木糖醇溶解度和结晶介稳区的研究
酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究
学号：11401428常州大学毕业设计（论文）（2015届）题目酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究学生张勇超学院石油化工学院专业班级化工114校内指导教师冷一欣专业技术职务教授二〇一五年六月酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究摘要：根据溶解度和结晶介稳区宽度这两种物理性质可以为结晶过程控制最优的操作条件、设计最合理的生产设备。
本文采用静态法测定了在25-55 °C的温度范围内，L-酒石酸在水、乙醇以及不同比例的乙醇-水混合溶剂中的溶解度与超溶解度，得到了L-酒石酸在水和乙醇-水混合溶剂中的结晶介稳区，并推算出表观成核级数m（m值在文中表出），得出成核速率方程。
采用λh方程，修正Apelblat和CNIBS/R-K关联方程拟合了溶解度数据，三种关联方程所得104RMSD数值区间分别为：3.008-14.641，1.505-11.497，4.044-7.510，以上拟合结果表明，这三个方程都能很好的拟合L-酒石酸在实验数据，并且CNIBS/R-K关联方程可以更好的拟合L-酒石酸的溶解度数据。
对L-酒石酸的溶解过程进行了热力学分析，结果表明L-酒石酸在大部分浓度的乙醇水溶液溶解过程中，对吉布斯自由能变化的贡献焓补偿要比熵补偿更为显著，此外，L-酒石酸在溶剂中的溶解过程为吸热过程，并非自发进行。
研究过程中用最大过冷度ΔT max表示介稳区宽度，并利用激光法考察了温度、溶剂组成、降温速率、搅拌速率等因素对结晶介稳区宽度的影响。
研究结果表明：L-酒石酸的溶解度随着温度的升高而增大，随着乙醇质量分数的增大而减小。
在一定条件下，L-酒石酸介稳区宽度随溶液温度的升高和搅拌速率的增大而变窄；随乙醇含量和降温速率的增大而变宽。
关键词：L-酒石酸；溶解度；介稳区；超溶解度Determination of Solubility and Metastable Zone Width forTartaric AcidAbstract：Solubility and metastable zone width is the two important physical properties for crystallization process, which can provide the optimum operating conditions for crystallization process, and design the most reasonable production equipment. In this study, the solubility and supersolubility of L-tartaric acid in water, ethanol and ethanol-water mixtures was determined by a static analytical technology at temperatures ranging from 25 to 55 °C, and calculated the apparent nucleation series m, the nucleation rate equation was given.The measured solubility data was correlated by λh, the modified Apelblat and CNIBS/R-K equations. The 104RMSD values of three equations were observed in the range of 3.008-14.641 for the λh equation, 1.505-11.497 for the modified Apelblat equation and 4.044 -7.510 for the CNIBS/R-K equation, respectively. This result demonstrates that the calculated solubility of L-tartaric acid in solvent mixtures agree well with experimental data, and the CNIBS/R-K equation correlates the solubility data best owing to its lowest value of the 104RMSD. The thermodynamics analysis of L - tartaric acid in the dissolution process demonstrates that the enthalpy to the Gibbs free energy change contributes more than the entropy in the most ethanol + water mixture solutions. Additionally, the dissolution process of L-tartaric acid is endothermic and not spontaneous.Furthermore, the metastable zone width was described using the maximum supercooling ΔT max. The influences of temperature, solvent composition, agitation rate and cooling rate on the width of metastable zone were explored using the laser-monitoring dynamic method, respectively. The results show that L - tartaric acid solubility increases with the rising of temperature, and decreases with the increasing mass fraction of ethanol. Under certain conditions, L-tartaric acid metastable zone width decreases with the increasing solution temperature and agitation rate, and increases with the increasing ethanol content and cooling rate.Key words：L-Tartaric Acid；Solubility；Metastable zone width；Supersolubility目录摘要： (I)Abstract： (II)1 文献综述 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 L-酒石酸的理化性质 (1)1.2.1 L-酒石酸的物理性质 (1)1.2.2 L-酒石酸的化学性质 (2)1.3 酒石酸的应用 (2)1.3.1 医药工业方面 (2)1.3.2 食品工业方面 (2)1.3.3 日用化工方面 (2)1.4 酒石酸的生产 (2)1.4.1 L-酒石酸的制备 (2)1.4.2 D-酒石酸的制备 (3)1.5 溶解度及其测定方法 (4)1.5.1 溶解度概念 (4)1.5.2 溶解度的测定方法 (4)1.6 介稳区及其测定方法 (4)1.6.1 介稳区概念 (4)1.6.2 介稳区的测定方法 (5)1.7结晶 (6)1.8 课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题 (6)1.8.1 研究内容 (6)1.8.2 研究目标 (6)1.8.3 拟解决的关键问题 (6)1.9 课题研究的意义 (6)2 实验部分 (6)2.1 实验试剂 (6)2.2 实验仪器 (7)2.3 实验方法 (7)2.3.1 溶解度的测定方法 (7)2.3.2 介稳区的测定方法 (8)2.4 L-酒石酸溶解度及介稳区测定实验装置 (8)2.4.1 激光法测定原理 (8)2.4.2 实验装置 (8)2.5 实验步骤 (9)2.5.1 溶解度的测定步骤 (9)2.5.2 介稳区的测定步骤 (9)3 实验结果与讨论 (10)3.1 可靠性检验 (10)3.2 溶解度的测定 (10)3.2.1 溶解度 (10)3.2.2 溶解度关联 (12)3.2.3 热力学分析 (14)3.3 介稳区宽度的测定 (15)3.3.1 饱和温度对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (16)3.3.2 饱和温度对L-酒石酸在10%乙醇水溶液中介稳区的影响 (16)3.3.3 降温速率对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (17)3.3.4 搅拌速率对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (19)4 结论 (20)参考文献 (21)致谢 (24)1 文献综述1.1 研究背景酒石酸是一种常用于工业的重要有机酸，仅存在于自然界少数植物中，如葡萄、罗望子等。
木糖醇结晶的热力学特性
万方数据２００６年４月侯宝红等：木糖醇结晶的热力学特性·４０５·介稳区的研究尚未见国内外文献报道．为此对木糖醇结晶过程中的溶解度、介稳区及黏度等基础热力学性质进行了系统研究．１实验部分１．１实验原料及仪器木糖醇为实验室重结晶精制产品，液相色谱纯度大于９９．５％；市售去离子水；无水甲醇和乙醇，分析纯．仪器有ＮＥＴｚｓｃＨ热分析仪（型号Ｄｓｃ２０４）、ＮＤＪ一７旋转黏度计、带夹套的结晶器、恒温水浴（±０．１℃）和电子天平（±０．００１ｇ）．１．２溶解度和介稳区测定溶液结晶介稳区和溶解度的测定方法有多种Ｈ＿Ｊ，笔者采用激光法测定木糖醇在纯水、乙醇和甲醇一水混合溶剂中的溶解度以及在纯水中的介稳区．该方法具有简便易行，动态响应快、灵敏度高和准确有效等优点．实验装置如图１所示．该测量系统主要包括结晶器、恒温系统、激光测量系统及搅拌系统等部分．结晶器是容积为１００ｍＬ的带夹套的玻璃釜．激光测量系统包括激光发射器、激光接收器和记录仪３部分．激光发射器发射波长为５３１ｎｍ的氦氖激光，该激光束与其他普通光源发出的光束相比具有高度的单色性及方向性好和亮度高等优点．激光接收器将接收到的光信号转化为电信号由记录仪记录并输出．搅拌系统采用电磁搅拌器．实验中，采用超级恒温水浴控制系统温度．同时，为保证温度测量的准确性，采用了最小刻度为０．１℃的精密温度计，并在使用前用冰水混合物标定零点．１一激光发射器；２一夹套结晶器；３一温度计；４一激光接收器；５一超级恒温水浴；６一自动平衡记录仪；７一电磁搅拌器图１木糖醇溶解度和介稳区测定装置ｎｇ．１脚ｒｉｍ朗ｎａｌａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒｍ戗嘲岫ｇ∞Ｉｕｂｍ锣ａｎｄｍ嘶妇ｂｌｅ趵呻ｏｆｘｙＨｔｏｌ在实验中，首先向结晶器中加入一定质量的溶剂和木糖醇晶体（木糖醇轻度过量），然后打开恒温系统、搅拌系统和激光测量装置，使激光穿过结晶器后被准确接收．以ｌ～２℃／ｈ的速度缓慢升高温度，仔细观察物系和记录仪信号的变化情况．在实验的初期阶段，由于结晶器中许多尚未溶解的木糖醇晶体的存在影响了激光的穿透强度，因此记录仪接收到的激光信号比较弱．随着温度的逐渐升高，结晶器中的木糖醇晶体不断溶解，穿过结晶器中的激光强度逐渐变大．当最后一部分晶体溶解后，接收器接收到的激光强度达到最大，相应的记录曲线上出现拐点．记录此时物系温度，该温度下木糖醇的溶解度即可由所加入的木糖醇和溶剂的质量计算得到．然后，将物料温度快速升高５—６℃，搅拌３０ｍｉｎ后，控制温度以１—２℃／ｈ的速度缓慢下降．在降温初期，由于系统中无晶体存在，因此，记录仪输出信号最大，待温度降到饱和温度以下后，系统进入介稳区，当系统中开始有晶体出现时，记录仪输出信号明显下降，相应的记录曲线上出现拐点．记录此时物系温度，该温度下木糖醇的超溶解度也可由所加入的木糖醇和溶剂的质量计算得到．１．３黏度的测定木糖醇结晶液的黏度较高，用乌式黏度计无法测定，选用ＮＤＪ－７旋转式黏度计测量木糖醇水溶液的黏度．该黏度计是一种测量各种牛顿流体的绝对黏度和非牛顿液体的表观黏度的精密仪器．首先准确称量一定质量的木糖醇晶体和无离子水，加热溶解配制成一定浓度的木糖醇水溶液．然后打开恒温系统和搅拌系统以１℃／１０ｍｉｎ的降温速率缓慢降低结晶料液温度，使系统温度从初期的９０℃冷却至２５℃．在此过程中，分别在不同的温度下取一定量的固液悬浮液测量其黏度并记录．１．４熔化性质测定实验条件：取样品４．２３ｍｇ；测量温度范围为２５—１０５℃；升温速度在２５～７０℃之间为１０℃／ｍｉｎ，在７０～１０５℃之间为２．５℃／ｍｉｎ；保护氮气流量６０ｍＬ／ｍｉｎ，排空氮气流量３０ｍＬ／ｍｉｎ．测量结果显示，木糖醇晶体熔点为（９５．５±０．４）℃，木糖醇熔化焓为（２２４．３±４．６）Ｊ／ｇ．２结果与讨论２．１木糖醇在不同溶剂中的溶解度木糖醇在纯水和无水乙醇中的溶解度如图２所示，在甲醇－水混合溶剂中的溶解度如图３所示．图３中妒为甲醇在溶剂中的体积分数．从图２和图３可以看出，木糖醇在水和无水乙醇以及不同配比的甲醇－水混合溶剂中的溶解度均随温 万方数据 万方数据 万方数据木糖醇结晶的热力学特性作者：侯宝红， 王静康， 郝红勋， 胡栓虎， 刘颖， HOU Bao-hong， WANG Jing-kang， HAO Hong-xun， HU Shuan-hu， LIU Ying作者单位：侯宝红,王静康,郝红勋,HOU Bao-hong,WANG Jing-kang,HAO Hong-xun(天津大学化工学院,天津,300072)， 胡栓虎,刘颖,HU Shuan-hu,LIU Ying(河北宝硕股份有限公司,保定,071000)刊名：天津大学学报英文刊名：JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY年，卷(期)：2006,39(4)被引用次数：4次1.Faveri D De;Perego P;Converti A Xylitol recovery by crystallization from synthetic solutions and fermented hemicellulose hydrolyzates[外文期刊] 2002(03)2.Parajo J C;Dominguez H;Domiuguez J M Xylitol production from eucalyptus wood hydrolysates extracted with organic solvents[外文期刊] 1997(07)3.Mullin J W Crystallization 20004.Hao Hongxun;Wang Jingkang;Wang Yongli Solubility of dexamethasone sodium phosphate in different solvents[外文期刊] 2004(06)5.刘勇;王静康;尹秋响环丙沙星结晶热力学研究[期刊论文]-天津大学学报 2002(03)6.Mullin J W;Jancic S J Interpretation of metastable zone width 1979(03)7.丁绪怀;谈遒工业结晶 19858.Marciniak B Density and ultrasonic velocity of undersaturated and supersaturated solutions of fluoranthene in trichloroethylene,and study of their metastable zone width[外文期刊] 2002(1,2,3)9.Rajendran K V;Rajasekaran R;Jayaraman D Experimental determination of metastablezonewidth,induction period,interfacial energy and growth of non-linear optical L-HFB single crystals [外文期刊] 2003(01)10.Mahadevan C;Jegatheesan C S Nucleation studies in supersaturated aqueous solutions of chromate doped potassium dihydrogen phosphate[外文期刊] 1999(01)11.王静康化学工程手册 19961.朱路甲.陈玉海.ZHU Lu-jia.CHEN Yu-hai木糖醇的结晶动力学[期刊论文]-河北大学学报（自然科学版）2008,28(4)2.梅余霞.方柏山.MEI Yu-xia.FANG Bai-shan源于发酵液的木糖醇的结晶热力学研究[期刊论文]-化学与生物工程2007,24(5)3.梅余霞.方柏山.MEI Yu-xia.FANG Bai-shan木糖醇发酵模型液的结晶动力学研究[期刊论文]-生物质化学工程2007,41(5)4.张磊.应汉杰.吕浩.马骏.ZHANG Lei.YING Hanjie.L(U) Hao.MA Jun乙醇-水混合溶剂中5′-尿苷酸二钠的结晶介稳区[期刊论文]-化工学报2008,59(6)5.陈冬秀胡椒醛结晶基础数据测定及溶析结晶新工艺研究[学位论文]20056.靳冠娴.梁广川.王娜.干静.沈彩萍.JIN Guan-xian.LIANG Guang-chuan.WANG Na.GAN Jing.SHEN Cai-ping从低木糖含量母液中提取晶体木糖醇的实验研究[期刊论文]-食品科技2008,33(6)1.靳冠娴.梁广川.王娜.干静.沈彩萍从低木糖含量母液中提取晶体木糖醇的实验研究[期刊论文]-食品科技2008(6)2.田璐.於露.樊耀亭玉米秸秆木糖水解液的脱色研究[期刊论文]-安徽农业科学 2012(21)3.翁贤芬木糖醇介稳区宽度与晶体生长速率测定[期刊论文]-食品科学 2011(3)4.张毅民.梁莹.吕学斌.杨静.马沛生.张书廷玉米秸秆中半纤维素水解条件的优化[期刊论文]-天津大学学报2007(4)引用本文格式：侯宝红.王静康.郝红勋.胡栓虎.刘颖.HOU Bao-hong.WANG Jing-kang.HAO Hong-xun.HU Shuan-hu. LIU Ying木糖醇结晶的热力学特性[期刊论文]-天津大学学报 2006(4)。
酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究
学号：11401428常州大学毕业设计（论文）（2015届）题目酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究学生张勇超学院石油化工学院专业班级化工114校内指导教师冷一欣专业技术职务教授二〇一五年六月酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究摘要：根据溶解度和结晶介稳区宽度这两种物理性质可以为结晶过程控制最优的操作条件、设计最合理的生产设备。
本文采用静态法测定了在25-55 °C的温度范围内，L-酒石酸在水、乙醇以及不同比例的乙醇-水混合溶剂中的溶解度与超溶解度，得到了L-酒石酸在水和乙醇-水混合溶剂中的结晶介稳区，并推算出表观成核级数m（m值在文中表出），得出成核速率方程。
采用λh方程，修正Apelblat和CNIBS/R-K关联方程拟合了溶解度数据，三种关联方程所得104RMSD数值区间分别为：3.008-14.641，1.505-11.497，4.044-7.510，以上拟合结果表明，这三个方程都能很好的拟合L-酒石酸在实验数据，并且CNIBS/R-K关联方程可以更好的拟合L-酒石酸的溶解度数据。
对L-酒石酸的溶解过程进行了热力学分析，结果表明L-酒石酸在大部分浓度的乙醇水溶液溶解过程中，对吉布斯自由能变化的贡献焓补偿要比熵补偿更为显著，此外，L-酒石酸在溶剂中的溶解过程为吸热过程，并非自发进行。
研究过程中用最大过冷度ΔT max表示介稳区宽度，并利用激光法考察了温度、溶剂组成、降温速率、搅拌速率等因素对结晶介稳区宽度的影响。
研究结果表明：L-酒石酸的溶解度随着温度的升高而增大，随着乙醇质量分数的增大而减小。
在一定条件下，L-酒石酸介稳区宽度随溶液温度的升高和搅拌速率的增大而变窄；随乙醇含量和降温速率的增大而变宽。
关键词：L-酒石酸；溶解度；介稳区；超溶解度Determination of Solubility and Metastable Zone Width forTartaric AcidAbstract：Solubility and metastable zone width is the two important physical properties for crystallization process, which can provide the optimum operating conditions for crystallization process, and design the most reasonable production equipment. In this study, the solubility and supersolubility of L-tartaric acid in water, ethanol and ethanol-water mixtures was determined by a static analytical technology at temperatures ranging from 25 to 55 °C, and calculated the apparent nucleation series m, the nucleation rate equation was given.The measured solubility data was correlated by λh, the modified Apelblat and CNIBS/R-K equations. The 104RMSD values of three equations were observed in the range of 3.008-14.641 for the λh equation, 1.505-11.497 for the modified Apelblat equation and 4.044 -7.510 for the CNIBS/R-K equation, respectively. This result demonstrates that the calculated solubility of L-tartaric acid in solvent mixtures agree well with experimental data, and the CNIBS/R-K equation correlates the solubility data best owing to its lowest value of the 104RMSD. The thermodynamics analysis of L - tartaric acid in the dissolution process demonstrates that the enthalpy to the Gibbs free energy change contributes more than the entropy in the most ethanol + water mixture solutions. Additionally, the dissolution process of L-tartaric acid is endothermic and not spontaneous.Furthermore, the metastable zone width was described using the maximum supercooling ΔT max. The influences of temperature, solvent composition, agitation rate and cooling rate on the width of metastable zone were explored using the laser-monitoring dynamic method, respectively. The results show that L - tartaric acid solubility increases with the rising of temperature, and decreases with the increasing mass fraction of ethanol. Under certain conditions, L-tartaric acid metastable zone width decreases with the increasing solution temperature and agitation rate, and increases with the increasing ethanol content and cooling rate.Key words：L-Tartaric Acid；Solubility；Metastable zone width；Supersolubility目录摘要： (I)Abstract： (II)1 文献综述 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 L-酒石酸的理化性质 (1)1.2.1 L-酒石酸的物理性质 (1)1.2.2 L-酒石酸的化学性质 (2)1.3 酒石酸的应用 (2)1.3.1 医药工业方面 (2)1.3.2 食品工业方面 (2)1.3.3 日用化工方面 (2)1.4 酒石酸的生产 (2)1.4.1 L-酒石酸的制备 (2)1.4.2 D-酒石酸的制备 (3)1.5 溶解度及其测定方法 (4)1.5.1 溶解度概念 (4)1.5.2 溶解度的测定方法 (4)1.6 介稳区及其测定方法 (4)1.6.1 介稳区概念 (4)1.6.2 介稳区的测定方法 (5)1.7结晶 (6)1.8 课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题 (6)1.8.1 研究内容 (6)1.8.2 研究目标 (6)1.8.3 拟解决的关键问题 (6)1.9 课题研究的意义 (6)2 实验部分 (6)2.1 实验试剂 (6)2.2 实验仪器 (7)2.3 实验方法 (7)2.3.1 溶解度的测定方法 (7)2.3.2 介稳区的测定方法 (8)2.4 L-酒石酸溶解度及介稳区测定实验装置 (8)2.4.1 激光法测定原理 (8)2.4.2 实验装置 (8)2.5 实验步骤 (9)2.5.1 溶解度的测定步骤 (9)2.5.2 介稳区的测定步骤 (9)3 实验结果与讨论 (10)3.1 可靠性检验 (10)3.2 溶解度的测定 (10)3.2.1 溶解度 (10)3.2.2 溶解度关联 (12)3.2.3 热力学分析 (14)3.3 介稳区宽度的测定 (15)3.3.1 饱和温度对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (16)3.3.2 饱和温度对L-酒石酸在10%乙醇水溶液中介稳区的影响 (16)3.3.3 降温速率对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (17)3.3.4 搅拌速率对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (19)4 结论 (20)参考文献 (21)致谢 (24)1 文献综述1.1 研究背景酒石酸是一种常用于工业的重要有机酸，仅存在于自然界少数植物中，如葡萄、罗望子等。
木糖结晶工艺优化的研究
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2.1 乙醇——水混合溶剂体积比 对结晶效果的影响
纯水得率52.85%
乙醇—水混合溶剂体积比为 1/3得率64.63%
乙醇—水混合溶剂体积比为1/2得率71.40% 乙醇—水混合溶剂体积比为2/3得率81.25%
2.2 时间对结晶效果的影响
（1）降温速率 乙醇—水混合溶剂体积比为2/3 的滤液，放在 室温24℃下冷却结晶，需要六小时。快速放入自 来水中冷却，当温度接近室温时，取出在室温下 冷却结晶，需要两小时。
致
谢
本论文是在王荣杰老师的精心指导和关怀下完成
的。特在此向王老师致以崇高的敬意和衷心的感
谢！
在此也对所有老师的辛勤工作表示由衷谢意！
17
欢迎各位老师批评指正
谢谢大家！
18
入1g晶种。 （2）不加晶种 乙醇—水混合溶剂体积比为1/2，不加晶种。
未加入晶种前
初始加入晶种
加入晶种后
1
2
3
同体积混合溶液与同质量木糖溶解效果
1
2
三、结论与分析
木糖饱和溶液在低温和搅拌的条件下，结晶效 果较明显。 乙醇——水混合溶剂体积比为2/3，升温终温为 50℃，降温终温为14℃，降温速率越快，冷却时搅 拌，此时结晶需要43 min，其得率为81.25％。 加入晶种明显优于不加晶种。
实验部分
（2）冷却时间 放入恒温水浴槽40℃下冷却结晶，三小时后， 基本没有晶体出现，30℃下，两小时后，微量晶 体出现。室温24℃下，一小时后，结晶不明显。 自来水14℃下，五十分钟后，结晶较明显。
2.3 温度对结晶效果的影响
（1）升温终温 根据木糖及乙醇特性方面的考虑，本文选择升 温终温为50℃。 （2）降温终温 根据实验及工业需求和经济成本方面的考虑， 本文最优降温终温为14℃。
木糖醇的生产艺及应用研究进展
木糖醇的生产工艺及应用研究进展杨建翔(云南中医学院,11级食科班,食物科学与工程)摘要:综述了木糖醇的2种不同的生产工艺,分析了各类工艺的优缺点,并介绍了对传统工艺的改良,还论述了木糖醇在医药、食物、塑料等领域中的应用研究进展。
关键词:木糖醇;合成;生物转化;发酵;应用木糖醇( Xylitol) 是一种白色粉末或白色晶体的五碳糖醇，热量低于蔗糖，甜度和溶解度与蔗糖相近[1]，具有良好的热稳固性、吸湿性、不易发酵、不易发生美拉德反映等多种加工特性，同时还具有防龋齿、改善肝功能、抗酮体功能、增进肠道内双歧杆菌的增殖等多种保健功能[2]。
因此，木糖醇作为一种糖源常出此刻功能食物中。
在人们日趋注重健康、注重保健的今天，木糖醇在食物中的应用研究虽已有许多报导[3]。
在自然界中，其普遍存在于黄梅、覆盆子、草莓、莴苣、花椰菜等许多水果和蔬菜中，但含量很低，直接提取不仅困难而且经济性差，目前工业上主要用木糖催化加氢的方式生产。
商品木糖醇是用玉米芯、甘蔗渣等，通过深加工而制得的，是一种天然健康的甜味剂。
木糖醇有必然的吸湿性,并具有甜味,甜度相当于蔗糖,发烧量相当于葡萄糖,且精制木糖醇可食用并易被人体吸收,故具有普遍的用途。
最近几年来,国内外科学工作者对木糖醇的生产工艺进行了坚持不懈的研究与开发,在工艺改良方面取得了不错的进展.1 木糖醇的生产工艺木糖醇的生产工艺大致可分成2种：化学合成法、生物转化法。
化学合成法化学合成法其大体原理为多缩戊糖(如木聚糖)经酸(如HCl、H2SO4)水解可得D-木糖,D-木糖在镍催化剂的作用下加氢制得木糖醇,反映式如下:[C 5H 8O 4]n+nH 25H 10O 5] C 5H 10O 5+ HC 5H 12O 5多缩戊糖 水 木糖 木糖 氢气 木糖醇化学合成法有2条典型工艺,即:中和脱酸工艺和离子互换脱酸工艺[3]。
1.1 .1中和脱酸工艺中和脱酸工艺就是在净化水解液时采用中和法。
木糖醇的特性及其应用
木糖醇的特性及其应用木糖醇又称为戊五醇，是一种多元醇，木糖醇有一定的吸湿性，味甜，甜度相当于蔗糖，发热量相当于葡萄糖。
木糖醇是综合利用农业废弃物、采用高新技术生产的、具有很高实用价值的化工产品。
木糖醇广泛应用于化工、医药、食品等领域，可制取表面活性剂、乳化剂、破乳剂、醇酸树脂及涂料，可代替甘油应用于造纸、日用品及国防工业，又是医药工业制造各种药物的原料。
木糖醇是白色结晶或结晶性粉末，味甜，甜度相当于蔗糖，极易溶于水（约160g/100ml），微溶于乙醇和甲醇，熔点92～96℃，沸点216℃，热值16.72kJ/g（与蔗糖相同）。
溶于水是吸热，故以固体形式食用时在口中会产生愉快的清凉感，10%水溶液pH值5.0～7.0。
【功效与作用】1.木糖醇具有防龋齿特性木糖醇的防龋齿效果达到90%，是防龋齿的的甜味剂。
2.木糖醇不被酵母菌发酵，是微生物的不良培养基由于木糖醇具有这一特性，故所制食品能延长其保存期。
例如消费者希望某些果酱少加糖，但加糖少的果酱容易在储存期，特别是在开罐后败坏，如果用木糖醇代替蔗糖制取果酱，就可以不添加人工防腐剂而保存较长的时间。
3.木糖醇具有吸湿性由于木糖醇具有吸湿性，故用于制作一些较柔的点心时，木糖醇可比蔗糖保持更长时间的柔软性，如制作蛋糕、面包等。
— 1 —4.木糖醇的清凉感木糖醇比蔗糖的溶解热几乎大10倍，即木糖醇溶解时，吸收大量的热，使介质产生低温。
所以当各种可口的食品加入木糖醇后，吃起来会感到清凉，可以增强薄荷，留兰香等食品的风味。
5.木糖醇加热时不产生“美拉德”褐变反应蔗糖在食品加工受热时，会和氨基酸产生美拉德反应，而木糖醇在结构上没有醛基或酮基，加热不产生美拉德褐变反应，可以制成不同风味的焙烤食品。
6.糖类代谢的中间体木糖醇作为糖类代谢的中间体，不需要胰岛素的促进，故可以作为糖尿病人甜味品及治疗剂。
7.木糖醇能改善肝功能对乙型迁延型肝炎，特别是对糖尿病人和肝炎并发症人，具有良好的疗效。
木糖在5种醇类溶剂中溶解度的测定和关联
木糖在5种醇类溶剂中溶解度的测定和关联
低聚木糖是一种重要的营养物质，具有糖分析、分析酶及营养物质实验室的关键作用。
为
了研究低聚木糖在5种醇类溶剂中的溶解度，本实验采用水溶性发泡木糖测定的自由基氧
化法，质量浓度比例为1:5，Behenley-Borodin溶液作为反应介质，以偏光子镜技术同时
直观显示溶解度的变化情况，以此来评价低聚木糖在5种不同的醇类溶剂中的溶解度。
结果表明，低聚木糖在以乙醇为溶剂的显著性最高，溶解度最高。
其次是丙醇，甲醇，继而是丁醇和乙醚。
而在低聚木糖溶解度的变化过程中，乙醇溶剂给出的显著性讯号最强，显示其对低聚木糖的溶解度m的影响也最强。
综上所述，乙醇有助于低聚木糖在五种不
同溶剂中的溶解度，且较为稳定。
从研究中可以看出，相同量的低聚木糖在乙醇溶剂中溶解度最高，且处于稳定状态。
此外，乙醇也与低聚木糖溶解度的变化有关，可以明显地看出其溶解度变化趋势。
但溶解度较低
的醇类溶剂对低聚木糖的影响也不可忽视。
因此，在实际应用中，应该选择具有较高溶解
度的溶剂来溶解低聚木糖，使之得以充分的被利用，实现营养和有效的有效成分。
木糖醇市场调研汇报
木糖醇市场调研汇报鉴于木糖醇的优点，它大有取代蔗糖成为第一甜味剂的趋势。
它从最早的口香糖已经衍生出了许多其他食品，甚至还有专门的“无糖食品专卖店”，其中商品琳琅满目，不仅有休闲小食品，还有大米、面粉等商品。
似乎在食品中加入木糖醇已经成为了一种风气，为什么木糖醇能享此殊荣，它真有那么神奇吗？看上去、吃起来都像糖的东西到底是不是糖几年前，当超市出现木糖醇口香糖的时候，虽然价格比普通口香糖要贵出5倍，但是好奇的顾客们都会顺带买上一盒，尝尝到底是什么味道。
咀嚼上一到两块后，会发现味道也是甜丝丝的，和普通口香糖甜味相差无几。
再认真阅读产品包装的说明书后，会发现，据说这种含有木糖醇的口香糖还可以避免蛀牙。
于是，经过商家不遗余力的宣传，越来越多的年轻人成为木糖醇口香糖的忠实拥趸。
“没错，木糖醇和口香糖真是一对黄金伙伴。
”南京农业大学食品科技学院副教授安辛欣对于木糖醇在食品中的运用有着很高的评价，理由很简单――木糖醇不是糖但却像糖。
安辛欣告诉记者，木糖醇原产于芬兰，是从白桦树、橡树、玉米芯、甘蔗渣等植物中提取出来的一种天然植物甜味剂。
在自然界中，它的分布范围很广，广泛存在于各种果品、蔬菜、谷类、蘑菇等食物之中。
对于我们的身体来说，木糖醇也不是一种“舶来品”，它本就是我们身体正常糖类代谢的中间体。
一个安康成年人即便不吃任何含有木糖醇的食物，血液中也流动着0。
03～0。
06毫克／100毫克的木糖醇。
木糖醇学名叫做戊五醇，从化学的角度来看，属于一种多元醇，而且是多元醇中最甜的一种。
纯的木糖醇是白色晶体或呈白色粉末状晶体，假如不是特别说明，无论是看起来还是尝起来，人们都很难将其同蔗糖分辩开来。
假如低温品尝效果更佳，其甜度可以到达蔗糖的1。
2倍。
木糖醇入口后往往伴有微微的清凉感，令人感觉舒适，这是因为它易溶于水，并在溶解时吸收一定热量。
木糖醇成为糖精的后继者在酸甜苦辣咸当中，人们最喜欢品尝的就是“甜头”。
但是对于蔗糖，人们却是又恨又爱。
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木糖醇溶解度和结晶介稳区的研究朱路甲 靳建龙 刘 颖(河北宝硕股份有限公司糖醇分公司,河北保定071000) 摘 要:本文采用激光法测定了木糖醇在甲醇水溶液中的溶解度以及在水中的溶解度和超溶解度等热力学基础数据,确定了木糖醇水溶液的结晶介稳区,为木糖醇结晶工业生产提供了基础数据。
本文还利用热力学数据进一步分析了木糖醇冷却结晶工艺过程的操作条件。
关键词:木糖醇;结晶;溶解度;介稳区中图分类号:TS202.3 文献标识码:A 文章编号:1006-2513(2005)02-0035-03Re sea rch on so l ubility and crysta lli zi ng m e ta stabl e a rea of xylit o lZHU L u2ji a,J I N J i a n2long,L I U Y i n g(Hebei Baoshuo Co.,L td.Xyfur B ranch,Hebei Baoding071000)Abstract:This thesis mensurated the ther modynam ic basic data f or the s olubility of xylit ol in m ixed liquor of methanol and water,and als o mensurated the ther modyna m ic basic data f or the s olubility and exceeded s olubility of xylit ol in wa2 ter,ascertained the crystallizing metastable area of the s oluti on of xylit ol in water,and p r ovided the xylit ol crystallizing manufacture with basic data.Further more,by using these ther modyna m ic data this thesis analyzed the operating condi2 ti on f or the crystallizing p r ocess of the xylit ol by cooling.Key words:xylit ol,crystallizing,s olubility,metastable area1 前 言木糖醇(Xylit ol)是一种五羟基多元醇,白色结晶或晶状粉末,分子式C5H12O5,分子量152,熔点92～96℃,有吸湿性。
木糖醇是糖尿病人安全的甜味剂、营养补充剂和辅助治疗剂。
其甜味与蔗糖相当,口感清凉,食用后不会引起龋齿,在行业中被定为A级食品添加剂,用于口香糖、巧克力等食品的甜味剂和化妆品、烟丝等的保湿剂。
木糖醇的工业生产过程中,结晶是决定最终产品质量的关键步骤。
溶解度和超溶解度等热力学性质结晶操作方式的选择、结晶过程的收率均有较大影响,同时还是结晶器设计和结晶过程操作的关键数据。
通过国内外文献查阅发现,没有关于木糖醇溶解度和介稳区的系统研究。
正是在上述背景下,本文测定了木糖醇在甲醇水溶液中的溶解度以及在水中超溶解度数据,为结晶器设计和结晶新工艺的开发提供了基础数据。
2 实验部分本文采用激光法测定木糖醇结晶溶解度和介稳区,其基本原理是使氦氖激光透过过饱和溶液,溶液中的固体粒子的多少对激光产生不同程度的散射、反射等作用,从而引起到达另一端接收极的光强度变化,通过光电转换装置,连接到记录仪自动绘出曲线。
当溶液中有晶核出现或晶体完全溶收稿日期:2004-12-24作者简介:朱路甲(1965- ),男,总经理,高级工程师,从事木糖醇的生产及应用。
53解时,记录曲线会产生突变,以此确定体系的溶解度和介稳区。
该法具有简便易行,动态响应快、灵敏度高、准确有效等特点。
2.1 实验原料及试剂木糖醇:厂家提供,实验室重结晶去离子水:市售甲醇:分析纯2.2 实验装置及过程本文所采用的实验装置及其流程如图1所示。
实验中,配制一定浓度(W T%)的木糖醇水溶液置于结晶器中,打开搅拌和记录仪,使激光穿过结晶器后被准确接收,以1℃/20m in 缓慢升高水浴温度,观察物系和记录仪的变化,当记录仪出现拐点时(如图2中A 点所示,木糖醇全部溶解)记录此时物系温度,即为该浓度下的溶解温度,根据浓度可计算出该温度下的溶解度。
将此温度快速升高约10℃,然后使水浴温度以1℃/20m in 缓慢下降,待记录仪曲线出现突变拐点时(如图2中B 点所示,开始有木糖醇晶体析出),记录此时物系温度,即为该浓度下的超溶解温度。
重复上述实验测定各浓度下的溶解温度和超溶解度。
测定木糖醇甲醇水溶液的溶解度。
图1 木糖醇结晶溶解度和介稳区测定装置1.搅拌转子2.电磁搅拌器3.夹套结晶器4.温度计5.激光发射器6.激光接收器7.自动平衡记录仪8.超级恒温水浴图2 记录仪曲线示意图3 实验结果与讨论实验测定了木糖醇在不同比例的甲醇水(体积比:0∶1、1∶2、1∶1、2∶1)溶剂体系中的溶解度,测量结果如图3所示。
木糖醇在水溶液中的结晶介稳区如图4所示。
图3 木糖醇在甲醇水溶液中的溶解度(X 为甲醇在溶剂中体积分率)图4 木糖醇水体系结晶介稳区1—溶解度曲线 2—超溶液度曲线3.1 溶解度及结晶操作方式的选择从图3中可以看出,随着溶剂中甲醇含量的增加,木糖醇的溶解度下降。
在所有配比的甲醇水体系中,木糖醇在溶解度均随温度的下降而降低。
同时,在木糖醇———水体系中,在高温区,木糖醇溶解度随着温度的降低迅速下降;在低温区,木糖醇溶解度随温度降低而下降的趋势变缓。
在水溶液中,木糖醇的超溶解度同样随温度的下降而降低。
低温范围内的介稳区比高温阶段要略微宽一些。
在63实验范围内,采用经验关系式分别对木糖醇在水中的溶解度和超溶解度与温度的关系进行了拟和,得到如下的经验方程:木糖醇水溶液的溶解度方程为:C=-0.0019t2+0.786t+45.116R2=0.9978(1)木糖醇水溶液的超溶解度方程为:C=0.0028t2+0.2719t+62.83R2=0.979(2)其中,C是溶液质量浓度,kg溶质/100kg溶液;t是溶液摄氏温度。
工业结晶中可以根据物系的热力学性质来选择结晶的操作方式,若物系的溶解度随温度变化明显可选择冷却结晶,其它的还有蒸发结晶、溶析结晶等。
木糖醇工业结晶生产中一般以水为溶剂,根据其在水中的溶解度特性,可以选择冷却结晶的操作方式。
3.2 加晶种选择介稳区是指物系的超溶解度与溶解度曲线之间的区域。
物系的溶解度与它的化学性质、溶剂性质及温度有关,一个特定的物系只有一条明确的溶解度曲线,而超溶解度曲线的位置受很多因素的影响[1],如结晶器构型、有无搅拌、搅拌的强弱、冷却速率的快慢等,因而介稳区宽度也受上述因素的影响。
木糖醇结晶过程受该物系的结晶介稳区的影响较大。
Mullin等学者[2]将介稳区宽度的研究与成核机理的探讨联系起来。
采用不加晶种结晶时,当过饱和溶液越过介稳区进入不稳区,结晶爆发成核,造成晶体细碎,产品质量恶化。
采用加晶种结晶操作时,溶液的过饱和度易于控制,有利于结晶成核和生长。
加入晶种的时机需严格控制,在稳定区内,溶液未达到饱和,不可能有晶体析出。
在介稳区内,虽然木糖醇溶液达到饱和,但过饱和度还没有达到推动析出结晶的程度。
此时加入晶种,结晶过程在二次成核的基础上继续进行。
理论上,木糖醇冷却结晶过程在结晶液温度低于该浓度下的溶解度时,就可以向溶液中加入晶种。
因此,溶解度曲线可以作为加入晶种时机的依据。
3.3 降温速率的优化木糖醇冷却结晶过程需控制在介稳区内进行[3],因此需按照优化降温速率操作。
在不控制降温速率的自然冷却条件下,其降温速率是先快后慢,这样在高温阶段过饱和度变化较大,结晶过程易越过介稳区,造成自发成核,使最终产品的粒度及粒度分布恶化。
因此,需按照木糖醇结晶介稳区的变化趋势控制降温速率,维持过饱和度恒定,这样有利于晶体的成核和生长。
3.4 收率的计算冷却结晶过程的收率可以由其热力学平衡状态计算得到,根据溶解度曲线能确定结晶过程的进行程度,计算出结晶过程的理论收率。
例如,90% (W T%)的木糖醇溶液100kg冷却结晶,从超溶解度曲线可计算出61.2℃时会有晶体析出,继续降温到35℃结束,此时溶解度为70.3kg/100kg溶液,计算出该状态下10kg溶剂水可溶解木糖醇2317kg,则结晶过程的理论收率为73.7%,但是,由于木糖醇溶液的粘度随着温度的降低而迅速增大,造成结晶器内物料搅拌困难,甚至无法卸料,因此需视物料流动混合情况决定结晶终点温度。
表1为不同浓度的木糖醇溶液,其理论收率为65%下的冷却终点温度。
表1 理论收率65%时不同浓度木糖醇溶液对应的冷却终点温度浓度(wt%)8788899091终点温度(℃)33353740434 结论木糖醇在甲醇水溶液中的溶解度随温度的降低而下降,随溶剂中甲醇含量的增加而下降。
在木糖醇水体系中,在高温区溶解度随温度的降低迅速下降,在低温区溶解度随温度的降低而下降的趋势变缓。
根据木糖醇在水溶液中的溶解度特性,选择冷却结晶操作方式比较合适。
木糖醇在水溶液中的溶解度和超溶解度可以作为木糖醇冷却结晶操作加晶种时机和计算理论收率的依据。
按照木糖醇在水中结晶介稳区的变化趋势优化控制降温速率,控制结晶过程在介稳区内进行,得到的木糖醇晶体产品粒度均匀。
参考文献:[1]W ihel m O st w ald,Ohys Z.,Phys.Che m.,34,493-503[2]Mullin,J.W.,Jancic S.J.,I nter p retati on of metastable z onewidths,Trans I nst Che m Eng,1979,57(3):188[3]王静康,化学工程手册—结晶,化学工业出版社,199673。