结构松散，纯度> 99. 5 %，晶体水分< 0. 5 %。
[0051] (3-12)从木糖醇母液中回收木糖醇：从木糖醇母液中回收木糖醇：离心后的木糖 醇母液加纯水稀释至折光25?30%，按照母液中的1 %添加粉末活性炭，75°C保温脱色30 分钟，布氏漏斗真空抽滤，得到脱色液；将脱色液经过离子交换柱进行脱盐脱色，离子交换 顺序为弱阴离子交换树脂柱（型号为D301-FD，有机玻璃离交柱尺寸100X60mm，柱内树脂 装填量为1. 5Kg) -强阳离子交换树脂柱（型号为D001，有机玻璃离交柱尺寸100X60mm， 柱内树脂装填量为1. 5Kg) -强阴离子交换树脂柱（型号为D0C2001，有机玻璃离交柱尺 寸100X60mm，柱内树脂装填量为1. 5Kg)，出料要求透光彡95%，电导彡10μ s/cm，pH = 5?7 ;将离子交换液用旋转蒸发仪在真空80°C条件下，浓缩至折光83% ;将浓缩液放入立 式结晶器中，开启搅拌，设定转速15转/分钟，设定降温幅度2?:TC，对糖浆进行降温， 仔细观察糖浆感官状态，当刚要起晶时，加入晶种，继续降温至40°C结束结晶；将醇膏用三 足离心机离心，回收得到木糖醇和二次木糖醇母液，将木糖醇晶体放入烘干箱中，设定温度 < 50°C低温烘干，得到的木糖醇为均匀的结晶性粉末，流动性好，纯度> 99. 50%，晶体水 分<0.5%，二次木糖醇母液采取如同以上方法继续稀释、脱色、离交、浓缩、结晶再一次回 收剩余的木糖醇。
[0052] 本发明还提供一种生产L-阿拉伯糖的方法，所用原料是按照前述利用甘蔗渣生 产的木糖母液，其线路包括以下步骤：
[0053] (4-1)木糖母液的稀释：常温条件下，搅拌器转速100转/分钟，用纯水将步骤 (2-9)木糖母液稀释。稀释前料液指标：透光0. 5 %左右，电导500us/cm左右，pH4. 5左右， 折光浓度60 %左右。稀释后料液指标：折光浓度20 %左右。
[0054] (4-2)葡萄糖的去除：安琪活性干酵母按照0. 5 % (W安琪活性干酵母酵母/W母 液）的比例加入到折光浓度为20%的木糖母液中，pH自然，控制料液温度30°C，鼓风充氧， 设定增力（数显）电动搅拌器的转速80转/分，发酵时间3?6小时，发酵后的溶液用布氏 漏斗抽滤回收酵母，收集滤液备用。定时用生物传感仪或高效液相色谱仪检测葡萄糖含量。 发酵前料液指标：高效液相色谱色谱仪检测葡萄糖含量10. 35%左右，木糖含量60. 00%左 右，阿拉伯糖含量13. 50%左右。发酵后料液指标：高效液相色谱仪检测葡萄糖含量0. 35% 左右，木糖含量70. 50%左右，L-阿拉伯糖糖含量17. 58%左右。
[0055] (4-3)脱色：按糖液重量的1%添加粉末活性炭，脱色温度75°C，保温时间30分 钟，脱色完毕用布氏漏斗抽滤装置过滤，得到脱色糖液。脱色糖液指标：折光20. 25%左右， pH4. 55左右，电导1806us/cm左右。脱色料液指标：折光19. 85%左右，pH4. 20左右，电导 1750us/cm左右，透光彡85%。
[0056] (4-4)离子交换：将脱色液经过离子交换柱进行脱盐脱色，离子交换顺序为弱阴 离子交换树脂柱（型号为D301-FD，有机玻璃离交柱尺寸1500X90mm，柱内树脂装填量为 5Kg)-强阳离子交换树脂柱（型号为D001，有机玻璃离交柱尺寸1500 X 90mm，柱内树脂装填 量为5Kg)-强阴离子交换树脂柱（型号为D0C2001，有机玻璃离交柱尺寸1500 X 90mm，柱内 树脂装填量为5Kg)。出料要求折光彡16%，透光彡95%，电导彡10μ s/cm，pH = 5?7 ;
[0057] (4-5)蒸发浓缩：利用旋转蒸发仪对精制的木糖母液进行浓缩。参数控制：真 空-0. 089MPa，温度80°C条件，转速20转/分钟，浓缩至折光45%。
[0058] (4-6)连续色谱分离：将蒸发浓缩液泵入连续色谱分离移动床中，洗脱剂纯水，分 离剂PCR-Ca 2+树脂。参数控制：树脂柱20根，1?5号为洗脱区，6?10号为产品二级分离 区，11?15号为一级分离区，16?20号为水回收区；每个树脂柱装树脂量为800mL，20根 柱子树脂总装填量16L ;树脂柱由20号柱向1号柱方向运动，所以物料的流向均为从1号柱 向20号柱方向流动；树脂柱约每11分钟转动一次。进料指标：折光浓度45%，温度60°C， 电导率彡30 μ s/cm，高效液相色谱仪检测木糖含量72. 60 %左右，L-阿拉伯糖含量18. 05% 左右。出料指标：木糖组分折光20 %?30 %，纯度85 %?90 %，得率95 %左右，L-阿拉伯 糖组分折光5 %?12 %，纯度90 %左右，得率90 %左右。
[0059] (4-7)L_阿拉伯糖的结晶：将上述收集的L一阿拉伯糖液通过0. 22微膜过滤，然后 将阿拉伯糖液先预蒸发至折光50%，再继续蒸发至折光为84%，导入立式结晶器中，设定 降温幅度2?:TC，进行循环水冷却降温，使L一阿拉伯糖析出，最后经三足离心机分离、干 燥工序得到外观洁白、流动性好、结构松散的结晶性L-阿拉伯糖粉末。参数控制：随着降 温，糖浆刚要起晶时，加入晶种（L-阿拉伯糖晶种先经研钵研磨成粉末，再用适量无水乙醇 配成晶种糊，添加量为L-阿拉伯糖浆重量的0. 5% )，晶种添加完毕设定养晶时间6-8h，更 改降温幅度为1°C /h，降温总时间35h，适度调节转速5?15转/分钟，当降至40°C左右时， 结晶结束。出料指标：外观白色（浅黄色）粘稠晶体悬浮膏状物。高效液相色谱色谱检测 烘干后L-阿拉伯糖成品纯度彡99. 50%。
[0060] (4-8)木糖的回收：将上述收集的木糖液通过0. 22微膜过滤，然后将木糖液先预 蒸发至折光55%，再继续蒸发至折光为83%，导入立式结晶器中进行循环水冷却降温结 晶，使木糖析出，最后经三足离心机分离、干燥工序得到结晶性木糖粉末状。参数控制：木糖 糖浆导入完毕后，设置降温幅度为2?:TC，当刚要起晶时，加入晶种（木糖晶种先经研钵研 磨成粉末，再用适量无水乙醇配成晶种糊，添加量为木糖膏重量的〇. 5% )，晶种添加完毕 设定养晶时间6h，更改降温幅度1°C /h，降温总时间40h，适度调节转速5?20转/分钟， 当降至35°C左右时，结晶结束。木糖烘干后经高效液相色谱色谱检测纯度为> 99. 5%。
[0061] 本发明中木糖、木糖醇、L-阿拉伯糖分别结晶时所用的立式结晶器参数：型号为 YS-10L，有效容积为10L，釜盖直径为265mm，变频电机功率为120w，真空度为0. 096Mpa，转 速为0?600rpm，扭矩为162Ncm，电源为220V/50HZ。
[0062] 木糖、木糖醇、L-阿拉伯糖分别结晶结束后，进行离心分离时所用的三足式离心机 参数：型号SS-450N，转速2800r/min ;转鼓尺寸Φ300Χ165 ;最大装料12公斤；有效容积8 公升；转鼓速度2800转/分；分离因数1320 ;过滤面积0. 15平方米；电机功率1. 1千瓦。
[0063] 本发明木糖氢化成木糖醇过程中，氢化液转化率的测定方法：
[0064] (1)准备吸取菲林氏甲、乙液各5ml三角瓶中，由微量滴定管放入9ml标准葡萄糖 混合液后加热，此时，加热须调节溶液在二分钟内沸腾，继以4-5秒钟一滴之速度，以标准 葡萄糖滴定至蓝色为止，记下用糖液的毫升数（a);
[0065] (2)另取氢化液5ml及甲、乙菲林氏液各5ml于三角瓶内，加入一定量的标准葡萄 糖液，以4-5秒一滴之速度滴定，滴至终点，其量不得超过0. 5-lml，记下标准葡萄糖液的总 数（b);
[0066] ⑶残糖=

【权利要求】
1. 一种利用甘蔗渣生产木糖的方法，其特征是，包括以下步骤： 步骤（1)甘蔗渣的处理 将甘蔗渣经除髓机处理、除髓率为20%左右，然后堆放3个月以上，使蔗渣内蔗糖充分 发酵，获得外观呈黄褐色、水分< 15%的蔗渣； 步骤（2)木糖的生产 (2-1)水解：甘蔗渣在硫酸的催化下进行水解，水解后离心收集离心液，湿渣水洗回收 残糖，合并离心液和水洗液，获得橙黄色透明糖液； (2-2)第一次脱色：采用氯化锌粉末活性炭间歇脱色，通过物理吸附作用去除糖液中 的色素、胶体等杂质，达到初步净化的目的； (2-3)第一次离子交换：步骤（2-2)脱色液，按照顺序依次通过第一阳离子交换树脂 柱、第一阴离子交换树脂柱、第二阳离子交换树脂柱进行净化提纯； (2-4)第一次蒸发浓缩：经过离子交换树脂净化提纯后的糖液在真空条件下，恒温加 热，使旋转瓶恒速旋转，物料在瓶壁形成大面积薄膜，高效蒸发，溶媒蒸气经高效玻璃冷凝 器冷却，回收于收集瓶中； (2-5)第二次脱色：采用氯化锌粉末活性炭间歇脱色，通过物理吸附作用去除糖液中 的色素、胶体等杂质，达到净化的目的； (2-6)第二次离子交换：第二次脱色液按照顺序依次通过第二阴离子交换树脂、第三 阳离子交换树脂、第三阴离子交换树脂进行净化提纯； (2-7)第二次蒸发浓缩：步骤（2-6)净化后糖液的浓缩采用两段进行，第一段将糖液由 12?16%浓缩到45?60%，第二段再将糖液由45?60%浓缩到81?83% ; (2-8)结晶，采用立式真空结晶机进行结晶； (2-9)离心分离，利用转鼓或筛篮使木糖晶体与母液分离； (2-10)干燥，热风干燥得到成品木糖。
2. 如权利要求1所述的利用甘蔗渣生产木糖的方法，其特征是，所述步骤（2)木糖的生 产： (2-1)水解：在酸的催化作用下，甘蔗渣中的多缩戊糖与水结合进行水解生产单糖，水 解结束后，用三足离心机将渣液混合物分离，收集离心液，然后添加纯水，淋洗离心机内的 湿渣，回收部分残糖，将水洗液和水解液合并；水解工艺参数：采取间歇水解工艺，水解压 力0. 12MPa，水解温度123°C，稀硫酸的质量浓度1. 2%，水解时间2. 5小时，淋洗用的纯水与 绝干甘鹿渔的比例为2. 5:1 ; (2-2)第一次脱色：氯化锌粉末活性炭添加量为糖液重量的1 %，脱色温度75°C，搅拌 转速150转/分钟，脱色时间30分钟，脱色后糖液透光80%以上； (2-3)第一次离子交换： 离子交换顺序：步骤（2-2)脱色液一第一阳离子交换树脂柱一第一阴离子交换树脂 柱一第二阳离子交换树脂柱；控制加糖流量为lBV/h，出料糖液：折光=1.8?3%，透光 彡 85%，pH = 2. 5 ?3 ; (2-4)第一次蒸发浓缩：采用的蒸发设备为旋转蒸发器，蒸发过程参数：设定真空 度-0. 085MPa ;温度80°C，蒸发仪转速20r/min ;获得的蒸发液：外观为黄色、半透明状液 体，糖液的折光浓度为25%左右； (2-5)第二次脱色：氯化锌粉末活性炭的添加量为糖液重量的1 %，脱色温度75°C，搅 拌转速为150转/分钟，脱色时间为30分钟，过滤后糖液透光85%以上； (2-6)第二次离子交换：第二次脱色液经过树脂柱的顺序：第二阴离子交换树脂柱一 第三阳离子交换树脂柱一第三阴离子交换树脂柱，控制加糖流量为lBV/h左右，第二次离 子交换后出料糖液：外观色泽为无色至微黄色，折光=12?16%，木糖纯度> 80%，透光 > 95%，电导< 10μ s/cm，pH = 5 ?7 ; (2-7)第二次蒸发浓缩：采用两段进行，第一段将糖液由12?16%浓缩到45?60%， 真空度-0.0851〇^，温度801：，旋转蒸发仪转速201'/1^11，第二段再将糖液由45?60(%浓缩 到81?83%的糖膏，真空度-0.0851〇^;温度801：，旋转蒸发仪转速201'/1^11 ; (2-8)结晶：采用立式真空结晶机，设定转速25转/分钟，设定降温幅度为2?：TC / h，当刚要起晶时，加入晶种养晶6-8h，更改降温幅度为l°C/h，设定降温总时间40h，根据糖 膏的搅拌状态适度调节转速，当降至35°C时，关闭与结晶机相连的循环水系统，停止搅拌， 关闭电源，从结晶器底部放料，结晶结束；出料指标：外观白色或浅黄色粘稠晶体悬浮膏状 物； (2-9)离心分离：采用高速旋转的转鼓或筛篮使糖膏中的木糖晶体与母液分离；工艺 过程：离心时放置好滤布，用纯水冲洗干净离心机和滤布，将糖膏移入离心机内，开启离心 机进行分离，间隔5分钟添加少量无水乙醇；离心至木糖晶体洁白，无母液时放料，水分在 1. 0 ?2. 0% ; (2-10)干燥：电热鼓风干燥设定温度< 50°C，烘干水分< 0. 5%，获得成品木糖。
3. 如权利要求1所述的利用甘蔗渣生产木糖的方法，其特征是，所述步骤（2)木糖的生 产（2-1)水解过程中，按照绝干甘蔗渣与液体质量比1:8的比例添加质量浓度1. 2%的稀硫 酸溶液。
4. 如权利要求1所述的利用甘蔗渣生产木糖的方法，其特征是，所述步骤（2)木糖的生 产（2-8)结晶过程中按照糖浆重量的0.5%添加晶种。
5. 如权利要求1所述的利用甘蔗渣生产木糖的方法，其特征是，所获得的成品木糖为 外观洁白、晶体均匀一致、流动性好、纯度> 99. 5%的木糖。
6. 如权利要求1所述的利用甘蔗渣生产木糖的方法，其特征是，所获得的木糖母液中 葡萄糖含量彡10. 〇〇%，木糖含量彡60. 00%，阿拉伯糖含量彡13. 00%。
7. -种生产木糖醇的方法，其特征是，所用原料是按照权利要求1利用甘蔗渣生产的 成品木糖，其线路包括以下步骤： (3-1)化糖：恒温水浴条件下，设定温度65°C，添加纯水和权利要求1获得的木糖成品， 100转/分钟搅拌条件下，将结晶木糖溶化成折光率35-50%的糖液备用； (3-2)木糖液脱色：氯化锌粉末活性炭的添加量为糖液重量的1 %，脱色温度为80°C， 搅拌转速为200转/分钟，脱色时间为30分钟； (3-3)微滤：将孔径为0. 22 μ m微滤膜放置在玻璃砂芯过滤装置中，采用无油隔膜真空 泵进行抽滤； (3-4)氢化：将微滤后的滤液转移至加氢反应釜中，加入催化剂，氢化为木糖醇溶液； 滤液与催化剂的重量之比为9:1，设定反应釜的搅拌速度1200?1500转/分钟，设定温度 124。。； (3-5)回收催化剂：将反应釜中木糖醇溶液放出后，先静止放置，使催化剂自然沉降， 倒取上清液留作下一步待用，将沉淀的催化剂回收，回收时用纯水清洗催化剂沉淀至折光 为1 %，将水洗液和木糖醇溶液混合在一起进行脱色； (3-6)木糖醇溶液脱色：氯化锌粉末活性炭的添加量为木糖醇溶液重量的0. 5%，脱色 温度为75°C，搅拌转速为150转/分钟，脱色时间为35分钟，过滤后糖液透光90%以上； (3-7)离子交换：将脱色后的木糖醇溶液先进入苯乙烯大孔型强阳离子交换树脂柱除 去其中所含有的钙、镁离子及溶入的催化剂，然后，再进入苯乙烯大孔型弱阴离子交换树脂 柱进行离子交换，流速为2BV ; (3-8)蒸发浓缩：采用两段进行，第一段将木糖醇液浓缩到55?60%，第二段再将 糖液由55?60%浓缩到81?83%的木糖醇浆；参数控制：调节旋转真空蒸发仪的真空 度-0. 085MP ;温度80°C，旋转蒸发仪转速25r/min，阿贝折光仪测出料糖浆的折光浓度为 83% ； (3-9)结晶：采用立式真空结晶机，设定转速15转/分钟，设定降温幅度为2?：TC / h，当刚要起晶时，加入晶种养晶6-8h，更改降温幅度为1°C /h，设定降温总时间40h，根据醇 膏的搅拌状态适度调节转速，当降至35°C时，关闭与结晶机相连的循环水系统，停止搅拌， 关闭电源，从结晶器底部放料，结晶结束；出料指标：外观白色或浅黄色粘稠晶体悬浮膏状 物； (3-10)离心分离：离心时放置好滤布，用纯水冲洗干净离心机和滤布，将醇膏移入离 心机内，开启离心机进行分离，间隔10分钟添加少量无水乙醇淋洗；离心至木糖醇晶体洁 白、无母液时放料； (3-11)干燥：电热鼓风干燥，设定温度彡50°C，环境的相对湿度彡65%，干燥时间彡30 分钟，获得，大小均匀一致，流动性好，结构松散的木糖醇为结晶性颗粒，纯度>99. 5%，晶 体水分< 〇. 5% ; (3-12)从木糖醇母液中回收木糖醇：离心后的木糖醇母液加纯水稀释至折光25? 30 %，按照母液中的1 %添加粉末活性炭，75 °C保温脱色30分钟，布氏漏斗真空抽滤， 得到脱色液；将脱色液经过离子交换柱进行脱盐脱色，离子交换顺序为弱阴离子交换树 脂柱一强阳离子交换树脂柱一强阴离子交换树脂柱；将离子交换液用旋转蒸发仪在真 空-0. 085MPa、80°C条件下，浓缩至折光83%的木糖醇浆；将木糖醇浆放入立式结晶器中， 开启搅拌，设定转速15转/分钟，设定降温幅度2?:TC，对木糖醇浆进行降温，仔细观察木 糖醇浆感官状态，当刚要起晶时，加入晶种，继续降温至40°C结束结晶；将醇膏用三足离心 机离心，回收得到木糖醇和二次木糖醇母液，将木糖醇晶体放入烘干箱中，设定温度< 50°C 低温烘干，得到均匀的木糖醇结晶性粉末；二次木糖醇母液采取如同以上方法继续稀释、脱 色、离子交换、浓缩、结晶再一次回收剩余的木糖醇。
8. 如权利要求7所述的生产木糖醇的方法，其特征是，所述步骤（3-9)结晶过程中按照 木糖醇糖浆重量的〇. 5%添加晶种。
9. 一种生产L-阿拉伯糖的方法，其特征是，所用原料是按照权利要求1利用甘蔗渣生 产的木糖母液，其线路包括以下步骤： (4-1)木糖母液的稀释：常温条件下，搅拌器转速100转/分钟，用纯水将权利要求1获 得的木糖母液稀释； (4-2)葡萄糖的去除：按照稀释后的木糖母液质量的0. 5%加入干酵母粉，pH自然，控 制温度30°C，充氧，转速80转/分，发酵3?6h，发酵后的溶液用布氏漏斗抽滤回收酵母， 收集滤液备用，定时用生物传感仪或高效液相色谱仪检测葡萄糖含量； (4-3)脱色：按糖液重量的1 %添加粉末活性炭，脱色温度75°C，保温时间30分钟，脱 色完毕用布氏漏斗抽滤装置过滤，得到脱色糖液； (4-4)离子交换：将脱色糖液经过离子交换柱进行脱盐脱色，离子交换顺序为弱阴离 子交换树脂柱-强阳离子交换树脂柱-强阴离子交换树脂柱； (4-5)蒸发浓缩：利用旋转蒸发仪对离子交换后的木糖母液进行浓缩，参数控制：真 空-0. 089MPa，温度80°C，转速20转/分钟，浓缩至折光45% ; (4-6)连续色谱分离：将蒸发浓缩液泵入连续色谱分离移动床中，洗脱剂纯水，分离剂 PCR-Ca2+树脂，将浓缩后的木糖母液中的木糖和L-阿拉伯糖分离； (4-7) L-阿拉伯糖的结晶：将上述（4-6)收集的L一阿拉伯糖液通过0. 22微膜过滤，然 后将阿拉伯糖液先预蒸发至折光50%，再继续蒸发至折光为84%，导入立式结晶器中，设 定降温幅度2?:TC，进行循环水冷却降温，使L一阿拉伯糖析出，最后经三足离心机分离、 干燥工序得到外观洁白、流动性好、结构松散的结晶性L-阿拉伯糖粉末。
10.如权利要求9所述一种生产L-阿拉伯糖的方法，其特征是，在获得成品L-阿拉 伯糖的同时，还可以将木糖进行回收；(4-8)木糖的回收：将上述（4-6)收集的木糖液通过 0. 22微膜过滤，然后将木糖液先预蒸发至折光55%，再继续蒸发至折光为83%，导入立式 结晶器中进行循环水冷却降温结晶，使木糖析出，最后经三足离心机分离、干燥工序得到结 晶性木糖粉末。
【文档编号】C13K13/00GK104046705SQ201410305602
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】杨念强, 钱朋智 申请人:山东万盛环保科技发展有限公司