本发明涉及通过结晶生产高化学纯结晶木糖的方法，该结晶通过 控制木糖水溶液的冷却实现，所述木糖从甘蔗渣中获得。按照本发明 方法制备的木糖由确定晶体组成，该晶体是由平均直径在约150微米和 约300微米之间的窄粒度分布的粒子构成。调节本发明结晶木糖的物理 和功能特性例如纯度、晶体的粒度分布和平均直径、表观密度、吸湿 度和溶解时间，使其在具体工业应用中性能最佳。因此，本发明的另 一目的是提供按照本发明方法制备的产品(结晶木糖)。再另一目的是 为由所述木糖获得的结晶木糖醇以及相应的制备方法。

本发明的技术领域与天然存在的营养性甜味料有关，这些甜味料 中最重要的是蔗糖、葡萄糖、果糖和适当的木糖，它们是大规模工业 生产并作为单糖或一些食品的成分大量消耗的糖类。

木糖是具有分子式C5H10O5的戊糖，可从含有木聚糖的半纤维素植物 原料中获得，具有低热值和变甜的能力，按照文献中收集的一些数据， 大约等于蔗糖的67％。这些特征使木糖特别适合在一些食品和饮料产 品、尤其是食疗和针对糖尿病患者的产品中用作如甜味剂、附加赋形 剂或者防腐剂。前述特征与其对治疗冠状动脉和消化系统疾病及治疗 高血压的良好结合，开辟了木糖可用作各种药物配方原料的可能性。

对木糖工业应用的成功作出贡献的另一性质涉及已证实的其防止 出现牙齿衰变的能力。然而，尽管有前述潜在的用途，但它作为生产 木糖醇的原料已经在国际市场上得到广泛的认可。

结晶木糖由白色晶体组成，该晶体是无嗅和略微吸湿度的，密度 为1525kg/m3，熔点在152和154℃之间，在甲醇、乙醇和异丙醇中微溶， 而易溶于水。还应当指出，按照技术出版物食品化学药典(1992)和 美国药典(1990)，木糖定义为包含不低于98wt％(基于干固体)的基 质木糖(C5H10O5)。

至于结晶木糖醇，它是具有分子式C5H12O5的多元醇，其在植物、水 果和蔬菜中存在量极少，这方面妨碍其从此来源中经济地利用，它还 因热含量和变甜能力比蔗糖低而突出，从而使之适合在制药业及食品 和饮料工业用作甜味剂。

木糖醇另一特殊性涉及其防止(根据最近的研究，甚至避免)出现 龋齿的有效作用，因而被推荐作为人体营养中蔗糖的理想替代品，并 作为制备牙膏的重要物质。此外，因其在体内容易而且不依赖胰岛素 进行代谢，木糖醇作为非常适合糖尿病患者食品中使用的成分脱颖而 出，对专家推荐的需热量无不良影响。

结晶木糖醇由白色、无嗅并吸湿的晶体组成，有约-34.8cal/g的 负溶解热，因此它与唾液接触时有明显的新鲜感，该木糖醇密度为 1520kg/m3，熔点在92和96℃之间，在甲醇、乙醇和异丙醇中溶解度低， 在水中溶解度高。还应当指出，按照技术出版物食品化学药典(1992) 和美国药典(1990)，木糖醇定义为包含不低于98.5wt％(基于干固体) 的基质木糖醇(C5H12O5)。

自七十年代以来获得专利的木糖制备方法大部分采用化学路线， 特别是那些基于含有相当数量木聚糖的生物质水解的路线。 US3,990,904、US4,075,406和US4,226,638用来自纸浆造纸工业的残 渣、木材碎片、玉米芯和其它种类的植物作原料，通过加酸水解的预 备步骤获得含有木质素的固体废物和木糖溶液，其能通过随后的处理 纯化。

与上述路线的技术改进一致，针对含有相当数量木聚糖的半纤维 素原料的加工，一些新近的专利结合经典的分离单元操作企图(复杂而 且不总是很成功)改善从伴生的固体废物中回收木糖的收率 (US5,340,403和US6,086,681)，而其它专利致力于色谱分离方法以 获得相对较纯而且能通过随后的控制结晶生产在要求规格范围内的结 晶木糖的木糖溶液(US5,084,104和US6,239,274)。

然而，在十九世纪八十年代和十九世纪九十年代，几个研究组在 木糖生产领域的工作朝向生化路线，用微生物制造足以使含有木糖低 聚物的半纤维素基质水解的酶，如US4,200,692、US4,275,159和 US5,932,452采用的方法中所示。根据他们的主要研究，证明这种努力 是正确的，因为其导致在不需要提纯木糖水解产物的中间消耗步骤的 情况下获得纯度和收率与通过经典化学路线所得相当的最终产品。

随后的木糖醇的生产也沿袭与木糖生产相同的化学和微生物法之 间的划分，如对该主题的现有技术综述中所示。在第一组方法中，类 似地回到七十年代，许多专利揭示了木糖醇的合成策略，该策略基于 在工艺的初始步骤中使木材或其它种类植物原料加酸水解，从而获得 木糖，在产生的水解产物所需纯化步骤结束之后，直接氢化，导致生 成所要结晶木糖醇，随后完成这些文件(US3,970,712和US3,980,719) 中所述制备方法所特有的一些补充操作。

随后不久，假定已经掌握木糖到木糖醇的催化还原反应，涉及前 述思路的一些其它研究开始集中在制备方法的特殊方面。例如，以提 高木糖醇的最终纯度和使其适应消费者严格的要求为主要目的， US3,985,815深入研究探索由木糖加氢产生的木糖醇溶液分级晶化的 理想条件。US4,008,285更全面地探索全部半纤维素原料至结晶木糖醇 的漫长转化，没有忽视水解产生的酸性木糖溶液的纯化，但详细分析 了利用离子交换树脂通过色谱分离技术富集木糖加氢所得木糖水解产 物和木糖醇溶液。

探寻一些具体答案的其它重要研究工作涉及利用独特的工业废物 带来的麻烦，其特征在于其木糖低聚物含量高，但木糖醇加工期间不 期望的污染物含量高，进一步说明纯化学路线中出现技术创新，如 US 5,998,607，介绍了一种由具有不受欢迎的高木糖酸含量的木糖溶液 生产木糖醇的方法。

采用生化路线生产木糖醇，与前述木糖的情况类似，一些研究者 在最近二十年致力于开发能用木糖溶液作原料生物合成木糖醇的微生 物。在一些美国专利(US5,081,026、US5,631,150和US6,271,007) 以及巴西专利(BR9,007,009和BR9,105,939)中可以领会此途径的变 化，这些专利大多强调其它优点，除省去了连续的产品纯化步骤之外， 所述优点是反应结束时产生乙醇作为副产品，因为介质中存在的几种 其它己糖大部分转化。关于此问题的其它值得注意的出版物涉及用微 生物由葡萄糖合成木糖醇，该合成通过所述葡萄糖的需氧发酵得到阿 拉伯糖醇，接着使之氧化成木酮糖并使所述木酮糖酶法异构化得到木 糖，仅为了随后进行催化加氢使木糖转化成木糖醇(BR9,004,978和 US6,221,634)。

由评价图看来，显然已经被授予专利的结晶木糖生产方法(因而获 得结晶木糖醇的那些方法的优势)在化学路线和生化路线中并入几个 相当复杂的工艺步骤，产生工艺效率和产率不令人满意带来的一系列 技术困难，从而成为偶尔以高成本生产最终产品结晶木糖或结晶木糖 醇的原因之一。

关于化学路线，对现有技术文献的评价表明，使用任何半纤维素 原料作起点，在所要纯度木糖溶液的提取中达到高收率有不可否认的 障碍，主要是由于排除污染物所需要的系列纯化处理导致的损失，因 为那么多联合的按照参考书中确定的标准操作方法进行的分离单元操 作最终的确妨碍了过程经济。

至于生化路线的现实预期，同样毫无疑问的是与使用对工艺和工 业装置中要求的操作条件特别敏感的微生物相关的主要麻烦，如采用 此可选途径的构成现有技术的专利充分揭示的。

此外，与化学路线相比，除采用微生物法的实践中与选择性和收 率有关的技术特殊性带来的通常不能克服的一系列障碍之外，不可否 认的是必不可少的提纯需要成为集合附加高生产成本的决定性因素， 从而失去的竞争优势，几乎总是预先匆忙地说其属于获得最终产品结 晶木糖或结晶木糖醇的策略。

因此，鉴于以上考虑，根据已经公开的几个不同专利中记载的评 论，推断现在缺少可同时体现所有关心的积极方面的生产结晶木糖和 结晶木糖醇的工艺路线。要填补的空白是指能减小后续纯化步骤带来 的损失的技术，因为在不忽略总工艺的预期收率和由市场决定的最终 产品纯度要求增长的情况下，总有要从主流中分离的生物质废物，还 指从希望使用低价而且丰富的原料到为使最终转化最大而方便地优化 的单元作业和操作集成的一系列多工艺阶段中使成本合理化的迫切要 求。

与现有技术中存在的几种可选择的方法相比，本发明具有在结晶 木糖和结晶木糖醇的协调生产中体现大量有利特性的特征。最突出的 是(不容争辩)，所设想的方法用甘蔗渣(它是现有技术已经引用的文件 中尚未建议的半纤维素原料)作原料，合理地利用制糖厂中丰富并便宜 的废料，从而合并到巴西经济长期传统的工业部门中。

进而，由于用于甘蔗渣处理预备阶段的操作条件，属于本发明的 方法需要减少获得木糖溶液的纯化步骤，这使原料损失比先前提及的 相关专利中描述的那些要小得多，并且避免了存在于甘蔗渣的木糖提 取效率的计算中任何负面影响的增加，作为可获得较高的生产工艺总 收率的贡献因素显露的这些特征取决于最终产品和供入系统的甘蔗渣 之重量比。

此外，涉及木糖结晶及其随后转化成木糖醇的后续单元操作和方 法确保过程结束时产品纯度极好，从而使本发明合并结果尤其不同， 收率和纯度两项都非常好。重点强调的是，这是在对很好地调整以使 其满足使用其的多个工业部门需要的结晶木糖和结晶木糖醇的生产没 有任何损害的情况下发生的，不仅是在分析它们的理化参数时，而且 在评价其应用所要求的形态时。

除具有上述的一系列显著优点之外，本发明用于生产结晶木糖和 适当的结晶木糖醇的方法还与现有技术中描述的其它方法显著不同， 并具有显著的创造性，该创造性通过单元操作的顺序和通过调整每种 单元操作中的某些条件明显获得，尽管装置的操作顺序都是已知的普 通术语。应该强调，这种创造性通过联合形成各种技术改进和革新的 方法展现，当与授权的专利技术相比时，该工艺路线更简单并更有效， 该路线由以下步骤组成，第一步骤，基本上是化学性质，通过甘蔗渣 水解生成木糖；第二步骤，将提取的木糖溶液纯化；第三步骤，通过 控制冷却先前已经浓缩的水溶液实施木糖结晶；第四步骤，使木糖加 氢来生产木糖醇溶液；第五步骤，将所述的溶液处理并蒸发；和第六 步骤，与木糖结晶类似，还通过控制冷却其水溶液形成木糖醇晶体。

按照本发明方法生产的结晶木糖具有高等级的纯度，其通过高于 99％的木糖含量量化，由此衍生的结晶木糖醇也具有极好的纯度，用 木糖醇含量表示，从不低于99.5％(基于干基固体含量重量百分比)。

该木糖和木糖醇晶体的极好纯度、确定的形状和显著均匀的粒径 使最终产品获得良好的稳定性，这通过降低的吸湿度证明。同样，由 于所述纯度水平和按照本发明方法生产的晶体形态完整，所述微粒原 料具有低的易碎性，这使其在处理、包装、存储和甚至在最后的消耗 期间保持好的流动指数。此外，其微晶颗粒具有平均直径等于200微米 木糖和450微米木糖醇的窄粒径分布，由此使粉末产生好的流动性并对 获得其组成粒子的短暂溶解时间作出贡献。

考虑到上述事实，可能推断由于结合了本发明开发并最佳化的制 备方法的技术上的新颖和改进，通过成本相对降低和产率最大化的路 线由甘蔗渣制备结晶木糖和结晶木糖醇就变得可行，该木糖和木糖醇 具有高化学纯度和其它便于调整以满足应用于不同工业部门严格要求 性质。

总之，本专利将其作为主要目标的核心保持在以下方面，所述方 面通过在申请人的装置中实施研究、实验和实验室及工业测验支持：a) 利用甘蔗渣作原料生产高纯度结晶木糖的方法，该方法具有先前提到 的有关特征，使它相对于现有技术是完全原创的；b)由相应方法生产 结晶木糖；c)随后的补充处理，其中初始材料是由此产生的木糖，以 获得具有真实地增强本专利创造性特征的内在优点的高纯度结晶木糖 醇；d)由先前已经简要讨论了的六个步骤组成的技术路线获得结晶木 糖，在文件以下的段落中将更加详细地描述其全部主要方面。

指导开展本发明初期工作的基本思想在于确定使用甘蔗渣作原料 的新颖性和商业可行性的技术路线，该原料相对便宜的，在巴西的领 土可大规模使用，供给可靠，质量满足标准，所以它可以用作工业原 料。

但是，即使涉及本专利更好的进步，现有技术中描述的木糖和木 糖醇的特有制备工艺中存在的内在问题方面必须被着重强调，该方面 是指不强制包括严格操作时获得同时具有令人满意纯度和产率最终产 品(木糖或木糖醇)的困难，该操作在加工物流的纯化中太复杂并太 贵。

尽管前面已经指出了大量优点，但申请人揭示了前述论及原料策 略利用的研究使从甘蔗渣提取木糖溶液纯化步骤的数目最小化，随后 原料损失的降低(在污染物和其它不期望物质的去除阶段是常见的)， 但不损害木糖和木糖醇的消费者在它们通常应用领域确定的纯度要 求。这里提出的路线完全没有色谱分离装置，已经说明极大减少了工 厂装配设备的资本投资，以及与其操作相关的成本显著减少，尤其由 于处理更多的浓缩流，所以就不要求用于其蒸发的额外能量消耗。

利用甘蔗渣生产高纯度结晶木糖和结晶木糖醇的全过程，包括本 发明目标的所述方法，在下面详述并在图1中图解，该方法包括六个清 楚的步骤，以下分别描述以更好地理解它们的特性：第一，以植物原 料的水解结束；第二，将木糖提取物纯化；第三，进行木糖结晶；第 四，通过加氢反应使木糖转化为木糖醇；第五，上述获得的木糖酸水 溶液的处理和蒸发；第六，通过控制降低其水溶液的温度进行木糖醇 晶体。

第一步骤，在从糖厂收到甘蔗渣之后，通过在旋转切割机中碾磨 该原料开始，调整以使纤维材料的尺寸实质降低，以便至多5％生成物 颗粒具有大于3毫米的粒径。该尺寸对于增加这些固体部分的表面积是 重要的，并且，作为结果，以利于随后处理时的充分接触，主要是在 水解过程中的酸与半纤维素基质接触期间。

此后，针对从细碎的甘蔗渣除去剩余的杂质，用热水在至少80℃ 的温度下对固体原料进行洗涤操作，水对甘蔗渣的近似重量比为5到 10，在罐中持久并有力地搅拌，以便激烈地作用于系统以除去有机物 中含有的碎片，由此使沉淀物、砂子和其它夹杂物游离。

最后，在涉及甘蔗渣预处理的阶段，将悬浮液转移至脱水工艺， 在那里将水合组分分离，由此带走剩余杂质并从对随后的理化工艺有 害的干扰物质中除去植物物质。

根据细致调整的工艺条件，存在于甘蔗渣中的高含量木聚糖的半 纤维原料的酸水解结果是木糖的生成。将由脱水获得的甘蔗渣装入搅 拌的水解反应器，该反应器含有先前量的压载水，由此形成固体含量 包括10wt％到20wt％的悬浮液。此后，在120℃到150℃的温度下保持 约120分钟，用硫酸对所述的木聚糖进行水解催化反应，硫酸在加入甘 蔗渣之前加到水中，该硫酸具有98％的溶液浓度，以这样的比例以使 pH值调整至1.0到2.0，由此产生的木糖溶液具有2wt％到6wt％的总干 固体浓度，木糖纯度为60wt％到75wt％，基于干基固体。

该水解反应的关键在于操作条件的严格控制，按照本发明随后的 工序，以便，尽管达到木糖提取的最高产率，但存在于植物性材料中 的木质素和纸浆没有发生同样的降解，这种混合物保持在不溶的残渣 中。

有趣的是，没有细致的研究能确定最佳的反应过程变量，如果用 来完成水解的条件还将使甘蔗渣的全部ligno-纤维素含量以及其中 包含的其它碳水化合物普遍分解，随后木糖溶液的纯化仍将要求多种 用于处理的额外努力，如构成的现有技术的许多专利中描述的，由此 过多地提高了制造成本，当实际上可行时，以便获得一些申请 (US5,340,403和US6,086,681)要求的纯度。

肯定先前阐明的一些概念，重要的是再一次强调，在申请人引入 其技术开发工作的技术革新中，值得特别提及的是涉及在甘蔗渣水解 步骤中最佳化参数的确定，由此，如以下段落中可以看到的，使包括 木糖和木糖醇生产的所谓化学路线的特有的纯化装置复杂性降低。

处理的第二步骤在于，通过使用5％到10％浓度的氢氧化钙悬浮液 中和水解溶液以将介质的pH值调整为6.0到7.0。此后，将氯化铁和阴 离子聚电解质掺入溶液中，由此获得沉淀和絮凝的重要综合效应，其 行为增加了除去溶液杂质的效率，如此消除其混浊，以及除去大部分 液相中察觉的有色微粒并由此急速地稀释其深色强度。

在另一个脱水操作中，进行部分纯化的溶液从基本上由加工的甘 蔗渣组成的前述固体残渣中分离，该渣还粘附已经从液相中除掉的相 当部分污染物。作为次要的优点而使用这个步骤，将甘蔗渣湿润并中 和，使其能够返回到糖厂，在那里它可以直接用作蒸汽发生装置的燃 料，由此合理地综合碾磨和木糖装置的能量平衡，没有加入对锅炉内 壁有害物质的危险。

然后，使具有2wt％到6wt％干固体含量和木糖纯度为60wt％到 75wt％(基于干基固体)的部分纯化的溶液通过蒸发装置，在700到 750mmHg的减压下操作，其中，由于相当的水量损失，其浓度增加到约 10％到20％。

为了更好纯化的目的，对先前蒸发的木糖溶液进行两个其它的单 元操作，基本目的是为了除去还存在于溶液中的有机和离子污染物， 其可以严重损害后来实施的木糖加氢以及木糖和木糖醇结晶周期。

木糖溶液的处理要求在包括70℃到80℃的温度下以约10g/100ml 的比例使用活性炭净化60分钟，无需调整介质的pH值，因为其值已经 稳定在6.0到7.0。过滤后，为了使活性炭和吸附的杂质离开主要物流， 使该物流通过三个连续的离子交换树脂、阴离子和混合树脂床，进行 大量除离子作用直到其电阻率到达300000Ohm.cm的最小值。

此时，具有10wt％到20wt％总干基固体浓度和木糖纯度为65wt％ 到85wt％(基于干基固体)的纯化木糖溶液进入本发明目标路线的第 三步骤。通过在700到750mmHg的减压下蒸发，干基固体含量充分增加 直到其稳定在包括75wt％到85wt％的值(该参数范围用于将溶液传递 到结晶器被认为是理想的)，以生产具有可观收率规则晶形的晶体， 其轮廓清楚并均匀，具有高的纯度，为了木糖商业化方法的成功，这 些特征是绝对重要的。

按照本发明，通过降低纯化浓缩液温度的木糖结晶在四个阶段实 施，所述阶段包括介质的控制冷却和调整成核籽晶的添加。

在第一阶段中，装入结晶器的所述溶液具有高于75wt％的浓度和 优选包括65wt％到85wt％(基于干基固体)的木糖含量，根据溶液的 纯度，按照1.0℃/h到2.5℃/h的传热速率，将所述溶液从包括55℃到 65℃的起始温度迅速冷却至包括45℃到52℃的温度。

在已经完成了上述工序之后，用木糖晶体进行随后的等温种籽晶 阶段，即在与前序阶段结尾已经达到的溶液温度相同的温度下保持30 分钟到1个小时时间，木糖晶体具有平均直径为20微米到40微米的 粒径分布，并且纯木糖籽的重量相对于溶液中木糖的重量包括0.5wt ％到3.0wt％，优选包括0.8wt％到1.2wt％。

当与介质中木糖质量相比，大比例使用籽晶和具有小尺寸的微粒， 目的是通过表面集合的结构为晶体的生长提供相当大的表面积，该机 理在于游离溶液分子通过表面反应粘附在晶体表面，由此使晶体便利 地变大并在离心分离操作更容易与母液分离，在结晶结束时，由此对 木糖达到非常高的回收率作出贡献，这些是本发明方法的特征。

第三阶段在于，按照预定和自动控制温度程序的甘蔗汁缓慢冷却， 通过温度的临界区域，其中不能超过最佳的过饱和限制以防止任何的 自发成核。出于这个目的，因此，在包括0.2℃到0.6℃/h的中等恒定 速率下，逐渐地降低甘蔗汁的温度，直到其稳定在约40℃到约42℃的 温度水平。在该过程期间，籽晶晶体略微成长，尖锐边缘、平坦表面 和适当的轮廓清楚地形成。

用于木糖结晶的方法的最后阶段，在这里确定为第四阶段，其在 于完成前述阶段中生产的甘蔗汁的快速冷却，按照类似预定的以及自 动地控制温度梯度，以0.5℃/h到1.5℃/h的恒定传热速率，从40℃到 42℃冷却到约25℃到约30℃的温度。

温度的快速降低贯穿该阶段，其中仍避免或至少使自发成核最小 化，晶体猛烈生长，并从保留了大部分溶解物的液相中除掉，直到达 到在补充阶段之后完成的适当结晶的目标点，该补充阶段足以使甘蔗 汁在最后的阶段达到的温度稳定，包括25℃到30℃。同时，该值相应 于结晶工艺的终点温度和晶体离心分离的温度，由此完成36小时和60 小时的全部结晶周期，该时间通过总计每个组成阶段计算。

通过在结晶成型阶段结束生成的甘蔗汁的离心分离有效实施木糖 晶体的回收，在那里将结晶介质分离成木糖晶体组成的块和含有剩余 木糖的液相，含有杂质的液相循环，以便与通常在流出物处理装置中 处理的废物混合。在适当的离心机中用冷水迅速洗涤晶体，以除去临 时粘附在它们表面的全部污染杂质，由此使结晶木糖已经非常高的纯 度增加。

在此时，如果对木糖直接商业化有兴趣，将具有约1％到约5％含 水量的洗涤晶体小心地转入转筒干燥机，该干燥机使用平均温度100 ℃的干空气，目的是获得水分含量低于或等于0.5％的最终产品。因而， 通过筛选使干燥原料按大小分级，以使其具有适应于市场规格的颗粒 特征，然后在可控温度和湿度条件的环境下迅速包装。分离约等于至 多全部质量5％数量的木糖晶体用于需要的籽晶的制备，该籽晶用于新 的结晶周期，并进行研磨操作直到相应的晶体达到约20微米到约40微 米的尺寸。

依照本发明制备的产品的纯度是极好的，木糖含量高于99.0wt％ 和实际上是唯一杂质的葡萄糖及阿糖含量低于1.0wt％，都是基于干基 固体。进而，微晶颗粒具有窄的粒径分布，平均直径约150微米到约300 微米，这证明用于木糖结晶操作条件选择的适当。

但是，按照本专利渗透的中心思想，为了预期木糖醇的形成，将 由前序离心分离产生的木糖晶体溶于去离子工艺水，直到确定总的干 固体浓度为54wt％到56wt％。在方法的第四步，在阮内镍基催化剂存 在下，在将pH值初步调整为4.5到5.5之后，在约580psig的压力和145 ℃到155℃的温度下，将这种溶液加氢，使反应持续80分钟到90分钟的 时间，要求这些是为了使约98％到99％存在于含木糖醇介质的木糖转 化。

过滤后，完全与催化原料分离，粗的加氢溶液进入方法的第五步， 其中开始将其送入填充了颗粒活性炭的塔，在65℃到75℃下并确定适 当的停留时间，由此使其净化，之后，将其温度降低至43℃到47℃， 使物流通过一组分别由阳离子、阴离子和混合树脂组成的床，进行充 分脱离子，直到滤层出口的电阻率增加至800,000到1,000,000 Ohm.cm。由此木糖醇结晶进一步纯化，因为，在所述流中干扰物质的 存在能损害规则形状晶体的形成。

随后，离子交换装置获得的溶液具有52wt％到54wt％的干固体含 量，木糖醇纯度为96wt％到98wt％，基于干基固体，通过在700mmHg 下操作的蒸发系统，其中通过蒸发过量的水使其浓度增加至70wt％到 75wt％。

作为本发明目标的路线的最后步骤是指通过其纯化浓缩溶液温度 的降低使木糖醇结晶，如木糖的例子，以在包括介质控制冷却和能削 弱自发成核现象强度的籽晶添加的四个阶段实施。

在第一阶段中，装入结晶器的所述溶液具有高于70wt％的浓度和 优选木糖醇含量包括96％wt到98wt％，基于干基固体，根据溶液的纯 度，将所述溶液以1.0℃/h到2.0℃/h的传热速率从包括58℃到60℃的 起始温度迅速冷却至包括48℃到52℃的温度。

在第二阶段，进行等温种晶，即在不改变前述阶段结束已经达到 的溶液温度下，以相对于溶液中木糖质量约0.5wt％到3.0wt％的比例， 优选以1.0wt％到1.5wt％的比例，将包括20微米到40微米大小的木糖 醇晶体保持30分钟到1小时。

和木糖的结晶一样，如此相对大量地使用具有减小了尺寸的颗粒 的籽晶，目的是通过前述表面集合效应为木糖醇晶体的生长提供相当 大的表面积，由此使晶体对于它们的应用变得足够大并在离心分离操 作中更容易与母液分离，在结晶的最后，由此对达到非常高的木糖回 收率作出有效贡献，这些是本专利详述的方法特征。

第三阶段在于，按照预定和自动控制温度程序的甘蔗汁的缓慢冷 却通过温度的临界区域，其中不能超过最佳的过饱和限制以防止任何 的自发成核。据此，在保持0.7℃/h到1.0℃/h的中等恒定速率下，缓 慢地降低甘蔗汁的温度，直到其稳定在包括约35℃到约40℃的水平。 在该成型过程期间，籽晶显著生长，尖锐边缘、平坦表面和适当的轮 廓清楚形成。

木糖醇结晶方法的最后阶段在于，按照类似的预定以及自动控制 的温度梯度，以1.5℃/h到2.0℃/h的恒定传热速率，从前述步骤中35 ℃到40℃的结束温度至19℃到23℃的温度，完成甘蔗汁的快速冷却。

快速降低温度贯穿该阶段，其中仍避免或至少使自发成核最小化， 从液相中除掉大部分剩余溶解物的晶体激烈生长，直到达到适当的结 晶，再经过额外的时间段，该时间段足以使其温度稳定在包括19℃到 21℃的最终温度。该值不仅是结晶结束的温度，还是相应于晶体离心 分离的温度，由此完成30小时和50小时的全部结晶周期，该时间通过 总计每个组成阶段计算。

通过甘蔗汁的离心分离实施结晶木糖醇的回收是有效的，由此将 结晶介质分离成木糖醇晶体和富含木糖醇的液相，该液相在蒸发之前 与纯化的木糖醇溶液混合，以实质上提高方法的总产率。然后在适当 的离心机中用冷水迅速洗涤晶体，以除去临时粘附在它们表面的全部 污染杂质，由此使结晶木糖醇已经非常高的纯度增加。

之后不久，将含水量约2％到约3％的洗涤后的晶体转移至转筒干 燥机中，该干燥机利用平均温度约90℃的干空气，以保证获得湿度含 量不高于0.1％的最终产品。因而，通过筛选使干燥的物料分级，以使 其具有根据市场规格调整的颗粒分布，然后在可控温度和湿度的环境 下迅速包装。将等于至多5％全部质量的数量的晶体分离用于籽晶的制 备，该籽晶在进一步的结晶周期中需要，进行研磨操作直到各自的晶 体达到包括约20微米到约40微米的尺寸。

在卖给消费者的最终产品中，按照本发明制备的木糖醇的纯度是 极好的，木糖含量最低等于99.5wt％，含量量低于0.5wt％的阿糖是检 测到的实际上仅剩的杂质，含量都是基于干基固体。此外，它们的微 晶颗粒具有很窄的粒径分布，其平均直径为约400微米到约600微米， 这表明木糖醇结晶的操作条件选择的精确性。

即使现有技术中存在大量关于木糖和木糖醇的结晶方法的技术上 的困难，但令人惊奇的是，通过申请人介绍，本发明路线揭示了其作 为重要的新颖性和决定性技术改进的有利来源。

作为基本的效果，基于本发明的创造性内容，结合了木糖和木糖 醇工艺的技术改进的联合产生了很高纯度的最终产品，以及各自晶体 极好的形态和颗粒特征，其通过不期望的自发成核现象的减少或消除 获得，与涉及用于结晶周期相当短的时间、该产品的高回收率和全部 过程经济的巨大改进的优点。

重申这些有利方面，阅读说明书可充分理解为使结晶木糖和结晶 木糖醇的物理学和功能性特征最佳化所作的努力，该结晶木糖和结晶 木糖醇按照本发明方法获得。

在构成结晶木糖和结晶木糖醇的颗粒材料上进行的颗粒分析显示 这种产品具有窄的和集中的粒径分布，其平均直径包括，第一种情况， 约150微米到约300微米，约90％颗粒在该粒度范围，在第二种情况中， 85％的晶体集中于400微米到600微米。

至于木糖，这种特征通过以每种不同粒径部分的颗粒的相对重量 百分比的结果表示，其以给定样品表示，如下：0.5％超过840微米；4 ％超过420微米；27％超过250微米；53％超过177微米；和15.5％ 为177微米到125微米。

至于木糖醇，同样通过其类似的颗粒重量百分比表示，以典型样 品间隔，可能指出由本专利方法生成的晶体尺寸的窄变化限制：2％超 过840微米；62％超过420微米；28％超过250微米；7％超过177微米 和1％为177微米到125微米。

按照本发明生产的结晶木糖和结晶木糖醇的粒径为100微米到800 微米的部分表现出的另一个物理特性是表观密度，包括，在第一种情 况中，约0.52g/l到约0.58g/l，优选包括约0.54g/l到约0.56g/l，和， 对于木糖醇，包括约0.48g/l到约0.54g/l，优选包括约0.50g/l到约 0.52g/l。

至于申请人由完成的发明创造中获得的结晶木糖和结晶木糖醇产 品的应用，吸湿度和溶解时间作为功能性技术要求获得较好的结果。

这些功能性技术指标的第一个涉及结晶颗粒从空气中吸收水分的 趋势，相对高的吸湿度是能使原料预期的流动性严格限制的一个因素， 因为吸收的水分粘合粉末状的固体并由此实际上阻止其颗粒自由流 动。吸湿度定义为通过重量比表示微粒产品的样品吸收的水，该产品 在相对湿度80％的恒湿器中保持24小时。

当进行本试验时，按照本发明的结晶木糖具有低于约2％的吸湿 度，优选不大于1.8％和，还有更优选，低于约1.5％，而由此衍生的 结晶木糖醇的吸湿度低于约1.8％，优选低于约1.6％和，还有更优选， 低于约1.3％。

这些值表明，由于相当低的相对吸湿度等级，按照申请人开发技 术的两种所述产品是突出的，由此显示它们的高理化稳定性，该稳定 性通过加工赋予它们晶体极高的纯度和确定的形态产生，因此有利地 允许，它们更好地处理、包装、存储、运输和最后地利用，只要保持 极好的流动性，就抑制了长时间保持原料的结块机会。

按照本发明，与结晶木糖和结晶木糖醇有关的另一个功能特性通 过用秒表示的溶解时间表示，其表示在具体的搅拌和温度条件下，一 定量的微粒材料在预定量的水中完全溶解的容易性，由此产生更加清 楚或澄清的溶液。通过具体的试验评价该参数，试验在于将粒径为100 微米到595微米的5克试验产品加入到150克除盐并脱气的水，使所述的 水保持在20℃并在250ml的低型烧杯中以200rpm进行搅拌，在加入颗粒 之后，溶解时间是必需的时间，以获得由此制备的完好直观透明的悬 浮液。

在本专利构思的方法范围内，结晶木糖的溶解时间小于18秒，更 优选小于15秒，而进行类似测试的结晶木糖醇不超过20秒，优选保持 低于18秒。讨论的这些值显示按照本发明的产品在水中快速溶解，不 仅由于它们的高溶解度，还有它们特别的晶体粒径分布，其对微晶颗 粒的溶解做出重要贡献，使它们极其适合于无数的工业应用。

总之，申请人介绍的发明，由于在其结构、组成中引入的几个不 同步骤的革新，无可否认，是木糖和木糖醇的制备的独特方法，因为 它能结合策略的、技术上的、经济和商业的因素，该因素不同于并比 现有技术中利用的那些更好。因此，按照本发明结合的这种新颖技术 和改进方法产生非常重要的技术效果，突出的效果降低了技术上的困 难和从甘蔗渣中提取木糖溶液的成本；在结晶成型中自发成核的抑制 或减少；最终产品的高回收率；总计六个组成步骤的高度改进的方法 的经济性；和生产具有绝对适用于市场需要的形态、颗粒和功能性特 征的高纯度木糖和木糖醇晶体。

为了进一步理解本发明，通过以下实施例举例说明，但这些实施 例不对本发明构成任何限制。

实施例

按照本发明方法进行结晶木糖和结晶木糖醇的制备

将甘蔗渣原料磨碎，直到其95％颗粒达到小于3毫米的尺寸，接着， 在90℃下按每份甘蔗8份水的比例用水充分洗涤。

在将液相分离之后，将甘蔗渣装进贮有上述量压载水的水解反应 器并随后添加98％的硫酸水溶液，以将介质的pH值调整至1.5，由此形 成15wt％(基于干基固体)含量的悬浮液。反应在140℃下进行120分 钟，直到获得2.5％干固体浓度和木糖纯度等于65％(基于干基固体) 的木糖溶液。

在水解过程结束时，用8％氢氧化钙悬浮液将溶液中和至pH值为 6.5，然后加入氯化铁和阴离子聚电解质。随后完成甘蔗渣的脱水，分 离湿的固体残渣，由此得到干固体含量等于2.5％和纯度65％(基于干 基固体)的部分纯化溶液，立即将其送入在720mmHg下操作的蒸发装置， 以除去大部分水，直到其浓度达到15％。

在这里详述的实施例的过程中，在75℃的温度下，按10g/100ml 的比例使用活性炭保持至少60分钟完成所述木糖溶液的补充处理，之 后使物流通过离子交换床(阳离子、阴离子和混合树脂)的组，直到 其电阻率到达满意的400,000Ohm.cm。

已经除去了不需要的有机和无机污染物，将纯化溶液再进行一次 蒸发，在720mm Hg减压下操作系统，直到获得82wt％(基于干基固体) 含量，由此将木糖纯度保持在等于80wt％(基于干基固体)。

按照等于2.0℃/h的恒定热交换速率将浓缩液从60℃冷却至50℃ 开始木糖结晶步骤。在该阶段的最后温度下，在60分钟的时间内，用20 微米到40微米粒径的木糖晶体，按相对于溶液中木糖质量1.0wt％的进 行介质的种籽晶。

制备继续进行，进一步并缓慢降低温度直到42℃的极限，在等于 0.5℃/h的梯度下，采用0.80℃/h的传热速率并到达它最后的阶段，直 到将温度降低至28℃以下，其对应于甘蔗汁离心分离的记录值，由此 总计全部结晶周期为40小时。在洗涤之后，在100℃的温度下，使木糖 晶体开始与干空气接触，由此，使产品的湿度含量从3％减少到0.3％， 然后通过颗粒粒度分级器以满足市场的要求，此外注意分离一定量的 材料用作籽晶。

按照实施例中使用的条件制备的高纯度结晶木糖具有以下特征：

-99.7w t％的木糖含量，基于干基固体；

-0.3w t％的葡萄糖加阿糖含量，基于干基固体；

-0.3％的残留含水量；

-0.55g/l的表观密度；

-以下是典型的颗粒光谱：

-颗粒粒径大于840微米：约0.5％，

-颗粒粒径大于420微米：约4.0％；

-颗粒粒径大于250微米：约27.0％；

-颗粒粒径大于177微米：约53.0％；

-颗粒粒径包括177微米到125微米：约15.5％；

-平均直径近似等于200微米；

-吸湿度1.5％，相对湿度80％，和

-溶解时间15秒。

将一部分所述物料(该物料还没有直接以结晶木糖形式使用)在 申请人开发的方法中继续使用，由此进入后来通过粉状原料在脱离子 水中的溶解步骤，以使干固体含量达到55％。在pH值调整至5.0的介质 中，在150℃的温度和580psig的压力下，使用阮内镍催化剂将最近制 得的溶液加氢，保持约足够长的90分钟时间，控制产品质量的试验证 实木糖至木糖醇的转化程度已经达到98％。

原料加氢溶液在过滤之后没有任何的催化剂颗粒，在70℃下，流 过装满粒状的活性炭的塔，之后迅速冷却至45℃，针对其脱离子的阳 离子、阴离子和混合树脂床的除离子作用，直到达到1,000,000Ohm.cm 的电阻率值，由此证实消除了对后序方法步骤偶然妨碍的物质。

对在离子交换装置中获得的干基固体含量为53wt％和木糖醇纯度 等于97wt％(基于干基固体)的溶液进行另一次蒸发，在700mmHg的减 压装置下操作，由此使浓度增加至73wt％，将木糖醇纯度保持在等于 97wt％(基于干基固体)。

按照等于1.0℃/h的恒定热交换速率，将浓缩液的温度从60℃降低 至50℃，木糖醇的结晶开始。在该阶段结束时，以相对于溶液中木糖 醇质量1.5wt％的比例，及时用粒径为20微米到40微米的木糖醇籽晶对 介质进行种晶，保持1小时。

单元操作继续进行，再一次缓慢地降低温度直到达到38℃，经过 0.7℃/h的热梯度，通过使用1.5℃/h的传热速率到达它的最后阶段， 直到确定20℃的下限温度，其对应于甘蔗汁离心分离的记录值，由此 全部结晶周期合计40小时。

之后仍在离心机中洗涤，在90℃温度下将木糖醇晶体与干空气接 触，由此使产品的含水量从2％降至0.08％，通过筛选装置，目的是按 照工业应用的要求调整它们的颗粒分布，切记保留一定量的产品用于 制备籽晶。

根据用于本实施例的条件，按照本发明方法制备的高纯度结晶木 糖醇，具有以下特征：

-99.9wt％的木糖醇含量，基于干基固体；

-0.1wt％的阿糖含量，基于干基固体；

-0.08wt％的残留含水量；

-0.51g/l的表观密度；

-以下是典型的颗粒光谱：

-颗粒粒径大于840微米：约2.0％，

-颗粒粒径大于420微米：约62.0％；

-颗粒粒径大于250微米：约28.0％；

-颗粒粒径大于177微米：约7.0％；

-颗粒粒径包括177微米到125微米：约1.0％；

-平均直径近似等于450微米；

-吸湿度1.3％，相对湿度80％，和

-溶解时间18秒。

这些数字表明按照实施例中采用的路线生产的结晶木糖和结晶木 糖醇，具有很好适应市场需要的物理和功能特性。进而，木糖和木糖 醇的回收率，对于这里使用的工艺参数和操作条件分别达到65％到98 ％，因此无疑支持申请人实现发明创造中获得了高效的方法。