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斑茅草莖稈酸水解制備果糖、高果糖漿的制作方法

文檔序號:571597閱讀:1289來源:國知局
專利名稱:斑茅草莖稈酸水解制備果糖、高果糖漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是斑茅草莖稈酸水解制備果糖和果糖含量為90% (F90)的高果糖漿,屬精
細化工與食品工業(yè)領(lǐng)域。 發(fā)明
背景技術(shù)
果糖是一種六碳酮糖,是葡萄糖的同分異構(gòu)體,分子式Ce^Oe,相對分子質(zhì)量 180. 16,無色針狀或棱柱狀結(jié)晶,其甜度約為蔗糖的1.6倍,是自然界中最甜的糖。結(jié)晶果 糖易溶于水、甲醇、乙醇,不溶于乙醚。它以游離態(tài)大量存在于水果的漿汁和蜂蜜中。自然 界中果糖常以聚糖的形式存在于菊科植物中,菊科植物經(jīng)酸/或酶水解可得到果糖;蔗糖 用稀酸或酶水解,從含有葡萄糖、果糖的溶液中也可分離出果糖。然而,工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn) 果糖、高果糖漿是以糧食、玉米、薯類淀粉為原料,經(jīng)酸或酶水解制備葡萄糖,再經(jīng)葡萄糖異 構(gòu)化酶轉(zhuǎn)化為含有42 %果糖和58 %葡萄糖的轉(zhuǎn)化糖,稱果葡糖漿或高果糖漿。高果糖漿的 甜度與蔗糖相當(dāng),它具有天然蜂蜜香味和生產(chǎn)成本低等特點,廣泛用于食品工業(yè)。果糖含量 為55% (F55)屬第二代高果糖漿、果糖含量為90% (F90)屬第三代高果糖漿,也是以淀粉 為原料,經(jīng)液化、糖化、異構(gòu)、分離等方法生產(chǎn)。F90高果糖漿是上世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的 新一代糖漿,在國外尤其在美國有廣闊的市場前景,有取代蔗糖的趨勢。
斑茅(Saccharum arundinaceumRetz)系禾本科甘蔗屬多年生草本植物,高2 4m,直徑達2cm,莖稈粗壯。葉片線狀披針形,長達150cm,寬2 2. 5cm。上面基部密生柔 毛,下面無毛,邊緣小剌狀粗糙。圓錐花序大型,長30 60cm,主軸無毛,花果期5 11月。 主要生長在山丘、旱坡地、溪邊及河岸草叢中,我國華東、華南、西南及陜西南部廣有分布。
海南省地處熱帶北緣,屬熱帶季風(fēng)氣候,光熱資源豐富,雨量充沛,土壤肥沃,非常 適宜于斑茅草生長。海南地區(qū)生長的斑茅草莖稈粗壯,產(chǎn)量高,單叢產(chǎn)量大都在30kg 80kg以上。據(jù)估計全省年總產(chǎn)量可達50 100萬噸。經(jīng)檢測,斑茅草莖稈中總還原糖含量 為22. 5 % 28. 8 % ,粗蛋白質(zhì)2. 8 % ,粗脂肪5. 3 % ,灰分2. 8 % ,且總還原糖含量隨采收季 節(jié)不同而異。利用斑茅草莖稈為原料制備果糖、高果糖漿,可以不和人類爭占糧食資源,可 有助于農(nóng)民高效農(nóng)業(yè)的同時,通過種植和采收斑茅草增加收入,可使這一有害的植物資源 變?yōu)楦吒郊又诞a(chǎn)品。斑茅草莖稈是一種可再生資源,原料來源豐富,農(nóng)民采收時,像刮韭菜 一般,砍下莖稈,留下根系,又可很快生長,繁殖速度相當(dāng)快。利用斑茅草莖稈制備果糖,高 果糖漿,工藝流程短,設(shè)備投資少,生產(chǎn)成本低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是利用斑茅草莖稈經(jīng)酸水解制備結(jié)晶果糖和果糖含量為90% (F90)的高 果糖漿。 1、斑茅草切段、粉碎 新鮮斑茅草莖稈曬干、切段、粉碎至80 100目。曬干的作用是便于原料運輸和 保存。粉碎的作用是增大酸水解時斑茅草粉粒與酸接觸的表面積,縮短水解時間,加速多聚 糖水解轉(zhuǎn)化為單糖溶出。水解速度與糖產(chǎn)率隨斑茅草粉體的粒度減小而增大。當(dāng)粒度^8Q目時,糖產(chǎn)率增加不大。選用一般的錘片式粉碎機,粉碎至80 100目即可。
2、酸水解 水解斑茅草莖稈的酸有無機酸和有機酸。用有機酸作催化劑,如檸檬酸,酸的強度 低,水解速度慢,相同條件下的水解液,檢測到還原糖的量很低,成本高;用醋酸作催化劑水 解,因酸性較弱,水解液中幾乎檢測不出糖分。幾種無機酸在等同的條件下,幾乎都能水解 斑茅草莖稈中的多糖。用稀鹽酸做催化劑水解斑茅草莖稈,水解液色澤淺;用稀硫酸作催 化劑,水解液色澤稍深;用稀硝酸作催化劑,因硝酸是氧化性酸,水解產(chǎn)物除有果糖,五碳糖 外,還有糖酸、低聚糖酸和其他低分子量產(chǎn)物等,水解液成分復(fù)雜,不便于果糖的分離提純。 因此采用無機酸做催化劑水解斑茅草莖稈,制備果糖、高果糖漿時,以稀鹽酸或稀硫酸為最 佳。 酸濃度是影響斑茅草莖稈多糖水解的重要的因素。本發(fā)明的實驗范圍內(nèi),斑茅草 莖稈中多糖水解程度隨酸濃度增大呈線性增大,但酸濃度過大,對設(shè)備腐蝕嚴重,不利于安 全生產(chǎn),對環(huán)境影響較大,水解后副產(chǎn)物也較多,不利于果糖提純和精制。較適宜的酸濃度 為0. 05 1. 8mol/L,酸的用量為斑茅草粉重量的4 5倍,水解溫度為90 15(TC,水解 時間為1 6h,可采用常壓水解和高壓水解。水解溫度和水解時間隨酸濃度增加而減小。 本發(fā)明選擇低酸、高溫、高壓、短時水解法,水解液為茶色透明液體。
3、中禾口 斑茅草莖稈經(jīng)酸水解后,利用壓力差將水解液壓入中和罐,攪拌中緩慢加入固體 氫氧化鈉,調(diào)節(jié)pH = 4. 0 6. 0,離心分離去渣,水解液呈茶色透明,總糖含量8 10° Bx。
4J兌色 中和后的水解液泵入夾層鍋,攪拌中升溫至70 8(TC,加入水解液重量3 5% 的糖用活性炭,恒溫脫色30min,以吸附酸水解過程中從斑茅草莖稈細胞中溶出的有色物 質(zhì)、低分子量的有機物雜質(zhì)、水解過程中單糖、低聚糖分解焦化產(chǎn)生的色素等。然后板框過 濾,濾液為無色或淺黃色透明。脫色后的活性炭經(jīng)洗滌,回收殘留的糖分,烘干,回收重新利 用。 5、層析分離 將脫色后的水解液泵入層析柱,用去離子水做流動相,洗脫果糖,流速70 90mL/ min。收集pH二 5.0 7.0,糖量折光儀讀數(shù)X). 5° Bx的洗脫液。洗脫液pH = 5. 0 7. 0,呈無色透明,糖量折光儀讀數(shù)6. 0 10.0° Bx ;
6、真空濃縮 果糖是熱敏性還原糖,糖漿濃縮溫度和濃縮時間對果糖、高果糖漿的色澤、外觀、 口感等影響極大。濃縮溫度越高,時間越長,果糖色澤越深。糖漿的濃縮宜采用低溫真空短 時濃縮。本發(fā)明采用盤管預(yù)熱器,先將糖液進行預(yù)熱,再泵入一效降膜真空蒸發(fā)器蒸發(fā)濃 縮。其操作過程為稀糖漿泵入不銹鋼盤管預(yù)熱器瞬時預(yù)熱至80 9(TC,再吸入一效真空 蒸發(fā)器,在50 6(TC的溫度下迅速蒸發(fā)濃縮,糖漿的瞬間蒸發(fā),帶走了熱量,使糖漿的溫度 迅速下降,減少果糖的分解,保持了糖漿的色澤,糖漿出口溫度《5(TC,糖漿中可溶性固形 物為74 78° Bx,糖漿為淺黃色透明粘稠狀液體。
7、結(jié)晶分離 濃糖漿泵入結(jié)晶槽,緩慢攪拌冷卻至室溫,加入濃糖漿重量10 30%的果糖晶種,在低溫結(jié)晶4 6h,輸入糖用離心機離心分離,固體結(jié)晶經(jīng)55 6(TC烘干,過篩,便得 棱柱狀結(jié)晶果糖??扇苄怨绦挝餅?0 75。 Bx,無色或淺黃色粘稠母液,再次蒸發(fā)去水分 便得到果糖含量為90% (F90)的高果糖漿。 本發(fā)明工藝簡單、易于操作,所得結(jié)晶果糖純度高、高果糖漿色澤淺。總糖產(chǎn)率 > 14%,其中結(jié)晶果糖產(chǎn)率> 12X,F(xiàn)90高果糖漿產(chǎn)率^2X。下面的實例將有助于更好地 描述和理解本發(fā)明
實例 稱取粉碎至80目新鮮斑茅草粉30kg于水解反應(yīng)釜,加入150kg 0. lmol/L稀鹽 酸,攪拌升溫至125°C ,控制壓力0. 20 0. 25MPa,水解時間1. 0h,利用壓力差將料液壓入中 和罐,攪拌中加入O. 6kg固體氫氧化鈉,調(diào)節(jié)水解液的pH二 4. 0 6. O,離心分離去渣,斑茅 草渣分別用10kg蒸餾水洗滌2次,回收殘留的糖,水解液總量約140kg,呈茶色透明。
將水解液泵入夾層鍋,攪拌升溫至80 90°C,加入糖用活性炭5kg,恒溫攪拌 30min脫色。板框壓濾,過濾壓力> 0. 25MPa,得無色或淺黃色透明液體?;钚蕴坑谜麴s水洗 滌,回收吸附的糖,烘干,重新利用。糖液總重量約120kg。將糖液泵入層析柱,用去離子水做 流動相,洗脫果糖。流速70 90mL/min,收集pH = 5. 0 7. O,糖量折光儀讀數(shù)》0. 5° Bx 的洗脫液。洗脫液pH = 5. 0 7. O,糖液呈無色透明,可溶性固形物為6. 0 10. 0° Bx。
洗脫液泵入盤管加熱器預(yù)熱至80 9(TC,吸入一效降膜真空蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮至 可溶性固形物74 78° Bx,泵入結(jié)晶罐,緩慢攪拌冷卻至室溫,加入濃糖漿重量10 30% 果糖晶種,低溫結(jié)晶4 6h,離心分離出棱柱狀白色結(jié)晶,于55t:的溫度下烘干,過篩后得 結(jié)晶果糖;可溶性固形物為70 75。 Bx,透明粘稠性母液,再次蒸發(fā)水分,便得到果糖含量 為90% (F90)的高果糖漿。



部分
圖1、野生斑茅草照片 圖2、斑茅草酸水解液高效液相色譜圖前面的色譜峰為未知雜質(zhì)混合峰;
色譜峰357、223分別為單糖和低聚糖混合物峰。 圖3、分析純結(jié)晶果糖標(biāo)樣高效液相色譜圖;圖4、斑茅草結(jié)晶果糖樣品高效液相 色譜圖。斑茅草結(jié)晶果糖與分析純結(jié)晶果糖保留時間完全相同。 檢測儀器Jasco-1560型高效液相色譜儀,Waters-1515泵,Waters-2414示差檢 測器,色譜條件色譜柱UltrahydrogelTMppl20A(7. 8X300mm)色譜柱;進樣量20y L。流 動相超純水,流速1. OmL/min。


部分
圖1、野生斑茅草照片 圖2、斑茅草酸水解液高效液相色譜圖前面的色譜峰為未知雜質(zhì)混合峰;色譜峰 357、223分別為單糖和低聚糖混合物峰。 圖3、分析純結(jié)晶果糖標(biāo)樣高效液相色譜圖;圖4、斑茅草結(jié)晶果糖樣品高效液相 色譜圖。斑茅草結(jié)晶果糖與分析純結(jié)晶果糖保留時間完全相同。 檢測儀器Jasco-1560型高效液相色譜儀,Waters-1515泵,Waters-2414示差檢 測器,色譜條件色譜柱UltrahydrogelTMppl20A(7. 8X300mm)色譜柱;進樣量20y L。流 動相超純水,流速1. OmL/min 。
權(quán)利要求
斑茅草莖稈酸水解制備果糖、高果糖漿包括以下幾個步驟(1)新鮮斑茅草莖稈曬干、切段、粉碎至80~100目,加入4~5倍于斑茅草莖稈重量0.05~1.8mol/L的稀鹽酸或硫酸作催化劑,以90~150℃溫度水解1~5h;(2)酸水解后的斑茅草莖稈水解液,連續(xù)攪拌中緩慢加入固體氫氧化鈉,調(diào)節(jié)至pH=4.0~6.0,離心分離去斑茅草渣,洗滌廢渣,回收殘余的糖,得到茶色透明水解液;(3)將水解液升溫至80~90℃,攪拌中加入水解液重量3%~5%的糖用活性炭,恒溫脫色30min,濾去活性炭,得到無色或淺黃色透明濾液。洗滌活性炭回收殘留的糖,活性炭回收烘干,重新利用;(4)脫色后的水解液泵入層析柱,用去離子水做流動相,洗脫果糖,流速70~90mL/min,收集pH=5.0~7.0,糖量折光儀讀數(shù)≥0.5°Bx的洗脫液;(5)將層析柱分離后的糖液,泵入盤管加熱器瞬間預(yù)熱至80~90℃,利用壓差吸入一效不銹鋼真空蒸發(fā)器,濃縮溫度50℃~60℃,真空度≤-0.09MPa,連續(xù)真空濃縮,糖漿出口溫度≤50℃,可溶性固形物至74~78°Bx即可;(6)濃縮糖液緩慢攪拌冷卻至室溫,加入糖漿重量10~30%的果糖晶種,以1~8℃溫度結(jié)晶4~6h,離心分離出棱柱狀白色結(jié)晶,再經(jīng)55℃烘干,便得到結(jié)晶果糖,分離結(jié)晶果糖后的糖漿再次濃縮可得到果糖含量為90%(F90)的高果糖漿。
全文摘要
鮮斑茅草莖稈經(jīng)曬干、切段、粉碎、加酸升溫水解,中和至pH=4.0~6.0,離心分離去渣,水解液活性炭脫色,層析柱分離除雜,得到果糖溶液,再經(jīng)真空低溫濃縮,冷凍結(jié)晶,離心分離可得到結(jié)晶果糖和高果糖糖漿。本發(fā)明工藝簡單、易于操作,所得果糖、高果糖漿純度高、品質(zhì)優(yōu)。總糖產(chǎn)率≥14%,其中結(jié)晶果糖產(chǎn)率≥12%,果糖含量為90%(F90)的高果糖漿產(chǎn)率≥2%。
文檔編號C13K11/00GK101792821SQ20091000710
公開日2010年8月4日 申請日期2009年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月2日
發(fā)明者陳月蘭, 黃偉, 黃廣民 申請人:黃廣民;黃偉;陳月蘭
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