摘 要：主要阐述了酸化水解的原理和特点，就此工艺在甘露醇和山梨醇的生产中运用进行分析。
关键词：加压；水解；果糖；葡萄糖
作者简介：周海琨（1976-），广西上林人，，工程师，主要从事山梨醇、甘露醇生产的工艺管理和技术改造工作。
1 前言 山梨醇和甘露醇是两种同分异构饱和六元醇，用途广泛。工业上由蔗糖制备甘露醇、山梨醇方法如下：将50%蔗糖水溶液加酸水解生成果糖和葡萄糖混合液（以下称转化糖液），经过中和脱色、离交精制后调节PH值，在有催化剂条件下加氢反应葡萄糖生成山梨醇，果糖生成甘露醇和山梨醇。在实际生产中，为了得到较多的高附加值甘露醇成品，就必须控制果糖的水解含量。本文主要通过对蔗糖酸化水解主副反应的研究，提出在实际的生产中，通过加压升温使蔗糖酸化水解迅速完成，减少副反应达到降耗提产的目的。
2 原理分析 我们知道，蔗糖的分子式为C
12H
22O
11，是一种双糖，是葡萄糖和果糖的脱水缩合物，蔗糖在酸作用下，水解生成葡萄糖和果糖（蔗糖水解生成的葡萄糖和果糖合称为转化糖），即上述分子式在中间处断裂成两段。反应式为：
.jpg)
酸催化蔗糖水解反应机理为：
[1]（1）为快平衡，（2）为控制步骤得反应速率方程式：r
H+ = k
3[AH
+][H
2O] （3）因为k
1/k
2 = [AH
+]/[A][H
+] ， [AH
+] = k
1/k
2[A][H
+]所以：r
H+ = k
H+[A][H
+][H
2O] （4） k
H+ = k
3k
1/k
2 蔗糖水解反应生成的还原糖（葡萄糖和果糖）达到一定浓度时，开始发生复合反应和分解反应。复合反应是指转化糖受酸和热的作用能通过糖苷键相聚合，失去水分子，生成二糖、三糖、甚至其他较高的低聚糖等。 葡萄糖分解反应是因单糖在酸的作用下自身脱水生成糠醛所致，反应表达式如下：
果糖受酸和热的作用，发生上述反映生成5
，—羟甲基糠醛的反应较葡萄糖容易，与葡萄糖直接分子脱水不同的是果糖要经过1，2—烯二醇中间体，其反应表达式如下：
以上是蔗糖在高温下水解时发生的主要副反应，蔗糖的水解反应所伴随的分解反应产物是很多的，其副产物见表1。
表1 水解中的副产物[2]| 脱水产物 | 分裂产物 | 缩合产物 | 异构化产物 |
| 5，-羟甲基-2-糠醛#5，-甲基-2-糠醛α-当归内脂二羟基丙酮#β-当归内脂甘油醛#2-（2-羟基乙酰）呋喃2-（2-羟基乙酰）呋喃甲酸异构麦芽糖4-羟基-2，3，6-己三酮4-羟基-2-（羟甲基）-5-甲基-3（2H）呋喃酮乙酸 | 甲酸乙酰丙酸# 高分子有色化合物2-糠醛#丙酮醛#乳酸#丙酮醇#乙醇酸#2，3-丁二酮 | 腐黑物或高分子有色物质 | D-葡萄糖# |
3 实验部分3.1 材料与仪器原料：广西一级白砂糖 反渗透纯化水设备：立式不锈钢316L反应釜分析仪器：上海精密科学仪器有限公司阿贝折射仪WAY(2WAJ) 上海精密科学仪器有限公司 旋光仪WZZ-2B
3.2 水解转化糖中果糖含量的测定 将水解糖稀释至8～12%的溶液，恒温20℃，用折射仪准确测定B
X20后用旋光仪测定其旋光度α按下式计算得样品的比旋度
[3]： α
20 × 100[α]
20D = —————————— L× d
× Bx
20α
20：旋光度L：旋光管长度：dmd：水解糖的密度 [α]
20D - 52.5果糖含量λ = ——————————×100% -145 由蔗糖水解的反应原理可知：蔗糖水解的反应速度和[H
+]、k
H+有关，k
H+随着反应的温度而增大；PH值、温度和时间是促使蔗糖彻底水解的必须条件，同时也是影响转化糖色值和质量的重要因素，若调整不合适不仅会造成水解产物葡萄糖、果糖的损失，而且会使转化糖液的色值增加。因此，我们在实际的蔗糖水解成转化糖的生产过程中，考虑采用加压水解的方法，提高蔗糖酸化水解反应的温度，促使反应在较短时间内完成，达到减少副反应的发生。
4 结果与讨论4.1 PH值的影响 表2 不同PH值条件下水解色值对比| PH | 反应压力MPa | 反应用时min | 反应温度℃ | 果糖含量λ% | 色值 |
| 2.33 | 0 | 45 | 100 | 46.8 | +++++ |
| 3.17 | 0 | 80 | 100 | 47.5 | ++++ |
| 4.14 | 0 | 110 | 100 | 46.4 | +++++ |
注： ++++表示红色，+++表示黄色 可以看出，常压水解在不同PH条件下要达到反应完全，PH值定在3左右就可以达到很好的水解效果：反应速度快，转化糖的色值也较低。PH值低于此范围时尽管反应的速度快但色值也会升高而且转化糖中的果糖含量也有所下降。由方程式（4）我们可知：理论上蔗糖水解反应的速度与溶液中氢离子浓度成正比例。在溶液PH每下降1.0时，溶液的氢离子浓度增加10倍，转化速度也增加为 10倍，因此，PH值是影响蔗糖转化速度的最重要因素。但水解反应产物葡萄糖和果糖易在高温强酸的条件下生成复合二糖甚至是复合多糖或者发生分解反应生成糠醛进一步产生有色物质，而且亦要考虑到反应釜的耐酸性能,不能任意提高氢离子的浓度。
4.2 温度的影响 表3 不同温度条件下水解结果比较| PH | 反应压力MPa | 对应的反应温度℃ | 反应用时min | 果糖含量λ% | 色值 |
| 3.15 | 0.00 | 100 | 80 | 47.5 | ++++ |
| 3.16 | 0.05 | 110 | 45 | 48.1 | ++ |
| 3.14 | 0.10 | 125 | 30 | 48.4 | ++ |
| 3.17 | 0.15 | 130 | 15 | 48.5 | +++ |
| 3.16 | 0.20 | 140 | 10 | 47.5 | +++++ |
+++++表示 棕红色， +++表示黄色，++表示浅黄色 从表可以看出反温度对蔗糖转化也有很大的影响。随着反应温度提高反应用时大幅缩短，当反应温度达到140℃，转化糖色泽明显增加而且带有焦味，颜色呈棕红色，而且果糖在转化糖中的含量也有所下降。原因是蔗糖在高温的条件焦化了，因此反应的温度也应当控制在140℃以下。对比不同温度下水解转化糖色值，在PH值当反应温度在110～130℃时取得较好的效果，不仅反应速度快，转化糖色泽也较常压水解下的浅。
4.3 结论 根据试验数据显示，在条件PH值为3下通过加压的方式将反应温度提升至110～130℃时，反应后果糖含量都能达到最高峰值，且均能超过48%。与常压水解相比，加压水解生产的转化糖呈淡黄色，后工段精制时活性碳的使用量大大地降低，加压水解还缩短了反应时间，节约了蒸汽，转化糖中的果糖含量也较常压水解有所升高，使最终的高附加值成品甘露醇转会率也可以相应提高。因此，在六元醇生产中，加压水解明显具有能耗低，时间短，产量高等特点，是一种较好的蔗糖水解生产工艺。
参考文献 [1]梁智.蔗糖与蔗糖水解[J].化工科技动态,1997,12.[2]尤新.淀粉糖品生产与应用手册[M].北京：中国轻工业出版社,1997.[3]陈璥.葡萄糖生产工艺[M].石家庄：中国淀粉工业协会,2004.
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