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利用淀粉制备山梨醇
文章来源:中国食品监督网  更新时间:2009/8/15  

    淀粉是绿色植物进行光合作用的最终产物,是由生物合成的可再生资源,是取之不尽、用之不竭的廉价有机原料。淀粉广泛存在于许多植物的种子、根、茎等组织中。当前,以淀粉为原料制备的淀粉糖以及进一步通过催化剂加氢制取的糖醇是淀粉深加工的重要产品。
      山梨醇是糖醇的一种,易溶于水,在水溶液中不易结晶析出,能螯合各种金属离子。山梨醇的甜度约为蔗糖的60%,进入体内能代谢,属营养甜味剂,但其代谢途径首先是缓慢扩散而被吸收氧化成果糖,再被利用,参与果糖代谢途径,对血糖值和尿糖没有影响,可作为糖尿病人的甜味剂使用。
      山梨醇这一类糖醇的制备工艺首先以淀粉为原料,经过调浆、糊化、液化、糖化、精制、浓缩等工艺制备得到高品质的相应淀粉糖,这是生产的基础;此后用镍为催化剂在高温高压下进行加氢化学反应即可制取淀粉糖醇;最后再经过精制、浓缩、分离等工艺得到相应的糖醇。
      山梨醇的制备主要采用氢化法、电化学法和发酵法。其中,氢化法是目前最常用的生产方法,以蔗糖、淀粉、葡萄糖等为原料通过氢化反应得到。电化学法和生物发酵法都是以葡萄糖和果糖为原料,前者通过电解还原原料制备山梨醇,后者则通过微生物酶的作用将葡萄糖和果糖转化为山梨醇。在淀粉生产山梨醇时,首先要经酶法或酸法将其转变成葡萄糖,然后进行生产,工艺流程主要包括葡萄糖溶液的制备、加氢反应、催化剂分离、离子交换、溶液蒸发和结晶干燥等。具体的生产工艺又可以分为间歇法和连续法等。
      间歇法生产山梨醇主要有两种工艺:
      一是拌釜式间歇加氢工艺。该工艺是我国生产山梨醇的传统工艺。将葡萄糖配制成质量分数为50%~55%的溶液,加活化后的雷尼镍催化剂,调节pH至6.5~7.5,通入氢气进行加氢反应致残糖合格,将反应混合物进行静置沉降,上清液经过离子交换,山梨醇质量分数一般为50%。此醇既可作为成品使用,也可经浓缩成为70%的山梨醇。本工艺中催化剂分离采用先沉降后精密分离的方法,该方式分离催化剂非常实用,可以将小于2μm的催化剂颗粒分离出来,能够使废催化剂回收使用或回收后作为废金属出售。其优点是:工艺简单成熟;设备投资少;操作控制可靠;单机开停车方便。缺点是:反应釜体积小,不适合大规模生产;所有操作基本上都是手动,工人劳动强度较大;催化剂粒度大,活性偏低,催化剂消耗高;由于是间歇反应,每釜都要进行气体置换,因此消耗的氮气、氢气也相对偏高。
      二是外循环式间歇加氢工艺。该工艺从意大利引进,将质量分数为50%~55%的糖液先经串联的阴阳离子交换树脂处理,而后按批量加入外循环式高压反应釜,同时加入一定量的钌催化剂进行反应。反应结束后,将催化剂分离出来,粗醇经过滤棒及阴阳离子交换树脂处理,即生产出质量分数约为50%的山梨醇。其优点是:使用了活性较高的钌催化剂,使得加氢条件比较温和;外循环反应釜的容积比国内传统的搅拌釜大得多,单机生产能力大;该工艺的糖、醇精制系统比较完整,生产的山梨醇质量较好;钌催化剂失活后可以用双氧水再生数次,催化剂的消耗较低;间歇工艺,单机运行开停车比较方便。缺点是:钌催化剂的价格比雷尼镍的价格昂贵得多,最主要的是目前国内厂家制备的钌炭催化剂的性能参差不齐,使用效果都不很理想。
      连续法生产山梨醇也有两种工艺:
      一是匈牙利管式连续氢化工艺。该工艺是从匈牙利Petnitrogen公司引进的,具体工艺为:萄葡糖配成质量分数约50%的糖液,加入雷尼镍催化剂,调pH至7~8,将物料打入管式氢化反应系统。反应后的物料进入催化剂磁力分离器,活性好的催化剂分离出来重新进入高压泵前的反应混合物制备罐中,活性差的随物料经过板框过滤而除去,粗醇再经串联的阴阳离子交换树脂处理,即成为质量分数约50%的山梨醇,而后可浓缩为质量分数70%的成品醇,也可进一步蒸发浓缩,再经喷雾干燥成型,最后过筛生产出粉末状固体山梨醇。其优点是:连续化反应,比较适合于大规模生产,也有利于醇收率的提高及其他原辅料耗量的降低;采用了较为先进的控制记录系统,便于各项工艺指标的监控和稳定;采用了独特的催化剂磁力分离器,好坏催化剂能及时加以分离,同时不断地向系统中补充新鲜催化剂,因此反应系统中催化剂的活性比较稳定,相应的氢化反应也就比较稳定,催化剂的消耗较低;有较完善的粗醇精制系统,生产的山梨醇质量较好。缺点是:该工艺开停车比较复杂;成套引进存在着备品备件的国产化问题。
      二是固定床中压加氢工艺。固定床雷尼镍催化剂中压加氢工艺,颗粒状的催化剂一次性装填,然后通入质量分数50%葡萄糖溶液和氢气,一般反应温度为120~130℃,压力2~3MPa,pH5.0~6.0,反应时间3~4h,即得粗醇。粗醇再经串联的阴阳离子交换树脂处理,即成为质量分数约50%的山梨醇。固定床颗粒状雷尼镍催化剂无需后续的过滤设备,操作简单,易于连续生产。