CN218860763U - 一种利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，***包括通过管路先相互连接的木糖制备子***、酶解子***和焦糖色素制备子***，所述木糖制备子***包括依次通过管路连接的原料罐、预处理罐、酸水解釜、板框压滤装置、滤液中和罐、纳滤膜分离器、电渗析分离器、蒸发浓缩罐、结晶罐、离心分离器以及干燥器，所述酶解子***包括通过管路连接的滤渣中和罐和酶解反应釜，所述焦糖色素制备子***包括依次通过管路连接的糖液混合罐、褐变反应釜、闪蒸罐、超滤膜分离器以及刮膜蒸发器。本实用新型采不仅高值化利用了玉米芯废渣己糖和木糖母液戊糖资源，还得到了高附加值的高端焦糖色素产品，提高了玉米芯的综合利用价值。

Description

一种利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***

技术领域

本实用新型属于糖醇制备技术领域，特别涉及一种利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***。

背景技术

木糖是一种戊糖，外观为白色晶体，味甜，甜度相当于蔗糖的0.7，可作为蔗糖替代品用于减糖降甜。优级木糖与合格木糖相比，纯度和透光更高。高端焦糖色素指的是高色率高耐性的焦糖色素，色率是一般焦糖色素的两倍多。公开号CN111647694A中国专利介绍了一种从玉米芯中提取木糖的方法，将玉米芯经过酸水解、脱色、离交、蒸发浓缩、结晶分离等工艺，得到木糖成品。酸水解后的固体玉米芯废渣大多采用直接燃烧的方式，结晶后的木糖母液大多低价售给糖浆厂家，大大浪费了玉米芯废渣中的己糖和木糖母液中的戊糖资源。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，以玉米芯为原料，提取其中的戊糖制备成优级木糖，将母液中的戊糖和玉米芯渣中的己糖制备成高端焦糖色素，不仅减少了玉米芯中各类糖资源的浪费，还可以将对环境有害的农业废弃物转变为高经济价值的产品，这对高端制造、环境生态保护和经济高质量发展都有着促进作用。

本实用新型是这样实现的，提供一种利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，包括通过管路先相互连接的木糖制备子***、酶解子***和焦糖色素制备子***，所述木糖制备子***包括依次通过管路连接的原料罐、预处理罐、酸水解釜、板框压滤装置、滤液中和罐、纳滤膜分离器、电渗析分离器、蒸发浓缩罐、结晶罐、离心分离器以及干燥器，所述酶解子***包括通过管路连接的滤渣中和罐和酶解反应釜，所述焦糖色素制备子***包括依次通过管路连接的糖液混合罐、褐变反应釜、闪蒸罐、超滤膜分离器以及刮膜蒸发器；板框压滤装置分别设有滤液出口和滤渣出口，滤液出口通过管路与滤液中和罐连通，滤渣出口通过管路与滤渣中和罐的进料口连通，离心分离器分别设置固态物出口和液态物出口，固态物出口通过管路与干燥器的进料口连通，液态物出口与糖液混合罐的一个进料口连通，糖液混合罐的另一个进料口与酶解反应釜的出料口通过管路连通，原料罐储存待加工的玉米芯原料，干燥器的出料口输出的物料为优级木糖，刮膜蒸发器的出料口最后得到的物料为高端焦糖色素。

进一步地，从所述板框压滤装置的滤液出口输出的滤液为玉米芯水解液，从所述板框压滤装置的滤渣出口输出的滤渣为玉米芯废渣。

进一步地，从所述离心分离器的液态物出口输送的液态物为木糖母液。

进一步地，从所述酶解反应釜的出料口输出的液体为酶解液。

与现有技术相比，本实用新型的利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***具有以下特点：

1、通过将玉米芯废渣和木糖母液中的戊糖、己糖混合制备成高端焦糖色素，玉米芯中糖类资源的利用率达90%以上。本实用新型提高玉米芯资源利用率的同时还制备了色率高达50000EBC的高端焦糖色素产品，大大提高了玉米芯的综合利用价值。

2、通过整个工艺***的改进和焦糖色素制备工艺的优化，将玉米芯废渣中的己糖和木糖母液中的戊糖制备成高端焦糖色素，提升了焦糖色素产品品质，将售价1000元/吨木糖母液、玉米芯废渣转变为5000元/吨高端焦糖色素，经济效益可提高5倍以上。

3、玉米芯废渣燃烧或大量堆积占据环境资源，影响生态文明建设，将玉米芯废渣综合利用有利于可持续发展和绿色生态文明建设。

附图说明

图1为本实用新型利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***一较佳实施例的原理示意图；

图2为本实用新型利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***中各物料的流动方向示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参照图1以及图2所示，本实用新型利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***的较佳实施例，包括通过管路先相互连接的木糖制备子***Ⅰ、酶解子***Ⅱ和焦糖色素制备子***Ⅲ。图中箭头方向为***中物料的流动方向示意。

所述木糖制备子***Ⅰ包括依次通过管路连接的原料罐1、预处理罐2、酸水解釜3、板框压滤装置4、滤液中和罐5、纳滤膜分离器6、电渗析分离器7、蒸发浓缩罐8、结晶罐9、离心分离器10以及干燥器11，所述酶解子***Ⅱ包括通过管路连接的滤渣中和罐12和酶解反应釜13，所述焦糖色素制备子***Ⅲ包括依次通过管路连接的糖液混合罐14、褐变反应釜15、闪蒸罐16、超滤膜分离器17以及刮膜蒸发器18。原料罐1储存待加工的玉米芯A原料，干燥器11的出料口输出的物料为优级木糖B，刮膜蒸发器18的出料口最后得到的物料为高端焦糖色素C。

板框压滤装置4分别设有滤液出口和滤渣出口，滤液出口通过管路与滤液中和罐5连通，滤渣出口通过管路与滤渣中和罐12的进料口连通。从所述板框压滤装置4的滤液出口输出的滤液为玉米芯水解液D，从所述板框压滤装置4的滤渣出口输出的滤渣为玉米芯废渣E。

离心分离器10分别设置固态物出口和液态物出口，固态物出口通过管路与干燥器11的进料口连通，液态物出口与糖液混合罐14的一个进料口连通，糖液混合罐14的另一个进料口与酶解反应釜13的出料口通过管路连通。

从所述离心分离器10的液态物出口输送的液态物为木糖母液F。从所述酶解反应釜13的出料口输出的液体为酶解液G。

预处理罐2用于清水或稀酸洗去玉米芯A中的杂质，酸水解釜3用于水解玉米芯A中的半纤维素，板框压滤装置4用于分离玉米芯水解液D和玉米芯废渣E，滤液中和罐5用于中和玉米芯水解液D的pH。纳滤膜分离器6用于玉米芯水解液D的脱色，纳滤膜分离器6脱色处理后的截留液为色素液、透过液为脱色液。电渗析膜分离器7用于脱色液的脱盐。电渗析膜分离器7脱盐处理后的截留液为浓盐液，透过液为脱盐液。蒸发浓缩罐8和结晶罐9用于蒸发浓缩和木糖结晶，离心分离器10用于分离晶体木糖和木糖母液F，干燥器11用于干燥优级木糖B晶体。

滤渣中和罐12用于中和玉米芯废渣E的pH，酶解反应釜13用于将玉米芯废渣E中的纤维素酶解成葡萄糖。糖液混合罐14用于木糖母液F和酶解液G的混合，褐变反应釜15用于混合糖液褐变反应制得高端焦糖色素粗品，闪蒸罐16用于除去焦糖色素中的杂质-氨基化合物或亚硫酸盐，超滤膜分离器17用于除去焦糖色素中杂质-4-甲基咪唑，刮膜蒸发器18用于焦糖色素的低温提浓，得到高端焦糖色素C。

本实用新型还公开一种利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的方法，所述方法使用了如前任意一项所述的利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，所述方法包括如下步骤：

步骤一、将储存在原料罐1中的玉米芯A粉末通过管路输送到预处理罐2中进行水洗、酸洗处理，得到玉米芯液，然后再通过管路将玉米芯液送入酸水解釜3中进行酸水解处理。

步骤二、玉米芯液通过酸水解釜的酸水解处理后得到板框压滤进料液H，板框压滤进料液H通过管路送入板框压滤装置4中进行过滤处理。

步骤三、板框压滤装置4对板框压滤进料液H进行过滤处理分别得到液体部分和固定部分，液体部分为玉米芯水解液D，固体部分为玉米芯废渣E。

步骤四、玉米芯水解液D依次经过滤液中和罐5的中和处理、纳滤膜分离器6的脱色处理、电渗析分离器7的脱盐处理、蒸发浓缩罐8的浓缩处理、结晶罐9的结晶处理以及离心分离器10的固液分离处理后分别得到晶体木糖和木糖母液，晶体木糖经过干燥器11干燥处理后得到优级木糖B晶体成品，木糖母液F通过管路输送到糖液混合罐14。优级木糖A晶体的纯度>99%，透光率>98%。

步骤五、玉米芯废渣E依次输送到滤渣中和罐12进行中和处理，酶解反应罐13进行酶解处理得到酶解液G，酶解液G通过管路输送到糖液混合罐14与木糖母液F混合，再依次经过褐变反应釜15的褐变反应处理、闪蒸罐16的蒸发处理、超滤膜分离器17的分离处理和刮膜蒸发器18的刮膜蒸发处理后得到高端焦糖色素C产品，高端焦糖色素C的色率高达50000EBC。

具体地，在步骤一中，玉米芯A中糖类资源干物质量百分比浓度在60~70wt%，其中，在糖类资源干物中，己糖含50~55wt%，戊糖含45~50%wt，酸洗处理选用0.20~0.30wt%的硫酸溶液，液固比为3:1。

具体地，在步骤二中，在酸水解处理时，玉米芯料液比1:5，添加硫酸含量为1.2~1.5%，温度为120~125℃，时间100~140min。

具体地，在步骤四中，在纳滤膜分离器6的脱色处理时，纳滤膜分离器6的运行温度40~60℃，运行压力15~35bar；在电渗析分离器7的脱盐处理时，电渗析膜分离器7的运行电流60~120A，电压200~250V，运行压力15~35bar。

具体地，在步骤五中，在酶解处理时，调节pH为5.5~6.5，添加质量百分比为2~4%的商业纤维素复合酶作催化剂，控制酶解反应温度40~60℃，酶解反应时间为72~96h；在褐变反应釜15的褐变反应处理时，所用反应助剂为氨水或碳酸铵、碳酸氢铵和尿素的复配，复配比例为6:2:2~4:4:2，反应过程调控为：先调节pH至7.0~9.0，之后升温至80~90℃反应30~50min，然后升温至160~180℃反应3~5h，之后调节pH至2~4，然后降温至130~150℃反应0.5~1h；在超滤膜分离器17的分离处理时，超滤膜分离器17的运行温度40~60℃，运行压力5~7bar；在刮膜蒸发器18的刮膜蒸发处理时，蒸发压力为4~5bar，真空度为80~90kpa。

下面通过具体实施例进一步说明本实用新型的利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***。

实施例1

本实用新型第一个利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***的实施例，采用玉米芯为原料经提纯优级结晶木糖后再利用酶解后酶解液与离心后木糖母液混合制备高端焦糖色素。所述方法包括如下步骤：

步骤一、将原料罐1中的玉米芯粉末通过管路输送到预处理罐2进行水洗、酸洗处理，酸洗选用0.20wt%的硫酸溶液，液固比为3:1，然后再送入酸水解釜3中进行水解处理。

步骤二、将预处理罐2中的玉米芯洗后液通过管路输送到酸水解釜3进行水解处理，玉米芯液固比5:1，添加硫酸含量为1.2%，温度为125℃，时间140min，然后再送入板框压滤装置4中进行过滤处理。

步骤三、板框压滤装置4将水解处理后物料分为两部分，液体部分为玉米芯水解液D，固体部分为玉米芯废渣E。

步骤四、玉米芯水解液D依次经过滤液中和罐5的中和处理、纳滤膜分离器6的脱色处理、电渗析分离器7的脱盐处理、蒸发浓缩罐8的浓缩处理、结晶罐9的结晶处理以及离心分离器10的固液分离处理后分别得到晶体木糖和木糖母液F，晶体木糖经过干燥器11干燥处理后得到优级木糖B晶体成品，木糖母液F通过管路输送到糖液混合罐14。优级木糖晶体的纯度>99%，透光率>98%。纳滤膜分离器6的运行温度60℃，运行压力20bar；电渗析膜分离器7的运行电流100A，电压250V，运行压力20bar。

步骤五、玉米芯废渣依次输送到滤渣中和罐14进行中和处理，酶解反应罐13进行酶解处理得到酶解液G，酶解液G通过管路输送到糖液混合罐14与木糖母液F混合，再依次经过褐变反应釜15的褐变反应处理、闪蒸罐16的蒸发处理、超滤膜分离器17的分离处理和刮膜蒸发器18的刮膜蒸发处理后得到高端焦糖色素C产品，高端焦糖色素C的色率高达50000EBC，其他指标皆复合国家标准，糖类资源利用率高达90%。在酶解处理时，调节pH为5.5，添加质量百分比为2%的商业纤维素复合酶作催化剂，控制酶解反应温度50℃，酶解反应时间为72h。在褐变反应釜15的褐变反应处理时，所用反应助剂为碳酸铵、碳酸氢铵和尿素的复配，复配比例为6:2:2，反应过程调控为：先调节pH至9.0，之后升温至90℃反应30min，然后升温至170℃反应3h，之后调节pH至3.0，然后降温至130℃反应1h。超滤膜分离器17的运行温度60℃，运行压力5bar。在刮膜蒸发器18的刮膜蒸发处理时，蒸发压力为4bar，真空度为90kpa。

对比例1

采用玉米芯A为原料直接提取木糖，具体步骤包括：将原料罐1中玉米芯原料通过管路输送预处理罐2清洗后，输送到酸水解釜3，添加1.5%的硫酸，然后经板框压滤装置4将水解液经过碱中和、活性炭脱色、离子交换脱盐，之后再经过蒸发浓缩、结晶离心，最终得到成品结晶木糖。板框压滤后的玉米芯废渣E晒干后燃烧或者做固废处理，离心后的木糖母液F外售做糖浆用，糖资源实际利用率只有30%。

对比例2

采用木糖母液F为原料直接制备焦糖色素，具体步骤包括：将离心分离后的木糖母液F直接通过管路输送到褐变反应釜15中，调节pH至9.0后，添加10w%的碳酸铵作反应助剂，反应温度为170℃，反应时间为3h，反应后经过滤得到焦糖色素成品，色率为30000EBC，其他指标皆符合国家标准。

综上所述，使用本实用新型的利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，玉米芯A中糖类资源利用率由30%提高到90%，焦糖色素的色率由30000EBC提高到50000EBC，提高了玉米芯综合利用价值的同时还提升了焦糖色素的产品品质。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，其特征在于，包括通过管路先相互连接的木糖制备子***、酶解子***和焦糖色素制备子***，所述木糖制备子***包括依次通过管路连接的原料罐、预处理罐、酸水解釜、板框压滤装置、滤液中和罐、纳滤膜分离器、电渗析分离器、蒸发浓缩罐、结晶罐、离心分离器以及干燥器，所述酶解子***包括通过管路连接的滤渣中和罐和酶解反应釜，所述焦糖色素制备子***包括依次通过管路连接的糖液混合罐、褐变反应釜、闪蒸罐、超滤膜分离器以及刮膜蒸发器；板框压滤装置分别设有滤液出口和滤渣出口，滤液出口通过管路与滤液中和罐连通，滤渣出口通过管路与滤渣中和罐的进料口连通，离心分离器分别设置固态物出口和液态物出口，固态物出口通过管路与干燥器的进料口连通，液态物出口与糖液混合罐的一个进料口连通，糖液混合罐的另一个进料口与酶解反应釜的出料口通过管路连通，原料罐储存待加工的玉米芯原料，干燥器的出料口输出的物料为优级木糖，刮膜蒸发器的出料口最后得到的物料为高端焦糖色素。

2.如权利要求1所述的利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，其特征在于，从所述板框压滤装置的滤液出口输出的滤液为玉米芯水解液，从所述板框压滤装置的滤渣出口输出的滤渣为玉米芯废渣。

3.如权利要求1所述的利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，其特征在于，从所述离心分离器的液态物出口输送的液态物为木糖母液。

4.如权利要求1所述的利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的***，其特征在于，从所述酶解反应釜的出料口输出的液体为酶解液。

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