[01452053]先进单糖分离纯化技术与装备

本项目属于轻工食品技术领域。糖类是人类赖以生存的重要结构和功能活性物质,葡萄糖、果糖等单糖也是我国玉米深加工等产业的主要品类,年产量已高达1375万吨,经济战略地位重要。尽管我国在单糖加工技术研究、功能性单糖研究开发等领域已取得了较大发展和技术进步,但与国际前沿水平相比,在生产成本、分离水平和装备水平等方面尚有较大差距,产业面临主要技术瓶颈和差距表现包括：①高效率分离技术缺乏,生产能耗、水耗偏高,离交过程产生的大量废酸、废碱,造成严重环境污染和资源浪费;②杂质及生产过程中产生的新杂质无有效去除和控制策略,制约产品品质和收率水平;③具有自主知识产权的分离纯化技术及装备水平不高,装备国产率低,显著影响产品品质和生产成本。项目通过共性分离提取技术创新及装备研制升级,突破了上述瓶颈,单糖分离技术和装备实现国际并跑、局部领跑。主要创新点如下： 1、发明了基于物性调控的混合单糖连续膜分离技术。通过对单糖混合物溶液的物性调控和分子修饰,结合纳滤膜表面荷电性质与膜截留分子量的高效组合,精准调控纳滤过程膜分离特性,实现了果糖、葡萄糖纳滤分离,直接得到果糖纯度为55%-60%的果葡糖浆产品。相较于传统的色谱分离工艺,设备投资减少80%,能耗降低15%、水耗减少20%。 2、发明了固定满床连续离交耦合程序波变低温结晶脱除5-羟甲基糠醛技术,实现高纯度结晶果糖提质增效。美拉德反应产生的5-HMF显著影响果糖或葡萄糖的结晶收率,项目开发了固定满床连续离交技术及装置,优化筛选特异性吸附剂,将糖浆中5-HMF残留量降低到15ppm以下,低于国际标准50%;通过温度程序性波变调控低温结晶过程,避免在结晶过程中产生5-HMF。成果实施后,果糖一次结晶收率提高8%,产品纯度从99.5%提高到99.9%,结晶周期缩短30%,生产成本下降3%。 3、发明了基于流场调控的杂化膜废水资源化清洁生产技术。针对各类果、葡糖等生产废液的特性,建立了超滤、纳滤、反渗透等杂化膜分离技术,对离子交换酸碱洗脱剂、结晶母液、洗涤水及其他废水进行分类处理,利用计算流体动力学模拟实现宏观膜系统和流道微流场特性的实时协同调控,解决了废液膜处理严重膜污染问题,同步回收酸、碱、糖及水,酸碱回收率达到82%以上,中水回用率达到70%。 4、研制了多种具有自主知识产权的单糖先进分离装备。基于前期分离技术的基础研究和技术创新成果,研制了绿色柔性一体化膜分离装备、淀粉糖专用顺序式模拟移动床色谱分离装备 （SSMB）、固定满床连续离子交换装备等具有自主知识产权的先进分离装备,装备国产化率提高到100%,万吨产能固定资产投资节约35%,酸、碱、水消耗降低30%,综合能耗下降10%。 成果自2014年起在山东西王糖业有限公司等龙头企业实施产业化应用,近三年累计新增产值39.1亿元、利润2.6亿元（其中节能降耗等节支总额4000万元）、税收1.5亿元。项目申请中国专利32项（授权30项）,发表论文11篇,制订国家标准1项。经济和环保效益显著,提升了我国功能糖产业的技术水平和装备水平,实现了产业和技术升级。成果可以推广到其他轻化工及生物医药领域应用。