CN108034773B - 一种利用模拟移动床连续离交生产结晶糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于结晶糖加工工艺领域，公开了一种利用模拟移动床连续离交生产结晶糖的方法，其包括如下步骤：步骤1）微滤，步骤2）脱色，步骤3）离交和结晶，步骤4）活性炭再生。本发明对模拟移动床离交参数进行了优化，确定最佳步骤参数，通过对葡萄糖进行提纯，减少了产品中杂糖含量，提升了产品品质。

Description

一种利用模拟移动床连续离交生产结晶糖的方法

技术领域

本发明属于结晶糖加工工艺领域，具体涉及一种利用模拟移动床连续离交生产结晶糖的方法。

背景技术

玉米淀粉是提取葡萄糖的重要原料，玉米淀粉分子是由成千上万个葡萄糖单元连接而成，从淀粉糖化液中提取葡萄糖的工艺则是从玉米淀粉乳提取葡萄糖的最后一步工艺，同样，这步工艺也关系到葡萄糖成品的质量。目前比较常见的工艺为：现有的生产葡萄糖的生产工艺如下：以淀粉为原料，通过调浆后再液化酶的作用下液化，然后再经糖化酶作用糖化，最后形成DX95％左右的葡糖糖浆，然后采用硅藻土过滤的方式进入板框或转鼓进行过滤，以去除残留的淀粉及悬浮物，接着采用固定床离子交换工艺，主要是利用大量的阴阳离子交换树脂脱除糖液中的盐分，最后用重结晶的工艺获得医药级葡萄糖。中国专利技术“2014108200631，一种高品质葡萄糖粉的节能制备工艺”公开了采用模拟移动床技术对葡萄糖进行提纯，纯度可达到99.5%，但是为了提高葡萄糖粉的品质，我们仍然需要通过工艺参数来进一步提高纯度。

活性炭再生是在不破坏活性炭原有结构的前提下，将吸附于活性炭微孔的吸附质予以去除，恢复其吸附性能，达到重复使用的目的。由于活性炭本身价格较高，若只使用一次就丢弃极不经济，造成资源浪费，成本增加。糖化液纯化过程中会使用大量的活性炭来进行脱色处理。如何高效再生吸附饱和的活性炭以达到经济合理利用，已成为活性炭工业中必须重点解决的问题，同时亦是国内外研发的热点。目前，活性炭的造价高影响活性炭吸附处理成本的主要因素是炭再生问题。如何有效地对活性炭进行再生是降低糖生产企业成本的重要问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出一种利用模拟移动床连续离交生产结晶糖的方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种利用模拟移动床连续离交生产结晶糖的方法，其包括如下步骤：步骤1）微滤，步骤2）脱色，步骤3）离交和结晶，步骤4）活性炭再生。

具体地，所述方法包括如下步骤：

步骤1）微滤：将淀粉糖化液先经过1mm筛网过滤后，再过50目筛网，然后经微滤膜过滤，收集滤液；所述微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000Da，微滤温度为35℃；

步骤2）脱色：往滤液中添加占滤液 0.5wt%的活性炭，200rpm搅拌10min，然后静置60min，100目筛网过滤，收集废弃活性炭和脱色液；

步骤3）离交和结晶：将步骤2）所得脱色液打入全自控模拟移动床中进行连续离交工艺，收集葡萄糖馏分；然后浓缩蒸发至原体积的二分之一，再进入结晶机，结晶，离心分离获得晶体和母液；将晶体干燥制得成品；

步骤4）活性炭再生：往废弃活性炭中添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液，100rpm搅拌3min，然后28℃培养8h，再添加占枯草芽孢杆菌发酵液3倍体积的复合藻液，继续培养16h；过滤，收集活性炭，用去离子水清洗2遍，再经过脱水、干燥处理，得到再生的活性炭。

优选地，

所述枯草芽孢杆菌发酵液按照如下工艺制备而得：将枯草芽孢杆菌种子液按照5%的接种量接种到发酵培养基中，在温度28℃，溶氧值50mg/L，发酵培养48小时，得到枯草芽孢杆菌发酵液。

优选地，

所述发酵培养基的组分为：麦麸2g/L，豆粕2g/L，玉米浆1g/L，碳酸钙0.1g/L，氯化钠0.3g/L，磷酸氢二钾0.4g/L，磷酸二氢钾 0.2g/L，硫酸镁0.02g/L，硫酸锰0.02g/L。

优选地，

所述复合藻液按照如下工艺制备而得：取小新月藻，按照7%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养，控制光强为8000lux，光暗比为12:12，水温为28℃, pH值为8，培养2天，然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻，继续培养3天，得到复合藻液。

优选地，

所述培养液的组分为：硫酸铵2g/L，硫酸镁2g/L，磷酸二氢钾1g/L，磷酸氢二钾1g/L，玉米浆1g/L，硫酸亚铁0.5g/L，氯化钠0.5g/L，乙酸钠0.1g/L。

进一步地，

所述步骤3）中，将上述脱色液打入全自控模拟移动床中进行连续离交工艺，具体步骤和参数如下：

一、 原料、洗水要求：

⑴．来料要求：

进料浓度： 32%；

过滤精度： ≤10μm

电导率： ≤400μs/cm；

温度： 50-55℃；

⑵. 洗水要求：

电导率： ≤20μs；

二、出料技术要求：

(1)．电导率： ≤15μs/cm；

(2).pH值： 4.0-5.5

(3).透光率： ≥98%

(4).色相： ≤1

(5).色度： ≤2ICUMSA；

三、单耗：

(1)在进料电导率≤400us/cm时，耗酸不高于2.1公斤/吨一水糖，耗碱不高于3公斤/吨一水糖，污水排放量≤0.75吨/吨一水糖。反渗透纯化水不高于1.0吨/吨一水糖；

四、实施方案：

树脂柱共24台，12台阳柱，12台阴柱。

12个室并联进料，每台进料：150/12=12.5m³/h

离交柱规格：φ1200×2000（Ⅲ）

每台阳柱装填树脂4.7m3

每台阴柱装填树脂4.7m3

阳柱运行周期：

=34.56h

阴柱运行周期：

=30.72h；

五、工艺参数：

共有24台离交柱，12台阳柱，12台阴柱，阳、阴两级串联走料，阳柱12个室并联进料，3个室串联脱糖，4个室串联洗涤，1个室进新再生剂，出液与洗涤水混合进入后面3个室串联再生，1个室反洗或反再生；阴柱12个室并联进料，3个室串联脱糖，5个室串联洗涤，1个室进新再生剂，出液与洗涤水混合进入后面2个室串联再生,1个室反洗或反再生。

本发明的生产结晶糖的方法，主要具有以下有益效果：

本发明对模拟移动床离交参数进行了优化，确定最佳步骤参数，通过对葡萄糖进行提纯，减少了产品中杂糖含量，葡萄糖纯度可达99.8％以上，优于传统工艺中的结晶葡萄糖的纯度，提升了产品品质；

本发明通过再生工艺对废弃活性炭进行再生，够降低活性炭中的吸附物，提高活性炭的比表面积以及吸附能力，活性炭可重复利用，大大降低了企业成本；

本发明采用两种藻类和枯草芽孢杆菌进行系统处理活性炭，比表面积、碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值等指标均大幅提高，与仅采用两种微生物的对比例相比，本发明工艺对活性炭再生效果更好，说明由枯草芽孢杆菌可以有效酶解活性炭中吸附的色素、多肽、油脂等物质，进一步产生的小分子物质可以被复合藻类吸收利用，小新月藻和四尾栅藻可以相互共生，释放出氧气供枯草芽孢杆菌使用，提高水体溶解氧含量，为枯草芽孢杆菌生长提供了良好的生态环境，从而大大提高了活性炭的再生效率。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种利用模拟移动床连续离交生产结晶糖的方法，其包括如下步骤：

步骤1）微滤：利用玉米淀粉酶法制备淀粉糖化液（糖度为12%），淀粉糖化液先经过1mm筛网过滤后，再过50目筛网，然后经微滤膜过滤，收集滤液；所述微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000Da，微滤温度为35℃；

步骤2）脱色：往滤液中添加占滤液 0.5%（w/w）的活性炭，200rpm搅拌10min，然后静置60min，100目筛网过滤，收集废弃活性炭和脱色液；

步骤3）离交和结晶：将步骤2）所得脱色液打入全自控模拟移动床中进行连续离交工艺，收集葡萄糖馏分，干物质量浓度为24％，葡萄糖含量为99.87％；然后浓缩蒸发至原体积的二分之一，再进入结晶机，结晶，离心分离获得晶体和母液；将晶体干燥制得成品；

步骤4）活性炭再生：往废弃活性炭中添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液，100rpm搅拌3min，然后28℃培养8h，再添加占枯草芽孢杆菌发酵液3倍体积的复合藻液，继续培养16h；过滤，收集活性炭，用去离子水清洗2遍，再经过脱水、干燥处理，得到再生的活性炭；

制备复合藻液：取小新月藻（浓度为2×10⁴cell/mL），按照7%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养，控制光强为8000lux，光暗比为12:12，水温为28℃, pH值为8，培养2天，然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻（浓度为5×10⁴cell/mL），继续培养3天，得到复合藻液；

所述培养液的组分为：硫酸铵2g/L，硫酸镁2g/L，磷酸二氢钾1g/L，磷酸氢二钾1g/L，玉米浆1g/L，硫酸亚铁0.5g/L，氯化钠0.5g/L，乙酸钠0.1g/L；

制备枯草芽孢杆菌发酵液：将枯草芽孢杆菌种子液（浓度为1×10⁸cfu/mL）按照5%的接种量接种到发酵培养基中，在温度28℃，溶氧值50mg/L，发酵培养48小时，得到枯草芽孢杆菌发酵液；所述发酵培养基的组分为：麦麸2g/L，豆粕2g/L，玉米浆1g/L，碳酸钙0.1g/L，氯化钠0.3g/L，磷酸氢二钾0.4g/L，磷酸二氢钾 0.2g/L，硫酸镁0.02g/L，硫酸锰0.02g/L；

所述步骤3）中，将上述脱色液打入全自控模拟移动床中进行连续离交工艺，具体步骤和参数如下：

1.基础数据要求：

（1）处理负荷： 进料量150m3/h

（2）开工率：年330天，日24小时；

2. 原料、洗水要求

⑴．来料要求：

进料浓度： 32%；

过滤精度： ≤10μm

电导率： ≤400μs/cm；

温度： 50-55℃；

⑵. 洗水要求

电导率： ≤20μs（中性）；

3．出料技术要求

(1)．电导率： ≤15μs/cm；

(2).pH值： 4.0-5.5

(3).透光率： ≥98%

(4).色相： ≤1

(5).色度： ≤2ICUMSA

4．单耗

(1)在进料电导率≤400us/cm时耗酸（100%）不高于2.1公斤/吨一水糖，耗碱（100%）不高于3公斤/吨一水糖，污水排放量≤0.75吨/吨一水糖。反渗透纯化水不高于1.0吨/吨一水糖。

5.实施方案

树脂柱共24台，12台阳柱，12台阴柱。

12个室并联进料，每台进料：150/12=12.5m³/h

离交柱规格：φ1200×2000（Ⅲ）

每台阳柱装填树脂4.7m3

每台阴柱装填树脂4.7m3

阳柱运行周期：

=34.56h

阴柱运行周期：

=30.72h

运行（阳柱12-12-3-4-4-1模式，阴柱12-12-3-5-3-1模式）。

6. 工艺参数

本离子交换系统共有24台离交柱，12台阳柱，12台阴柱，阳、阴两级串联走料，阳柱12个室并联进料，3个室串联脱糖，4个室串联洗涤，1个室进新再生剂，出液与洗涤水混合进入后面3个室串联再生,1个室反洗或反再生；阴柱12个室并联进料，3个室串联脱糖，5个室串联洗涤，1个室进新再生剂，出液与洗涤水混合进入后面2个室串联再生,1个室反洗或反再生。

对比例1

活性炭再生与实施例1不同，其余同实施例1；活性炭再生步骤包括：

往废弃活性炭中添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液，100rpm搅拌3min，然后28℃培养24h，过滤，收集活性炭，用去离子水清洗2遍，再经过脱水、干燥处理，得到再生的活性炭。

对比例2

活性炭再生与实施例1不同，其余同实施例1；活性炭再生步骤包括：

往废弃活性炭中添加8倍体积的复合藻液，100rpm搅拌3min，28℃培养24h；过滤，收集活性炭，用去离子水清洗2遍，再经过脱水、干燥处理，得到再生的活性炭。

实施例2

通过实施例1以及对比例1-2的再生工艺制备的活性炭，检测了再生活性炭的性能，主要采用比表面积、碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值的变化来衡量再生效果，具体见表1

表1

指标	处理前	处理后（实施例1）	处理后（对比例1）	处理后（对比例2）
					比表面积 m<sup>2</sup>/g	149.6	882.9	708.4	613.5
碘吸附值 mg/g	91.7	698.2	527.1	437.9
					亚甲基蓝吸附值为 mg/g	24.6	195.1	143.8	105.6

结论：经过再生工艺处理后，活性炭的各方面指标全面恢复，比表面积、碘吸附值以及亚甲基蓝吸附值等重要指标接近新活性炭的标准，可以重复利用，给企业节省了成本。与对比例1-2相比，实施例1活性炭再生效果最好；由枯草芽孢杆菌酶解活性炭吸附的色素、多肽、油脂等物质，进一步产生的小分子物质可以被复合藻类吸收，小新月藻和四尾栅藻可以相互共生，释放出氧气供枯草芽孢杆菌使用，从而大大提高了活性炭的再生效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用模拟移动床连续离交生产结晶糖的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1）微滤：将淀粉糖化液先经过1mm筛网过滤后，再过50目筛网，然后经微滤膜过滤，收集滤液；所述微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000Da，微滤温度为35℃；

步骤2）脱色：往滤液中添加占滤液 0.5wt%的活性炭，200rpm搅拌10min，然后静置60min，100目筛网过滤，收集废弃活性炭和脱色液；

步骤3）离交和结晶：将步骤2）所得脱色液打入全自控模拟移动床中进行连续离交工艺，收集葡萄糖馏分；然后浓缩蒸发至原体积的二分之一，再进入结晶机，结晶，离心分离获得晶体和母液；将晶体干燥制得成品；

步骤4）活性炭再生：往废弃活性炭中添加5倍重量的枯草芽孢杆菌发酵液，100rpm搅拌3min，然后28℃培养8h，再添加占枯草芽孢杆菌发酵液3倍体积的复合藻液，继续培养16h；过滤，收集活性炭，用去离子水清洗2遍，再经过脱水、干燥处理，得到再生的活性炭；

所述枯草芽孢杆菌发酵液按照如下工艺制备而得：将枯草芽孢杆菌种子液按照5%的接种量接种到发酵培养基中，在温度28℃，溶氧值50mg/L，发酵培养48小时，得到枯草芽孢杆菌发酵液；所述发酵培养基的组分为：麦麸2g/L，豆粕2g/L，玉米浆1g/L，碳酸钙0.1g/L，氯化钠0.3g/L，磷酸氢二钾0.4g/L，磷酸二氢钾 0.2g/L，硫酸镁0.02g/L，硫酸锰0.02g/L；

所述复合藻液按照如下工艺制备而得：取小新月藻，按照7%的接种量接种到含有培养液的容器中进行培养，控制光强为8000lux，光暗比为12:12，水温为28℃, pH值为8，培养2天，然后按照1:10的体积比接入四尾栅藻，继续培养3天，得到复合藻液；

所述培养液的组分为：硫酸铵2g/L，硫酸镁2g/L，磷酸二氢钾1g/L，磷酸氢二钾1g/L，玉米浆1g/L，硫酸亚铁0.5g/L，氯化钠0.5g/L，乙酸钠0.1g/L。