【文章內(nèi)容簡介】 砷含量 ≤ 甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 19 第四章 工藝技術(shù)方案 工藝技術(shù)方案的選擇 生產(chǎn)甜菊糖甙的原料是甜葉菊。甜葉菊（ steva rebeudiana Bertoni）原產(chǎn)于南美巴拉圭，是多年生菊科植物，葉中含有甜味物質(zhì)在 2 ～ %之間，一般約有 7%左右。其甜度高于白糖，為白糖的200～ 300 倍，甜味接近于白糖。甜葉菊的甜味物質(zhì)，除已知的主要成份甜菊甙 (Stevioside)外，目前還知道有 12 種具有類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，其中甜葉菊甙是甜葉菊中含量較多的主要甜味成份，國內(nèi)外生產(chǎn)甜菊甙均采用甜葉菊干葉提取、凈化、分離得到甜菊甙，本次項目也將采用這一成熟工藝。 我國約于 1977 年引種甜葉菊，不少地區(qū)已試種成功，并積累了豐富的種植經(jīng)驗，產(chǎn)量和質(zhì)量都有很大圖高，甜葉菊干葉還向日本出口。由于甜葉菊是一種可供發(fā)展利用的甜源植物，因此，國內(nèi) 有關(guān)單位對它的栽培種植、甜味成份的提取利用等，開展了研究應(yīng)用工作。 國內(nèi)外工藝技術(shù)發(fā)展概況 關(guān)于甜葉菊甜味成份一甜菊甙的提取，美國伍德 (Wood)等人曾于1955 年提出了將涼干的甜葉菊葉與碳酸鈣混合，用水浸提。所得提取液用陽離子、陰離子交換樹脂處理，再用甲醇提取，結(jié)晶而制得甜菊甙的方法 .該法在用離子交換樹脂處理時，由于提取液含有雜質(zhì)較多，對樹脂污染嚴(yán)重，因此，用做工業(yè)生產(chǎn)還存在不少問題 .美國專利提出，將甜菊葉用四氯化碳脫脂、晾干。與碳酸鈣混合，加入二噁甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 20 烷加熱迥流提取、過濾、所得提取液經(jīng) 減壓濃縮，再用甲醇提取、結(jié)晶制得甜菊甙的方法。該法在實驗室可制得甜菊甙，用于工業(yè)生產(chǎn)則被認(rèn)為費(fèi)用較高。 甜葉菊甜味成份的提取，主要是甜葉菊的浸提，提取液的凈化處理與精制分離等兒個方面。由于甜葉菊提取液中，除含有甜味成份外，尚帶有其它雜質(zhì)，如 :單寧類物質(zhì)、蛋白質(zhì)、色素等，尤其是單寧類物質(zhì)，使提取液呈黑褐色，這些雜質(zhì)的存在，給甜葉菊甜味成份的提取帶來許多困難，甚至影響制品的色澤和質(zhì)量。隨著發(fā)展生產(chǎn)的需要，近年對甜葉菊甜味成份的提取，國外 (特別是日本 )開展了許多研究工作，提出了許多改進(jìn)的提取方法。就有關(guān)專 利介紹的方法來看，甜葉菊提取液的制取，多年沒有什么大的變化。而多數(shù)是有關(guān)提取液凈化處理、精制分離方面的研究改進(jìn)。 甜葉菊浸提液的制備，一般都用水或醇在室溫或加溫的情況下，浸提甜菊干葉即可制得。有專利介紹說 :用粉碎的大小不超過 10 毫米的甜菊葉作原料，在 80℃的熱水中浸提 1 小時，甜味成份提取率可達(dá) 9798％，而在同樣條件下，用未經(jīng)粉碎的原料，提取率約在 86～ 88%左右。從而說明用粉碎的甜菊葉作原料時，有利于甜葉菊甜味成份的提取。 提取液的凈化處理，主要采用在提取液中加入 堿 。氯化物，如 :氯化鈣 、氯化鐵、聚氯化鋁。硫酸鹽如 :硫酸鐵、硫酸鎂、硫酸鋁、硫酸。碳酸鹽如 :碳酸鎂、鋁酸鈉和明礬等物質(zhì)。用加入硫酸、磷酸等酸或氫氧化鈉等堿以及充入 CO2等調(diào)節(jié)處理液的 pH 值，凝集雜質(zhì)、過濾除去，從而達(dá)到凈化提取液的目的。通過加入上述一種或兩種物質(zhì)處理后的提取液，色澤、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)會有明顯的下降，但仍有少量色素等雜質(zhì)。另外，在凈化處理中，往往使無機(jī)離子和灰分有所增甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 21 加、這主要是加入物所造成的，為了獲得較純凈的甜菊補(bǔ)制品，尚需進(jìn)一步進(jìn)行精制分離。 此外，關(guān)于甜葉菊提取液的冷化處理，還有用超濾膜過濾；合成吸附樹脂 吸附甜味成分，再用溶劑脫附分離；在提取液中加入電解質(zhì)進(jìn)行電解處理；將提取液用滲析法處理等凈化提取液方法的報道。 甜葉菊提取液甜味成分的精制分離，一般用離子交換樹脂處理除去雜質(zhì)，使之達(dá)到精制分離甜菊甙的目的。除此之外還報道有用合成吸附樹脂、特制活性碳吸附劑吸附甜味成分后用溶劑溶出的精制分離。用溶劑提取的精制分離 :用逆滲透法除去雜質(zhì)的精制分離等方法的報道。然而，在甜葉菊甜味成分的提取中，要得到高純度的制品，往往并非采用單一方法即可辦到的。因此，在一些專利方法中多綜合考慮，使用上述兩種或兩種以上的方法，使 其達(dá)到精制分離甜葉菊甜味成份的目的。 根據(jù)近年發(fā)表的有關(guān)甜葉菊甜味成份提取的專利看來，大致歸納有以下一些主要的方法 — 離子交換分離精制法 將甜葉菊干葉用熱水 (6080℃ )浸提，過濾或離心分離得提取液，然后在攪拌下采取下述任何一種方法凝集提取液的雜質(zhì)。①加入氫氧化鈣混合，充入 C02調(diào)節(jié)提取液 pH 為 ；②加入鋁酸鈉 (NaAl03)混合，用鹽酸調(diào)節(jié)提取液 pH 為 7 左右；③加入氫氧化鈣混合，過濾，濾液中再加七水合硫酸亞鐵；④加入水合氯化錫 ( )或水合氯化亞錫 (SnCl3 .XH20)，用氫氧化鈉液或石灰乳使提取液 pH 近于中性；⑥加入乙氧基鋁或丙氧基鋁，加稀鹽酸使提取液 pH 為 7，然后過濾除去凝集物，濾液經(jīng)陽離子、陰離子等交換樹脂處理，處理后的提取液濃縮，用甲醇溶解，結(jié)晶，或直接將濃縮物干燥而得制品。 甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 22 — 吸附分離精制法 將甜葉菊用水浸提，所得提取液在攪拌下采用加入石灰，充入C02，過濾，在濾液中加入磷酸使其 pH 值為 8 左右，或加入氫氧化鈣混均，除去沉淀物后加鹽酸使提取液呈酸性等方法凝集，過濾除去提取液的雜質(zhì)，然后用合成吸附樹脂或特制活性碳吸附甜菊甙；用4080％的 甲醇液脫附，濃縮脫附液，回收甲醇，在低溫 (5℃左右 )中結(jié)晶，得到制品。 — 溶劑提取分離法 在甜葉菊水提取液中，用加入堿式碳酸鎂或氫氧化鎂、氧化鎂、氫氧化鈣等 (選用一種 )，通入 CO2調(diào)節(jié)提取液 pH 為 67；加入硫酸鐵或氯化鐵等 (選用一種 )，用石灰乳調(diào)節(jié)提取液 pH 為 6 等方法凝集雜質(zhì)。過濾除去生成的凝集物，濾液經(jīng)濃縮后選用甲醇、丙酮或丁醇等溶劑提取，濃縮回收溶劑，置低溫下結(jié)晶。也可重復(fù)提取后再濃縮、結(jié)晶得制品。 — 滲析分離精制法 用甜葉菊與氫氧化鈣或硝石灰混合后經(jīng)水浸提得到的提取液，充入 CO2調(diào) 節(jié)提取液 pH 為中性，或加 PAC(聚氯化鎂 )凝集雜質(zhì)，用氫氧化鈣調(diào)節(jié)提取液 pH 為 7 左右等方法除去凝集物。將提取液濃縮后用陰、陽離子交換膜交替安裝的電滲析器處理，處理液直接噴霧干燥?；?qū)㈦姖B析處理液用吸附樹脂吸附甜味成份，用甲醇或乙醇液脫附、濃縮縮回收溶劑，噴霧干燥 .也可將電滲析處理液用陰、陽離子交換樹脂再處理一次，噴霧千燥，得制品。 — 離子交換分離精制法 甜葉菊用熱水浸提，浸提液用氫氧化鈉調(diào) PH 為 7 左右，用吸附劑 M511 吸附雜質(zhì)，過濾，濾液經(jīng)陽離子和陰離子交換樹脂處理，處甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 23 理液經(jīng)濃縮后用甲醇溶解，在 5℃左右放置結(jié)晶，得制品。 還有將水浸提液，直接經(jīng)吸附樹脂 (吸附甜味成份，用 60%的乙醇液脫附，餾去乙醇，所得提取液用多孔陰離子交換樹脂處理，處理液經(jīng)濃縮、干燥即成制品。 將甜葉菊浸提液，經(jīng)吸附樹脂吸附甜味成份，用 85％的甲醇或65～ 70％的乙醇液脫附，在脫附液中加入氫氧化鈣 (也可用硝石灰飽和液 )，過濾除去凝集物，濾液經(jīng)陽離子、陰離子交換樹脂處理，餾去脫附溶劑，噴霧干燥。也可將處理液濃縮，用甲醇結(jié)晶得制品。 在甜葉菊水浸提液中加入氯化鈉使之 成為電解質(zhì)溶液，在鋁板作電極的電解槽內(nèi)，用轉(zhuǎn)換電解法處理提取液，離心分離除去氫氧化鋁吸附物，所得電解處理液用陽、陰離子交換樹脂脫鹽，濃縮、噴霧干燥得制品。還有將電解處理液，用離子交換膜電滲析法脫鹽，再經(jīng)離子交換樹脂處理，濃縮、干燥而得制品。 甜葉菊浸提液，用對甜菊甙透過性好而阻擋雜質(zhì)透過性高的聚颯過濾膜超濾，濾液再經(jīng)對甜菊甙透過阻擋性高的醋酸纖維膜逆滲透除去雜質(zhì)。然后用硝石灰處理除去沉淀物，用鹽酸中和、干燥、再用甲醇溶解，結(jié)晶得制品 。 還有將超濾所得的提取液，加硝石灰處理，除 去硝石灰后用鹽酸中和，經(jīng)兩性膜逆滲透除去雜質(zhì)，再用甲醇溶解、結(jié)晶。 該法主要是不用水而用溶劑對甜葉菊進(jìn)行浸提，浸提溶劑可用丙酮、甲醇、乙醇等，浸提后回收溶劑，加水溶解浸提物，然后再用吸甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 24 附劑吸附或采用凝集、離子交換樹脂處理等方法 工藝流程和消耗定額 工藝流程 ： 工藝流程簡圖： 回收乙醇 稀乙醇 濃糖液 圖 41 甜菊糖生產(chǎn)工藝流程簡圖 外運(yùn) 純化水 甜菊干葉 浸泡罐 復(fù)鹽沉淀罐 板框過濾 石灰、絮凝劑 廢渣 離子吸附 純化水、乙 醇 陰陽離子脫鹽 一次碳脫缸 活性碳 膜過濾 高效酒精回收塔 二次 碳脫缸 活性碳、純化水 板框過濾 廢渣 外運(yùn) 精過濾 噴霧干燥塔 成品包裝 甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 25 本工藝以甜菊干葉為原料，甜菊干葉經(jīng)篩網(wǎng)篩分除雜后，投入浸泡罐，并用軟化水浸泡，浸出液泵送糖液儲存罐暫存。然后送入復(fù)鹽沉淀罐，加入適量的石灰和三氯化鐵等凝聚劑進(jìn)行凝聚除去葉綠素、蛋白質(zhì)、纖維 等雜質(zhì)，攪拌均勻后泵送粗濾機(jī)粗過濾除去糖液中的凝聚物，粗濾液再用板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離；過濾渣做為有機(jī)廢物外運(yùn)堆肥。壓濾液經(jīng)過細(xì)濾機(jī)進(jìn)一步除雜后注入離子吸附柱分離 甜菊甙 ，吸附后用純水反復(fù)漂洗離子吸附柱，再使用乙醇液進(jìn)行解吸；解吸液進(jìn)入陰、陽離子柱進(jìn)行脫鹽，除去其中的離子，使用后的離子柱用鹽酸和燒堿溶液進(jìn)行再生。然后乙醇液加入一次碳脫缸經(jīng)活性碳進(jìn)行醇相脫色；脫色液經(jīng)過薄膜蒸發(fā)器進(jìn)行真空蒸發(fā)濃縮得到濃糖液，冷凝后的稀酒精再經(jīng)高效酒精回收塔進(jìn)行乙醇回收，回收乙醇可反復(fù)套用。濃糖液加入二次碳脫缸并加入純化水稀釋后采 用活性碳進(jìn)行水相脫色，通過板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離去雜，過濾液再經(jīng)過微孔精密過濾，送噴霧干燥塔噴霧干燥得產(chǎn)品。 原、輔材料及動力消耗 甜葉菊生產(chǎn)裝置主要原、輔材料及動力消耗見表 41。 表 41 甜葉菊主要原、輔材料及動力消耗 序號 項 目 正常年年消耗量 單價（元 /噸） 單位 數(shù)量 含稅價 不含稅價 材料 甜菊干葉 噸 39000 20210 乙醇（≥95%） 噸 1500 5100 燒堿 噸 2400 2060 鹽酸 噸 1680 硫酸亞鐵 噸 3000 生石灰 噸 3000 甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 26 包裝箱 套 75000 動力 電 萬度 元 /度 元 /度 新鮮水 萬噸 煤 噸 7500 500 工藝流程特點 ①采用軟化水浸泡，可減少生產(chǎn)過程中有害離子帶入； ②采用粗濾， 細(xì)濾并用，可保護(hù)吸附樹脂，延長樹脂使用壽命； ③工藝?yán)淠赜茫み^濾濃縮節(jié)約能源。 ④采用醇相脫色與水相脫色并舉，增加產(chǎn)品顏色白度。 ⑤采用結(jié)晶提純捉高產(chǎn)品品質(zhì)。 ⑥甜葉菊廢渣經(jīng)多級發(fā)酵，克服了微生物菌群之間的拮抗作用。 自控水平 概述 本工程設(shè)計范圍包括：甜葉菊主生產(chǎn)車間、酒精回收產(chǎn)車間等的自控設(shè)計。 環(huán)境特征 在本項目的反應(yīng)原料中酒精、燒堿、鹽酸、廢渣等屬于易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕的工藝介質(zhì)，所以主生產(chǎn)裝置必須防火、防爆和防腐蝕?，F(xiàn)場檢測儀表主要采用本安型儀表。裝置環(huán)境應(yīng)設(shè)置 有乙醇?xì)怏w濃度檢測傳感器，以監(jiān)視、報警，杜絕人身傷害事故發(fā)生。 自控水平 本工程設(shè)計采用常規(guī)模擬儀表的控制方式。選用常規(guī)模擬儀表進(jìn)行就地檢測各種工藝參數(shù)，確保生產(chǎn)裝置安全、可靠地運(yùn)行。對于現(xiàn)甜菊糖提取及提純產(chǎn)業(yè)化項目 27 場巡視及開停車時必須在現(xiàn)場觀察的參數(shù)設(shè)就地指示儀表。通過緊急停車系統(tǒng)對整個裝置實施安全聯(lián)鎖保護(hù)及可燃?xì)怏w報警等，以提高全廠自動化水平和管理水平，保障裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕勞動強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。 (1)溫度測量儀表 就地指示的溫度儀表選用抽芯時雙金屬溫度計，溫度計 套管的材質(zhì)一般情況下選用不銹鋼，腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)選用 316L。 (2)壓力（差壓）測量儀表 就地指示的采用彈簧管壓力表或隔膜壓力表等。 (3)流量測量儀表 對于易結(jié)晶、含固、腐蝕性介質(zhì)的流量選用電磁流量計。 (4)物位測量儀表 測量一般液體的液位選用差壓變送器。 動力供應(yīng) (1) 儀表用電源應(yīng)符合下列要求 : 常規(guī)儀表電源 交流 :220V177。 10% ； 頻率為 50177。 1HZ；