专利名称：木糖醇精制结晶方法
技术领域：
本发明属于结晶技术领域，特别涉及木糖醇精制结晶方法。
背景技术：
木糖醇(Xylitol)，学名戊五醇，是一种五羟基多元醇。因为其首先是由桦树皮中制取，所以俗称木糖醇。木糖醇的分子式为C5H12O5，分子量为152.14，熔点92℃～96℃，结晶极易溶于水，在20℃水中溶解度约为16.8g/100g，化学稳定性良好，有吸湿性，在正常情况下为一种白色斜方体结晶或晶状粉末，食用时具有一种特有的清爽感。
木糖醇是人体糖类代谢的正常中间体，是人类生命活动中不可缺少的物质之一，被FAO/WHO(联合国粮农组织/世界卫生组织)确定为A级(安全级)食品添加剂。木糖醇的发热量相当于葡萄糖，甜度相当于蔗糖。它和糖类一样，可作为人体的能源来利用，木糖醇在人体内显示出极强的抗酮体作用。由于木糖醇在新陈代谢中不需要胰岛素的促进，能直接通过细胞膜进入细胞组织，但不影响糖元的合成，也不影响糖尿病患者血糖值的增加，所以是糖尿病患者很好的营养剂和辅助治疗剂，也是很多疗效食品、健美食品中重要的基料。木糖醇不被口腔中的细菌发酵，在口腔中不产生酸，具有良好的防龋功能，是口香糖、儿童食品、保健食品的理想甜味剂。木糖醇可作为非肠道营养的能量来源，非肠道营养就是一种流动的能量、营养和电解质平衡溶液，它能提供葡萄糖和类脂、氨基酸、无机盐等。木糖醇具有改善代谢的作用，在直接外伤或手术后的恢复阶段，可注射木糖醇和果糖。另外液体木糖醇代替甘油作为保湿剂、乳化剂可广泛应用于轻工、化工等领域的诸多行业，如化妆品、牙膏、卷烟、蓄电池、造纸等。
在自然界中，木糖醇在蔬菜和水果中的含量很低，大量提取困难且不经济。有的生产路线以植物原料如桦树、玉米芯、棉仔壳、稻壳、甘蔗渣等经酸化水解生成木糖，再加氢制取木糖醇。该路线的缺点是过程收率低，同时产生大量水解废料，得到的木糖纯度较差。同时，木糖经净化—催化加氢—结晶后，木糖醇产品的纯度较低，其中还有相当多的杂醇，不能满足食用和药用的要求。为进一步提高纯度，人们还采用了以下两种纯化方法(1)层析分离法将木糖醇粗品溶液通过层析柱，利用木糖醇和杂醇与吸附剂之间的不同亲和力，达到分离纯化的目的。该方法的缺点是设备的处理能力受纯化目标的限制，工艺设备复杂。(2)重结晶法以低级醇或水为溶剂重结晶。该法得到的产品纯度高于98％，但两次结晶的总收率低，溶剂消耗成本较高，经济上不合算。现在，国内外的工业化生产一般采用高纯木糖化学催化加氢法制备木糖醇，经过脱色、离子交换、浓缩等处理步骤，最后通过精制结晶方法得到高纯木糖醇晶体产品。
以往的专利还报道了以玉米芯或木糖为原料，采用微生物发酵法生产木糖的工艺条件、菌种性能以及木糖催化加氢制备木糖醇的工艺路线、催化剂性能、杂质分离净化工艺等方面的研究，如U.S.Patent 6303353，5714602，5563303，6340582。对于精制结晶方面U.S.Patent3985815将50％～75％(wt)的木糖醇水溶液冷却结晶，从室温缓慢冷却至15℃以下。由于其原料浓度较低，结晶过程收率较低。U.S.Patent 4066711将85％～91％的木糖醇溶液通过重结晶方式，每次加入产品重量0.02％～0.1％，粒度2～20μm的晶种，得到医药级的木糖醇产品(粗结晶产品纯度94％，收率70％，重结晶产品纯度大于99.5％，收率60％～65％)。该专利技术需经过两次结晶过程才能得到高纯产品，过程总收率低。U.S.Patent 5081026利用木糖和其它己糖发酵制备木糖醇，冷却或蒸发结晶得到木糖醇产品。冷却结晶时，料液浓度86.5％，初始温度65℃，加入悬浮于异丙醇中粒度为30μm的晶种，3小时从65℃冷却至50℃，产品粒度250μm，纯度大于99％。该专利技术没有实现产品主粒度可调。U.S.Patent 5096820发酵液木糖醇含量89％，浓度84％，20～90小时从60℃冷却至25℃，收率50％，产品纯度大于97％。该专利技术结晶操作时间太长。
精制结晶操作是决晶体产品质量的最后一步关键操作步骤，对晶体产品的质量，如形态、纯度、堆密度、收率、粒度及粒度分布、流动性等起着决定作用。目前，在木糖醇精制结晶生产中，由于工艺操作参数不合理，根据经验投入晶种，对加晶种温度、晶种量和晶种粒度缺乏理论和实验依据。冷却结晶降温速率为1℃/hr，结晶操作周期30小时以上，限制了设备生产能力。上述不利因素的存在导致最终木糖醇晶体产品纯度低、主粒度小、粒度分布宽、晶形差、流动性差且易粘结。
发明内容
本发明的目的提供一种新的木糖醇精制结晶方法。
本发明的方法是将质量浓度为85％～92％的木糖醇溶液送入结晶器中，原料液初始温度65℃～85℃，然后进行冷却结晶；在55℃～70℃加入晶种控制木糖醇精制结晶成核，加入晶种后恒温养晶15～60分钟；整个精制结晶过程的降温速率控制在1℃/hr～10℃/hr；结晶终点温度为30℃～45℃；经分离、洗涤，在40℃～80℃下烘干1～8小时得到晶体产品。
本发明中经净化后的木糖醇原料液主要含有木糖醇、山梨醇、阿拉伯醇以及水，其中木糖醇色谱质量百分含量大于87％，经浓缩后送入结晶器中。
所述的冷却结晶是在搅拌的条件下，搅拌转速为150～600rpm。
本发明中木糖醇产品主粒度150μm～1000μm可调，根据对木糖醇产品粒度要求确定加入的晶种量和粒度范围。所述的晶体产品的控制条件是加入晶种量为料液质量的3％～6％的粒度为50μm～150μm的晶种，产品主粒度为150μm～500μm；加入晶种量为料液质量的0.03％～4％的粒度为150μm～300μm的晶种，产品主粒度为400μm～1000μm。
本发明中为了得到高质量的木糖醇结晶产品，精制结晶操作中需根据木糖醇溶液浓度、色谱含量以及木糖醇结晶热力学和动力学性质确定加晶种温度范围55℃～70℃，控制结晶过程降温速率为1℃/hr～10℃/hr。
本发明的木糖醇整个结晶过程的操作时间小于10小时，提高了设备的生产能力。
所述的分离是离心分离，离心机转速1000～2000rpm，分离时间5～20分钟。
本发明所涉及的洗涤液可以为纯水、低级醇或含低级醇的水溶液，低级醇优选乙醇。
本发明提供的木糖醇冷却精制结晶方法，大幅度提高结晶产品的质量及过程的收率。具有经济实用、产品质量好、收率高、生产周期短等特点，特别适用于食品及其它精细化工领域应用。用该方法得到的木糖醇晶体产品粒度分布集中，主粒度可调，产品表面光洁，流动性好，晶体纯度大于99.5％，结晶单程收率60％以上。
图1本发明制备的木糖醇结晶产品(放大50倍)；图2现有木糖醇结晶产品(放大150倍)；图3进口木糖醇结晶产品(放大100倍)；图4不同木糖醇结晶产品粒度分布。
具体实施例方式
本发明的主题借助下面的实施例做具体说明实施例1将色谱含量为90％(wt％)，浓度为89％(wt％)的木糖醇料液607g在80℃下倒入结晶器中，并开始冷却结晶过程，过程搅拌转速控制在400rpm。结晶料液温度高于64℃时，降温速率控制在10℃/hr，此后为2℃/hr。当温度降至62℃时加入粒度为300μm的晶种2.04g，在恒定的温度下养晶15分钟后重新开始降温过程，控制降温速率为7℃/hr，待温度降至38℃时结束结晶过程。将晶浆取出并用离心机于1000rpm的条件下离心分离20分钟，使用20ml水洗涤产品。湿产品于60℃下烘干5小时。得到木糖醇晶体产品338g，收率62.6％。晶体表面光洁，粒度分布集中，主粒度为593μm，纯度99.6％，流动性好，不易粘结。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明制备的木糖醇结晶产品与现有的木糖醇结晶产品质量相比优势明显；和进口的产品相比，粒度分布指标优于进口产品。
实施例2将色谱含量为95％，浓度为85％的木糖醇原料液688g在75℃下倒入结晶器中，并开始冷却结晶过程，过程搅拌转速控制在280rpm，降温速率控制在6℃/hr。当温度降至55℃时加入粒度为150μm的晶种1.38g，在恒定的温度下养晶40分钟后重新开始降温过程，控制降温速率为8℃/hr，待温度降至30℃时结束结晶过程。将晶浆取出并用离心机于1500rpm的条件下离心分离13分钟，使用30ml乙醇洗涤产品。湿产品于70℃情况下烘干3小时。得到木糖醇晶体产品369g，收率62.4％。晶体表面光洁，主粒度为430μm，纯度99.7％。
实施例3将色谱含量为97％，浓度为88％的木糖醇料液669g在75℃下倒入结晶器中，并开始冷却结晶过程，过程搅拌转速控制在150rpm。料液温度高于66℃时，降温速率控制在8℃/hr，此后为3℃/hr。当温度降至64℃时加入粒度为200μm的晶种11.38g，在恒定的温度下养晶25分钟后重新开始降温过程，控制降温速率为6℃/hr，待温度降至35℃时结束结晶过程。将晶浆取出并用离心机于2000rpm的条件下离心分离5分钟，使用30ml乙醇浓度为30％的乙醇-水洗涤产品。湿产品于80℃下烘干1小时。得到木糖醇晶体产品380g，收率64.4％。产品晶体主粒度为698μm，纯度99.7％，流动性好。
实施例4将色谱含量为93％，浓度为92％的木糖醇料液656g在85℃下倒入结晶器中，并开始冷却结晶过程，过程搅拌转速控制在500rpm，降温速率控制在7℃/hr，当温度降至70℃时加入粒度为180μm的晶种7.38g，在恒定的温度下养晶60分钟后重新开始降温过程，控制降温速率为10℃/hr，待温度降至45℃时结束结晶过程。将晶浆取出并用离心机于1500rpm的条件下离心分离10分钟，使用30ml乙醇浓度为10％的乙醇-水洗涤产品。湿产品于40℃下烘干8小时。得到木糖醇晶体产品361g，收率62.3％。产品晶体主粒度为550μm，纯度99.7％。
实施例5将色谱含量为96％，浓度为90％的木糖醇料液601g在80℃下倒入结晶器中，并开始冷却结晶过程，过程搅拌转速控制在220rpm，料液温度高于69℃时，降温速率控制在9℃/hr，此后为4℃/hr。当温度降至67℃时加入粒度为50μm的晶种27.1g，在恒定的温度下养晶30分钟后重新开始降温过程，控制降温速率为6℃/hr，待温度降至40℃时结束结晶过程。将晶浆取出并用离心机于2000rpm的条件下离心分离7分钟，使用40ml乙醇洗涤产品。湿产品于50℃下烘干7小时。得到木糖醇晶体产品351g，收率65.6％。产品晶形好，晶体主粒度为186μm，纯度99.6％。
实施例6将色谱含量为90％，浓度为88.8％的木糖醇料液574g在85℃下倒入结晶器中，并开始冷却结晶过程，过程搅拌转速控制在600rpm，降温速率控制在5℃/hr。当温度降至65℃时加入粒度为250μm的晶种9.9g，在恒定的温度下养晶50分钟后重新开始降温过程，控制降温速率为8℃/hr，待温度降至33℃时结束结晶过程。将晶浆取出并用离心机于1000rpm的条件下离心分离18分钟，使用30ml水洗涤产品。湿产品于70℃下烘干3小时。得到木糖醇晶体产品354g，收率69.5％。产品晶体主粒度为980μm，纯度99.6％，流动性好。
本发明公开和提出了高质量木糖醇结晶产品的制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数等环节实现。本发明的方法与产品已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种木糖醇精制结晶方法，步骤如下将质量浓度为85％～92％的木糖醇溶液送入结晶器中，原料液初始温度65℃～85℃，然后进行冷却结晶；在55℃～70℃加入晶种控制木糖醇精制结晶成核，加入晶种后恒温养晶15～60分钟；整个精制结晶过程的降温速率控制在1℃/hr～10℃/hr；结晶终点温度为30℃～45℃；经分离、洗涤，在40℃～80℃下烘干1～8小时得到晶体产品。
2.如权利要求1所述的一种木糖醇精制结晶方法，其特征是所述的木糖醇原料液色谱质量百分含量大于87％。
3.如权利要求1所述的一种木糖醇精制结晶方法，其特征是所述的冷却结晶是在搅拌的条件下，搅拌转速为150～600rpm。
4.如权利要求1所述的一种木糖醇精制结晶方法，其特征是所述的晶体产品的控制条件是根据对产品粒度要求确定加入的晶种量和晶种粒度范围，加入晶种量为料液质量的3％～6％的粒度为50μm～150μm的晶种，产品主粒度为150μm～500μm；加入晶种量为料液质量的0.03％～4％的粒度为150μm～300μm的晶种，产品主粒度为400μm～1000μm。
5.如权利要求1所述的一种木糖醇精制结晶方法，其特征是所述的分离是离心分离，离心机转速1000～2000rpm，分离时间5～20分钟。
6.如权利要求1所述的一种木糖醇精制结晶方法，其特征是所述的木糖醇整个结晶过程的操作时间小于10小时。
7.如权利要求1所述的一种木糖醇精制结晶方法，其特征是所述的洗涤液为纯水、低级醇或含低级醇的水溶液。
8.如权利要求7所述的一种木糖醇精制结晶方法，其特征是所述的低级醇为乙醇。
全文摘要
本发明涉及木糖醇精制结晶方法，将质量浓度为85％～92％的木糖醇溶液送入结晶器中，原料液初始温度65℃～85℃，然后进行冷却结晶；在55℃～70℃加入晶种控制木糖醇精制结晶成核，加入晶种后恒温养晶15～60分钟；整个精制结晶过程的降温速率控制在1℃/hr～10℃/hr；结晶终点温度为30℃～45℃；结晶过程操作时间小于10小时，晶浆经离心分离、洗涤，在40℃～80℃下烘干1～8小时得到晶体产品。本发明大幅度提高结晶产品的质量及过程的收率，经济实用、生产周期短等特点，特别适用于食品及其它精细化工领域应用。用该方法得到的木糖醇晶体产品粒度分布集中，主粒度150μm～1000μm可调，产品晶体纯度大于99.5％，流动性好，结晶单程收率60％以上。
文档编号C07C29/78GK1736970SQ200510014599
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月25日 优先权日2005年7月25日
发明者王静康, 侯宝红, 朱路甲, 张美景, 靳建龙 申请人:天津大学, 河北宝硕股份有限公司