一种以甘蔗渣为原料制备木糖和阿拉伯糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种以甘蔗渣为原料制备木糖和阿拉伯糖的方法，其技术方案为：（1）将甘蔗渣水解、中和、浓缩；（2）用脱色除离子和分离混合物装置对浓缩液进行脱色、除离子、分离，色素和杂质离子被除去，同时得到分离后的木糖液A和阿拉伯糖液B；（3）用连续自动离子交换装置对木糖液A和阿拉伯糖液B进行除离子，得到木糖液C和阿拉伯糖液D；（4）将木糖液C和阿拉伯糖液D浓缩、结晶，得到结晶木糖和结晶阿拉伯糖；（5）木糖结晶母液加入酵母进行发酵，除去葡萄糖;（6）通过模拟移动床分离结晶木糖母液和结晶阿拉伯糖母液，分离后的组分返回工艺主线。该方法是一种高效、清洁的木糖和阿拉伯糖生产方法。

Method for preparing xylose and Arabia sugar by using bagasse as raw material

The invention discloses a method for preparing xylose and Arabia sugar from sugarcane bagasse, the technical scheme is as follows: (1) the bagasse hydrolysis, neutralization and concentration; (2) with removal and separation device of ion mixture concentrated solution decolorization, separation, ion, pigment and impurity ions are at the same time remove xylose solution after A separation and Arabia sugar B; (3) using automatic continuous ion exchange device in addition to ion for xylose A and Arabia B sugar, xylose liquid C and Arabia sugar D; (4) the C and D of Arabia sugar xylose concentration, crystallization, crystal xylose Arabia and crystal sugar; (5) crystallization solution of xylose added yeast for fermentation, removing glucose; (6) the crystallization and crystallization of Arabia sugar xylose mother liquor by simulated moving bed separation, the separated components are returned to the main process Line\u3002 This method is an efficient and clean method for the production of xylose and Arabia sugar.

【技术实现步骤摘要】
一种以甘蔗渣为原料制备木糖和阿拉伯糖的方法
本专利技术涉及一种糖的生产制备方法，具体涉及一种甘蔗渣为原料制备木糖和阿拉伯糖的方法。
技术介绍
甘蔗渣是甘蔗榨糖后的剩余物，其成分以纤维素和半纤维素为主。我国是仅次于巴西、印度的世界第三大甘蔗种植大国，每年产生大量的甘蔗渣。目前这些甘蔗渣除了用于纸浆造纸外，还用于锅炉燃烧。由于甘蔗渣中半纤维素的含量在24%左右，且比较集中、价格低廉，是比较理想的木糖原料之一。木糖是一种具有甜味，营养和治疗等功能的多元醇，属无热量甜味剂。木糖适于肥胖及糖尿病患者食用，作为食品、饮料、医药中的甜味剂，用来代替蔗糖、果糖、葡萄糖等，在化工、食品、涂料、皮革等工业领域也有广泛的应用。阿拉伯糖是一种新型的低热量甜味剂，具有抑制人体肠道内蔗糖和葡萄糖转化酶活性，制约蔗糖和葡萄糖转化为糖原被肝脏吸收等功能，现已被美国和日本列为健康食品添加剂。目前，工业上通常是采用硫酸或盐酸水解甘蔗渣或玉米芯，固液分离得到水解液，再经过中和、脱色、脱离子、浓缩、结晶、结晶母液再分离等工序生产木糖和阿拉伯糖。由于水解液中含有大量离子，需要采用多组离子交换单元逐次对水解液进行除离子精制处理，从而消耗大量的酸碱和洗水，并产生大量的废水，使得木糖生产的水耗和废水处理费用很高。CN106498001A公开了一种清洁生产木糖工艺，采用酶法制备水解液，取代酸水解。该工艺采用酶法制木糖，存在转化率低，成本高，且需要稳定的酶来源，技术难度较大。CN106282427A公开了一种木糖的制备方法，以玉米芯为原料酸解、固液分离、活性炭脱色后，采用连续纳滤膜回收水解液中的酸，经过机械式蒸汽再压缩MVR蒸发浓缩后，再通过色谱除盐和离子交换除离子精制木糖水解液。该方法通过色谱除盐方法，减少了离子交换工序的负担，可以降低酸碱和水的消耗，但是该方法的整个精制工艺较为繁琐，且无法很好地脱除水解液中的有机酸组分，并对用于脱酸的膜设备要求很高，精制设备数量多、投资大。同时，该方法中仅通过结晶分离提纯木糖，木糖收率低，且对反应液中的阿拉伯糖未作分离提纯、提取，浪费了资源。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种甘蔗渣为原料制备木糖和阿拉伯糖的方法。本专利技术以甘蔗渣为原料，经盐酸水解、中和后，直接用脱色除离子和分离混合物装置，对反应液进行脱色，并除去大部分无机离子和有机离子，同时将木糖和阿拉伯糖分离，然后辅以连续自动离子交换装置进一步除去木糖和阿拉伯糖中的少量离子，即可完成对反应液的精制提纯，降低了酸碱消耗，简化了精制流程。通过模拟移动床色谱分离装置进一步对木糖结晶母液和和阿拉伯糖结晶母液进行分离提取，提取物返回工艺主线，提高了木糖收率和阿拉伯糖收率。本专利技术的技术方案包括：水解、中和、浓缩；脱色除离子和分离木糖、阿拉伯糖；除离子精制；浓缩结晶；母液色谱分离。1水解、中和、浓缩（1）水解甘蔗渣经过水洗除灰预处理后，加入质量百分比浓度0.3%~0.8%的盐酸溶液，甘蔗渣与盐酸溶液的固液重量比为1:6~12，以甘蔗渣被完全浸泡为宜，在110~126℃下，反应2~4h，得到甘蔗渣酸解液。所述酸解液质量百分比浓度3~5%，电导率30000~60000μs/cm，木糖含量70~80%，葡萄糖含量3~6%，阿拉伯糖含量5~20%。（2）中和用氢氧化钠或碳酸钠对酸解液进行中和，中和至反应液pH4~6，得中和液。（3）浓缩所述中和液先经膜浓缩至质量百分比浓度15±5%，再经机械式蒸汽再压缩MVR板式蒸发器浓缩至质量百分比浓度55±5%。中和液经浓缩后，电导率增加。浓缩液的电导率为300000~600000μs/cm。2脱色、除离子、分离木糖和阿拉伯糖所述脱色除离子和分离混合物装置由第1组色谱系统和第2组色谱系统组成：所述第1组色谱系统由1个色谱柱组成，色谱柱一出口和进口之间通过助力泵一、隔断阀一、连接管一和流量计五连接起来；所述色谱柱一进口连接有洗脱剂阀一VWW、料阀一VFF；所述洗脱剂阀一VWW和料阀一VFF分别与洗脱剂总管和料总管连接；所述色谱柱一出口连接有杂质阀VS、送料阀VFS；所述送料阀VFS连接至送料管，再与所述第2组色谱系统的料阀一VF1~VFn连接；所述杂质阀VS连接杂质管；所述杂质管上安装有电导率仪一，用于检测流出液的电导率；所述杂质管上还安装有流量计一、流量调节阀一，用于检测、调节流量；所述杂质管经流量调节阀一后分成两个支路：杂质支路一(34)经杂质总阀一VS1后与S液槽连接；稀液支路经稀液总阀VX后与X液槽连接。所述第2组色谱系统由4个色谱柱串联组成，各个色谱柱之间有助力泵二、隔断阀二和连接管二；所述第2组色谱系统每个色谱柱进口连接有洗脱剂阀二VW1~VWn、料阀二VF1~VFn；所述洗脱剂阀和料阀分别与所述洗脱剂总管和所述送料管连接；所述第2组色谱系统每个色谱柱出口连接有提余液阀VM1~VMn、提取液阀VN1~VNn；所述提余液阀VM1~VMn与提余液管连接，所述提取液阀VN1~VNn与提取液管连接；所述提余液管上安装有电导率仪二，用于检测流出液的电导率；所述提余液管还安装有流量计二、流量调节阀二，用于检测、调节流量；所述提余液管经过流量调节阀二后分成两个支路：杂质支路二经杂质总阀二VS2后与S液槽连接；提余液支路经C液总阀VC后与木糖液槽连接；所述提取液管上装有流量计三、流量调节阀三，用于检测、调节流量，然后经提取液支路后与阿拉伯糖液槽连接；所述第1组色谱系统运行过程至少包含三个步骤：进料、洗脱、内循环；所述第2组色谱系统运行过程至少包含三个步骤：进料、洗脱、内循环；所述第1组色谱系统分离出色素和杂质离子，同时给第2组色谱系统供料；所述第2组色谱系统将混合物分离，同时也分离出部分色素和杂质离子；所述脱色除离子和分离混合物装置周期性运行，四个周期组成一个循环，周期一完成后，运行周期二，然后运行周期三、周期四，周期四完成后，返回周期一，循环进行；各周期中，第1组色谱系统的色谱柱均为Y1区；第2组色谱系统的4个色谱柱为Z1区、Z2区、Z3区和Z4区，且随着周期数的增加向前移动。进一步的，脱色除离子和分离混合物装置运行每个周期由七个步骤组成，每个周期的七个步骤如下：步骤1：第1组色谱系统中，Y1进所述浓缩液，Y1出料；Y1出来的料液经送料管，成为第2组色谱系统的进料；第2组色谱系统中，Z1进纯水，Z1出提取液阿拉伯糖液，并经提取液管、流量计三、流量调节阀三，提取液支路，排入阿拉伯糖液槽；Z3进料，Z3出色素、杂质离子液，色素、杂质离子液经提余液管、电导率仪二、流量计二、流量调节阀二、杂质总阀二VS2、杂质支路二，排入S液槽；步骤2：第1组色谱系统，Y1进纯水，Y1出料，并经送料管，成为第2组色谱系统进料；第2组色谱系统，Z3进料，Z3出色素、杂质离子液，并将色素、杂质离子液经提余液管、电导率仪二、流量计二、流量调节阀二，杂质总阀二VS2、杂质支路二，排入S液槽；步骤3：第1组色谱系统，Y1进纯水，Y1出料，并经杂质管、电导率仪一、流量计一、流量调节阀一、稀液控制阀VX、稀液支路，排入X液槽；第2组色谱系统，Z1进纯水，经Z1、Z2、Z3，从Z3出提余液木糖液，并经提余液管、电导率仪二、流量计二、流量调节阀二、C液总阀VC、提余液支路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以甘蔗渣为原料制备木糖和阿拉伯糖的方法，将甘蔗渣水解、中和、浓缩，得中和浓缩液；其特征在于，包括以下七个步骤：(1)用脱色除离子和分离混合物装置对所述浓缩液进行脱色、除离子、分离，色素和杂质离子被除去，同时得到分离后的木糖液A和阿拉伯糖液B；(2)用连续自动离子交换装置对所述木糖液A进行除离子，得到木糖液C；用连续自动离子交换装置对所述阿拉伯糖液B进行除离子，得到阿拉伯糖液D；(3)将木糖液C进行浓缩、结晶、干燥，得结晶木糖产品；将阿拉伯糖液D进行浓缩、结晶、干燥，得结晶阿拉伯糖产品；(4)将步骤(3)所得的木糖结晶母液加入酵母进行发酵，除去葡萄糖，然后高温灭酶、过滤，得木糖结晶母液M；(5)将步骤(4)所得的木糖结晶母液M用模拟移动床色谱分离装置进行分离，得木糖液E和阿拉伯糖液F；(6)将步骤(3)所得的阿拉伯糖结晶母液用模拟移动床色谱分离装置进行分离，得木糖液G和阿拉伯糖液H；(7)将步骤(5)和步骤(6)所得的木糖液E和木糖液G与步骤一所述的木糖液A混合；将步骤(5)和步骤(6)所得的阿拉伯糖液F和阿拉伯糖液H与步骤一所述的阿拉伯糖液B混合。

【技术特征摘要】
1.一种以甘蔗渣为原料制备木糖和阿拉伯糖的方法，将甘蔗渣水解、中和、浓缩，得中和浓缩液；其特征在于，包括以下七个步骤：(1)用脱色除离子和分离混合物装置对所述浓缩液进行脱色、除离子、分离，色素和杂质离子被除去，同时得到分离后的木糖液A和阿拉伯糖液B；(2)用连续自动离子交换装置对所述木糖液A进行除离子，得到木糖液C；用连续自动离子交换装置对所述阿拉伯糖液B进行除离子，得到阿拉伯糖液D；(3)将木糖液C进行浓缩、结晶、干燥，得结晶木糖产品；将阿拉伯糖液D进行浓缩、结晶、干燥，得结晶阿拉伯糖产品；(4)将步骤(3)所得的木糖结晶母液加入酵母进行发酵，除去葡萄糖，然后高温灭酶、过滤，得木糖结晶母液M；(5)将步骤(4)所得的木糖结晶母液M用模拟移动床色谱分离装置进行分离，得木糖液E和阿拉伯糖液F；(6)将步骤(3)所得的阿拉伯糖结晶母液用模拟移动床色谱分离装置进行分离，得木糖液G和阿拉伯糖液H；(7)将步骤(5)和步骤(6)所得的木糖液E和木糖液G与步骤一所述的木糖液A混合；将步骤(5)和步骤(6)所得的阿拉伯糖液F和阿拉伯糖液H与步骤一所述的阿拉伯糖液B混合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱色除离子和分离混合物装置由第1组色谱系统和第2组色谱系统组成：(1)所述第1组色谱系统由1个色谱柱组成，色谱柱一(2)出口和进口之间通过助力泵一(41)、隔断阀一(1)、连接管一(3)和流量计五(55)连接起来；所述色谱柱一(2)进口连接有洗脱剂阀一VWW、料阀一VFF；所述洗脱剂阀一VWW和料阀一VFF分别与洗脱剂总管(11)和料总管(12)连接；所述色谱柱一(2)出口连接有杂质阀VS、送料阀VFS；所述送料阀VFS连接至送料管(121)，再与所述第2组色谱系统的料阀一VF1~VFn连接；所述杂质阀VS连接杂质管(15)；所述杂质管(15)上安装有电导率仪一(71)，用于检测流出液的电导率；所述杂质管(15)上还安装有流量计一(51)、流量调节阀一(61)，用于检测、调节流量；所述杂质管(15)经流量调节阀一(61)后分成两个支路：杂质支路一(34)经杂质总阀一VS1后与S液槽连接；稀液支路经稀液总阀VX后与X液槽连接；(2)所述第2组色谱系统由4个色谱柱串联组成，各个色谱柱之间有助力泵二(42)、隔断阀二(21)和连接管二(23)；所述第2组色谱系统每个色谱柱进口连接有洗脱剂阀二VW1~VWn、料阀二VF1~VFn；所述洗脱剂阀和料阀分别与所述洗脱剂总管(11)和所述送料管(121)连接；所述第2组色谱系统每个色谱柱出口连接有提余液阀VM1~VMn、提取液阀VN1~VNn；所述提余液阀VM1~VMn与提余液管(13)连接，所述提取液阀VN1~VNn与提取液管(14)连接；所述提余液管(13)上安装有电导率仪二(72)，用于检测流出液的电导率；所述提余液管(13)还安装有流量计二(52)、流量调节阀二(62)，用于检测、调节流量；所述提余液管(13)经过流量调节阀二(62)后分成两个支路：杂质支路二(33)经杂质总阀二VS2后与S液槽连接；提余液支路(32)经C液总阀VC后与木糖液槽连接；所述提取液管(14)上装有流量计三(53)、流量调节阀三(63)，用于检测、调节流量，然后经提取液支路(31)后与阿拉伯糖液槽连接；(3)所述第1组色谱系统运行过程至少包含三个步骤：进料、洗脱、内循环；所述第2组色谱系统运行过程至少包含三个步骤：进料、洗脱、内循环；(4)所述第1组色谱系统分离出色素和杂质离子，同时给第2组色谱系统供料；所述第2组色谱系统将混合物分离，同时也分离出部分色素和杂质离子；(5)所述脱色除离子和分离混合物装置周期性运行，四个周期组成一个循环，周期一完成后，运行周期二，然后运行周期三、周期四，周期四完成后，返回周期一，循环进行；各周期中，第1组色谱系统的色谱柱均为Y1区；第2组色谱系统的4个色谱柱为Z1区、Z2区、Z3区和Z4区，且随着周期数的增加向前移动。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脱色除离子和分离混合物装置运行的每个周期由七个步骤组成，每个周期的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑛，周日尤，伍玉碧，曹媛，吴鹏，周秀梅，
申请(专利权)人：南京凯通粮食生化研究设计有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32