三氯蔗糖的内精制

徐惠彬，刘鹏升，胡 飞

（徐州工业职业技术学院， 江苏 徐州 221140）



三氯蔗糖的内精制

徐惠彬，刘鹏升，胡 飞

（徐州工业职业技术学院， 江苏 徐州 221140）

摘 要：将含有三氯蔗糖溶质的溶液进行浓缩，以获得固体产品或制取溶剂，常用方法是将稀溶液加热沸腾，使部分溶剂汽化并不断移除，从而提高溶液中溶质浓度，溶液由不饱和变为过饱和，过剩的溶质呈晶体析出。蒸发结晶的操作任务就是将不挥发性的溶质和挥发性的溶剂进行分离[1]。如何控制温度压力以及选择哪种蒸馏装置关系到蒸馏效率和产率。结果表明：先采用单效升膜式蒸发器，再用蒸馏釜蒸馏，效果比较好。

关键词：三氯蔗糖；内精制；工艺

1 关于三氯蔗糖

1.1 三氯蔗糖的物化性质

三氯蔗糖(代号：TGS)的分子式：C12H19Cl3O8；分子量：397.64；化学名：4，1'，6'，-三氯-4，1'，6'，-三脱氧半乳型蔗糖[1]。

三氯蔗糖分子结构式：

它是一种白色粉末状产品，极易溶于水、乙醇和甲醇，是目前唯一以蔗糖为原料生产的功能甜味剂，其甜度是蔗糖的600倍，且甜味纯正，甜味特性十分类似蔗糖，没有任何苦后味；无热量，不龋齿，稳定性好，尤其在水溶液中特别稳定。

1.2 三氯蔗糖的发展

英国Tate&Lyle公司的研究小组于1976年发现并成功的合成了三氯蔗糖[2]。经过长时间的毒理试验证明其安全性极高，是目前最优秀的功能性甜味剂，现已有美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯、中国等三十多个国家批准使用，是迄今为止人类开发的最完美，最具竞争力的非营养型，高强度的甜味剂[3]。三氯蔗糖已广泛应用于饮料、食品、医药、化妆品等行业，由于三氯蔗糖是一种新型非营养性甜味剂，是肥胖症、心血管病和糖尿病患者理想的食品添加剂，因此，它在保健食品和医药中的应用不断扩大。目前,人们探索了有关三氯蔗糖的开发研制的多种方法,如三苯甲基化法、单酯化法、生物法、棉籽三糖法和蔗糖衍生物的氯化法等[4]。近20年来，三氯蔗糖经受了严格而又广泛的安全性评估。单酯法只需要三步反应,收率高、成本低、中间产物易于分离，是合成三氯蔗糖的理想工艺[5]。

100多份科学研究报告得出的安全数据表明[3]，食用蔗糖素甜味剂是安全可靠的。环境学研究报告进一步证实了蔗糖素甜味剂对鱼类和水生生物均无害处，并可生物降解。

1.3 三氯蔗糖的特点

三氯蔗糖(蔗糖素)的化学名称为1，4，6一三氯蔗糖，是蔗糖分子中的三个羟基被氯原子选择性地取代而得到的高甜度甜味剂，1991年加拿大首先批准用于食品，其突出的特点是:(l)热稳定性好，温度和pH值对它几乎无影响，在焙烤工艺中比阿力甜更稳定，适用于食品加工中的高温灭菌、喷雾干燥、焙烤、挤压等工艺；(2)pH适应性广，适用于酸性至中性食品，对涩、苦等不愉快味道有掩盖效果；(3)易溶于水，溶解时不容易产生起泡现象，适用于碳酸饮料的高速灌装生产线；(4)甜味纯正，甜感呈现速度、最大甜味的感受强度、甜味持续时间、后味等都非常接近蔗糖，是一种综合性能非常理想的强力甜味剂。

2 三氯蔗糖的内精制

2.1 内精制主要耗材（见表1）

表1 内精制主要耗材

2.2 主要生产设备

（1）板框压滤机（见图1）

图1 板框压滤机示意图

（2）袋式过滤器（见图2）

图2 袋式过滤器结构示意图

（3）微孔膜过滤器（见图3）

图3 微孔膜过滤器结构示意图

（4）升膜式蒸发器（见图4）

图4 升膜式蒸发器结构示意图

（5）平板刮刀离心机（见图5）

图5 平板离心机结构示意图

2.3 内精制工艺流程

2.4 生产操作步骤及注意事项

（1）将脱保护料1200L转入成品脱色釜内，调节pH=6.0 ～6.5，加入活性炭，用65℃热水升温至50℃，保温60min.，用板框压滤机压滤至澄清为止（压滤后用100Kg纯水清洗活性炭），将滤液1300L打入成品蒸馏釜内。使用板框压滤机（见图1）时应注意：

a．在压紧滤板前，滤板应整齐排列在主梁上，且平行于止推板，避免因滤板放置不当造成主梁变形。如大梁出现变形现象，必须停机排除故障后才能开机。

b.安装滤布时应将滤布平整的包在滤板表面上，滤布上的孔与滤板孔必须对齐，并不得破损和折叠，否则会引起泄漏。

c．滤板应按滤板的规定数量配置在主梁上，任意减少滤板数量，会使油缸行程操过规定值，活塞将顶破油缸前盖，损坏油缸总成。滤板破裂后，应及时更换，不可继续使用，否则会引起其他板框的损坏。

d.冲洗滤板和滤布时不能将水溅到油箱和控制电源箱上。清洗板框和滤布时水温不要操作80℃。

e.每班注意观察液压油的油位和釉质，如油位不符合则添加，釉质如乳化则必须更换。一般情况，每半年清洗一次油箱并更换油。新机工作2个月后，需更换液压油，换油时将脏油放尽，并将油箱擦洗干净。

f.滤板的强度是根据进料压力设计，进料压力超标，滤室存在压差是造成滤板不正常损坏的主要原因，使用中必须控制进料压力在规定允许范围内，并及时疏通各滤板进料孔处的料浆沉积物，以防相邻滤室压差的产生，造成滤板的不正常损坏。

g.活塞杆经常用黄油润滑下。

（2）滤液打入成品蒸馏釜之前，使用罗茨真空泵机组抽真空，使真空度在-0.09Mpa，料完全入成品蒸馏釜后，取样自测滤膜，滤膜正常后即用65℃热水（水温控制很关键，不能超温）加热蒸馏，并记录开始蒸馏时间，使用罗茨真空泵机组应注意：

a.启动前先用手盘动各联轴器是否有卡现象（水环泵长期不用，会造成生锈使转动不灵，一般用管子钳夹住联轴器拨动一下即可）。

b.检查各泵润滑油是否在标准油位线上，如不足，应先加油。

（3）当料液呈黏稠状时即停止加热，打开循环水冷却，并记录蒸馏结束时间，计算蒸馏时间20.5h，冷至20～25℃即放入平板离心机离心，放料称重239Kg,

使用平板离心机（见图5）应注意：

a.调节刮刀动作快慢时，先将液压调节阀松开，开启动油泵，然后慢慢将压力调至4.0MPa,然后再调节各电磁阀的调节钮。

b.严禁离心机超负荷,以免影响变频器。

c.刮刀杆上涂些黄油,以保证润滑,检查里面刮刀杆上的玻璃套。

d.离心机停用时,清除滤饼层,清洗离心机。

e.严禁尖锐利器碰撞离心机衬塑。

f.机器不允计超速、超负荷运行。

g.密切监视机器运行情况,发现异常振动与响声应立即停车检查,待排除故障后再使用。

h.每班运行后做好机内外清洁工作,冲洗 掉机内外残渣、残液,清除掉滤孔、底盘出液口和机外的沉积物,以防腐蚀和影响离心机的正常工作。

2.5 设备流程改进后生产操作步骤及注意事项

（1）将脱保护料1200L转入成品脱色釜内，调节pH=6.0 ～6.5，加入活性炭，用65℃热水升温至50℃，保温60min.，用板框压滤机压滤至澄清为止（压滤后用100Kg纯水清洗活性炭），将滤液1300L打入单效薄膜蒸发器。

（2）滤液打入单效升膜式蒸发器之前，使用罗茨真空泵机组抽真空，使真空度在-0.1MPa，关闭物料系统抽真空阀、负压蒸汽系统的冷凝水出口阀，开启负压蒸汽系统的抽真空阀。待负压蒸汽发生系统抽至预定真空后关闭该系统的抽气阀；（也可以打开蒸汽近路阀用正压蒸汽置换负压蒸汽发生系统内的空气）开启冷凝水出口阀；使冷凝水出口管形成液封。开启物料系统抽真空阀，开启启物料系统冷凝器的冷却水。启动循环水泵,开启汽水混合器进汽阀；对闪蒸罐内的水进行加热;待闪蒸罐气相温度达到预定温度后，将1300L脱保护湿品转入薄膜蒸发器，料完全入薄膜蒸发器后，取样自测滤膜，滤膜正常后，记录开始蒸发时间，开蒸汽阀调节进料流量，待系统稳定并达到预定浓缩比后切换出料储罐(原储罐中浓缩液重返原料罐)正常生产观察物料系统真空是否稳定；观察浓缩物料温度是否在正常范围内，若温度过高应加大进料量或降低负压蒸汽温度，反之亦然。使用薄膜蒸发器应注意：

a.操作时，应严格控制进料量，防止管壁结焦现象发生。

b.料液一般先预热到沸点状态进入加热器体，以增加液膜比例，提高沸腾和传热系数。

c.各管路密封性能要好，连接可靠。

d.定期对密封垫进行更换和检查。

（3）当料液在单效升膜式膜蒸发器由澄清变浑浊时，记录蒸馏结束时间，计算蒸馏时间5h，浓缩后的三氯蔗糖湿品打入成品蒸馏釜之前，使用罗茨真空泵机组抽真空，使真空度在-0.09Mpa，料完全转入成品蒸馏釜后，即用65℃热水（水温控制很关键，不能超温）加热蒸馏，并记录开始蒸馏时间。

（4）当料液呈黏稠状时即停止加热，打开循环水冷却，并记录蒸馏结束时间，计算蒸馏时间4h，冷至20～25℃即放入平板刮刀离心机甩滤，放料称重257Kg。

3 结果与讨论

3.1 不同设备流程的生产结果（见表二）

表二 不同设备流程的生产结果

3.2 结果讨论

升膜蒸发器优点:内部分散成薄膜状，蒸发面大，蒸发快，溶液循环速度大。

三氯蔗糖的结垢性造成的后果：积垢导致致热阻不断增加，蒸发效能大为降低，被迫停产。

措施：高流速防止积垢生成，采用流速大的升膜式蒸发器。

三氯蔗糖浓缩液易发泡，导致浓缩液中产生大量气泡，后果是：溶液损失、产品损耗，污染其它设备，停产。

措施：增加流速，高流速冲破泡沫。降低二次蒸汽流速，防跑泡现象或设法分离回收泡沫，消除发泡，增加产量。

4 总 结

4.1 单效升膜式蒸发器的特点

1、真空下蒸发浓缩，配有抽真空装置；

2、蒸汽一次利用，热能利用率高，但是二次蒸汽未充分利用；

3、结构简单，操作方便，传热系数高，操作控制容易；

4、一般为单流型，即料液经一次浓缩基本达到成品浓度而排出；

5、蒸发时间短，适用于热敏性物料；

6、高速二次蒸汽破沫性能好，适用于易起泡沫的物料。

4.2 使用减压蒸馏的原因

减压蒸馏是分离和提纯有机化合物的一种重要方法。它特别适用于那些在常压蒸馏时未达到沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。 液体的沸点是指它的蒸气压等于外界大气压时的温度。所以液体沸腾的温度是随外界压力的降低而降低的。因而如用真空泵连接盛有液体的设备，使液体表面上的压力降低，即可降低液体的沸点。三氯蔗糖水溶液的热稳定性很好，即使在高温下其甜味和色泽也不变，这是因为三氯蔗糖在食品中的浓度很低。但纯品三氯蔗糖晶体在高温下稳定性较差，如在温度100℃时，纯品三氯蔗糖晶体在2min．内就会由无色转变为灰褐色，所以在-0.09MPa下进行蒸馏。

[参考文献]

[1]张宏丽，刘 兵．化工单元操作（第二版）[M]，北京：化学工业出版社，2010.

[2]Fred．F．Shih，周明霞．天然及合成甜味剂的最新进展[J]，食品与发酵工业，1991(5)：48-63.

[3]凌关庭.三氯蔗糖及其国际标准，食品添加剂工业[J]，1996(3)：1-6.

[4]黄 宪．有机合成化学[M]，北京：化学工业出版社，1981(2)474-475.

[5]陈维均．新型甜味剂—1‘,4,6’—三氯—1‘,4,6’—三脱氧半乳蔗糖的研制[J]，食品与发酵工业，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

作者简介：徐惠彬（1964-），男，江苏启东人，工程师，讲师，研究方向：精细化工产品的开发及工艺改进。