徐惠彬，劉鵬升，胡 飛

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 徐州 221140）

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三氯蔗糖的內(nèi)精制

徐惠彬，劉鵬升，胡 飛

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 徐州 221140）

摘 要：將含有三氯蔗糖溶質(zhì)的溶液進(jìn)行濃縮，以獲得固體產(chǎn)品或制取溶劑，常用方法是將稀溶液加熱沸騰，使部分溶劑汽化并不斷移除，從而提高溶液中溶質(zhì)濃度，溶液由不飽和變?yōu)檫^飽和，過剩的溶質(zhì)呈晶體析出。蒸發(fā)結(jié)晶的操作任務(wù)就是將不揮發(fā)性的溶質(zhì)和揮發(fā)性的溶劑進(jìn)行分離[1]。如何控制溫度壓力以及選擇哪種蒸餾裝置關(guān)系到蒸餾效率和產(chǎn)率。結(jié)果表明：先采用單效升膜式蒸發(fā)器，再用蒸餾釜蒸餾，效果比較好。

關(guān)鍵詞：三氯蔗糖；內(nèi)精制；工藝

1 關(guān)于三氯蔗糖

1.1 三氯蔗糖的物化性質(zhì)

三氯蔗糖(代號：TGS)的分子式：C12H19Cl3O8；分子量：397.64；化學(xué)名：4，1'，6'，-三氯-4，1'，6'，-三脫氧半乳型蔗糖[1]。

三氯蔗糖分子結(jié)構(gòu)式：

它是一種白色粉末狀產(chǎn)品，極易溶于水、乙醇和甲醇，是目前唯一以蔗糖為原料生產(chǎn)的功能甜味劑，其甜度是蔗糖的600倍，且甜味純正，甜味特性十分類似蔗糖，沒有任何苦后味；無熱量，不齲齒，穩(wěn)定性好，尤其在水溶液中特別穩(wěn)定。

1.2 三氯蔗糖的發(fā)展

英國Tate&Lyle公司的研究小組于1976年發(fā)現(xiàn)并成功的合成了三氯蔗糖[2]。經(jīng)過長時(shí)間的毒理試驗(yàn)證明其安全性極高，是目前最優(yōu)秀的功能性甜味劑，現(xiàn)已有美國、加拿大、澳大利亞、俄羅斯、中國等三十多個(gè)國家批準(zhǔn)使用，是迄今為止人類開發(fā)的最完美，最具競爭力的非營養(yǎng)型，高強(qiáng)度的甜味劑[3]。三氯蔗糖已廣泛應(yīng)用于飲料、食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)，由于三氯蔗糖是一種新型非營養(yǎng)性甜味劑，是肥胖癥、心血管病和糖尿病患者理想的食品添加劑，因此，它在保健食品和醫(yī)藥中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。目前,人們探索了有關(guān)三氯蔗糖的開發(fā)研制的多種方法,如三苯甲基化法、單酯化法、生物法、棉籽三糖法和蔗糖衍生物的氯化法等[4]。近20年來，三氯蔗糖經(jīng)受了嚴(yán)格而又廣泛的安全性評估。單酯法只需要三步反應(yīng),收率高、成本低、中間產(chǎn)物易于分離，是合成三氯蔗糖的理想工藝[5]。

100多份科學(xué)研究報(bào)告得出的安全數(shù)據(jù)表明[3]，食用蔗糖素甜味劑是安全可靠的。環(huán)境學(xué)研究報(bào)告進(jìn)一步證實(shí)了蔗糖素甜味劑對魚類和水生生物均無害處，并可生物降解。

1.3 三氯蔗糖的特點(diǎn)

三氯蔗糖(蔗糖素)的化學(xué)名稱為1，4，6一三氯蔗糖，是蔗糖分子中的三個(gè)羥基被氯原子選擇性地取代而得到的高甜度甜味劑，1991年加拿大首先批準(zhǔn)用于食品，其突出的特點(diǎn)是:(l)熱穩(wěn)定性好，溫度和pH值對它幾乎無影響，在焙烤工藝中比阿力甜更穩(wěn)定，適用于食品加工中的高溫滅菌、噴霧干燥、焙烤、擠壓等工藝；(2)pH適應(yīng)性廣，適用于酸性至中性食品，對澀、苦等不愉快味道有掩蓋效果；(3)易溶于水，溶解時(shí)不容易產(chǎn)生起泡現(xiàn)象，適用于碳酸飲料的高速灌裝生產(chǎn)線；(4)甜味純正，甜感呈現(xiàn)速度、最大甜味的感受強(qiáng)度、甜味持續(xù)時(shí)間、后味等都非常接近蔗糖，是一種綜合性能非常理想的強(qiáng)力甜味劑。

2 三氯蔗糖的內(nèi)精制

2.1 內(nèi)精制主要耗材（見表1）

表1 內(nèi)精制主要耗材

2.2 主要生產(chǎn)設(shè)備

（1）板框壓濾機(jī)（見圖1）

圖1 板框壓濾機(jī)示意圖

（2）袋式過濾器（見圖2）

圖2 袋式過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

（3）微孔膜過濾器（見圖3）

圖3 微孔膜過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

（4）升膜式蒸發(fā)器（見圖4）

圖4 升膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖

（5）平板刮刀離心機(jī)（見圖5）

圖5 平板離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 內(nèi)精制工藝流程

2.4 生產(chǎn)操作步驟及注意事項(xiàng)

（1）將脫保護(hù)料1200L轉(zhuǎn)入成品脫色釜內(nèi)，調(diào)節(jié)pH=6.0 ～6.5，加入活性炭，用65℃熱水升溫至50℃，保溫60min.，用板框壓濾機(jī)壓濾至澄清為止（壓濾后用100Kg純水清洗活性炭），將濾液1300L打入成品蒸餾釜內(nèi)。使用板框壓濾機(jī)（見圖1）時(shí)應(yīng)注意：

a．在壓緊濾板前，濾板應(yīng)整齊排列在主梁上，且平行于止推板，避免因?yàn)V板放置不當(dāng)造成主梁變形。如大梁出現(xiàn)變形現(xiàn)象，必須停機(jī)排除故障后才能開機(jī)。

b.安裝濾布時(shí)應(yīng)將濾布平整的包在濾板表面上，濾布上的孔與濾板孔必須對齊，并不得破損和折疊，否則會引起泄漏。

c．濾板應(yīng)按濾板的規(guī)定數(shù)量配置在主梁上，任意減少濾板數(shù)量，會使油缸行程操過規(guī)定值，活塞將頂破油缸前蓋，損壞油缸總成。濾板破裂后，應(yīng)及時(shí)更換，不可繼續(xù)使用，否則會引起其他板框的損壞。

d.沖洗濾板和濾布時(shí)不能將水濺到油箱和控制電源箱上。清洗板框和濾布時(shí)水溫不要操作80℃。

e.每班注意觀察液壓油的油位和釉質(zhì)，如油位不符合則添加，釉質(zhì)如乳化則必須更換。一般情況，每半年清洗一次油箱并更換油。新機(jī)工作2個(gè)月后，需更換液壓油，換油時(shí)將臟油放盡，并將油箱擦洗干凈。

f.濾板的強(qiáng)度是根據(jù)進(jìn)料壓力設(shè)計(jì)，進(jìn)料壓力超標(biāo)，濾室存在壓差是造成濾板不正常損壞的主要原因，使用中必須控制進(jìn)料壓力在規(guī)定允許范圍內(nèi)，并及時(shí)疏通各濾板進(jìn)料孔處的料漿沉積物，以防相鄰濾室壓差的產(chǎn)生，造成濾板的不正常損壞。

g.活塞桿經(jīng)常用黃油潤滑下。

（2）濾液打入成品蒸餾釜之前，使用羅茨真空泵機(jī)組抽真空，使真空度在-0.09Mpa，料完全入成品蒸餾釜后，取樣自測濾膜，濾膜正常后即用65℃熱水（水溫控制很關(guān)鍵，不能超溫）加熱蒸餾，并記錄開始蒸餾時(shí)間，使用羅茨真空泵機(jī)組應(yīng)注意：

a.啟動前先用手盤動各聯(lián)軸器是否有卡現(xiàn)象（水環(huán)泵長期不用，會造成生銹使轉(zhuǎn)動不靈，一般用管子鉗夾住聯(lián)軸器撥動一下即可）。

b.檢查各泵潤滑油是否在標(biāo)準(zhǔn)油位線上，如不足，應(yīng)先加油。

（3）當(dāng)料液呈黏稠狀時(shí)即停止加熱，打開循環(huán)水冷卻，并記錄蒸餾結(jié)束時(shí)間，計(jì)算蒸餾時(shí)間20.5h，冷至20～25℃即放入平板離心機(jī)離心，放料稱重239Kg,

使用平板離心機(jī)（見圖5）應(yīng)注意：

a.調(diào)節(jié)刮刀動作快慢時(shí)，先將液壓調(diào)節(jié)閥松開，開啟動油泵，然后慢慢將壓力調(diào)至4.0MPa,然后再調(diào)節(jié)各電磁閥的調(diào)節(jié)鈕。

b.嚴(yán)禁離心機(jī)超負(fù)荷,以免影響變頻器。

c.刮刀桿上涂些黃油,以保證潤滑,檢查里面刮刀桿上的玻璃套。

d.離心機(jī)停用時(shí),清除濾餅層,清洗離心機(jī)。

e.嚴(yán)禁尖銳利器碰撞離心機(jī)襯塑。

f.機(jī)器不允計(jì)超速、超負(fù)荷運(yùn)行。

g.密切監(jiān)視機(jī)器運(yùn)行情況,發(fā)現(xiàn)異常振動與響聲應(yīng)立即停車檢查,待排除故障后再使用。

h.每班運(yùn)行后做好機(jī)內(nèi)外清潔工作,沖洗 掉機(jī)內(nèi)外殘?jiān)?、殘?清除掉濾孔、底盤出液口和機(jī)外的沉積物,以防腐蝕和影響離心機(jī)的正常工作。

2.5 設(shè)備流程改進(jìn)后生產(chǎn)操作步驟及注意事項(xiàng)

（1）將脫保護(hù)料1200L轉(zhuǎn)入成品脫色釜內(nèi)，調(diào)節(jié)pH=6.0 ～6.5，加入活性炭，用65℃熱水升溫至50℃，保溫60min.，用板框壓濾機(jī)壓濾至澄清為止（壓濾后用100Kg純水清洗活性炭），將濾液1300L打入單效薄膜蒸發(fā)器。

（2）濾液打入單效升膜式蒸發(fā)器之前，使用羅茨真空泵機(jī)組抽真空，使真空度在-0.1MPa，關(guān)閉物料系統(tǒng)抽真空閥、負(fù)壓蒸汽系統(tǒng)的冷凝水出口閥，開啟負(fù)壓蒸汽系統(tǒng)的抽真空閥。待負(fù)壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)抽至預(yù)定真空后關(guān)閉該系統(tǒng)的抽氣閥；（也可以打開蒸汽近路閥用正壓蒸汽置換負(fù)壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)內(nèi)的空氣）開啟冷凝水出口閥；使冷凝水出口管形成液封。開啟物料系統(tǒng)抽真空閥，開啟啟物料系統(tǒng)冷凝器的冷卻水。啟動循環(huán)水泵,開啟汽水混合器進(jìn)汽閥；對閃蒸罐內(nèi)的水進(jìn)行加熱;待閃蒸罐氣相溫度達(dá)到預(yù)定溫度后，將1300L脫保護(hù)濕品轉(zhuǎn)入薄膜蒸發(fā)器，料完全入薄膜蒸發(fā)器后，取樣自測濾膜，濾膜正常后，記錄開始蒸發(fā)時(shí)間，開蒸汽閥調(diào)節(jié)進(jìn)料流量，待系統(tǒng)穩(wěn)定并達(dá)到預(yù)定濃縮比后切換出料儲罐(原儲罐中濃縮液重返原料罐)正常生產(chǎn)觀察物料系統(tǒng)真空是否穩(wěn)定；觀察濃縮物料溫度是否在正常范圍內(nèi)，若溫度過高應(yīng)加大進(jìn)料量或降低負(fù)壓蒸汽溫度，反之亦然。使用薄膜蒸發(fā)器應(yīng)注意：

a.操作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)料量，防止管壁結(jié)焦現(xiàn)象發(fā)生。

b.料液一般先預(yù)熱到沸點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)入加熱器體，以增加液膜比例，提高沸騰和傳熱系數(shù)。

c.各管路密封性能要好，連接可靠。

d.定期對密封墊進(jìn)行更換和檢查。

（3）當(dāng)料液在單效升膜式膜蒸發(fā)器由澄清變渾濁時(shí)，記錄蒸餾結(jié)束時(shí)間，計(jì)算蒸餾時(shí)間5h，濃縮后的三氯蔗糖濕品打入成品蒸餾釜之前，使用羅茨真空泵機(jī)組抽真空，使真空度在-0.09Mpa，料完全轉(zhuǎn)入成品蒸餾釜后，即用65℃熱水（水溫控制很關(guān)鍵，不能超溫）加熱蒸餾，并記錄開始蒸餾時(shí)間。

（4）當(dāng)料液呈黏稠狀時(shí)即停止加熱，打開循環(huán)水冷卻，并記錄蒸餾結(jié)束時(shí)間，計(jì)算蒸餾時(shí)間4h，冷至20～25℃即放入平板刮刀離心機(jī)甩濾，放料稱重257Kg。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同設(shè)備流程的生產(chǎn)結(jié)果（見表二）

表二 不同設(shè)備流程的生產(chǎn)結(jié)果

3.2 結(jié)果討論

升膜蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn):內(nèi)部分散成薄膜狀，蒸發(fā)面大，蒸發(fā)快，溶液循環(huán)速度大。

三氯蔗糖的結(jié)垢性造成的后果：積垢導(dǎo)致致熱阻不斷增加，蒸發(fā)效能大為降低，被迫停產(chǎn)。

措施：高流速防止積垢生成，采用流速大的升膜式蒸發(fā)器。

三氯蔗糖濃縮液易發(fā)泡，導(dǎo)致濃縮液中產(chǎn)生大量氣泡，后果是：溶液損失、產(chǎn)品損耗，污染其它設(shè)備，停產(chǎn)。

措施：增加流速，高流速沖破泡沫。降低二次蒸汽流速，防跑泡現(xiàn)象或設(shè)法分離回收泡沫，消除發(fā)泡，增加產(chǎn)量。

4 總 結(jié)

4.1 單效升膜式蒸發(fā)器的特點(diǎn)

1、真空下蒸發(fā)濃縮，配有抽真空裝置；

2、蒸汽一次利用，熱能利用率高，但是二次蒸汽未充分利用；

3、結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，傳熱系數(shù)高，操作控制容易；

4、一般為單流型，即料液經(jīng)一次濃縮基本達(dá)到成品濃度而排出；

5、蒸發(fā)時(shí)間短，適用于熱敏性物料；

6、高速二次蒸汽破沫性能好，適用于易起泡沫的物料。

4.2 使用減壓蒸餾的原因

減壓蒸餾是分離和提純有機(jī)化合物的一種重要方法。它特別適用于那些在常壓蒸餾時(shí)未達(dá)到沸點(diǎn)即已受熱分解、氧化或聚合的物質(zhì)。 液體的沸點(diǎn)是指它的蒸氣壓等于外界大氣壓時(shí)的溫度。所以液體沸騰的溫度是隨外界壓力的降低而降低的。因而如用真空泵連接盛有液體的設(shè)備，使液體表面上的壓力降低，即可降低液體的沸點(diǎn)。三氯蔗糖水溶液的熱穩(wěn)定性很好，即使在高溫下其甜味和色澤也不變，這是因?yàn)槿日崽窃谑称分械臐舛群艿?。但純品三氯蔗糖晶體在高溫下穩(wěn)定性較差，如在溫度100℃時(shí)，純品三氯蔗糖晶體在2min．內(nèi)就會由無色轉(zhuǎn)變?yōu)榛液稚栽?0.09MPa下進(jìn)行蒸餾。

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[5]陳維均．新型甜味劑—1‘,4,6’—三氯—1‘,4,6’—三脫氧半乳蔗糖的研制[J]，食品與發(fā)酵工業(yè)，1991(3)：66-88.

In-refining of Tri-chlorinated Sucrose

Xu Huibin,Liu Pengsheng,Hu Fei
（Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou 221140，China）

Abstract:The containing tri-chlorinated sucrose solute solution for concentration, to achieve solid products or making solvent, commonly used method is to dilute solution heating boiling, make part of the solvent evaporation and constantly removed, so as to improve solution solute concentration, solution by unsaturated into supersaturated, excess solute is crystal precipitation. Evaporation crystallization operation task is will not volatile solute and volatile solvent separation. How to control the temperature and pressure and choose which kind of distillation device relates to distillation efficiency and yield. The results show that the single round robin first outside heating evaporator, reoccupy still distillation, the effect is better.

Key words:tri-chlorinated sucrose；in-refining；process

作者簡介：徐惠彬（1964-），男，江蘇啟東人，工程師，講師，研究方向：精細(xì)化工產(chǎn)品的開發(fā)及工藝改進(jìn)。