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1、玉米芯制木糖醇的生产工艺木糖醇是轻化工等多种工业产品的重要原料,既可用于制作饮料、糖果罐 头等食品,又可替代甘油用于造纸、卷烟、炸药、牙膏等生产行业;还可用来 制作石油破乳剂、农药乳化剂、化纤助剂、抗静电剂、防冻剂等.精制的木糖 醇作为一种新糖原料,除具有蔗糖、葡萄糖的共性外,还具有特殊的生化性能,它不需要通过胰岛素就能通过细胞壁被人吸收,具有降低血脂、抗酮体等功能,是糖尿病、肝炎等病症者的良好食糖替代品.农作物副产品秸杆、皮壳、芯等 都含有丰富的粗纤维（多缩戊糖）,每年收获季节这些产品大部分被废弃或焚烧,造成极大的浪费与环境污染.而木糖醇可由粗纤维（多缩戊糖）水解制得1,2.因此,笔者以富含
2、多缩戊糖的农作物副产品 玉米芯作为原料制备木 糖醇,为农副产品变废为宝、节约资源、保护环境探索可利用途径.材料玉米芯（色白、无霉烂、质地均匀）；化学试剂：HCI、CaC03 CaCI2、活性 炭等.设备仪器 超微粉碎机；压力水解釜；中和罐；升降膜蒸发器；脱色罐；离子交换树脂；凯氏 定氮仪（T J2300）.工艺流程选料f清洗f水解f中和f蒸发f脱色f离子交换f加 氢f浓缩f结晶f分离f成品母液处理f净化f浓缩f结晶f回收f成品 操作要点1 玉米芯的选择玉米芯分红白二种.红色玉米芯会加重木糖醇的颜色,增加脱色炭的消耗,加大 成本,所以选用白色玉米芯作原料.同时搞好原料的保管除杂工作,严防雨淋、霉
3、烂,尽量减少风沙尘土等污染,在水解之前要经过筛选.2 清洗、水解将选好的玉米芯用清洗机清洗干净,烘干后破碎（粒度为 35 mm）,放入水解 釜,料水比 1:3,加热 100C蒸煮 90 min,排水后再加入 5 倍料重、浓度 为 2%3%的HCI,水解釜升温至 120130C,保温,水解压力为 0.1 MPa,水解时间为 35h.3 中和水解液仍含 0.7%0.9%的 HCI,pH 值为 2.5 左右,因此加入波美度 17 度 碳酸钙进行中和 具体方法为：将上面水解液加入中和罐中并加温至 7580C,在此过程中,边搅拌边加入波美度 17 度的 CaCO3 乳液,调控至 pH3.84.0,为使沉
4、淀充分,中和后保温 1 h 再过滤除渣.4 蒸发将除渣后的糖液减压蒸发,将糖液浓缩为原来的 1/6 倍（按体积）,并将析出的CaCI2 过滤排除.5 脱色浓缩后的浆液色泽较深,利用活性炭（用量为糖液的 10%）进行脱色处理,将糖 液加热到 7580C,调控 pH 为 3.5 左右,边搅拌边加入活性炭,过滤、脱 色后糖液透明度（折光度）为 30%40%.6 离子交换为了进一步净化糖液,提高产品质量,需进行离子交换,经试验测试选用 723 型强酸性阳离子树脂和强碱多孔阴离子树脂（阳树脂-阴树脂-阳树脂-阴 树脂）配套使用.可使糖液透明度（折光度）达 95%97%,使糖液呈无色透明状.7 加氢将糖液
5、升温加压,通入 10%的氢气催化,使木糖的羰基变成羟基.8 浓缩、结晶、分离氢化后糖液含有少量催化剂粉,在蒸发浓缩前先进行过滤.浓缩分两步,第一 步,真空度 9.33x104Pa,温度为 50C条件下将糖液浓缩至含木糖醇量为 50%第二步,采用升降膜蒸发器,将真空度提高到 10.67x104Pa,温度升到 7075C,糖液浓缩到含木糖醇 86%时出料压入结晶机,当温度降至 65C左 右时加入晶种，慢慢搅拌结晶，以每小时降 1C至室温即可得产品.9 母液处理母液为结晶分离成品后的副产品,每 1 t 成品可得 70%浓度的母液 1 t,母液 含杂质较多,纯度低,呈褐黄色,其中除大部分木糖醇外,还含
6、有少量阿拉伯 醇、山梨醇、甘露醇等杂醇,但仍有一定的经济价值.将母液再净化处理（步骤 同上）,重新浓缩、结晶（养晶时间变长、晶粒变细）,所得木糖醇纯度符合标 准,回收率为母液的 30%40%.影响木糖醇产品质量及得率的因素影响木糖醇产品质量及得率的主要因素为:水解时间、水解温度、水解压力、酸添加量、生产过程中的操作步骤控制等.首先以常见酸 H2SO4、HCl 为 目标进行试验.在实验过程中发现,两种酸水解条件、效果基本相当（H2SO4 酸 水解已进行了研究报告），但在比较操作过程中，HCI 比 H2SO4 更易中和除杂，纯度更高,因此选用 HCl 作为水解用酸.而且在操作上将原料先粉碎一定粒度
7、 并且水煮处理后,再调压进行酸水解,提高了水解液的纯净度与水解效果,减 少了后序生产步骤.此外加强了对母液进行再回收处理,使得率提高了 15%20%.生物转化法生产木糖醇由于化学法需高温（115 135）、高压（约 6.5?106Pa）、易燃易爆的高压氢气及对溶液纯度要求很高的镍催化剂、繁杂的分离和净化工序,以 及基本建设投资及操作费用高,并且污染较严重。这就促使国内外科研工作者努 力探索出木糖醇生产的新途径-生物转化法。生物转化法的基本原理为农业废弃 物（如稻草、蔗渣、玉米芯等）所含的多缩戊糖经稀酸水解后所得主要产物是 木糖的水解液,然后利用微生物发酵水解液中的木糖可得木糖醇。目前,发现并
8、可以利用的微生物为酵母菌株,如 Candida spiecies、PachysoIen tannophi Ius、Debarycomyces hansenii、KIuyveromyces fiagiIis,其中以 Candida guiII iennondii 和Candida t ropicaIis 的转化能力较强。在往水解液中加入 酵母之前,要用离子交换法除去水解液中抑制酵母生长的有害物质如糖醛、乙 酸等,还须加入酵母生长所需的培养基如碳源、氮源、无机离子和有机营养物 质。碳源占整个培养基的 10%60%,最好为 20%50%,用作碳源的物质主要有 己糖如葡萄糖和果糖,二糖如蔗糖和乳糖,多
9、糖如淀粉。碳源可一次性全部加入,也可在发酵过程中分批加入。可用作氮源的有氨气、氨水、铵盐。无机盐有镁 离子、钾离子、铁离子和锰离子。有机营养物如维生素、氨基酸以及含有此成分的物质如酵母膏、麦芽膏、蛋白脉和玉米浸膏等。发酵的最适 pH 值因酵母菌株的不同而不同,如 Can dida t ropicalis发酵产木糖醇的最适 pH 值为2.5,而 Candida Shehatae 发酵产木糖醇的最适 pH 值为 3 5 4 0。大多数酵母 的最适生长温度为 20 30。发酵时间以主要碳源被基本消耗完为准，一般为3 8 d。然后用离心和过滤法将固体物质除去,20 余下的溶液用活性炭和离子交 换树脂进
10、行脱色和除盐，最后结晶，得木糖醇成品。在微生物发酵法中，因为培 养液中不纯物质含量低，因而分离和收集木糖醇较化学法要简单得多，产品纯度 相应得到提高。此外，其专一性强，可省去高压设备和大量催化剂，节省能耗,简 化工艺，减少农业废弃物处理不当造成的环境污染，变废为宝，为农民增加经济收入。由于微生物法有着上述化学法无可拟的优越性，因此随着生物工程技术的 不断提高，生物转化法必然在未来的木糖醇生产中占主导地位。化学合成法生产木糖醇目前，国内外木糖醇工业化生产方法主要为化学合成法，即用富含多缩戊糖 的玉米芯、棉子壳、甘蔗渣、桦木片等农林和工业废料经酸(如 HCI，H2SO4)水解成木糖后经纯化处理和加
11、氢反应制得木糖醇，反应式如下：酸n C5H10O5木糖C5H8O4n+多缩戊糖nH20-水镍C H5 10O5+H2C H5 12O5木糖化学合成法中木糖纯化工艺繁杂氢气木糖醇、酸碱消耗大；加氢过程需高温(115135 C)、高压(约 6.5X106Pa)、易燃易爆的高压氢气及对木糖溶液纯度要 求很高的镍催化剂，基本建设投资及操作费用高，污染较严重。化学法每生产1 吨木糖醇要消耗玉米芯近 10 吨，耗酸 3 吨，耗碱 2 吨，活性炭 120150 公斤,蒸汽 3050 吨，水 100M3以上5。针对糖醇工艺中要求高温、高压、昂贵的催化 剂和繁杂的分离、净化工序的问题，国际上从上世纪产的新途径一一化学生物合成法水70 年代开始研究木糖醇生