專利名稱：木糖醇精制結晶方法
技術領域：
本發明屬于結晶技術領域，特別涉及木糖醇精制結晶方法。
背景技術：
木糖醇(Xylitol)，學名戊五醇，是一種五羥基多元醇。因為其首先是由樺樹皮中制取，所以俗稱木糖醇。木糖醇的分子式為C5H12O5，分子量為152.14，熔點92℃～96℃，結晶極易溶于水，在20℃水中溶解度約為16.8g/100g，化學穩定性良好，有吸濕性，在正常情況下為一種白色斜方體結晶或晶狀粉末，食用時具有一種特有的清爽感。
木糖醇是人體糖類代謝的正常中間體，是人類生命活動中不可缺少的物質之一，被FAO/WHO(聯合國糧農組織/世界衛生組織)確定為A級(安全級)食品添加劑。木糖醇的發熱量相當于葡萄糖，甜度相當于蔗糖。它和糖類一樣，可作為人體的能源來利用，木糖醇在人體內顯示出極強的抗酮體作用。由于木糖醇在新陳代謝中不需要胰島素的促進，能直接通過細胞膜進入細胞組織，但不影響糖元的合成，也不影響糖尿病患者血糖值的增加，所以是糖尿病患者很好的營養劑和輔助治療劑，也是很多療效食品、健美食品中重要的基料。木糖醇不被口腔中的細菌發酵，在口腔中不產生酸，具有良好的防齲功能，是口香糖、兒童食品、保健食品的理想甜味劑。木糖醇可作為非腸道營養的能量來源，非腸道營養就是一種流動的能量、營養和電解質平衡溶液，它能提供葡萄糖和類脂、氨基酸、無機鹽等。木糖醇具有改善代謝的作用，在直接外傷或手術后的恢復階段，可注射木糖醇和果糖。另外液體木糖醇代替甘油作為保濕劑、乳化劑可廣泛應用于輕工、化工等領域的諸多行業，如化妝品、牙膏、卷煙、蓄電池、造紙等。
在自然界中，木糖醇在蔬菜和水果中的含量很低，大量提取困難且不經濟。有的生產路線以植物原料如樺樹、玉米芯、棉仔殼、稻殼、甘蔗渣等經酸化水解生成木糖，再加氫制取木糖醇。該路線的缺點是過程收率低，同時產生大量水解廢料，得到的木糖純度較差。同時，木糖經凈化—催化加氫—結晶后，木糖醇產品的純度較低，其中還有相當多的雜醇，不能滿足食用和藥用的要求。為進一步提高純度，人們還采用了以下兩種純化方法(1)層析分離法將木糖醇粗品溶液通過層析柱，利用木糖醇和雜醇與吸附劑之間的不同親和力，達到分離純化的目的。該方法的缺點是設備的處理能力受純化目標的限制，工藝設備復雜。(2)重結晶法以低級醇或水為溶劑重結晶。該法得到的產品純度高于98％，但兩次結晶的總收率低，溶劑消耗成本較高，經濟上不合算。現在，國內外的工業化生產一般采用高純木糖化學催化加氫法制備木糖醇，經過脫色、離子交換、濃縮等處理步驟，最后通過精制結晶方法得到高純木糖醇晶體產品。
以往的專利還報道了以玉米芯或木糖為原料，采用微生物發酵法生產木糖的工藝條件、菌種性能以及木糖催化加氫制備木糖醇的工藝路線、催化劑性能、雜質分離凈化工藝等方面的研究，如U.S.Patent 6303353，5714602，5563303，6340582。對于精制結晶方面U.S.Patent3985815將50％～75％(wt)的木糖醇水溶液冷卻結晶，從室溫緩慢冷卻至15℃以下。由于其原料濃度較低，結晶過程收率較低。U.S.Patent 4066711將85％～91％的木糖醇溶液通過重結晶方式，每次加入產品重量0.02％～0.1％，粒度2～20μm的晶種，得到醫藥級的木糖醇產品(粗結晶產品純度94％，收率70％，重結晶產品純度大于99.5％，收率60％～65％)。該專利技術需經過兩次結晶過程才能得到高純產品，過程總收率低。U.S.Patent 5081026利用木糖和其它己糖發酵制備木糖醇，冷卻或蒸發結晶得到木糖醇產品。冷卻結晶時，料液濃度86.5％，初始溫度65℃，加入懸浮于異丙醇中粒度為30μm的晶種，3小時從65℃冷卻至50℃，產品粒度250μm，純度大于99％。該專利技術沒有實現產品主粒度可調。U.S.Patent 5096820發酵液木糖醇含量89％，濃度84％，20～90小時從60℃冷卻至25℃，收率50％，產品純度大于97％。該專利技術結晶操作時間太長。
精制結晶操作是決晶體產品質量的最后一步關鍵操作步驟，對晶體產品的質量，如形態、純度、堆密度、收率、粒度及粒度分布、流動性等起著決定作用。目前，在木糖醇精制結晶生產中，由于工藝操作參數不合理，根據經驗投入晶種，對加晶種溫度、晶種量和晶種粒度缺乏理論和實驗依據。冷卻結晶降溫速率為1℃/hr，結晶操作周期30小時以上，限制了設備生產能力。上述不利因素的存在導致最終木糖醇晶體產品純度低、主粒度小、粒度分布寬、晶形差、流動性差且易粘結。
發明內容
本發明的目的提供一種新的木糖醇精制結晶方法。
本發明的方法是將質量濃度為85％～92％的木糖醇溶液送入結晶器中，原料液初始溫度65℃～85℃，然后進行冷卻結晶；在55℃～70℃加入晶種控制木糖醇精制結晶成核，加入晶種后恒溫養晶15～60分鐘；整個精制結晶過程的降溫速率控制在1℃/hr～10℃/hr；結晶終點溫度為30℃～45℃；經分離、洗滌，在40℃～80℃下烘干1～8小時得到晶體產品。
本發明中經凈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，其中木糖醇色譜質量百分含量大于87％，經濃縮后送入結晶器中。
所述的冷卻結晶是在攪拌的條件下，攪拌轉速為150～600rpm。
本發明中木糖醇產品主粒度150μm～1000μm可調，根據對木糖醇產品粒度要求確定加入的晶種量和粒度范圍。所述的晶體產品的控制條件是加入晶種量為料液質量的3％～6％的粒度為50μm～150μm的晶種，產品主粒度為150μm～500μm；加入晶種量為料液質量的0.03％～4％的粒度為150μm～300μm的晶種，產品主粒度為400μm～1000μm。
本發明中為了得到高質量的木糖醇結晶產品，精制結晶操作中需根據木糖醇溶液濃度、色譜含量以及木糖醇結晶熱力學和動力學性質確定加晶種溫度范圍55℃～70℃，控制結晶過程降溫速率為1℃/hr～10℃/hr。
本發明的木糖醇整個結晶過程的操作時間小于10小時，提高了設備的生產能力。
所述的分離是離心分離，離心機轉速1000～2000rpm，分離時間5～20分鐘。
本發明所涉及的洗滌液可以為純水、低級醇或含低級醇的水溶液，低級醇優選乙醇。
本發明提供的木糖醇冷卻精制結晶方法，大幅度提高結晶產品的質量及過程的收率。具有經濟實用、產品質量好、收率高、生產周期短等特點，特別適用于食品及其它精細化工領域應用。用該方法得到的木糖醇晶體產品粒度分布集中，主粒度可調，產品表面光潔，流動性好，晶體純度大于99.5％，結晶單程收率60％以上。
圖1本發明制備的木糖醇結晶產品(放大50倍)；圖2現有木糖醇結晶產品(放大150倍)；圖3進口木糖醇結晶產品(放大100倍)；圖4不同木糖醇結晶產品粒度分布。
具體實施例方式
本發明的主題借助下面的實施例做具體說明實施例1將色譜含量為90％(wt％)，濃度為89％(wt％)的木糖醇料液607g在80℃下倒入結晶器中，并開始冷卻結晶過程，過程攪拌轉速控制在400rpm。結晶料液溫度高于64℃時，降溫速率控制在10℃/hr，此后為2℃/hr。當溫度降至62℃時加入粒度為300μm的晶種2.04g，在恒定的溫度下養晶15分鐘后重新開始降溫過程，控制降溫速率為7℃/hr，待溫度降至38℃時結束結晶過程。將晶漿取出并用離心機于1000rpm的條件下離心分離20分鐘，使用20ml水洗滌產品。濕產品于60℃下烘干5小時。得到木糖醇晶體產品338g，收率62.6％。晶體表面光潔，粒度分布集中，主粒度為593μm，純度99.6％，流動性好，不易粘結。
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明制備的木糖醇結晶產品與現有的木糖醇結晶產品質量相比優勢明顯；和進口的產品相比，粒度分布指標優于進口產品。
實施例2將色譜含量為95％，濃度為85％的木糖醇原料液688g在75℃下倒入結晶器中，并開始冷卻結晶過程，過程攪拌轉速控制在280rpm，降溫速率控制在6℃/hr。當溫度降至55℃時加入粒度為150μm的晶種1.38g，在恒定的溫度下養晶40分鐘后重新開始降溫過程，控制降溫速率為8℃/hr，待溫度降至30℃時結束結晶過程。將晶漿取出并用離心機于1500rpm的條件下離心分離13分鐘，使用30ml乙醇洗滌產品。濕產品于70℃情況下烘干3小時。得到木糖醇晶體產品369g，收率62.4％。晶體表面光潔，主粒度為430μm，純度99.7％。
實施例3將色譜含量為97％，濃度為88％的木糖醇料液669g在75℃下倒入結晶器中，并開始冷卻結晶過程，過程攪拌轉速控制在150rpm。料液溫度高于66℃時，降溫速率控制在8℃/hr，此后為3℃/hr。當溫度降至64℃時加入粒度為200μm的晶種11.38g，在恒定的溫度下養晶25分鐘后重新開始降溫過程，控制降溫速率為6℃/hr，待溫度降至35℃時結束結晶過程。將晶漿取出并用離心機于2000rpm的條件下離心分離5分鐘，使用30ml乙醇濃度為30％的乙醇-水洗滌產品。濕產品于80℃下烘干1小時。得到木糖醇晶體產品380g，收率64.4％。產品晶體主粒度為698μm，純度99.7％，流動性好。
實施例4將色譜含量為93％，濃度為92％的木糖醇料液656g在85℃下倒入結晶器中，并開始冷卻結晶過程，過程攪拌轉速控制在500rpm，降溫速率控制在7℃/hr，當溫度降至70℃時加入粒度為180μm的晶種7.38g，在恒定的溫度下養晶60分鐘后重新開始降溫過程，控制降溫速率為10℃/hr，待溫度降至45℃時結束結晶過程。將晶漿取出并用離心機于1500rpm的條件下離心分離10分鐘，使用30ml乙醇濃度為10％的乙醇-水洗滌產品。濕產品于40℃下烘干8小時。得到木糖醇晶體產品361g，收率62.3％。產品晶體主粒度為550μm，純度99.7％。
實施例5將色譜含量為96％，濃度為90％的木糖醇料液601g在80℃下倒入結晶器中，并開始冷卻結晶過程，過程攪拌轉速控制在220rpm，料液溫度高于69℃時，降溫速率控制在9℃/hr，此后為4℃/hr。當溫度降至67℃時加入粒度為50μm的晶種27.1g，在恒定的溫度下養晶30分鐘后重新開始降溫過程，控制降溫速率為6℃/hr，待溫度降至40℃時結束結晶過程。將晶漿取出并用離心機于2000rpm的條件下離心分離7分鐘，使用40ml乙醇洗滌產品。濕產品于50℃下烘干7小時。得到木糖醇晶體產品351g，收率65.6％。產品晶形好，晶體主粒度為186μm，純度99.6％。
實施例6將色譜含量為90％，濃度為88.8％的木糖醇料液574g在85℃下倒入結晶器中，并開始冷卻結晶過程，過程攪拌轉速控制在600rpm，降溫速率控制在5℃/hr。當溫度降至65℃時加入粒度為250μm的晶種9.9g，在恒定的溫度下養晶50分鐘后重新開始降溫過程，控制降溫速率為8℃/hr，待溫度降至33℃時結束結晶過程。將晶漿取出并用離心機于1000rpm的條件下離心分離18分鐘，使用30ml水洗滌產品。濕產品于70℃下烘干3小時。得到木糖醇晶體產品354g，收率69.5％。產品晶體主粒度為980μm，純度99.6％，流動性好。
本發明公開和提出了高質量木糖醇結晶產品的制備方法，本領域技術人員可通過借鑒本文內容，適當改變原料、工藝參數等環節實現。本發明的方法與產品已通過較佳實施例子進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內對本文所述的方法和產品進行改動或適當變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中。
權利要求
1.一種木糖醇精制結晶方法，步驟如下將質量濃度為85％～92％的木糖醇溶液送入結晶器中，原料液初始溫度65℃～85℃，然后進行冷卻結晶；在55℃～70℃加入晶種控制木糖醇精制結晶成核，加入晶種后恒溫養晶15～60分鐘；整個精制結晶過程的降溫速率控制在1℃/hr～10℃/hr；結晶終點溫度為30℃～45℃；經分離、洗滌，在40℃～80℃下烘干1～8小時得到晶體產品。
2.如權利要求1所述的一種木糖醇精制結晶方法，其特征是所述的木糖醇原料液色譜質量百分含量大于87％。
3.如權利要求1所述的一種木糖醇精制結晶方法，其特征是所述的冷卻結晶是在攪拌的條件下，攪拌轉速為150～600rpm。
4.如權利要求1所述的一種木糖醇精制結晶方法，其特征是所述的晶體產品的控制條件是根據對產品粒度要求確定加入的晶種量和晶種粒度范圍，加入晶種量為料液質量的3％～6％的粒度為50μm～150μm的晶種，產品主粒度為150μm～500μm；加入晶種量為料液質量的0.03％～4％的粒度為150μm～300μm的晶種，產品主粒度為400μm～1000μm。
5.如權利要求1所述的一種木糖醇精制結晶方法，其特征是所述的分離是離心分離，離心機轉速1000～2000rpm，分離時間5～20分鐘。
6.如權利要求1所述的一種木糖醇精制結晶方法，其特征是所述的木糖醇整個結晶過程的操作時間小于10小時。
7.如權利要求1所述的一種木糖醇精制結晶方法，其特征是所述的洗滌液為純水、低級醇或含低級醇的水溶液。
8.如權利要求7所述的一種木糖醇精制結晶方法，其特征是所述的低級醇為乙醇。
全文摘要
本發明涉及木糖醇精制結晶方法，將質量濃度為85％～92％的木糖醇溶液送入結晶器中，原料液初始溫度65℃～85℃，然后進行冷卻結晶；在55℃～70℃加入晶種控制木糖醇精制結晶成核，加入晶種后恒溫養晶15～60分鐘；整個精制結晶過程的降溫速率控制在1℃/hr～10℃/hr；結晶終點溫度為30℃～45℃；結晶過程操作時間小于10小時，晶漿經離心分離、洗滌，在40℃～80℃下烘干1～8小時得到晶體產品。本發明大幅度提高結晶產品的質量及過程的收率，經濟實用、生產周期短等特點，特別適用于食品及其它精細化工領域應用。用該方法得到的木糖醇晶體產品粒度分布集中，主粒度150μm～1000μm可調，產品晶體純度大于99.5％，流動性好，結晶單程收率60％以上。
文檔編號C07C29/78GK1736970SQ200510014599
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月25日 優先權日2005年7月25日
發明者王靜康, 侯寶紅, 朱路甲, 張美景, 靳建龍 申請人:天津大學, 河北寶碩股份有限公司