采用膜分离技术新工艺生产淀粉糖的研究.doc

采用膜分离技术新工艺生产淀粉糖的研究ChinoscienceondTechnolOgyRdew采用膜分离技术新工艺生产淀粉糖的研究杨志强蒋鸿芳(吉林省轻工业设计研究院吉林长春130021)科学论坛I摘妻本文介绍了以玉米淀粉为原料,采用膜分离技术,新型液化,糖化酶工程技术,生产高纯度(纯度可达99.9%)的葡萄糖浆,进而生产商纯度的无水葡萄糖的新工艺.关键词膜分离高纯度葡萄糖中图分类号:TQ281文献标识码:A文章编号:i009-914x(2009)8(b)一0151-02玉米是世界上产量最大的农作物之一,美国约占50%,我国玉米产量居世界第二位.近年来,随着我国农业的不断发展,玉米产量逐年增加,所以,大力发展玉米深加工工业具有极为重要的意义.在玉米湿磨工业中有四种主要产品:淀粉,甜味剂,饲料和玉米油,而淀粉糖又是玉米深加工占第一位的产品.美国2006年生产淀粉糖(浆)1500万吨,居世界第一位.中国2006年生产淀粉糖608万吨,2007年生产773万吨(其中结晶葡萄糖219.6万吨,液体淀名称成份(%)水份l2蛔鏖99.8灰强O.1l蚕白矮0.46脂肪O.09斑点1个/酸度l鲁d二氧化硫0.003铁盐0.OO1粉糖553.7万吨),居世界第二位淀粉糖种类繁多,目前,在大生产中常见的品种有麦芽糖,葡萄糖,果糖和低聚糖.淀粉糖无论从营养角度还是从经济效益上都比蔗糖要好,美国淀粉总量的70%一80%用于生产淀粉糖.日前,我国淀粉糖生产技术比发达国家落后,还存在生产成本高,质量差等问题,本研究通过新技术的使用,简化了生产工艺.经过300吨/年的中试试验.以及2万吨/年的示范线生产.结果表明,比传统工艺产品质量好,生产成本低,产品收率高.1材料和方法1.1试验原料长春大成集团的玉米淀粉,(见表1)1.2主要设备与仪器2台调浆罐0.34m3(德中设计),l台喷射液化器M103030(美国),微滤膜MF-L4003,纳滤膜NFM1O4(上海凯能),高效液相色谱仪waters600(美国),阿贝折射仪WZS-I(上海),精密pH计DELTA320(德国),l台液化层流罐0.3m3(德中设计),3台糖化罐13(德中设计),2套真空蒸发器50kg,lOOkg/h(德中设计).1.3工艺流程淀粉一调浆一液化一糖化一膜过滤I一膜过滤一离子交换一浓缩一结晶一千燥一无水结晶葡萄糖表2.液化工艺试验数据Table2.LiquefactiOnprocessexperimentaldata序号淀粉浓滠度pH加酶显蔬置蒸汽愿DE值t问度(诱)值(L/T)(L/h)力barf舞)(mln)l30lO65.50.45235173.6110230l055.404.5234t,65.2330330lo65,50,4524O1.了6.9540430lo5S5O.畦S2361.了8.9450一_S30lo55.60.452矗316la7l70630l055.70.哇52361.6l2.358O30lO6570452Sl1.714.5590830lo65.60.哇52391.7i&62l20形成并通过管理评审报告;做好会议记录.(4)管理评审会议后的工作管理评审报告经最高管理者审定签字,按受控文件发放有关职能部门;由管理者代表牵头,认证管理部门负责经办,制定落实管理评审会议提出的改进措施计划,制定目标,落实部门,提出完成的进度要求,并负责检查,监督,验证和统计汇总完成情况,作为下一次管理评审的输人.五,其他闫(一)关于管理评审时间例行的管理评审比较适宜的时问一般是安排在内审之后,不符合项整改和验证已经完成,外审之前.文字?GB/T190012008标准5.6.1总则中规定”最高管理者应按策划的时间间隔评审质量管理体系”.标准中的策划的内容即组织的体系运行总体策划的一部分.GB/T190042000标准5.6.i总则中规定”评审的频次应当视组织的需求而定.虽然GB/T1900l一2008和GB/T190042000标准都未对管理评审的频次做出明确规定,但按照可以接受的国际惯例,时间间隔最长不超过12个月.笔者认为,例行的管理评审每半年一次比较适宜,最好结合组织的半年工作总结或年终工作总结一起进行比较有益,一是能将组织的生产经营等行政工作与体系运行工作有机地结合在一起,二是精简了会议.除了例行的管理评审外,组织的内外环境发生重大变化时应及时召开管理评审进行讨论评审.(二)关于管理评审会议不能按期进行的问题组织因故不能按期召开管理评审会议,或提前,或推迟,都是允许的.但组织必须对提前或推迟的理由作出说明,并经最高管理者批准,并保留相应的记录.特别是推迟召开且间隔超过12个月的情况要慎重对待,应当写出书面报告,经最高管理者批准,及时向认证中心通报考文献:【16B/TI9001-2008/IS09001:2008.2GB/T190002008/IS09000:2005.科技博览I151科学论坛IC;hlnCl,SclenoeandTe,hnc4ogyReview表3.一次糖化试验数据Table3.1saccharificationexperimentaldata牟号强麓pH德加酶量撼_饿;嘲(hiDB德Dx谯f)疗f羁)f%i504.3050.i275.6i52沩251.00,50243.0843594.30.503392493.634Sj40.50:4Se6.?lg4.稿5594.2O.毫055976504.30.506408.3969851430.50720e.j;.9?表4.二次糖化试验数据Tab1e4.2saccharificationexperimentaldata蓐母涎魔fPl值辩化时阍(h).E漱DX熟1?603o81.3472.632-5it.258譬t3岳81.8059.S:08$5283454614.2i592,4S87.32-60.t20992j6鹋,3259屯29:.57.5gt2308.45957l0604.336i97.63:95.4:表5.在300吨/年中试生产线上的试验结果Table5.On300tons/yearexperimentalproductionlinestestresults名称D己懂溅值0s但H包度遮兜麓电g率(玺f%)(篱)担f%)r,0m糖讫雁涟9eg39矗4224.24l320臌鼗器1滤9e.78965li704.220.0:99320被1骥袭置”德iI0.0iII8Si4510i.170液1艨懿嚣l截80637也652毫粤44.O39750簿缓i=次辕化液96.719.5225.984.300.09e570髓装置I涟9839.8S25,74.3l0.02当565漶0麟靛置II蛇l.50O0l覆:4.720l037iO泼2躞链翟lI截$126弛骚10464510l2920街链遗22试结果与讨论2.1液化与糖化2.1.I淀粉乳的液化液化工艺是将淀粉先经高温糊化,同时目前,在国内淀粉的液化方法有两种,传统的方法是两次液化,我们采用的是新型一次液化技术,一次液化对设备的要求比较高.试验证明:一次喷射液化比两次喷射液化节省蒸汽60%-70%,节省液化酶30%一40%,能达到糖化需要的DE值(还原糖值),典试反应不变蓝,糖浆质量好,葡萄糖收率高.因为液化直接影响糖化的总糖收率,同时,液化工艺的研究及工艺参数的确定是本项耳的主要研究内容之一,是涉及产品质量和得率的关键技术.因此,我们在我院300吨/年的中试生产线上对关键的参数进行了试验.(数据见表2).从试验来看,在淀粉乳浓度30%,正常加酶量(0.45L/T),pH值调整到5.5-6之间,控制喷射器出口温度在1051IOC的情况下,随着液化时间增加糖液的DE值随之变大,在液化80-90分钟后糖液符合糖化条件.2.1.2糖化工艺糖化是将液化后含有大量糊精和低聚糖的液化液经糖化酶的作用进一步水解为葡萄糖.传统工艺只有一次糖化,其葡萄糖的得率可达到9697%.糖化反应是可逆反应,糖化酶作为糖化的催化剂,其最高只能将产物葡萄糖的含量(DX)提高到97%,也就是说,这时葡萄糖的复合反应开始占优势,这主要是因为反应的底物浓度太低了.我们采用了膜分离技术,一次糖化液经膜过滤之后,截流下来的糖化液中还含有30%(占总固形物)的可水解物,含葡萄糖70%,而且糖化酶也被膜截流在这里,所以不用加新酶就可以二次糖化,使葡萄152l科技博览糖的含量再次提高96%-97%,然后,再经膜过滤,使得糖化工序的葡萄糖总得率高达99.5%以上,实际上,因为膜过滤的使用,可以将糖化反应向正反应近乎100%的进行.从表3看到,一次糖化在温度60C左右,DH值在4.24.4之间,糖化酶加酶量0.50L/T的条件下,DE值和Dx值随糖化时间而增高,当糖化达到6O小时之后DE值和Dx值开始不再增加,所以,一次糖化时间最好控制在6O一65小时之间.从表4可以看到,二次糖化在和一次糖化相同的条件下,糖化3O小时后DE值和Dx值开始不再增加,因此,二次糖化时间应控制在3035小时之间.2.2高新分离技术膜过滤膜片根据其加工材质可分为有机膜和无机膜两类,有机膜多为聚酯材料制成,无机膜主要有陶瓷膜和不锈钢膜.膜过滤根据其过滤物的分子量大小,又可分为微滤,超滤,纳滤和反渗透四种,微滤和超滤是纯孔流效应的过滤膜,而反渗透膜是纯核电效应的过滤膜,纳滤作为膜分离技术的后起之秀,是既有孔流效应又有核电效应,正因为纳滤膜的特有性质,使得其在分子级分离上大有作为.我们试验使用的是微滤膜和纳滤膜经过大量的试验,我们首先选定了适合于葡萄糖糖化液预处理的膜元件微滤20nm不锈钢膜,进而选定了适合于分离葡萄糖与其他糖类的膜元件500分子量纳滤膜.并且设计了大生产的膜装置,通过中试试验确定了膜过滤在处理葡萄糖糖化液的最佳工艺参数和工艺条件,并且研究了膜过滤对糖化液质量的基本要求,试验证明,当糖化液中的四糖以上的物质高于1%,蛋白质含量超过0.5%时影响过滤速度和膜清洗,所以,在大生产当中,必须严格控制原料淀粉的蛋白质含量以及液化,糖化的最佳工艺条件.从工艺流程可以看到该工艺是采用两级膜过滤,一级膜过滤主要是对糖化液进行预处理,去除糖化液中的非溶解性的杂质,使糖化液澄清,透明,这步截流下来的物质可以干燥制成高蛋白饲料,滤出液再经二级膜过滤,透过液便是高纯度的葡萄糖液,截流液回头去二次糖化,经过膜过滤的二次糖化液的截流液,再经离交和浓缩可制成相当于低聚糖性质的多糖糖浆.由于膜分离技术是本研究的核心技术,因此,我们先后在我院的300吨/年的中试生产线上,以及利用上海好成食品公司的糖化液作了大量的中试试验,并在内蒙古圣华新药业有限公司的20000吨/年的示范线上作了试验.试验结果证明,经膜过滤后,葡萄糖的纯度可达99.9%以上,葡萄糖膜过滤收率可达99%以上.(膜过滤试验数据见表5).3结语本研究在联合国援华玉米深加工中心年产300吨淀粉糖的中试生产线上,进行了大批不同工艺条件的试验,研究出一条技术先进,工艺合理的生产高纯葡萄糖的新工艺.新工艺与传统工艺对比有许多优点,一次喷射液化,节能降耗,两次糖化葡萄糖收率高,高新分离技术的应用,简化了传统工艺