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摘要：木糖醇是一种重要的工业原料，在食品、医药、化工等行业中有广泛的应用，以纤维原料（如玉米芯、稻壳、麦秸等）为原料，经过一定的手段制备而成。我国南方地区甘蔗叶资源丰富，且木聚糖含量丰富，但是目前大部分被弃之在田或者燃烧掉，造成资源浪费。通过讨论甘蔗叶木糖醇的制取过程及工艺路线，给出了各个阶段的基本控制参数。
关键词：甘蔗叶;催化加氢;木糖醇
中图分类号：TS245.8 文献标志码：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.04.032
Study on the Preparation of Xylitol Based on the Catalytic Hydrogenation of
Xylose in Sugarcane Leaves
QIAN Pengzhi1，*ZHANG Meijuan2
（1. College of Food and Bioengineering，Qiqihar University，Qiqihar，Heilongjiang 161006，China;
2. College of Life Science & Agriculture and Forestry，Qiqihar University，Qiqihar，Heilongjiang 161006，China）
Abstract：Xylitol is an important industry material，which is widely used in many fields，such as medicine，food and chemistry industries，which can be picked up from corn cob，rice husk，wheat straw and so on.There is an abundance of sugar cane leaves in southern China，but they are discarded or burnt up，which is a waste of resource.This paper discussed detailedly on procedure and technological route.
Key words：sugarcane leaves;catalytic hydrogenation;xylitol
我國甘蔗叶年产量高达 400 ×104 t，资源十分丰富，但除少部分作为动物饲料外，大部分作为农作物废弃物被蔗农就地焚烧，造成资源的极大浪费，并严重环境污染[1-2]。相关资料显示，667 m2产5 t原料蔗，约有500 kg蔗叶（干基），蔗叶的木聚糖约占干基的20%，且蔗叶采收集中、价格低廉、原料清洁，在我国南方是理想的生产D -木糖的原料。
甘蔗叶中的木聚糖经水解，结晶出木糖，木糖再经催化加氢获得木糖醇，这种用甘蔗叶中的木糖制取的木糖醇，其化学结构和自然界中的完全相同。国际上欧洲、美国、日本等几十个国家，均把木糖醇批准为公认安全的食品添加剂。
试验以甘蔗叶为原料，先制备出木糖，木糖产品在最佳的工艺参数，经化糖、脱色、镍合金催化剂加氢、离子交换、浓缩、结晶等工序制备出木糖醇产品。
1 材料与方法
1.1 试验原料与试剂
甘蔗叶，采自蔗田。
活性炭，辉县市元铢吸附材料厂提供;离子交换树脂，江苏苏青水处理有限公司提供;Raney Ni 合金催化剂RTH-311，大连通用化工有限公司提供。
1.2 主要设备
RE-5002 50L型旋转蒸发器，广州乙胜实验仪器有限公司产品;有机玻璃离子交换柱，江苏金三阳水处理科技有限公司产品;SGD-Ⅳ型全自动还原糖测定仪，山东科学院生物研究所产品;YS-10L型双层玻璃立式结晶槽，广州乙胜实验仪器有限公司产品;CD-UPTL-I-40L型超纯水器，成都越纯科技有限公司产品;SUP-DB型实验室用高压静音氢气压缩机，济南思明特科技有限公司产品;GSH-3型实验室反应釜，威海汇鑫化工机械有限公司产品;高效液相色谱系统，赛智科技（杭州）有限公司产品;AJO-4493 4×3 mm型钙型保护柱，广州菲罗门仪器有限公司产品;Rezex RCM-Monosaccharide Ca2+色谱柱300 mm×7.8 mm，广州菲罗门仪器有限公司产品。
1.3 工艺路线
甘蔗叶粉碎→热水预处理→稀硫酸水解→水洗回收糖→第1次脱色→第1次浓缩→第2次脱色→第1次离子交换→第2次浓缩→第2次离子交换→第3次浓缩→结晶→分离→木糖产品→化糖→脱色→微滤→氢化→回收催化剂→脱色→离子交换→浓缩→结晶→分离→烘干→木糖醇→高效液相色谱检测纯度。
1.4 分析方法
总可溶性固形物含量（折光仪法）采用手持式折光仪法[3];电导率值测定采用按照电导仪说明方法进行测定;透光度测定采用分光光度计法[4];残糖含量的测定，按照SGD-Ⅳ型全自动还原糖测定仪的说明方法进行测定;转化率的计算方法采用转化率=（折光-残糖）×100%/折光;纯度的测定采用高效液相色谱法。
产品得率计算方法：
式中：m1——烘干后的木糖醇晶体质量;
m0——木糖的质量。
2 结果与讨论
2.1 甘蔗叶木糖提取工艺
正交试验优化得出最佳水解参数为硫酸质量分数1.2%，料液比1∶8，水解时间150 min，水解温度123 ℃，经过脱色、离子交换、浓缩、结晶等多步分离纯化工序，制备出外观洁白、晶体均匀一致、流动性好的木糖晶体。
24 kg绝干甘蔗叶能生产2.43 kg木糖产品，产品得率为10.13%。高效液相色谱检测木糖产品的纯度为99.87%，符合GB/T 23532—2009的要求。
2.2 化糖
工艺过程及参数为恒温水浴温度65 ℃，以转速100 r/min搅拌，玻璃烧杯中倒入质量为2.44 kg的木糖晶体，往烧杯中添加纯水，用手持糖量计测溶液的折光浓度，当折光度为35%时停止加水。
2.3 脱色
正交试验优化得出最佳脱色参数为活性炭添加量为料液质量的1%，温度80 ℃，转速200 r/min，保温30 min，布氏漏斗抽真空过滤。
手持折光仪测得滤液折光度为34.91%，分光光度计测定透光度94.78%。
2.4 微滤
工艺过程：将0.22 μm微滤膜放置在玻璃砂芯过滤器中，漏斗装置中倒入脱色液，采用无油隔膜真空泵进行抽滤。
手持折光仪测得滤液折光度为34.87%，分光光度计测定透光度100%。
2.5 氢化
（1）工艺过程及参数。将微滤液倒入3 L加氢反应釜中，用浓度2 mol/L的NaOH溶液调pH值至7.5～8.0，备用;按W（催化剂）∶W（滤液）= 1∶9称取催化剂，反应釜装液量不超过釜面的2/3，盖上釜盖，设定温度124 ℃，搅拌转速1 200 r/min，开始升温。先用氮气置换空气，通入氮气，升压至 0.5 MPa，放压到0.1 MPa，如此反复3次，再用氢气置换氮气，方法同氮气，重复3次，仔细检查（肥皂水法）反应釜有无漏气现象。
（2）氢化过程。氢气压缩机向反应釜通入氢气，观察反应釜压力表数字，当压力升至6～7 MPa，温度升至80～110 ℃，关闭氢气阀，压力表数字下降比较明显，说明釜内物料吸氢比较明显;釜内压力升至11 MPa，关闭氢气阀门，反应釜压力表数字维持在11 MPa不下降，温度稳定在124 ℃左右，说明物料不再吸氢，氢化反应完毕。用水经反应釜夹层冷却盘管进行内冷却，当釜内温度下降到90 ℃以下时，打开反应釜排空阀，使釜内压力缓慢降至为0.1 MPa，利用反应釜内部压力，从釜底出料口排出木糖醇料液。氢化过程用时75 min。
（3）注意事项。①反应釜加热升温时，升温速度不应大于80 ℃/h，加热功率应从低压缓慢加起。工作时磁力搅拌器与釜盖间的水套应通冷却水，保证水温小于35 ℃，以免磁钢退磁;②当釜内温度超过100 ℃，磁力搅拌器与釜盖间的水套应通冷却水，保证水温小于35 ℃，以免磁钢退磁。
2.6 回收催化劑
将盛有木糖醇液的玻璃烧杯静止放置，使催化剂自然沉降，取上清液备用，上清液外观颜色接近无色，测得木糖醇液的透光度为88.93%，pH值6.19，氢化反应的转化率99.87%。用纯水将催化剂清洗至折光度为1%，收集水洗液与上清液混合。
2.7 脱色
经正交试验确定最佳脱色参数：0.5%木糖醇醇液质量活性炭，温度75 ℃，转速150 r/min，保温35 min，布氏漏斗过滤。测脱色液透光度93.26%。
2.8 离子交换
离子交换顺序：脱色液进依次进入树脂柱的顺序为强阳离子交换树脂柱（型号为D001）-弱阴离子交换树脂柱（型号为D301-FD）。测离子交换后木糖醇溶液折光度21.59%，透光度100%，电导4.13 μs/cm，pH值6.49。
2.9 蒸发浓缩
工艺参数为温度80 ℃，转速25 r/min;测得醇浆质量2.88 kg，折光度83%，高效液相色谱分析醇浆中木糖醇纯度为99.98%。
2.10 结晶、离心、烘干
工艺参数为降温幅度1 ℃/h，转速15 r/min， 0.5%醇浆质量的晶种，降温总时间40 h。结晶结束，将醇膏移入离心机内，开启离心机进行分离，间隔 10 min添加少量无水乙醇淋洗;离心至木糖醇晶体洁白、无母液时放料。设置电热鼓风干燥箱温度 45 ℃，干燥时间25 min。
烘干后的木糖醇外观为结晶性颗粒，大小均匀一致、流动性好、结构松散;测得木糖醇晶体质量为1.69 kg，水分0.45%，高效液相色谱分析木糖醇产品纯度99.96%。相对于木糖产品来说，木糖醇得率为69.4%。即1.44 t木糖通过化学催化加氢可制备出1 t木糖醇。
3 结论
以硫酸为酸化剂水解甘蔗叶，硫酸质量分数 1.2%，料液比1∶8，水解时间150 min，水解温度123 ℃，经过脱色、离子交换、浓缩、结晶等多步分离纯化工序，制备出外观洁白、晶体均匀一致、流动性好的木糖晶体。24 kg绝干甘蔗叶生产2.43 kg木糖产品，产品得率为10.13%。高效液相色谱检测木糖产品的纯度为99.87%，符合GB/T 23532—2009的要求。
利用大连生产的Raney Ni 合金催化剂RTH-311对木糖产品进行氢化，氢化液经过脱色、离子交换、浓缩、结晶、离心、烘干等工序制备出大小均匀一致、流动性好、结构松散的木糖醇晶体，测得木糖醇晶体质量为1.69 kg，高效液相色谱分析木糖醇 产品纯度99.96%。对木糖产品来说，木糖醇得率为69.4%。即1.44 t木糖通过化学催化加氢可制备出1 t木糖醇。
参考文献：
邓家刚，侯小涛，李爱媛，等. 甘蔗叶的药效学初步研究[J]. 广西中医药大学学报，2008，11（3）：77-79.
吴建中，欧仕益，汪勇，等. 甘蔗叶中黄酮类物质的提取及其抗氧化性研究[J]. 现代食品科技，2009，25（2）：165-167.
任鸿钧. 木糖醇生产技术问答[M]. 北京：化学工业出版社，2008：229-230.
任鸿钧. 木糖醇生产技术问答[M]. 北京：化学工业出版社，2008：234. ◇