斑茅草莖稈酸水解製備果糖、高果糖漿的製作方法

2023-12-08 08:41:51

專利名稱：斑茅草莖稈酸水解製備果糖、高果糖漿的製作方法
技術領域：
本發明是斑茅草莖稈酸水解製備果糖和果糖含量為90% (F90)的高果糖漿，屬精
細化工與食品工業領域。 發明
背景技術：
果糖是一種六碳酮糖，是葡萄糖的同分異構體，分子式Ce^Oe，相對分子質量 180. 16，無色針狀或稜柱狀結晶，其甜度約為蔗糖的1.6倍，是自然界中最甜的糖。結晶果 糖易溶於水、甲醇、乙醇，不溶於乙醚。它以游離態大量存在於水果的漿汁和蜂蜜中。自然 界中果糖常以聚糖的形式存在於菊科植物中，菊科植物經酸/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，工業上大規模生產 果糖、高果糖漿是以糧食、玉米、薯類澱粉為原料，經酸或酶水解製備葡萄糖，再經葡萄糖異 構化酶轉化為含有42 %果糖和58 %葡萄糖的轉化糖，稱果葡糖漿或高果糖漿。高果糖漿的 甜度與蔗糖相當，它具有天然蜂蜜香味和生產成本低等特點，廣泛用於食品工業。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，也是以澱粉 為原料，經液化、糖化、異構、分離等方法生產。F90高果糖漿是上世紀八十年代發展起來的 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、西南及陝西南部廣有分布。
海南省地處熱帶北緣，屬熱帶季風氣候，光熱資源豐富，雨量充沛，土壤肥沃，非常 適宜於斑茅草生長。海南地區生長的斑茅草莖稈粗壯，產量高，單叢產量大都在30kg 80kg以上。據估計全省年總產量可達50 100萬噸。經檢測，斑茅草莖稈中總還原糖含量 為22. 5 % 28. 8 % ，粗蛋白質2. 8 % ，粗脂肪5. 3 % ，灰分2. 8 % ，且總還原糖含量隨採收季 節不同而異。利用斑茅草莖稈為原料製備果糖、高果糖漿，可以不和人類爭佔糧食資源，可 有助於農民高效農業的同時，通過種植和採收斑茅草增加收入，可使這一有害的植物資源 變為高附加值產品。斑茅草莖稈是一種可再生資源，原料來源豐富，農民採收時，像刮韭菜 一般，砍下莖稈，留下根系，又可很快生長，繁殖速度相當快。利用斑茅草莖稈製備果糖，高 果糖漿，工藝流程短，設備投資少，生產成本低。

發明內容
本發明是利用斑茅草莖稈經酸水解製備結晶果糖和果糖含量為90% (F90)的高 果糖漿。 1、斑茅草切段、粉碎 新鮮斑茅草莖稈曬乾、切段、粉碎至80 100目。曬乾的作用是便於原料運輸和 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 糖水解轉化為單糖溶出。水解速度與糖產率隨斑茅草粉體的粒度減小而增大。當粒度^8Q目時，糖產率增加不大。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物等，水解液成分複雜，不便於果糖的分離提純。 因此採用無機酸做催化劑水解斑茅草莖稈，製備果糖、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。本發明的實驗範圍內，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，對設備腐蝕嚴重，不利於安 全生產，對環境影響較大，水解後副產物也較多，不利於果糖提純和精製。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，可採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 斑茅草莖稈經酸水解後，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，調節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 中和後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，恆溫脫色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、低分子量的有機物雜質、水解過程中單糖、低聚糖分解焦化產生的色素等。然後板框過 濾，濾液為無色或淺黃色透明。脫色後的活性炭經洗滌，回收殘留的糖分，烘乾，回收重新利 用。 5、層析分離 將脫色後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。糖漿的濃縮宜採用低溫真空短 時濃縮。本發明採用盤管預熱器，先將糖液進行預熱，再泵入一效降膜真空蒸發器蒸發濃 縮。其操作過程為稀糖漿泵入不鏽鋼盤管預熱器瞬時預熱至80 9(TC，再吸入一效真空 蒸發器，在50 6(TC的溫度下迅速蒸發濃縮，糖漿的瞬間蒸發，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、結晶分離 濃糖漿泵入結晶槽，緩慢攪拌冷卻至室溫，加入濃糖漿重量10 30%的果糖晶種，在低溫結晶4 6h，輸入糖用離心機離心分離，固體結晶經55 6(TC烘乾，過篩，便得 稜柱狀結晶果糖。可溶性固形物為70 75。 Bx，無色或淺黃色粘稠母液，再次蒸發去水分 便得到果糖含量為90% (F90)的高果糖漿。 本發明工藝簡單、易於操作，所得結晶果糖純度高、高果糖漿色澤淺。總糖產率 > 14%，其中結晶果糖產率> 12X，F90高果糖漿產率^2X。下面的實例將有助於更好地 描述和理解本發明
實例 稱取粉碎至80目新鮮斑茅草粉30kg於水解反應釜，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，調節水解液的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，恆溫攪拌 30min脫色。板框壓濾，過濾壓力> 0. 25MPa，得無色或淺黃色透明液體。活性炭用蒸餾水洗 滌，回收吸附的糖，烘乾，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》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熱至80 9(TC，吸入一效降膜真空蒸發器蒸發濃縮至 可溶性固形物74 78° Bx，泵入結晶罐，緩慢攪拌冷卻至室溫，加入濃糖漿重量10 30% 果糖晶種，低溫結晶4 6h，離心分離出稜柱狀白色結晶，於55t:的溫度下烘乾，過篩後得 結晶果糖；可溶性固形物為70 75。 Bx，透明粘稠性母液，再次蒸發水分，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、分析純結晶果糖標樣高效液相色譜圖；圖4、斑茅草結晶果糖樣品高效液相 色譜圖。斑茅草結晶果糖與分析純結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、分析純結晶果糖標樣高效液相色譜圖；圖4、斑茅草結晶果糖樣品高效液相 色譜圖。斑茅草結晶果糖與分析純結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 。
權利要求
斑茅草莖稈酸水解製備果糖、高果糖漿包括以下幾個步驟(1)新鮮斑茅草莖稈曬乾、切段、粉碎至80～100目，加入4～5倍於斑茅草莖稈重量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)酸水解後的斑茅草莖稈水解液，連續攪拌中緩慢加入固體氫氧化鈉，調節至pH＝4.0～6.0，離心分離去斑茅草渣，洗滌廢渣，回收殘餘的糖，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，恆溫脫色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，活性炭回收烘乾，重新利用；(4)脫色後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≥0.5°Bx的洗脫液；(5)將層析柱分離後的糖液，泵入盤管加熱器瞬間預熱至80～90℃，利用壓差吸入一效不鏽鋼真空蒸發器，濃縮溫度50℃～60℃，真空度≤-0.09MPa，連續真空濃縮，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℃溫度結晶4～6h，離心分離出稜柱狀白色結晶，再經55℃烘乾，便得到結晶果糖，分離結晶果糖後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
鮮斑茅草莖稈經曬乾、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，再經真空低溫濃縮，冷凍結晶，離心分離可得到結晶果糖和高果糖糖漿。本發明工藝簡單、易於操作，所得果糖、高果糖漿純度高、品質優。總糖產率≥14％，其中結晶果糖產率≥12％，果糖含量為90％(F90)的高果糖漿產率≥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 優先權日2009年2月2日
發明者陳月蘭, 黃偉, 黃廣民 申請人:黃廣民;黃偉;陳月蘭