玉米转化生产结晶果糖新工艺研究与开发

图1 底物浓度对糖化效果的影响
98
糖化后底物浓度DX
96 94 92 90 88 86 84 45 55 65 糖化温度，℃
35BX 36BX
75
图2 温度对玉米淀粉糖化效果的影响
膜分离过程



采用膜分离技术对玉米淀粉经糖化后的体系进行处 理。 处理后，糖化液中的大分子蛋白质被大部分截留， 含量由原来的0.38%下降为0.03%，糖化液的颜色由 处理前较深色转化为处理后的较浅色。 糖化液中DX的含量由原来的96上升为97，为后续 的异构过程作了铺垫，使异构工序的转化率、果糖 含量二个主要指标满足工艺要求。

这些缺点导致了整个工艺过程设备投资 费用高，生产效率低，产品成本高，产 品在市场上的竞争力下降
2
研究内容
针对结晶果糖传统生产工艺存在的问题， 项目组郑州拓洋实业有限公司和郑州大学化工 学院开展了玉米转化生产结晶果糖新工艺研究 与开发工作，解决原有工艺存在问题，降低工 艺过程的成本，将工艺后续废水进行资源化回 收利用，开发出经济绿色的新工艺，以其地生 产出成本最低、收率更高、质量稳定优良的结 晶果糖，同时，将此技术转化成生产力，推动 整个结晶果糖行业的快速发展。


结晶时的温差对果糖结晶效果的影响
结晶时温差对结晶果糖的纯度影响较大，在结晶温 差为65-5℃时，果糖纯度达到最大值为98.2%，因此， 确定65-5℃为最佳结晶温差。
果糖糖浆的粘度对果糖结晶的影响 过高的粘度对果糖结晶不利，不仅会影响果糖结晶 的效率，还会影响结晶果糖的晶型和均匀度。 表面活性剂在制糖工业中具有消泡、降粘、改善传 热传质、提高产糖率、助晶、改善晶形和均匀度等 功能。 本实验选择在果糖结晶过程中向其中加入少量的表 面活性剂的方法，来降低果糖糖膏的粘度，达到改 善果糖晶形和均匀度，同时提高结晶效率的目的。 研究选取常用的非离子表面活性剂Span60进行研究， 选择在结晶初期的果糖浆中加入50μg/ml来调节果糖 浆的粘度。 试验结果见下图4所示：

7000 6000
果糖浆的粘度，MPa·s
5000 4000 3000 2000 1000 0 0 50 100 150 200 250 300 350 添加Span60的量，μ g/ml 结晶前果糖浆 结晶初期果糖浆 结晶中后期果糖浆
图4 Span60对果糖糖浆粘度的影响
果糖糖浆的pH值对果糖结晶的影响
中试试验阶段

时间为2007年6月～2008年6月 对小试实验数据进行整理总结。 添臵包括日本岛津高效液相色谱、膜分离设 备、色谱分离柱等中试需要的设备。 成立中试车间，中试技术方案由10名高级技 术人员确定。 进行20多批次的中试试验 对中试所得产品进行检测，各项指标均达到 DB45/T216-2005的要求。



前期经过连续化离交脱盐的物料采用已经成熟的异 构化工艺进行异构化，异构化后经色谱分离，产品 中果糖的纯度达90%左右。 如果将这种果糖的物料直接进行后期的结晶精制过 程，就必须用到乙醇作为溶剂，而且乙醇的用量较 大,回收处理成本较高。 使用连续化色谱分离过程处理后，物料中果糖纯度 达95%，含量浓缩至90%左右，结晶时不需要用乙 醇，直接在水溶液中结晶出果糖，省去乙醇，为管 理和投资节省大量费用。

pH值也是果糖结晶过程中的一个重要的影响 因素，果糖溶液在pH～4的时候比较稳定， 因此文献中多把最终的结晶pH值控制在 pH～4。鉴于此因素的前期研究工作已经很 成熟，本研究中不对其进行进一步的研究， 结晶时取果糖糖浆的pH～4。
结晶时间对果糖结晶的影响
随着果糖结晶时间的加长，果糖的纯度也在 升高，在结晶72h时，达到最高的纯度99.1%， 继续延长结晶时间，纯度反而下降。因此， 选择果糖的结晶时间为72h。 试验结果见下图5所示：



本实验过程中，将各个过程中的影响因素统一考虑， 进行由玉米淀粉生产结晶果糖的过程，将小试试验 制得的结晶果糖进行检测，各项指标均已达到 DB45/T216-2005的要求。 采用本研究中的利用玉米淀粉生产结晶果糖的新工 艺技术有效可行，不仅能够减少整个工艺生产的投 资成本，还能提高产品的纯度。 本项技术应该尽快进行中试放大实验，并进行工业 化示范生产，待工业化生产成功后，应该大力进行 推广。
3 研究过程及结果


玉米淀粉的糖化过程的优化 实验过程对玉米淀粉的浓度（见图1）、糖 化温度（见图2）对糖化效果的影响进行了 研究。 得到最佳底物浓度为BX为35—36。 得到糖化的最佳温度为60℃。
96 95
糖化后底物浓度DX
94 93 92 91 90 89 88 31 32 33 34 35 底物浓度BX 36 37 38

源自文库
从2007年6月份进行中试放大实验以来，已 经连续放大了二十多批次，以最后连续八 批次为例，每批的试验量为1m3，记录数据 如下表3所示： 由表3可以看出，次连续8批次的实验结果 比较稳定，而且各个阶段处理后相关物质 的含量均与小试实验时的结果的水平相当， 有的指标还超过了小试实验的水平。
96 95
果糖纯度，%
94 93 92 91 90 40 50 60 70 冲洗流量，ml/min 80 90
图3 冲洗流量对果糖纯度的影响


对结晶果糖的结晶精制的影响因素的研究
果糖的结晶包括晶核的形成和晶体的生长两个过程， 影响因素有结晶时的温差、果糖糖浆的粘度、果糖 糖浆的pH值以及结晶时间等。实验过程中分别对这 些影响因素进行了研究。


整个项目的研发经过了3个阶段 准备阶段 时间为2005年1月～2005年5月。 了解国内外的技术水平及研究方向。 查阅了大量的相关资料和文献。 对资料文献汇总，选择先进合理的工艺过程。 确定总体研究方案。
小试试验阶段


时间为2005年6月～2007年5月 对新工艺中涉及到的主要过程，包括玉米淀粉糖 化、膜分离过程、连续化离交脱盐、异构化过程、 连续色谱分离过程、精制结晶过程条件优化。 整个玉米转化生产结晶果糖新工艺过程的优化。 产品性能指标的检测。 得到了较好的试验效果，产品各项性能指标达标。
°
% %
4 结论


本研究对玉米淀粉制结晶果糖的传统工艺进行改进， 正对传统工艺上存在的不足进行了大量的研究，得 到了一套新的生产工艺技术。 膜分离技术、连续离交脱盐过程和连续色谱分离过 程是新型的技术，国内还没有用于结晶果糖的先例， 本研究将其用于此工艺中，不仅优化了整个工艺过 程，同时还可以降低结晶果糖的生产成本。

随着我国国民经济持续稳定高速发展，人 民生活水平不断提高，居民的食糖消费逐 年增长。 果葡糖以其优异的口感、甜度和生理功能 备受青睐，结晶果糖是甜味剂中的珍品。 由于结晶果糖生产技术含量高，所以附加 值高。结晶果糖可以出口。我国近年结晶 果糖的需求将会迅速上升。



结晶果糖传统生产工艺的一些问题日渐凸显 主要表现在糖化过程能耗高，糖化效果不好 糖化后脱色工段工作负荷大，处理效果不理想 固定床离子交换树脂消耗大，设备工作效率低 果糖糖浆可以浓缩的浓度低，结晶是需要大量 的溶剂乙醇，得到的产品品质不好
具体研究内容



对底物糖化过程进行优化，提高底物反应 浓度和糖化液纯度。 使用膜分离技术对糖化液进行处理，使得 糖化液物料中的DX上升得到提高。 使用连续化离交脱盐，对前期膜分离过的 糖化液进行脱色处理，将处理效果与传统 的固定化离交脱盐进行比较。



使用连续色谱技术对前期原料进行浓 缩，优化过程性能，提高产品中果糖 的含量。 对结晶果糖的结晶精制的影响因素进 行研究，得出最佳的精制结晶工艺。 对整个结晶果糖工艺过程的条件进行 优化，得出性能良好，结晶果糖产率 高的生产工艺。
表1 连续化离交脱盐与固定床效果比较
比较项目 总树脂量（m3） 周期时间(min) 树脂寿命周期 使用时间(天) 产品纯度（DX） 废水量(m3/m3进料) 固定床离交脱盐 0.48 160 480 360 97.3 7-8 连续离交脱盐 0.15 20 3600 375 97.9 2.5-3
连续色谱分离过程的优化
玉米转化生产结晶果糖新工艺研究与开发
科技成果鉴定材料
一、工作总结报告
玉米转化生产结晶果糖新工艺研 究与开发始于2005年5月，于2008年6 月结题。其间经过小试实验研究、中 试试验两个阶段，取得了满意的结果。



传统结晶果糖生产工艺的一些问题日渐凸显。 主要问题：工艺生产效率低，设备投资高，能耗高， 产品品质不好。 导致结果：产品成本高，市场竞争力下降。 解决办法：对传统工艺进行改进，降低整个工艺过 程的设备投资和能耗，提高产品质量。 解决方式：有针对地开展玉米转化生产结晶果糖新 工艺的研究开发工作 。
总结



项目研究所有经费均来源于项目组自筹。 本项目研究完善玉米转化生产结晶果糖的生 产工艺，建立了一套系统的新工艺路线。 本项新技术能够稳定地从玉米转化生产结晶 果糖，其工艺流程合理，技术路线属于国内 领先水平，产品收率高，质量稳定可靠，生 产成本低，环境污染小，可以用于大规模的 工业化生产。
1 中试放大试验过程


主要原料及设备 主要原料 玉米淀粉；液化酶；高纯水；超滤膜；纳滤膜； 异构酶、Span60等。 主要设备 1.5m3钢质容器，阿贝折射仪；NDJ-79旋转粘 度计；电子天平；微电脑pH计；恒温磁力搅拌 器；电热恒温鼓风干燥箱；数显恒温水浴锅； 高效液相色谱；旋转蒸发仪等
二、技术研究报告
玉米转化生产结晶果糖新工艺研 究与开发，是郑州拓洋生物工程有 限公司与郑州大学化工学院合作的 自选项目，本项目研究始于2005年5 月，于2008年6月结题。其间经过实 验研究、中试实验两个阶段，取得 了满意的结果。
1 背景


果糖是高甜度的淀粉糖，具有蜂蜜的口感， 是一种营养型甜味剂。 果糖具有一般糖品不具备的特性，甜味强 而纯正，是一种良好的加工助剂，适用于 各种食品的加工。 果糖还具有良好的吸湿性，可用于需要保 湿的食品和糖果的加工，以防止结晶和返 砂，特别适用于高级糖果、饮料、巧克力 和婴幼、老年食品。



实验过程中，分别对床层高度，床层旋转度和冲洗流 量，进料液流量对产品纯度的影响进行了研究。 床层高度越长， 分离度越高；床层旋转速度增大， 果糖纯度随之增加，到一定范围内出现峰值，再加大 产品纯度会降低；随着冲洗流量的增大， 果糖纯度 相应地增大，达到一定值时，果糖纯度迅速下降。 实验时，主要对冲洗流量对果糖纯度的影响进行了研 究，得出的冲洗流量60ml/min时，分离出的物料中果 糖的含量达到最大值为95%。实验结果如下图3所示：
2 工艺流程简图如下图所示：
果葡糖浆
葡萄糖
糖 化 过 程
膜 分 离 过 程
连 续 离 交 脱 盐
异 构 化 过 程
连 续 色 谱 分 离
结 晶 精 制
母 液
产 品
3 工艺过程




玉米淀粉的糖化过程 膜分离过程及连续离交脱盐 过程 异构化过程 连续色谱分离过程 果糖的结晶精制过程
4 试验结果分析
连续离交脱盐过程


对前期经过膜分离处理过的糖化液分别采用固定床 离子交换和移动床离子交换即连续离交脱盐过程， 将两种方法的处理结果进行比较，得出较好的处理 条件。 由试验结果（见表1）比较可以看出，连续化离交 脱盐法不仅可以大大减少树脂使用量，缩短处理时 间，提高产品的纯度，还可以减少产生的废水量， 减轻后续废水出里的负荷，大幅降低投资与运行费 用。


100 99.5 99 98.5 98 97.5 97 96.5 96 95.5 95 30 40 50 60 70 果糖结晶时间，h 80 90
果糖纯度，%
图5 结晶时间对果糖结晶的影响
结晶果糖生产性能及指标的检测

表2 结晶果糖主要技术指标
序号 1 2 3 4 5 6 项目 外观 果糖含量 水分 比旋光度 重金属（以Pb计） 灼烧残渣 单位 % % DB45/T216-2005 白色结晶颗粒 ≤0.5 -91.0～-93.5 ≤0.0005 ≤0.1 检测结果 白色结晶颗粒 99.3 0.42 -91.5 0.0003 0.08