论蔗糖水解工艺在甘露醇生产上的应用

摘要：主要阐述了酸化水解的原理和特点，就此工艺在甘露醇和山梨醇的生产中运用进行分析。关键词：加压；水解；果糖；葡萄糖作者简介：周海琨（1976-），广西上林人，，工程师，主要从事山梨醇、甘露醇生产的工艺管理和技术改造工作。1前言山梨醇和甘露醇是两种同分异构饱和六元醇，用途广泛。工业上由蔗糖制备甘露醇、山梨醇方法如下：将50蔗糖水溶液加酸水解生成果糖和葡萄糖混合液（以下称转化糖液），经过中和脱色、离交精制后调节PH值，在有催化剂条件下加氢反应葡萄糖生成山梨醇，果糖生成甘露醇和山梨醇。在实际生产中，为了得到较多的高附加值甘露醇成品，就必须控制果糖的水解含量。本文主要通过对蔗糖酸化水解主副反应的研究，提出在实际的生产中，通过加压升温使蔗糖酸化水解迅速完成，减少副反应达到降耗提产的目的。2原理分析我们知道，蔗糖的分子式为C12H22O11，是一种双糖，是葡萄糖和果糖的脱水缩合物，蔗糖在酸作用下，水解生成葡萄糖和果糖（蔗糖水解生成的葡萄糖和果糖合称为转化糖），即上述分子式在中间处断裂成两段。反应式为：酸催化蔗糖水解反应机理为：[1]（1）为快平衡，（2）为控制步骤得反应速率方程式：rH =k3[AH ][H2O]（3）因为k1/k2=[AH ]/[A][H ]，[AH ]=k1/k2[A][H ]所以：rH =kH [A][H ][H2O]（4）kH =k3k1/k2蔗糖水解反应生成的还原糖（葡萄糖和果糖）达到一定浓度时，开始发生复合反应和分解反应。复合反应是指转化糖受酸和热的作用能通过糖苷键相聚合，失去水分子，生成二糖、三糖、甚至其他较高的低聚糖等。葡萄糖分解反应是因单糖在酸的作用下自身脱水生成糠醛所致，反应表达式如下：果糖受酸和热的作用，发生上述反映生成5，—羟甲基糠醛的反应较葡萄糖容易，与葡萄糖直接分子脱水不同的是果糖要经过1，2—烯二醇中间体，其反应表达式如下：以上是蔗糖在高温下水解时发生的主要副反应，蔗糖的水解反应所伴随的分解反应产物是很多的，其副产物见表1。表1水解中的副产物[2]脱水产物分裂产物缩合产物异构化产物5，-羟甲基-2-糠醛#5，-甲基-2-糠醛α-当归内脂二羟基丙酮#β-当归内脂甘油醛#2-（2-羟基乙酰）呋喃2-（2-羟基乙酰）呋喃甲酸异构麦芽糖4-羟基-2，3，6-己三酮4-羟基-2-（羟甲基）-5-甲基-3（2H）呋喃酮乙酸甲酸乙酰丙酸#高分子有色化合物2-糠醛#丙酮醛#乳酸#丙酮醇#乙醇酸#2，3-丁二酮腐黑物或高分子有色物质D-葡萄糖#3实验部分3.1材料与仪器原料：广西一级白砂糖反渗透纯化水设备：立式不锈钢316L反应釜分析仪器：上海精密科学仪器有限公司阿贝折射仪WAY(2WAJ)上海精密科学仪器有限公司旋光仪WZZ-2B3.2水解转化糖中果糖含量的测定将水解糖稀释至8～12的溶液，恒温20℃，用折射仪准确测定BX20后用旋光仪测定其旋光度α按下式计算得样品的比旋度[3]：α20×100[α]20D=——————————L×d×Bx20α20：旋光度L：旋光管长度：dmd：水解糖的密度[α]20D-52.5果糖含量λ=——————————×100-145由蔗糖水解的反应原理可知：蔗糖水解的反应速度和[H ]、kH 有关，kH 随着反应的温度而增大；PH值、温度和时间是促使蔗糖彻底水解的必须条件，同时也是影响转化糖色值和质量的重要因素，若调整不合适不仅会造成水解产物葡萄糖、果糖的损失，而且会使转化糖液的色值增加。因此，我们在实际的蔗糖水解成转化糖的生产过程中，考虑采用加压水解的方法，提高蔗糖酸化水解反应的温度，促使反应在较短时间内完成，达到减少副反应的发生。4结果与讨论4.1PH值的影响表2不同PH值条件下水解色值对比PH反应压力MPa反应用时min反应温度℃果糖含量λ色值2.3304510046.8 3.1708010047.5 4.14011010046.4 注：表示红色，表示黄色可以看出，常压水解在不同PH条件下要达到反应完全，PH值定在3左右就可以达到很好的水解效果：反应速度快，转化糖的色值也较低。PH值低于此范围时尽管反应的速度快但色值也会升高而且转化糖中的果糖含量也有所下降。由方程式（4）我们可知：理论上蔗糖水解反应的速度与溶液中氢离子浓度成正比例。在溶液PH每下降1.0时，溶液的氢离子浓度增加10倍，转化速度也增加为10倍，因此，PH值是影响蔗糖转化速度的最重要因素。但水解反应产物葡萄糖和果糖易在高温强酸的条件下生成复合二糖甚至是复合多糖或者发生分解反应生成糠醛进一步产生有色物质，而且亦要考虑到反应釜的耐酸性能,不能任意提高氢离

子的浓度。