三氯蔗糖的內精制

徐惠彬，劉鵬升，胡 飛

（徐州工業職業技術學院， 江蘇 徐州 221140）

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三氯蔗糖的內精制

徐惠彬，劉鵬升，胡 飛

（徐州工業職業技術學院， 江蘇 徐州 221140）

摘 要：將含有三氯蔗糖溶質的溶液進行濃縮，以獲得固體產品或制取溶劑，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濃度，溶液由不飽和變為過飽和，過剩的溶質呈晶體析出。蒸發結晶的操作任務就是將不揮發性的溶質和揮發性的溶劑進行分離[1]。如何控制溫度壓力以及選擇哪種蒸餾裝置關系到蒸餾效率和產率。結果表明：先采用單效升膜式蒸發器，再用蒸餾釜蒸餾，效果比較好。

關鍵詞：三氯蔗糖；內精制；工藝

1 關于三氯蔗糖

1.1 三氯蔗糖的物化性質

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

三氯蔗糖分子結構式：

它是一種白色粉末狀產品，極易溶于水、乙醇和甲醇，是目前唯一以蔗糖為原料生產的功能甜味劑，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，穩定性好，尤其在水溶液中特別穩定。

1.2 三氯蔗糖的發展

英國Tate&Lyle公司的研究小組于1976年發現并成功的合成了三氯蔗糖[2]。經過長時間的毒理試驗證明其安全性極高，是目前最優秀的功能性甜味劑，現已有美國、加拿大、澳大利亞、俄羅斯、中國等三十多個國家批準使用，是迄今為止人類開發的最完美，最具競爭力的非營養型，高強度的甜味劑[3]。三氯蔗糖已廣泛應用于飲料、食品、醫藥、化妝品等行業，由于三氯蔗糖是一種新型非營養性甜味劑，是肥胖癥、心血管病和糖尿病患者理想的食品添加劑，因此，它在保健食品和醫藥中的應用不斷擴大。目前,人們探索了有關三氯蔗糖的開發研制的多種方法,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，三氯蔗糖經受了嚴格而又廣泛的安全性評估。單酯法只需要三步反應,收率高、成本低、中間產物易于分離，是合成三氯蔗糖的理想工藝[5]。

100多份科學研究報告得出的安全數據表明[3]，食用蔗糖素甜味劑是安全可靠的。環境學研究報告進一步證實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

三氯蔗糖(蔗糖素)的化學名稱為1，4，6一三氯蔗糖，是蔗糖分子中的三個羥基被氯原子選擇性地取代而得到的高甜度甜味劑，1991年加拿大首先批準用于食品，其突出的特點是:(l)熱穩定性好，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，溶解時不容易產生起泡現象，適用于碳酸飲料的高速灌裝生產線；(4)甜味純正，甜感呈現速度、最大甜味的感受強度、甜味持續時間、后味等都非常接近蔗糖，是一種綜合性能非常理想的強力甜味劑。

2 三氯蔗糖的內精制

2.1 內精制主要耗材（見表1）

表1 內精制主要耗材

2.2 主要生產設備

（1）板框壓濾機（見圖1）

圖1 板框壓濾機示意圖

（2）袋式過濾器（見圖2）

圖2 袋式過濾器結構示意圖

（3）微孔膜過濾器（見圖3）

圖3 微孔膜過濾器結構示意圖

（4）升膜式蒸發器（見圖4）

圖4 升膜式蒸發器結構示意圖

（5）平板刮刀離心機（見圖5）

圖5 平板離心機結構示意圖

2.3 內精制工藝流程

2.4 生產操作步驟及注意事項

（1）將脫保護料1200L轉入成品脫色釜內，調節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。使用板框壓濾機（見圖1）時應注意：

a．在壓緊濾板前，濾板應整齊排列在主梁上，且平行于止推板，避免因濾板放置不當造成主梁變形。如大梁出現變形現象，必須停機排除故障后才能開機。

b.安裝濾布時應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．濾板應按濾板的規定數量配置在主梁上，任意減少濾板數量，會使油缸行程操過規定值，活塞將頂破油缸前蓋，損壞油缸總成。濾板破裂后，應及時更換，不可繼續使用，否則會引起其他板框的損壞。

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

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

f.濾板的強度是根據進料壓力設計，進料壓力超標，濾室存在壓差是造成濾板不正常損壞的主要原因，使用中必須控制進料壓力在規定允許范圍內，并及時疏通各濾板進料孔處的料漿沉積物，以防相鄰濾室壓差的產生，造成濾板的不正常損壞。

g.活塞桿經常用黃油潤滑下。

（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（水溫控制很關鍵，不能超溫）加熱蒸餾，并記錄開始蒸餾時間，使用羅茨真空泵機組應注意：

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

b.檢查各泵潤滑油是否在標準油位線上，如不足，應先加油。

（3）當料液呈黏稠狀時即停止加熱，打開循環水冷卻，并記錄蒸餾結束時間，計算蒸餾時間20.5h，冷至20～25℃即放入平板離心機離心，放料稱重239Kg,

使用平板離心機（見圖5）應注意：

a.調節刮刀動作快慢時，先將液壓調節閥松開，開啟動油泵，然后慢慢將壓力調至4.0MPa,然后再調節各電磁閥的調節鈕。

b.嚴禁離心機超負荷,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.離心機停用時,清除濾餅層,清洗離心機。

e.嚴禁尖銳利器碰撞離心機襯塑。

f.機器不允計超速、超負荷運行。

g.密切監視機器運行情況,發現異常振動與響聲應立即停車檢查,待排除故障后再使用。

h.每班運行后做好機內外清潔工作,沖洗 掉機內外殘渣、殘液,清除掉濾孔、底盤出液口和機外的沉積物,以防腐蝕和影響離心機的正常工作。

2.5 設備流程改進后生產操作步驟及注意事項

（1）將脫保護料1200L轉入成品脫色釜內，調節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打入單效薄膜蒸發器。

（2）濾液打入單效升膜式蒸發器之前，使用羅茨真空泵機組抽真空，使真空度在-0.1MPa，關閉物料系統抽真空閥、負壓蒸汽系統的冷凝水出口閥，開啟負壓蒸汽系統的抽真空閥。待負壓蒸汽發生系統抽至預定真空后關閉該系統的抽氣閥；（也可以打開蒸汽近路閥用正壓蒸汽置換負壓蒸汽發生系統內的空氣）開啟冷凝水出口閥；使冷凝水出口管形成液封。開啟物料系統抽真空閥，開啟啟物料系統冷凝器的冷卻水。啟動循環水泵,開啟汽水混合器進汽閥；對閃蒸罐內的水進行加熱;待閃蒸罐氣相溫度達到預定溫度后，將1300L脫保護濕品轉入薄膜蒸發器，料完全入薄膜蒸發器后，取樣自測濾膜，濾膜正常后，記錄開始蒸發時間，開蒸汽閥調節進料流量，待系統穩定并達到預定濃縮比后切換出料儲罐(原儲罐中濃縮液重返原料罐)正常生產觀察物料系統真空是否穩定；觀察濃縮物料溫度是否在正常范圍內，若溫度過高應加大進料量或降低負壓蒸汽溫度，反之亦然。使用薄膜蒸發器應注意：

a.操作時，應嚴格控制進料量，防止管壁結焦現象發生。

b.料液一般先預熱到沸點狀態進入加熱器體，以增加液膜比例，提高沸騰和傳熱系數。

c.各管路密封性能要好，連接可靠。

d.定期對密封墊進行更換和檢查。

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

（4）當料液呈黏稠狀時即停止加熱，打開循環水冷卻，并記錄蒸餾結束時間，計算蒸餾時間4h，冷至20～25℃即放入平板刮刀離心機甩濾，放料稱重257Kg。

3 結果與討論

3.1 不同設備流程的生產結果（見表二）

表二 不同設備流程的生產結果

3.2 結果討論

升膜蒸發器優點:內部分散成薄膜狀，蒸發面大，蒸發快，溶液循環速度大。

三氯蔗糖的結垢性造成的后果：積垢導致致熱阻不斷增加，蒸發效能大為降低，被迫停產。

措施：高流速防止積垢生成，采用流速大的升膜式蒸發器。

三氯蔗糖濃縮液易發泡，導致濃縮液中產生大量氣泡，后果是：溶液損失、產品損耗，污染其它設備，停產。

措施：增加流速，高流速沖破泡沫。降低二次蒸汽流速，防跑泡現象或設法分離回收泡沫，消除發泡，增加產量。

4 總 結

4.1 單效升膜式蒸發器的特點

1、真空下蒸發濃縮，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、結構簡單，操作方便，傳熱系數高，操作控制容易；

4、一般為單流型，即料液經一次濃縮基本達到成品濃度而排出；

5、蒸發時間短，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化合物的一種重要方法。它特別適用于那些在常壓蒸餾時未達到沸點即已受熱分解、氧化或聚合的物質。 液體的沸點是指它的蒸氣壓等于外界大氣壓時的溫度。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備，使液體表面上的壓力降低，即可降低液體的沸點。三氯蔗糖水溶液的熱穩定性很好，即使在高溫下其甜味和色澤也不變，這是因為三氯蔗糖在食品中的濃度很低。但純品三氯蔗糖晶體在高溫下穩定性較差，如在溫度100℃時，純品三氯蔗糖晶體在2min．內就會由無色轉變為灰褐色，所以在-0.09MPa下進行蒸餾。

[參考文獻]

[1]張宏麗，劉 兵．化工單元操作（第二版）[M]，北京：化學工業出版社，2010.

[2]Fred．F．Shih，周明霞．天然及合成甜味劑的最新進展[J]，食品與發酵工業，1991(5)：48-63.

[3]凌關庭.三氯蔗糖及其國際標準，食品添加劑工業[J]，1996(3)：1-6.

[4]黃 憲．有機合成化學[M]，北京：化學工業出版社，1981(2)474-475.

[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]，食品與發酵工業，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：精細化工產品的開發及工藝改進。