專利名稱:一種玉米皮連續(xù)水解方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玉米皮連續(xù)水解方法及設(shè)備，屬于玉米深加工技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
玉米皮是玉米淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量一般達(dá)到玉米總量的12. 5%，產(chǎn)品的價值較低，主要作為飼料原料出售。玉米皮含有豐富的纖維素和半纖維素，以酸為催化劑水解后可以得到各種糖類，包括六碳糖和五碳糖，其中木糖30-35%，阿拉伯糖約20-23%，葡萄糖20-26%，因此可以作為生產(chǎn)木糖和阿拉伯糖的原料。
木糖是非常好的功能性食品添加劑，特別是進(jìn)一步加氫成為木糖醇后，用途更為廣泛。阿拉伯糖和木糖一樣，都屬于五碳糖，有類似蔗糖的甜味，阿拉伯糖是重要的醫(yī)藥中間體，可用來合成抗癌、抗病毒和治療心血管疾病的藥物。與木糖相比，作為五碳糖的阿拉 伯糖具有的生理功能更為奇特。近年來國際生理學(xué)家和營養(yǎng)學(xué)家就阿拉伯糖在腸道內(nèi)對糖類代謝的作用做了一系列深入研究，發(fā)現(xiàn)阿拉伯糖對蔗糖的代謝轉(zhuǎn)化具有顯著阻斷作用，使得它在減肥、控制糖尿病等方面的應(yīng)用前景看好。目前生產(chǎn)木糖、木糖醇以玉米芯為原料，采用間歇法水解，然后再精制而成，但由于玉米芯供應(yīng)的的季節(jié)性強(qiáng)，并且難以儲存，玉米芯的緊缺制約了木糖、木糖醇企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。而玉米皮對玉米深加工企業(yè)來說供應(yīng)充足、穩(wěn)定，特別是玉米皮水解后阿拉伯糖的含量大大高于其他原料，是生產(chǎn)阿拉伯糖的最好原料，因此以玉米皮為原料生產(chǎn)木糖和阿拉伯糖是今后玉米皮深加工的發(fā)展方向。
水解方法和工藝是以玉米皮為原料生產(chǎn)木糖和阿拉伯糖的關(guān)鍵技術(shù)之一，水解工藝直接關(guān)系到木糖和阿拉伯糖的收率，而水解方法和裝置直接影響到大生產(chǎn)的成本。目前我國玉米芯水解均采用反應(yīng)釜間歇水解，生產(chǎn)效率低、能耗高，并且質(zhì)量不穩(wěn)定，不便于自動化、流水線操作。玉米皮水解的研究才剛剛起步，也是采用間歇工藝及設(shè)備，因此玉米皮連續(xù)水解工藝及裝置的實(shí)現(xiàn)，能夠提高水解生產(chǎn)效率、降低能耗、提高水解液質(zhì)量，同時能實(shí)現(xiàn)和后道漿渣分離工序連續(xù)操作，對我國以玉米皮為原料生產(chǎn)木糖和阿拉伯糖具有重要的意義，對以玉米芯水解方法及設(shè)備也有重要的借鑒意義。
公開號為CN 101824055A的中國專利申請，公開了一種玉米皮為原料制備L-阿拉伯糖的方法，屬于功能糖技術(shù)領(lǐng)域：
。它包括蒸煮將原料玉米皮加入堿液蒸煮；酸處理用草酸處理蒸煮過的玉米皮，收集水解液；中和加入碳酸鈣水溶液，中和、保溫、抽濾、得中和液。脫色將中和液用活性炭脫色，得脫色液；脫鹽除雜將脫色液經(jīng)過陽離子和陰離子交換樹脂脫鹽除雜，得到一次交換液；減壓濃縮將一次交換液減壓濃縮，得一次蒸發(fā)液；二次脫色脫色后抽濾，得二次脫色液。二次脫鹽將二次脫色液經(jīng)過陽離子和陰離子交換樹脂二次脫鹽除雜，得到二次交換液；色譜分離將二次交換液蒸發(fā)濃縮，進(jìn)行色譜分離；將色譜分離后的交換液減壓濃縮，自然降溫至室溫；離心烘干離心、烘干，得晶體阿拉伯糖。該工藝通過先將物料升溫后，再通過酸處理來水解，得到水解液，屬于間歇水解工藝，不僅能耗高，而且水解液質(zhì)量和生產(chǎn)效率均較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種玉米皮連續(xù)水解方法及設(shè)備。
一種玉米皮連續(xù)水解方法，包括以下步驟
(I)將玉米皮與水解酸混合、預(yù)浸5-10min ；
(2)將步驟(I)混合、預(yù)浸后的物料加熱至115-125°C后，水解2. 5-3. 5h，得水解液；
(3)將步驟(2)制得的水解液降溫后，分離水解液和料渣；
(4)當(dāng)步驟(3)分離出的水解液中成分含量符合要求時，水解液導(dǎo)出，進(jìn)行糖分離操作，當(dāng)步驟(3)分離出的水解液中成分含量低于要求時，水解液進(jìn)入步驟(1)，與玉米皮混合、預(yù)浸5-10min，進(jìn)行循環(huán)操作。
所述的水解酸為濃度為I. 2-1. 8%的硫酸，添加量為每單位重量玉米皮添加8-10單位重量的水解酸。
優(yōu)選的，硫酸濃度為I. 5%，添加量為每單位重量玉米皮添加9單位重量的水解酸。
所述步驟⑵中的物料加熱方式為以蒸汽為熱源的噴射瞬間加熱。
所述步驟⑵中的水解溫度為118°C，水解時間為3h。
所述步驟(3)中的水解液降溫的方式采用閃蒸降溫；分離水解液和料渣的方式采用螺旋壓榨機(jī)壓榨分離。
上述玉米皮連續(xù)水解方法的專用設(shè)備，包括物料供給裝置、混合裝置、加熱裝置、水解反應(yīng)器、降溫裝置、漿渣分離裝置，其特征在于，物料供給裝置與混合裝置的進(jìn)料口相連通，混合裝置的出料口與加熱裝置的進(jìn)料口相連通，加熱裝置的出料口與水解反應(yīng)器的進(jìn)料口相連通，水解反應(yīng)器的出料口與降溫裝置的進(jìn)料口相連通，降溫裝置的出料口與漿渣分離裝置的進(jìn)料口相連通，漿渣分離裝置的出漿口分別與出漿管和混合裝置的進(jìn)料口相連通。
所述的物料供給裝置包括硫酸溶液儲罐、流量計、皮帶給料機(jī)、沖擊式散狀固體流量計，硫酸溶液儲罐與沖擊式散狀固體流量計的液體進(jìn)料口通過管道相連通，管道上設(shè)置有流量計，皮帶給料機(jī)的出料口與沖擊式散狀固體流量計的固體物料進(jìn)料口相連通，沖擊式散狀固體流量計的出料口與混合裝置的進(jìn)料口相連通；
所述的混合裝置為螺旋混合預(yù)浸器。該裝置內(nèi)設(shè)有等螺距螺旋推進(jìn)桿，能滿足物料混合預(yù)浸時間5-10分鐘的要求。
所述的加熱裝置包括緩沖罐、無堵塞漿渣泵、止回閥、噴射器、溫度計，緩沖罐與無堵塞漿渣泵通過管道相連通，管道上設(shè)置有止回閥，無堵塞漿渣泵通過管道與噴射器相連通，噴射器上設(shè)置有溫度計。噴射器采用上海兆光研究院的HYZ型系列高壓蒸汽噴射器。
所述的漿渣分離裝置包括螺旋擠干機(jī)、水解液緩沖罐、耐酸泵、閥門和流量計，螺旋擠干機(jī)的液態(tài)出料口與水解液緩沖罐進(jìn)料口連通，水解液緩沖罐出料口與分別與出漿管和混合裝置的進(jìn)料口通過管道相連通，該管道上設(shè)置有耐酸泵、閥門和流量計。螺旋擠干機(jī)用于進(jìn)行水解物料的漿渣分離，螺旋擠干機(jī)內(nèi)裝有變螺距的螺旋推進(jìn)桿。
所述的水解反應(yīng)器上有壓力表和溫度計，該水解反應(yīng)器有罐式和管式2種結(jié)構(gòu)形式，采用罐式反應(yīng)器罐體直徑在O. 5-1. 5m，采用低進(jìn)高出的切線進(jìn)料方式，使先進(jìn)入反應(yīng)器的物料先出來，以保證反應(yīng)時間均達(dá)到要求。反應(yīng)器所包括的罐體數(shù)量(管線長度)及體積能滿足反應(yīng)時間2. 5-3. 5小時即可。
所述的降溫裝置為閃蒸罐，其上部分為圓柱體，下部為錐體，在柱體上部采取切線進(jìn)料的方式；該進(jìn)料方式可以延長蒸發(fā)時間和增加蒸發(fā)面積。
上述設(shè)備中接觸酸液或酸性物料裝置的接觸面均選用不銹鋼316L，或進(jìn)行搪瓷防腐處理。
本發(fā)明提供的玉米皮連續(xù)水解方法和裝置除適用于玉米皮外，也適用于經(jīng)粉碎的玉米芯、蔗渣、秸桿等生物質(zhì)物料，對不同的物料，水解工藝需要適當(dāng)調(diào)整。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、實(shí)現(xiàn)了玉米皮水解的連續(xù)化，同等規(guī)模的產(chǎn)量設(shè)備投資少，生產(chǎn)效率高，能耗低。
2、便于自動化操作，減少勞動強(qiáng)度，同時水解液質(zhì)量更穩(wěn)定。
3、采用了蒸汽噴射加熱的方式，實(shí)現(xiàn)瞬間加熱至水解溫度，效率高，節(jié)能。
4、通過漿渣分離后水解液的回流，實(shí)現(xiàn)水解液的再次循環(huán)水解，提高水解液的濃度，大大降低后續(xù)的精制和蒸發(fā)費(fèi)用，和間歇水解方法及設(shè)備相比，降低了設(shè)備投資，生產(chǎn)效率大大提高，同時有利于和后道工序的銜接，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，為以玉米皮為原料生產(chǎn)木糖和阿拉伯糖的工業(yè)化實(shí)施打下了良好基礎(chǔ)。


圖I為玉米皮連續(xù)水解裝置示意圖；
其中1、酸液儲罐，2、閥門，3、流量計，4、皮帶給料機(jī)，5、沖擊式散狀固體流量計，
6、螺旋混合預(yù)浸器，7、緩沖罐，8、無堵塞漿渣泵，9、止回閥，10、電磁流量計，11、噴射器，12、溫度計，13、壓力表，14、水解反應(yīng)器，15、閃蒸罐，16、螺旋擠干機(jī)，17、水解液緩沖罐，18、耐酸泵。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合
和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
實(shí)施例I
一種玉米皮連續(xù)水解方法，包括以下步驟
(I)將玉米皮與濃度為I. 5%的硫酸混合、預(yù)浸lOmin，硫酸添加量為每單位重量玉米皮添加9單位重量的硫酸；
(2)將步驟(I)混合、預(yù)浸后的物料采用蒸汽為熱源的噴射瞬間加熱方式加熱至118 °C后，水解3h，得水解液；
(3)將步驟(2)制得的水解液采用閃蒸降溫方式降至80-85 °C，采用螺旋壓榨機(jī)壓榨分離水解液和料渣；
經(jīng)檢測，水解液固形物含量9. 3%，主要成分如下
酸鹽31. 24%、葡萄糖19. 53%、木糖29. 62%、阿拉伯糖16. 32%，余量雜質(zhì)。
實(shí)施例2
將實(shí)施例I制得的水解液和玉米皮按重量比I : 9混合、預(yù)浸lOmin，重復(fù)實(shí)施例I步驟(2)和步驟(3)的操作。
經(jīng)檢測，水解液固形物物含量17. I %，主要成分如下
酸鹽25. 03%、葡萄糖20. 92%、木糖31. 79%、阿拉伯糖19. 96%，余量雜質(zhì)。
循環(huán)水解后，固形物含量提高近一倍，糖組分的比例基本不變，節(jié)省了硫酸的消耗及能耗。
實(shí)施例3
上述玉米皮連續(xù)水解方法的專用設(shè)備，如圖I所示，包括物料供給裝置、混合裝置、加熱裝置、水解反應(yīng)器、降溫裝置、漿渣分離裝置，物料供給裝置與混合裝置的進(jìn)料口相連通，混合裝置的出料口與加熱裝置的進(jìn)料口相連通，加熱裝置的出料口與水解反應(yīng)器的進(jìn)料口相連通，水解反應(yīng)器的出料口與降溫裝置的進(jìn)料口相連通，降溫裝置的出料口與漿渣分離裝置的進(jìn)料口相連通，漿渣分離裝置的出漿口分別與出漿管和混合裝置的進(jìn)料口相 連通。
上述物料供給裝置包括酸液儲罐I、流量計3、皮帶給料機(jī)4、沖擊式散狀固體流量計5，酸液儲罐I與沖擊式散狀固體流量計5的液體進(jìn)料口通過管道相連通，管道上設(shè)置有流量計3，皮帶給料機(jī)4的出料口與沖擊式散狀固體流量計5的固體物料進(jìn)料口相連通，沖擊式散狀固體流量計5的出料口與混合裝置的進(jìn)料口相連通；
上述混合裝置為螺旋混合預(yù)浸器6。該裝置內(nèi)設(shè)有等螺距螺旋推進(jìn)桿，能滿足物料混合預(yù)浸時間5-10分鐘的要求。
上述加熱裝置包括緩沖罐7、無堵塞漿渣泵8、止回閥9、噴射器11、溫度計12，緩沖罐7與無堵塞漿渣泵8通過管道相連通，管道上設(shè)置有止回閥9，無堵塞漿渣泵8通過管道與噴射器11相連通，噴射器11上設(shè)置有溫度計12。噴射器11是上海兆光研究院有限公司生產(chǎn)的HZY-5型噴射器。
上述漿渣分離裝置包括螺旋擠干機(jī)16、水解液緩沖罐17、耐酸泵18、閥門2和流量計3，螺旋擠干機(jī)16的液態(tài)出料口與水解液緩沖罐17進(jìn)料口連通，水解液緩沖罐17出料口與分別與出漿管和混合裝置的進(jìn)料口通過管道相連通，該管道上設(shè)置有耐酸泵18、閥門5和流量計3。螺旋擠干機(jī)16用于進(jìn)行水解物料的漿渣分離，螺旋擠干機(jī)16內(nèi)裝有變螺距的螺旋推進(jìn)桿。
上述水解反應(yīng)器14上有壓力表13和溫度計12，該水解反應(yīng)器采用罐式反應(yīng)器罐體直徑在lm，采用低進(jìn)高出的切線進(jìn)料方式，使先進(jìn)入水解反應(yīng)器14的物料先出來，以保證反應(yīng)時間均達(dá)到要求。水解反應(yīng)器14包括4個罐體，反應(yīng)時間達(dá)到2. 5-3. 5小時。
上述降溫裝置為閃蒸罐15，其上部分為圓柱體，下部為錐體，在柱體上部采取切線進(jìn)料的方式；該進(jìn)料方式可以延長蒸發(fā)時間和增加蒸發(fā)面積。
本實(shí)施例中的流量計優(yōu)先采用耐酸的電磁流量計，以方便信號的傳輸及自動控制；皮帶給料機(jī)電機(jī)采用變頻控制，以方便控制物料添加量。所有接觸酸液或酸性物料的設(shè)備的接觸面材質(zhì)選用不銹鋼316L。
以干玉米皮物料為例，玉米皮通過皮帶給料機(jī)4進(jìn)入固體物料流量計5進(jìn)行流量計量，通過控制皮帶給料機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行流量控制，酸液儲罐I里面的I. 2-1. 8%硫酸溶液通過閥門2和流量計3和從固體物料流量計5出來的玉米皮同時進(jìn)入螺旋混合預(yù)浸器，按液比I : 8控制玉米皮和酸液的流量，混合預(yù)浸時間保持lOmin。[0056]預(yù)浸后的物料進(jìn)入緩沖罐7，然后由無堵塞漿渣泵8打入噴射器11，在同時進(jìn)入的蒸汽作用下實(shí)現(xiàn)瞬間加熱至水解溫度115-125 ，蒸汽通過閥門2進(jìn)行控制，在噴射器的進(jìn)料管路上安有止回閥9，同時有閥門2和流量計10實(shí)現(xiàn)流量控制和計量，在噴射器的下部出口設(shè)有溫度計12，進(jìn)行溫度測量。
從噴射器下部出來的物料從底部切線進(jìn)入水解反應(yīng)器14反應(yīng)3. 5小時。水解反應(yīng)器14由4個罐體組成，并配備有壓力表13、溫度計12以及維持壓力的閥門2，水解完成后進(jìn)入閃蒸罐15進(jìn)行閃蒸降溫，然后采用螺旋擠干機(jī)16進(jìn)行漿渣分離，水解液進(jìn)入水解液緩沖罐17，由耐酸泵18打入下道工序或回流至前段的混合預(yù)浸器進(jìn)行循環(huán)水解，以提高水解液濃度，在泵的出料管路上安有閥門2和流量計3用于流量控制和計量。
本發(fā)明提供的玉米皮連續(xù)水解方法和裝置除適用于玉米皮外，也適用于經(jīng)粉碎的玉米芯、蔗渣、秸桿等生物質(zhì)物料，對不同的物料，水解工藝參數(shù)需要適當(dāng)調(diào)整，以達(dá)到最佳的水解效果。以上詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本發(fā)明的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種玉米皮連續(xù)水解方法，其特征在于，由以下步驟組成 (1)將玉米皮與水解酸混合、預(yù)浸5-10min； (2)將步驟(I)混合、預(yù)浸后的物料加熱至115-125°C后，水解2.5-3. 5h，得水解液； (3)將步驟⑵制得的水解液降溫后，分離水解液和料渣； (4)當(dāng)步驟(3)分離出的水解液中成分含量符合要求時，水解液導(dǎo)出，進(jìn)行糖分離操作，當(dāng)步驟(3)分離出的水解液中成分含量低于要求時，水解液進(jìn)入步驟(1)，與玉米皮混合、預(yù)浸5-10min，進(jìn)行循環(huán)操作； 所述步驟(I)中的水解酸為濃度為I. 2-1. 8%的硫酸，添加量為每單位重量玉米皮添加8-10單位重量的水解酸； 所述步驟(2)中的物料加熱方式為以蒸汽為熱源的噴射瞬間加熱； 所述步驟(3)中的水解液降溫的方式采用閃蒸降溫；分離水解液和料渣的方式采用螺旋壓榨機(jī)壓榨分離。
2.如權(quán)利要求
I所述的水解方法，其特征在于，硫酸濃度為I.5%，添加量為每單位重量玉米皮添加9單位重量的水解酸。
3.如權(quán)利要求
I所述的水解方法，其特征在于，所述步驟(2)中的水解溫度為118°C，水解時間為3h。
4.權(quán)利要求
I所述玉米皮連續(xù)水解方法的專用設(shè)備，包括物料供給裝置、混合裝置、カロ熱裝置、水解反應(yīng)器、降溫裝置、漿渣分離裝置，其特征在于，物料供給裝置與混合裝置的進(jìn)料ロ相連通，混合裝置的出料ロ與加熱裝置的進(jìn)料ロ相連通，加熱裝置的出料ロ與水解反應(yīng)器的進(jìn)料ロ相連通，水解反應(yīng)器的出料ロ與降溫裝置的進(jìn)料ロ相連通，降溫裝置的出料ロ與漿渣分離裝置的進(jìn)料ロ相連通，漿渣分離裝置的出漿ロ分別與出漿管和混合裝置的進(jìn)料ロ相連通； 所述的加熱裝置包括緩沖罐、無堵塞漿渣泵、止回閥、噴射器、溫度計，緩沖罐與無堵塞漿渣泵通過管道相連通，管道上設(shè)置有止回閥，無堵塞漿渣泵通過管道與噴射器相連通，噴射器上設(shè)置有溫度計。
5.如權(quán)利要求
4所述的所述的專用設(shè)備，其特征在干，物料供給裝置包括硫酸溶液儲罐、流量計、皮帶給料機(jī)、沖擊式散狀固體流量計，硫酸溶液儲罐與沖擊式散狀固體流量計的液體進(jìn)料ロ通過管道相連通，管道上設(shè)置有流量計，皮帶給料機(jī)的出料ロ與沖擊式散狀固體流量計的固體物料進(jìn)料ロ相連通，沖擊式散狀固體流量計的出料ロ與混合裝置的進(jìn)料ロ相連通。
6.如權(quán)利要求
5所述的所述的專用設(shè)備，其特征在于，所述的混合裝置為螺旋混合預(yù)浸器。
7.如權(quán)利要求
5所述的所述的專用設(shè)備，其特征在于，所述的漿渣分離裝置包括螺旋擠干機(jī)、水解液緩沖罐、耐酸泵、閥門和流量計，螺旋擠干機(jī)的液態(tài)出料ロ與水解液緩沖罐進(jìn)料ロ連通，水解液緩沖罐出料ロ與分別與出漿管和混合裝置的進(jìn)料ロ通過管道相連通，該管道上設(shè)置有耐酸泵、閥門和流量計。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種玉米皮連續(xù)水解方法及設(shè)備，屬于玉米深加工技術(shù)領(lǐng)域：
。該方法步驟如下(1)將玉米皮與水解酸混合、預(yù)浸5-10min；(2)將步驟(1)混合、預(yù)浸后的物料加熱至115-125℃后，水解2.5-3.5h，得水解液；(3)將步驟(2)制得的水解液降溫后，分離水解液和料渣；(4)當(dāng)步驟(3)分離出的水解液中成分含量符合要求時，水解液導(dǎo)出，進(jìn)行糖分離操作，當(dāng)步驟(3)分離出的水解液中成分含量低于要求時，水解液進(jìn)入步驟(1)，與玉米皮混合、預(yù)浸5-10min，進(jìn)行循環(huán)操作。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了玉米皮水解的連續(xù)化，同等規(guī)模的產(chǎn)量設(shè)備投資少，生產(chǎn)效率高，能耗低，且便于自動化操作，水解液質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號C13K1/02GKCN102021252 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201010598948
公開日2013年2月27日 申請日期2010年12月21日
發(fā)明者趙玉斌, 王新增, 李法田, 王成田 申請人:山東省魯洲食品集團(tuán)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (9), 非專利引用 (5),