一种低聚糖的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工原料生产领域，更具体地说，涉及一种低聚糖的生产方法。
【背景技术】
[0002] 低聚糖，又称寡糖，集营养、保健、食疗于一体，广泛应用于食品、保健品、饮料、医 药、饲料添加剂等领域。低聚糖可从木质纤维原料中提取，由木质纤维原料中的半纤维素降 解得到。
[0003] 在我国，木质纤维原料主要用于造纸，即通过一系列复杂反应之后得到其中的纤 维素，并将其作为造纸的原料。由于制浆反应的特殊性，想要将最终得到的纤维素用于造 纸，反应往往使用强酸强碱为反应试剂，并在高温高压下进行，但是在剧烈反应过程中，半 纤维素遭到剧烈破坏，往往降解为附加值较低的单糖，甚至难以提取，最终只能浓缩之后进 行焚烧，经济效益低下，且污染严重，难以做到绿色生产。具体地，现有技术中主要有以下缺 占.
[0004] (1)反应试剂成分腐蚀性强，对设备要求高，成本高。
[0005] (2)反应试剂成分复杂，如添加强酸强碱作为催化剂，试剂难以回收，造成废液处 理困难，回收工艺难度大。
[0006] (3)反应条件剧烈，导致低聚糖大量溶解为单糖混合物，经济效益不高。
[0007] (4)蒸煮方法不适当，在蒸煮过程中产生的半纤维素降解物达到一定浓度后，蒸煮 液的浓度达不到使半纤维素继续高效脱除的要求，影响了后续半纤维素的进一步脱除，导 致反应时间长，脱除效果不佳。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，本发明通过寻找和摸 索，提供一种试剂成分更为简单、工艺流程更为优化、糖液产品更为优质、试剂回收更为方 便、综合效率更高的生产低聚糖的方法。该方法通过利用有机酸溶液常压下或高压下蒸煮 木质纤维原料，并多次回收利用有机酸进行循环蒸煮，最终得到高浓度低聚糖溶液。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低聚糖的生产方法，包括 以下步骤：
[0010] 1)将木质纤维原料置于反应容器中，加入有机酸溶液，蒸煮，得到蒸煮液；
[0011] 2)将步骤1)中的得到蒸煮液抽至蒸发浓缩设备中进行蒸发浓缩，收集回收的有 机酸溶液和低聚糖浓缩液I;
[0012] 3)将步骤1)中得到的蒸煮液抽送至蒸发浓缩设备后，向步骤1)的反应容器中加 入有机酸溶液，再依次经过蒸煮、蒸发浓缩至少1次，分别收集回收的有机酸溶液和低聚糖 浓缩液II ;
[0013] 4)将步骤2)中的低聚糖浓缩液I和步骤3)中的低聚糖浓缩液II合并得到混合浓 缩液III，并加入蒸馏水，充分搅拌，静置，过滤，得到的滤液为低聚糖溶液。
[0014] 本发明所述的低聚糖的生产方法，其中，步骤1)或步骤3)中加入的有机酸溶液 为质量浓度为30% -100%有机酸溶液，所述有机酸溶液的加入量为木质纤维原料重量的 1-20 倍。
[0015] 本发明所述的低聚糖的生产方法，其中，步骤1)或步骤3)中加入的有机酸溶液为 乙酸、甲酸、丙酸中任意一种，作为优选的方案，本发明采用乙酸作为反应试剂。
[0016] 本发明所述的低聚糖的生产方法，其中，步骤1)或步骤3)中所述蒸煮的反应条件 为：反应容器内的压力在IX 105-2X 105Pa，温度在70-200°C内，蒸煮10-600分钟。优选的 蒸煮温度为100-180°C，时间为60-240分钟。
[0017] 本发明中，步骤2)和步骤3的蒸发浓缩可以在常压（lX105Pa)或加压（lX10 5Pa < P彡2X105Pa)或减压（0. 7X105Pa彡P < lX105Pa)下进行，作为优选的方案，本发明 所述的低聚糖的生产方法，其中，步骤2)或步骤3)中所述蒸发浓缩采用负压下浓缩，压力 P的值满足〇? 7 X 105Pa彡P < 1 X 105Pa，浓缩温度为65_200°C。
[0018] 本发明所述的低聚糖的生产方法，其中，还包括将步骤2)或步骤3)中回收的有机 酸溶液添加至反应容器中循环再用。
[0019] 本发明所述的低聚糖的生产方法，其中，在步骤4)中加入蒸馏水的量为混合浓缩 液III的重量的0. 5-20倍。
[0020] 本发明所述的低聚糖的生产方法，其中，在步骤1)之前还包括对木质纤维原料进 行粉碎过筛的步骤。
[0021] 实施本发明的低聚糖的生产方法，具有以下有益效果：
[0022] (1)本发明使得半纤维素在反应中充分脱除，半纤维素充分脱除才能保证低聚糖 的尚提取率；
[0023] (2)反应条件温和，不需额外添加催化剂，或低聚糖溶出至蒸煮液后反应时间不能 过长，尽可能保留低聚糖的存在，避免低聚糖进一步降解为经济效益不高的单糖混合液，同 时温和的反应条件能降低设备成本和工艺控制成本；
[0024] (3)反应试剂成分简单，便于产品的提取及试剂的回收利用。
【具体实施方式】
[0025] 下面，结合【具体实施方式】，对本发明做进一步描述：
[0026] 一种低聚糖的生产方法，包括以下步骤：
[0027] 1)对木质纤维原料进行粉碎过60目筛，取粒径大于60目筛孔孔径的反应原料。 木质纤维原料粒径过大，与有机酸溶液反应接触不完全，不利于充分反应，粒径过小，容易 粘锅，糊化。木质纤维原料为普通木质原料，包括木本类生物质和禾本类生物质。其中，木 本类生物质选自硬木、软木或灌木；禾本类生物质选自甘蔗渣、竹、稻草、麦秸、玉米杆、芦苇 等。其中，有机酸溶液为乙酸、甲酸、丙酸中的一种。
[0028] 2)将木质纤维原料置于压力在IX 105-2 X 105Pa，温度在70_200°C的反应容器中， 加入有机酸溶液，蒸煮10-600分钟，得到蒸煮液；其中，加入的有机酸溶液为质量浓度为 30% -100%有机酸溶液，具体地，加入的有机酸溶液的质量浓度为65% -95%;所述有机酸 溶液的加入量为木质纤维原料重量的1-20倍。具体地，每次蒸煮时其中的有机酸溶液的用 量为木质纤维原料总质量的5-18倍。
[0029] 3)将步骤2)中的得到蒸煮液抽至蒸发浓缩设备中进行负压蒸发浓缩，压力P的值 满足0? 7X105Pa彡P彡lX105Pa，浓缩温度为65_200°C，优选地，浓缩温度为100-180°C， 浓缩程度为浓缩至浓缩液总质量为绝干原料（即无水分的反应原料）重量的5-300%时停 止浓缩；收集回收的有机酸溶液和低聚糖浓缩液I。该步骤中回收的有机酸溶液添加至反 应容器中循环再用。
[0030] 4)将步骤2)中得到的蒸煮液抽送至蒸发浓缩设备后，向步骤1)的反应容器中加 入有机酸溶液，再依次经过蒸煮、蒸发浓缩至少1次，浓缩程度为浓缩至浓缩液总质量为绝 干原料（即无水分的反应原料）重量的5-300%时停止浓缩；分别收集回收的有机酸溶液 和低聚糖浓缩液II ;该步骤中回收的有机酸溶液添加至反应容器中循环再用。
[0031] 5)将步骤2)的低聚糖浓缩液I和步骤4)低聚糖浓缩液II合并得到混合浓缩液 III，并加入蒸馏水，充分搅拌，静置，过滤，得到的滤液为低聚糖溶液。其中，加入蒸馏水的量 为混合浓缩液III的重量的0. 5-20倍。
[0032] 在步骤2)_步骤4)的蒸煮过程中，半纤维素不断从木质纤维原料中脱除，脱除的 程度越高，则得到的溶液中糖的浓度就越高，但在半纤维素的脱除过程中，随着蒸煮溶液中 已脱除的半纤维素的浓度的增加，蒸煮液的浓度也相应地逐渐降低，逐渐使得蒸煮液的浓 度达不到使半纤维素继续高效脱除的要求，同时，半纤维素提取至蒸煮溶液中后，多以低聚 糖的形式存在，若早期脱除的半纤维素超出本发明限定的时间外长时间持续蒸煮，便会进 一步降解为单糖，降低了经济效益。
[0033] 本发明的发明人通过研宄发现：使用单一蒸煮试剂（乙酸、甲酸、丙酸中任意一 种）脱除半纤维素，能够大大降低成品的提取压力，同时为了降低半纤维素脱除过程中溶 液中蒸煮液浓度降低对半纤维素后续脱除的影响以及避免低聚糖的长时间反应而进一步 水解，本发明独特采用了有机酸溶液的循环蒸煮方式，解决了蒸煮液浓度降低对半纤维素 脱除的影响的同时，缩短了低聚糖溶出后的反应时间，减少了试剂的使用量，提高了蒸煮效 率。
[0034] 在现有方法中，视木质纤维原料的不同，通过有机溶剂蒸煮提取，以绝干木质纤维 原料的重量记，所得低聚糖得率仅为0.5-10%不等，而通过本发明，低聚糖得率能够达到 5-25%，其中主要含麦芽糖、异麦芽糖、甘露低聚糖、低聚果糖、低聚木糖等低聚糖，可根据 不同的工艺条件调整其不同产物的相应得率。
[0035]其中，低聚糖得率（％ )=低聚糖重量/绝干木质纤维原料重量X 100%。本发明 中低聚糖含量的测定采用GB/T 22221-2008高效液相色谱法确定。
[0036] 实施例1-9按照表格中的如下条件生产低聚糖并计算各自低聚糖得率。
[0037] 表实施例1-9生产低聚糖的反应条件及得率
[0038]
【主权项】
1. 一种低聚糖的生产方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 将木质纤维原料置于反应容器中，加入有机酸溶液，蒸煮，得到蒸煮液； 2) 将步骤1)中的得到蒸煮液抽至蒸发浓缩设备中进行蒸发浓缩，收集回收的有机酸 溶液和低聚糖浓缩液I; 3) 将步骤1)中得到的蒸煮液抽送至蒸发浓缩设备后，向步骤1)的反应容器中加入有 机酸溶液，再依次经过蒸煮、蒸发浓缩至少1次，分别收集回收的有机酸溶液和低聚糖浓缩 液II; 4) 将步骤2)中的低聚糖浓缩液I和步骤3)中的低聚糖浓缩液II合并得到混合浓缩液 III，并加入蒸馏水，充分搅拌，静置，过滤，得到的滤液为低聚糖溶液。
2. 根据权利要求1所述的低聚糖的生产方法，其特征在于，步骤1)和步骤3)中加入的 有机酸溶液的质量浓度为30% -100%，所述有机酸溶液的加入量为木质纤维原料重量的 1-20 倍。
3. 根据权利要求1所述的低聚糖的生产方法，其特征在于，步骤1)和步骤3)中加入的 有机酸溶液为乙酸、甲酸、丙酸中任意一种。
4. 根据权利要求1所述的低聚糖的生产方法，其特征在于，步骤1)或步骤3)中所述蒸 煮的反应条件为：反应容器内的压力在lX105-2X105Pa，温度在70-200 °C内，蒸煮10-600 分钟。
5. 根据权利要求1所述的低聚糖的生产方法，其特征在于，步骤2)或步骤3)中所述 蒸发浓缩采用负压下浓缩，负压压力P的值满足〇. 7XIO5Pa<P<IXIO5Pa,浓缩温度为 65-200。。。
6. 根据权利要求1所述的低聚糖的生产方法，其特征在于，还包括将步骤2)或步骤3) 中回收的有机酸溶液添加至反应容器中循环再用。
7. 根据权利要求1所述的低聚糖的生产方法，其特征在于，在步骤4)中加入蒸馏水的 量为混合浓缩液III的重量的0. 5-20倍。
8. 根据权利要求1所述的低聚糖的生产方法，其特征在于，在步骤1)之前还包括对木 质纤维原料进行粉碎过筛的步骤。
【专利摘要】本发明公开了一种低聚糖的生产方法，包括以下步骤:将木质纤维原料置于反应容器中，加入有机酸溶液，蒸煮；将得到的蒸煮液进行蒸发浓缩，收集回收的有机酸溶液和低聚糖浓缩液Ⅰ；继续向反应容器中加入有机酸溶液，重复蒸煮、蒸发浓缩过程至少1次或以上，收集浓缩液Ⅱ；将浓缩液Ⅰ、Ⅱ合并得到混合浓缩液Ⅲ，并加入蒸馏水，充分搅拌，静置，过滤，得到的滤液为低聚糖溶液。本发明通过半纤维素的充分脱除保证了低聚糖的高提取率。
【IPC分类】C13K7-00, C13K13-00, C13K11-00
【公开号】CN104694672
【申请号】CN201510100728
【发明人】张睿哲, 刘运思, 闵渝, 周琴
【申请人】广州市楹晟生物科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月6日