木糖制作技术工艺及技术培训资料.doc

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张平安-关于木糖、木糖醇制作工艺实践课件

培训教案

第一章：

木糖和木糖醇的简介（共三节）

第一节、木糖（XYLOSE英文名称），和阿拉伯糖等同属于五碳糖，在自然界，除竹笋外尚还没有发现游离状态的木糖。

而大多数广泛的以缩聚状态存在于自然植物的半纤维素中。

存在的形式是以大分子含在植物体内。

用酸或酶使木聚糖降解而获得木糖。

虽然木糖是单糖的一种，但和日常的六碳糖葡萄糖及果糖不同，因为它不能为人体提供热量，但具有增加肠道双歧杆菌数量等某些特殊功能，所以它被称为二十一世纪人类的新糖原和功能糖。

工业生产的木糖称为D-木糖，口感为清凉味甜，熔点：

153~154℃，有变旋现象（旋光度），比旋光度为＋18.6-92℃0，化学分子式为C5H10O5,（提问：

谁能说一下白糖的分子式？

答案：

C6H12O6）相对分子量150.13，结构式：

CHO

︱

H—C—OH

︱

OH—C—H

︱

H—C—OH

︱

CH2OH

木糖主要是作为制作木糖醇的原料，但从现在的趋势来看已经将木糖较多的应用于无热量食品、肉食风味剂，因为木糖本身不产生美拉得反应（也就是氧化还原反应）所以也较多的应用于抗氧化剂作为单独的商品进入市场。

现在日本市场已经将木糖用于烤面包，烤肉等烤食食品，而欧洲的一些发达国家也将木糖用于宠物食品（诸如小狗、小猫等，因为它不被降解所以这个宠物吃了排出的便泌物不发臭等。

）当然了这种木糖是经过特殊处理和一定的配方的，吃太多的话按人的量来计算会出现便泌（拉稀），所以，也不能吃的太多。

第二节、木糖醇：

木糖醇是木糖加氢制取的，分子式C5H12O5木糖醇（英文名称XYLITOL）口感为清凉味甜，甜度相当于蔗糖，及溶于水（约160mg/100ml）,微熔于乙醇和甲醇，热值为16.72KJ/g,热值与蔗糖相同，熔点：

92~96℃，在10%的水溶液中PH值5.0-7.0。

H

︱

H—C—OH

︱

H—C—OH

︱

OH—C—H

︱

H—C—OH

︱

H—C—OH

︱

H

1、它是自然界中广泛存在的育种物资，不仅存在植物，也存在人体内的血液里，即使人体不摄入外来的木糖醇，在血液里也存在0.03~0.06mg/100mg的木糖醇，因为它是人体糖类代谢的正常中间体。

由于它的水分活度低，所以它能够提高食品的保存性，本身不产生美拉得反应（也就是氧化还原反应），所以现在作为单独的成品商品进入市场，木糖醇作为食糖的替代品是公认的功能糖和被受糖尿病人喜欢的食品。

a、木糖醇具有保湿性，在温度20℃，相对湿度60%时，吸湿平衡过程33分钟（d），所以它又是很好的高档的化妆品和其他高级保湿功能剂。

b、木糖醇具有防龋齿功能，因为木糖醇在口腔中不被产生龋齿的变性链球菌所利用，不产生酸，而在口腔中PH值提高，防止牙齿被酸蚀，所以是很好的防龋齿功能糖。

比如口香糖等。

C、木糖醇具有增加肠道双歧杆菌数量等某些特殊功能，所以它具有改善肠道功能的作用。

在北京经医学实验和临床研究发现木糖醇能改善肝功能，不需要胰岛素的帮助能直接透过细胞膜进入细胞内，（同时，山梨醇也可以进入细胞膜）并获得国家专利。

第三节、制取木糖和木糖醇的工艺流程

1、上料→筛分→水解→中和→一次脱色→一交前阳→一交阴柱→一交后阳→一次蒸发→C柱预脱→二交阳柱→二交阴柱→三交阳柱→三交阴柱→预蒸发→过滤→浓缩蒸发→结晶→分离→烘干计量→包装→成品木糖

2、工艺的岗位配置：

上料，水解（渣处理），脱色，净化（交换、酸碱配置），蒸发，结晶成品，分析检测。

约5~6个工段（以工段控制为单位）

第二章：

木糖车间工艺顺序（共三节）

第一节、工艺概述：

纤维化学

1、半纤维素化学及生产原料：

植物纤维原料主要由纤维素、半纤维素、木质素和灰分组成。

其中的半纤维素为植物细胞壁聚糖混合物，构成半纤维素聚糖链的单糖主要是：

木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、岩澡糖和鼠李糖等。

能够用于提取木糖的植物纤维原料必须满足两个要求：

半纤维素含量较高且半纤维素聚糖果链的单糖以木糖为主。

目前已经实现工业化生产木糖所使用的植物纤维原料有玉米芯、甘蔗渣和桦树造纸废液，其中以玉米芯为最佳。

在我国大多数厂家只用玉米芯和甘蔗渣两种原料。

据说也有采用稻壳作为原料生产木糖的。

（因为我们现生产线采用的玉米芯作为原料，所以我们就主要阐述有关利用玉米芯生产木糖的工艺过程和一些基本知识！

）

玉米芯的大约组成为纤维素35%半纤维素39%，木质素19%，灰分2%，其它5%，玉米芯所含半纤维素中聚糖链的单糖以木糖为主，占80%以上，其次为阿拉伯糖，占10%左右，木糖和阿拉伯糖相加占95%以上，其余为其它单糖。

所以玉米芯适合用来提取木糖。

玉米芯的物理结构包含蜂窝状外层，白色环形块状中层和絮状内层。

其主要质量在白色环形块状中层上，也即是生产木糖的主要部分。

红色玉米芯的白色环形块状中层通常比白色玉米芯要厚实，所以红色玉米芯往往产糖率较高。

玉米芯浸泡在稀硫酸水溶液中，升温到128~130℃（对应饱和蒸汽压力0.16~0.18MPa），其中的半纤维素得以水解，得到以木糖为主的水解液。

硫酸为水解反应催化剂，也可以用盐酸作为催化剂，但由于盐酸对设备腐蚀性太强，所以很少企业采用盐酸作催化剂。

水解后，浸泡与玉米芯残渣分离得到水解液，得到的水解液中硫酸含量在0.65~0.75%之间是比较合适的。

解释：

a、催化剂:

定义：

B、硫酸，化学分子式：

H2SO4,相对分子质量98。

08，为白色透明状液体，密度1。

82~1。

84g/cm3，纯硫酸冰点10。

4℃，所以在温度低于这个温度时应考虑防冻措施，但93%酸冰点为-35℃，所以冬季多采用93%酸。

硫酸比较活泼，能与许多金属及氧化物和氢氧化物反应成硫酸盐。

硫酸是强酸，不仅具备强酸的特性，还有其特性如极强的吸水性、氧化、磺化等，如使棉布、纸张、和有机物等碳水化合物脱水碳化、接触人体使人体严重烧伤，能以任何比例溶于水中，放出大量热引起爆炸。

C、盐酸，化学分子式：

HCL,相对分子质量36。

46，纯盐酸无色透明，具有刺激性臭味，常见的为淡黄色液体，密度为1。

19g/cm3。

有强烈的腐蚀性，为极强的无机酸。

能与金属和金属氧化物起反应，也能和碱类起反应。

第二节：

原料的予处理及水解工艺概述

一、原料予处理

玉米芯收购来后一般是露天存放，表面受到污染，如灰尘，泥沙，一经过雨水的淋洗，很难清理，再加上本身自带的污染物，如砖头、泥块等，这就需要进行锅外予处理，

采用锅外予处理的方法主要为筛分、水洗然后通过输送设备送到水解锅内，（在很早制作木糖时，有的在水洗前增加了破碎设备，由于现在随着工艺的改进和变更，在我国目前我个人所知道的厂家已经不存在这个工艺过程了）

锅外予处理的的水源采用生产线上的回收水源，这样符合了目前我国所要求的清洁化生产和节能降耗的利念，但目前还不是那么的理想。

上料设备主要为：

带式输送机；水洗机；提升机等装置。

水解锅是木糖生产中的主要反应设备之一，它内部镶衬耐酸砖，具有防腐蚀能力，下部采用水解后的液体排出装置：

集液器，（现在随着工艺的改善和实际工作中的总结，集液器也作了很大的改动）

水解过程中需要注意的几个关键

A、原料的锅内予处理，B、水解过程中温度（压力）控制，C、催化剂的量的概念，D、充分反应

二、原料的锅内予处理：

目前采用的是一次锅内热水予处理过程，（与很早制作工艺相比去掉了水予处理的过程）即：

在装入锅内的原料中加入一定的催化剂（硫酸），将反应釜的温度升到一定的温度，使原料中的灰份、有机物、果胶在催化剂的作用下被处理下来，当然这种处理需要一定的时间限制和加入催化剂的多少来决定处理效果的。

予处理也会造成部分还原糖的损失，如果处理时间和温度、催化剂的多少都会影响处理效果和造成糖份流失。

三、水解过程中温度（压力）控制：

在予处理时我们已经讲到，如果温度控制时间的多少和长短都会影响到反应过程，所以在水解过程中温度控制是非常关键的，目前我们国家的木糖企业多采用低酸低压水解工艺方法来做水解工艺的，前期在很早多采用高酸高压工艺，但产出的水解液色质素高，部分还原物被转化为了糠醛，直接影响到产品的收率，成本增加，随着技术和工艺的改进和实际经验，大家就不谋而合的一致认为低压低酸法是目前最经济最实际的一种水解方法了。

因为温度过程关系到糖类在水解过程的焦糖化，产生美拉德反应，产生糠醛。

植物纤维中半纤维主要是多缩成糖，含有较多木糖和其它少量阿拉伯糖，在适当的水解条件时，其反应能按照理想目的主要生成戊糖（大量木糖或和少量阿拉伯糖），但如果条件控制不当，特别是温度过高，最初会生成木糖，进一步脱水生成糠醛，糠醛还可以继续反应下去，生成树脂状物。

有人作过试验，将100g木糖在180℃加热1h，木糖只剩下8.2g，其余生成糠醛6g，甲酸11.3g，其它物质占6.5g，所以要得到好的水解液，应控制水解温度不超过125℃（即：

压力0.18gMpa以下蒸汽压），水解液一般不含有糠醛味，如果水解温度超过以上值，水解液糠醛味浓，固形物浓度也高，而是产生糠醛和其他非糖还原物浓度高，因为在现场分析水解液时采用还原滴定法，以变色原理为基准，所以不能直接读取纯度，但如果采用色谱分离法（也就是HPHT法），从峰值就可以直接读取纯度和含量高低，但因为水解液中打色谱峰值对设备仪器影响较大，其有一定周期性和该设备昂贵。

在水解过程中，原料中含有的其它物质也被降解或破坏（前期我们讲催化剂的特性），从而带来了污染物，主要存在以下几点：

（1）、植物胶体，如粘胶物质，水解时分解成糠醛酸、醋酸等。

反应式：

C41H60O36+H2O→4C6H10O7+2CH3OH+2CH3COOH+C5H10O5+C6H12O6

↓↓↓↓↓↓↓

黏胶酸水糠醛酸醋酸树胶酸木糖半乳糖

因此，水解过程酸度也会增加，增加的是有机酸。

（2）、原料中所含少量的蛋白质，在水解过程中会产生氨基酸，会和糖类产生美拉德反应（氧化还原反应），形成有色胶状物质，不仅降低水解液纯度，并减少得率。

（3）、植物原料中的天然色素，如花色素，在水解过程中也溶地水解中，这些色素在不同PH值时会呈现不同的色彩，甚至隐形，这就需要用下一工段工艺用脱色工艺来除去他们。

催化剂的选择：

因为不同酸有不同的催化活性（称为水解速度常数），当1moL酸溶解到1L水中，其多糖水解速度常数，若以盐酸为100计，其它各酸水解常数如下：

酸水解速度常数

盐酸100

硫酸53

氢碘酸246

氯酸135

硝酸100

柠檬酸1.72

现在木糖水解被看好是H2S04，因为价格低，来源容易，腐蚀性较低，其次用盐酸较好，但腐蚀性。

到目前为止，除一家企业使用过后，还没有第二家企业使用，主要考虑到腐蚀，但如果采用盐酸水解，盐酸浓度可比硫酸减半。

（举例说明）

水解过程中的液比：

液比不仅保证参加水解的物料有足够水量参加反应，同时有充分的浓度差，使多缩戊糖溶入水中，并使水解成的糖类能顺利离开反应区。

液比过大，酸浓降低，影响水解效果，由于常规采用蒸汽直接加热，液比较难控制，因为加热汽会带来冷凝水。

另外，与操作者经验和气候有一定关系，所以尽量采取恒定的液比，恒定的蒸汽压力，在我们新建生产线中，也考虑到人为操作带来不便，所以采取了DCS（现场计算机控制系统）系统控制节点，不可能解决人为因素不便，以后在现场操作时，我们会指导水解操作人员怎样来操作或操作DCS系统。

四、水解工艺流程及工艺指标：

加酸加水

↓

流程：

玉米芯→皮带机→筛选→输送机→水解锅→水解液

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回收洗水→套用

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