特表 2024-546184 トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-17

(54)【発明の名称】トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   C13K 13/00 20060101AFI20241210BHJP

   A23L 5/43 20160101ALI20241210BHJP

   C12P 1/00 20060101ALI20241210BHJP

   A23G 3/32 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

C13K13/00 101

A23L5/43

C12P1/00 A

A23G3/32

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024538461

(86)(22)【出願日】2023-05-25

(85)【翻訳文提出日】2024-06-24

(86)【国際出願番号】 CN2023096361

(87)【国際公開番号】W WO2024119730

(87)【国際公開日】2024-06-13

(31)【優先権主張番号】202211552492.6

(32)【優先日】2022-12-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520401745

【氏名又は名称】浙江▲華▼康葯▲業▼股▲フン▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＨＵＡＫＡＮＧ ＰＨＡＲＭＡＣＥＵＴＩＣＡＬ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】徐 偉冬

(72)【発明者】

【氏名】李 勉

(72)【発明者】

【氏名】楊 武龍

(72)【発明者】

【氏名】呉 強

(72)【発明者】

【氏名】秦 淑芳

(72)【発明者】

【氏名】徐 菁菁

(72)【発明者】

【氏名】姚 智慧

【テーマコード（参考）】

4B014

4B018

4B064

【Ｆターム（参考）】

4B014GG15

4B014GG18

4B014GL10

4B014GP14

4B018MA06

4B018MF01

4B018MF04

4B018MF12

4B064CA21

4B064CD09

4B064CD24

4B064CE06

4B064DA10

(57)【要約】

本発明は、トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法に関する。システムは、配管を介して互いに接続された、キシロース製造サブシステム、酵素加水分解サブシステム、及びキャラメル色素製造サブシステムを含み、前記キシロース製造サブシステムは、配管を介して順次接続された、原料タンク、前処理タンク、酸加水分解釜、プレート＆フレームフィルタープレス、濾液中和タンク、ナノろ過膜分離器、電気透析分離器、蒸発濃縮タンク、結晶化タンク、遠心分離器、及び乾燥器を含み、前記酵素加水分解サブシステムは、配管を介して接続された濾残中和タンク及び酵素加水分解反応釜を含み、前記キャラメル色素製造サブシステムは、配管を介して順次接続された、糖液混合タンク、褐変反応釜、フラッシュタンク、限外濾過膜分離器、及びワイプドフィルム蒸発器を含む。本発明は、トウモロコシ穂軸廃棄物中のヘキソース及びキシロース母液中のペントースを資源化して利用するだけではなく、付加価値の高い高級キャラメル色素製品も得られ、トウモロコシ穂軸の総合利用価値を向上させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステムであって、
配管を介して互いに接続された、キシロース製造サブシステム、酵素加水分解サブシステム、及びキャラメル色素製造サブシステムを含み、前記キシロース製造サブシステムは、配管を介して順次接続された、原料タンク、前処理タンク、酸加水分解釜、プレート＆フレームフィルタープレス、濾液中和タンク、ナノろ過膜分離器、電気透析分離器、蒸発濃縮タンク、結晶化タンク、遠心分離器、及び乾燥器を含み、前記酵素加水分解サブシステムは、配管を介して接続された濾残中和タンク及び酵素加水分解反応釜を含み、前記キャラメル色素製造サブシステムは、配管を介して順次接続された、糖液混合タンク、褐変反応釜、フラッシュタンク、限外濾過膜分離器、及びワイプドフィルム蒸発器を含み、プレート＆フレームフィルタープレスには、濾液出口及び濾残出口がそれぞれ設けられ、濾液出口は、配管を介して濾液中和タンクに連通し、濾残出口は、配管を介して濾残中和タンクの供給口に連通し、遠心分離器には、固形物出口及び液状物出口がそれぞれ設けられ、固形物出口は、配管を介して乾燥器の供給口に連通し、液状物出口は、糖液混合タンクの１つの供給口に連通し、糖液混合タンクの別の供給口と酵素加水分解反応釜の排出口は、配管を介して連通し、原料タンクは、加工対象のトウモロコシ穂軸原料を貯蔵し、乾燥器の排出口から排出される材料は良質なキシロースであり、ワイプドフィルム蒸発器の排出口で最後に得られる材料は高級キャラメル色素である、ことを特徴とするシステム。

【請求項2】

前記プレート＆フレームフィルタープレスの濾液出口から排出される濾液は、トウモロコシ穂軸加水分解液であり、前記プレート＆フレームフィルタープレスの濾残出口から排出される濾残は、トウモロコシ穂軸廃棄物である、ことを特徴とする請求項１に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム。

【請求項3】

前記遠心分離器の液状物出口から送られた液状物は、キシロース母液である、ことを特徴とする請求項１に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム。

【請求項4】

前記酵素加水分解反応釜の排出口から排出される液体は、酵素加水分解液である、ことを特徴とする請求項１に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム。

【請求項5】

トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロース及び高級キャラメル色素を同時生産する方法であって、
請求項１～４のいずれか１項に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステムを使用しており、
原料タンクに貯蔵されたトウモロコシ穂軸粉末を、配管を介して前処理タンクに送って水洗し酸洗し、トウモロコシ穂軸液を得た後、配管を介してトウモロコシ穂軸液を酸加水分解釜に送って酸加水分解するステップ１と、
酸加水分解によりプレート＆フレームフィルタープレスへの供給液を得、プレート＆フレームフィルタープレスへの供給液を、配管を介してプレート＆フレームフィルタープレスに送って濾過するステップ２と、
プレート＆フレームフィルタープレスへの供給液をプレート＆フレームフィルタープレスで濾過して、液体部分のトウモロコシ穂軸加水分解液及び固体部分のトウモロコシ穂軸廃棄物をそれぞれ得るステップ３と、
トウモロコシ穂軸加水分解液に対して濾過液中和タンクによる中和、ナノろ過膜分離器による脱色、電気透析分離器による脱塩、蒸発濃縮タンクによる濃縮、結晶化タンクによる結晶化、及び遠心分離器による固液分離を順次施して、結晶キシロース及びキシロース母液をそれぞれ得て、結晶キシロースを乾燥器で乾燥して、純度＞９９％、光透過率＞９８％の良質なキシロース結晶完成品を得て、配管を介してキシロース母液を糖液混合タンクに送るステップ４と、
トウモロコシ穂軸廃棄物を濾残中和タンクに送って中和し、次に、酵素加水分解反応釜に送って酵素加水分解して、酵素加水分解液を得、配管を介して酵素加水分解液を糖液混合タンクに送ってキシロース母液と混合し、さらに、褐変反応釜による褐変反応、フラッシュタンクによる蒸発、限外濾過膜分離器による分離、及びワイプドフィルム蒸発器によるワイプドフィルム蒸発を行って、色率が５０，０００ＥＢＣと高い高級キャラメル色素製品を得るステップ５と、を含む、ことを特徴とする方法。

【請求項6】

ステップ１では、トウモロコシ穂軸中の糖類資源乾物の質量パーセント濃度が６０～７０ｗｔ％であり、糖類資源乾物には、ヘキソースが５０～５５ｗｔ％、ペントースが４５～５０ｗｔ％含まれ、酸洗処理には、液固比３：１の０．２０～０．３０ｗｔ％の硫酸溶液が使用される、ことを特徴とする請求項５に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロース及び高級キャラメル色素を同時生産する方法。

【請求項7】

ステップ２では、酸加水分解において、トウモロコシ穂軸の材料／液体比が１：５であり、硫酸添加量が１．２～１．５％であり、温度が１２０～１２５℃であり、時間が１００～１４０ｍｉｎである、ことを特徴とする請求項５に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロース及び高級キャラメル色素を同時生産する方法。

【請求項8】

ステップ４では、ナノろ過膜分離器による脱色において、ナノろ過膜分離器は、動作温度４０～６０℃、動作圧力１５～３５ｂａｒであり、電気透析分離器による脱塩において、電気透析膜分離器は、動作電流６０～１２０Ａ、電圧２００～２５０Ｖ、動作圧力１５～３５ｂａｒである、ことを特徴とする請求項５に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロース及び高級キャラメル色素を同時生産する方法。

【請求項9】

ステップ５では、酵素加水分解において、ｐＨが５．５～６．５に調整され、２～４質量％の市販セルロース複合酵素が触媒として添加され、酵素加水分解反応の温度が４０～６０℃に制御され、酵素加水分解反応の時間が７２～９６ｈであり、褐変反応釜による褐変反応において、反応助剤としてアンモニア水又は炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウムと尿素とを６：２：２～４：４：２で配合したものが使用され、反応の調整において、まず、ｐＨを７．０～９．０に調整し、その後、８０～９０℃に昇温して３０～５０ｍｉｎ反応させ、その後、１６０～１８０℃に昇温して３～５ｈ反応させ、その後、ｐＨを２～４に調整し、その後、１３０～１５０℃に降温して０．５～１ｈ反応させ、限外濾過膜分離器による分離において、限外濾過膜分離器は、動作温度４０～６０℃、動作圧力５～７ｂａｒであり、ワイプドフィルム蒸発器によるワイプドフィルム蒸発において、蒸発圧力が４～５ｂａｒであり、真空度が８０～９０ｋｐａである、ことを特徴とする請求項５に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロース及び高級キャラメル色素を同時生産する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、糖アルコール製造の技術分野に関し、特にトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

キシロースは、白色の結晶で甘味のあるペントースであり、その甘味度がスクロースの０．７倍に相当し、スクロースの代替品として糖の使用量や甘味を軽減するのに使用される。良質なキシロースは、認定キシロースに比べて、純度が高く、光透過率が優れている。高級カラメル色素とは、通常のカラメル色素の２倍以上の色率と耐久性の高いカラメル色素のことである。特許公開第ＣＮ１１１６４７６９４Ａ号では、トウモロコシ穂軸からキシロースを抽出する方法を記載しており、トウモロコシ穂軸に対して酸加水分解、脱色、イオン交換、蒸発濃縮、結晶化分離などの工程を施して、キシロース完成品を得る。酸加水分解後の固体のトウモロコシ穂軸廃棄物の大部分は直接焼却され、結晶化後のキシロース母液は、主にシロップメーカーに低価格で販売されるため、トウモロコシ穂軸廃棄物中のヘキソース及びキシロース母液中のペントースの資源が大幅に浪費される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明が解決しようとする技術的課題は、トウモロコシ穂軸を原料として、その中のペントースを抽出し、良質なキシロースを製造し、母液中のペントース及びトウモロコシ穂軸渣中のヘキソースを用いて高級キャラメル色素を製造することによって、トウモロコシ穂軸中の各種の糖資源の浪費を回避し、また、環境に悪い農業廃棄物を経済価値の高い製品に変換することもでき、それによって、ハイエンドの製造、環境・生態の保護、そして質の高い経済発展を促進する、トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明は以下のように達成される。トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステムであって、
配管を介して互いに接続された、キシロース製造サブシステム、酵素加水分解サブシステム、及びキャラメル色素製造サブシステムを含み、前記キシロース製造サブシステムは、配管を介して順次接続された、原料タンク、前処理タンク、酸加水分解釜、プレート＆フレームフィルタープレス、濾液中和タンク、ナノろ過膜分離器、電気透析分離器、蒸発濃縮タンク、結晶化タンク、遠心分離器、及び乾燥器を含み、前記酵素加水分解サブシステムは、配管を介して接続された濾残中和タンク及び酵素加水分解反応釜を含み、前記キャラメル色素製造サブシステムは、配管を介して順次接続された、糖液混合タンク、褐変反応釜、フラッシュタンク、限外濾過膜分離器、及びワイプドフィルム蒸発器を含み、プレート＆フレームフィルタープレスには、濾液出口及び濾残出口がそれぞれ設けられ、濾液出口は、配管を介して濾液中和タンクに連通し、濾残出口は、配管を介して濾残中和タンクの供給口に連通し、遠心分離器には、固形物出口及び液状物出口がそれぞれ設けられ、固形物出口は、配管を介して乾燥器の供給口に連通し、液状物出口は、糖液混合タンクの１つの供給口に連通し、糖液混合タンクの別の供給口と酵素加水分解反応釜の排出口は、配管を介して連通し、原料タンクは、加工対象のトウモロコシ穂軸原料を貯蔵し、乾燥器の排出口から排出される材料は良質なキシロースであり、ワイプドフィルム蒸発器の排出口で最後に得られる材料は高級キャラメル色素である、システムを提供する。

【0005】

さらに、前記プレート＆フレームフィルタープレスの濾液出口から排出される濾液は、トウモロコシ穂軸加水分解液であり、前記プレート＆フレームフィルタープレスの濾残出口から排出される濾残は、トウモロコシ穂軸廃棄物である。

【0006】

さらに、前記遠心分離器の液状物出口から送られた液状物は、キシロース母液である。

【0007】

さらに、前記酵素加水分解反応釜の排出口から排出される液体は、酵素加水分解液である。

【0008】

本発明は以下のように達成される。トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロース及び高級キャラメル色素を同時生産する方法であって、
前記方法は、上記のいずれか１項に記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステムを使用しており、
原料タンクに貯蔵されたトウモロコシ穂軸粉末を、配管を介して前処理タンクに送って水洗し酸洗し、トウモロコシ穂軸液を得た後、配管を介してトウモロコシ穂軸液を酸加水分解釜に送って酸加水分解するステップ１と、
酸加水分解によりプレート＆フレームフィルタープレスへの供給液を得、プレート＆フレームフィルタープレスへの供給液を、配管を介してプレート＆フレームフィルタープレスに送って濾過するステップ２と、
プレート＆フレームフィルタープレスへの供給液をプレート＆フレームフィルタープレスで濾過して、液体部分のトウモロコシ穂軸加水分解液及び固体部分のトウモロコシ穂軸廃棄物をそれぞれ得るステップ３と、
トウモロコシ穂軸加水分解液に対して濾過液中和タンクによる中和、ナノろ過膜分離器による脱色、電気透析分離器による脱塩、蒸発濃縮タンクによる濃縮、結晶化タンクによる結晶化、及び遠心分離器による固液分離を順次施して、結晶キシロース及びキシロース母液をそれぞれ得て、結晶キシロースを乾燥器で乾燥して、純度＞９９％、光透過率＞９８％の良質なキシロース結晶完成品を得て、配管を介してキシロース母液を糖液混合タンクに送るステップ４と、
トウモロコシ穂軸廃棄物を濾残中和タンクに送って中和し、次に酵素加水分解反応釜に送って酵素加水分解して、酵素加水分解液を得、配管を介して酵素加水分解液を糖液混合タンクに送ってキシロース母液と混合し、さらに、褐変反応釜による褐変反応、フラッシュタンクによる蒸発、限外濾過膜分離器による分離、及びワイプドフィルム蒸発器によるワイプドフィルム蒸発を行って、色率が５０，０００ＥＢＣと高い高級キャラメル色素製品を得るステップ５と、を含む、方法をさらに提供する。

【発明の効果】

【0009】

従来技術と比べて、本発明のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法は、以下の特徴がある。

【0010】

１．トウモロコシ穂軸廃棄物とキシロース母液中のペントース、ヘキソースを混合して高級カラメル色素を製造することにより、トウモロコシ穂軸の糖資源の利用率は９０％以上に達する。本発明は、トウモロコシ穂軸資源の利用率を向上させるだけでなく、色率が５０，０００ＥＢＣと高いハイエンドのカラメル色素製品を製造し、トウモロコシ穂軸の総合利用価値を大幅に向上させる。

【0011】

２．プロセスシステム全体の改良及びカラメル色素製造プロセスの最適化により、トウモロコシ穂軸廃棄物中のヘキソースとキシロース母液中のペントースから高級カラメル色素を製造し、キャラメルの品質を向上し、１，０００元／トンのキシロース母液及びトウモロコシ穂軸廃棄物を５，０００元／トンの高級カラメル色素に変換することで、経済利益は５倍以上に増加する。

【0012】

３．トウモロコシ穂軸廃棄物の焼却や大量の蓄積は環境資源を占有し、生態文明の構築に影響を及ぼし、トウモロコシ穂軸廃棄物の総合利用は持続可能な発展とグリーン生態文明の構築に貢献する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステムの好適な実施例の原理模式図である。

【図2】本発明のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロース及び高級キャラメル色素を同時生産する方法における各材料の流動方向の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明が解決しようとする技術的課題、技術的解決手段及び有利な効果をより明確にするために、以下、実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。ここで説明される特定の実施例は、本発明を説明するためにのみ使用され、本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。

【0015】

図１及び図２に示すように、本発明のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステムの好適な実施例は、配管を介して互いに接続された、キシロース製造サブシステムＩ、酵素加水分解サブシステムＩＩ、及びキャラメル色素製造サブシステムＩＩＩを含む。図における矢印方向は、システム内の材料の流動方向を示す。

【0016】

前記キシロース製造サブシステムＩは、配管を介して順次接続された、原料タンク１、前処理タンク２、酸加水分解釜３、プレート＆フレームフィルタープレス４、濾液中和タンク５、ナノろ過膜分離器６、電気透析分離器７、蒸発濃縮タンク８、結晶化タンク９、遠心分離器１０、及び乾燥器１１を含み、前記酵素加水分解サブシステムＩＩは、配管を介して接続された濾残中和タンク１２及び酵素加水分解反応釜１３を含み、前記キャラメル色素製造サブシステムＩＩＩは、配管を介して順次接続された、糖液混合タンク１４、褐変反応釜１５、フラッシュタンク１６、限外濾過膜分離器１７、及びワイプドフィルム蒸発器１８を含む。原料タンク１は、加工対象のトウモロコシ穂軸Ａ原料を貯蔵し、乾燥器１１の排出口から排出される材料は良質なキシロースＢであり、ワイプドフィルム蒸発器１８の排出口から最後に得られる材料は高級キャラメル色素Ｃである。

【0017】

プレート＆フレームフィルタープレス４のそれぞれに濾液出口及び濾残出口が設けられ、濾液出口は、配管を介して濾液中和タンク５に連通し、濾残出口は、配管を介して濾残中和タンク１２の供給口に連通する前記プレート＆フレームフィルタープレス４の濾液出口から排出される濾液はトウモロコシ穂軸加水分解液Ｄであり、前記プレート＆フレームフィルタープレス４の濾残出口から排出される濾残はトウモロコシ穂軸廃棄物Ｅである。

【0018】

遠心分離器１０には、固形物出口及び液状物出口がそれぞれ設けられ、固形物出口は、配管を介して乾燥器１１の供給口に連通し、液状物出口は、糖液混合タンク１４の１つの供給口に連通し、糖液混合タンク１４の別の供給口及び酵素加水分解反応釜１３の排出口は、配管を介して連通する。

【0019】

前記遠心分離器１０の液状物出口から送られる液状物はキシロース母液Ｆである。前記酵素加水分解反応釜１３の排出口から排出される液体は酵素加水分解液Ｇである。

【0020】

前処理タンク２は、トウモロコシ穂軸Ａ中の不純物を清水又は希酸で洗浄して除去するものであり、酸加水分解釜３は、トウモロコシ穂軸Ａ中のヘミセルロースを加水分解するものであり、プレート＆フレームフィルタープレス４は、トウモロコシ穂軸加水分解液Ｄ及びトウモロコシ穂軸廃棄物Ｅを分離するものであり、濾液中和タンク５は、トウモロコシ穂軸加水分解液ＤのｐＨを中和するものである。ナノろ過膜分離器６は、トウモロコシ穂軸加水分解液Ｄの脱色のためのものであり、ナノろ過膜分離器６で脱色した遮断液は色素液であり、透過液は脱色液である。電気透析膜分離器７は、脱色液の脱塩のためである。電気透析膜分離器７で脱塩した遮断液は濃塩液であり、透過液は脱塩液である。蒸発濃縮タンク８及び結晶化タンク９は、蒸発濃縮及びキシロースの結晶化のためのものであり、遠心分離器１０は、結晶キシロース及びキシロース母液Ｆを分離するものであり、乾燥器１１は、良質なキシロースＢ結晶を乾燥するものである。

【0021】

濾残中和タンク１２は、トウモロコシ穂軸廃棄物ＥのｐＨを中和するものであり、酵素加水分解反応釜１３は、トウモロコシ穂軸廃棄物Ｅ中のセルロースを酵素加水分解してグルコースにすることができる。糖液混合タンク１４は、キシロース母液Ｆと酵素加水分解液Ｇを混合するものであり、褐変反応釜１５は、混合糖液を褐変反応させて高級キャラメル色素粗品を得るものであり、フラッシュタンク１６は、キャラメル色素中の不純物であるアミノ化合物又は亜硫酸塩を除去するものであり、限外濾過膜分離器１７は、キャラメル色素中の不純物である４－メチルイミダゾールを除去するものであり、ワイプドフィルム蒸発器１８は、キャラメル色素を低温濃縮して、高級キャラメル色素Ｃを得るものである。

【0022】

本発明はまた、トウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロース及び高級キャラメル色素を同時生産する方法を開示し、前記方法は、上記のいずれかに記載のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステムを使用しており、前記方法は、以下のステップを含む。

【0023】

ステップ１：原料タンク１に貯蔵されたトウモロコシ穂軸Ａ粉末を、配管を介して前処理タンク２に送って水洗し酸洗し、トウモロコシ穂軸液を得た後、配管を介してトウモロコシ穂軸液を酸加水分解釜３に送って酸加水分解する。

【0024】

ステップ２：トウモロコシ穂軸液を酸加水分解釜で酸加水分解して、プレート＆フレームフィルタープレスへの供給液Ｈを得、プレート＆フレームフィルタープレスへの供給液Ｈを、配管を介してプレート＆フレームフィルタープレス４に送って濾過する。

【0025】

ステップ３：プレート＆フレームフィルタープレスへの供給液Ｈをプレート＆フレームフィルタープレス４で濾過し、液体部分及び固体部分をそれぞれ得る。液体部分は、トウモロコシ穂軸加水分解液Ｄであり、固体部分はトウモロコシ穂軸廃棄物Ｅである。

【0026】

ステップ４：トウモロコシ穂軸加水分解液Ｄに対して濾過液中和タンク５による中和、ナノろ過膜分離器６による脱色、電気透析分離器７による脱塩、蒸発濃縮タンク８による濃縮、結晶化タンク９による結晶、及び遠心分離器１０による固液分離を順次施して、結晶キシロース及びキシロース母液をそれぞれ得て、結晶キシロースを乾燥器１１で乾燥して、良質なキシロースＢ結晶完成品を得て、配管を介してキシロース母液Ｆを糖液混合タンク１４に送る。良質なキシロースＡ結晶は、純度＞９９％、光透過率＞９８％である。

【0027】

ステップ５：トウモロコシ穂軸廃棄物Ｅを濾残中和タンク１２に送って中和し、次に、酵素加水分解反応釜１３に送って酵素加水分解して、酵素加水分解液Ｇを得、配管を介して酵素加水分解液Ｇを糖液混合タンク１４に送ってキシロース母液Ｆと混合し、さらに、褐変反応釜１５による褐変反応、フラッシュタンク１６による蒸発、限外濾過膜分離器１７による分離、及びワイプドフィルム蒸発器１８によるワイプドフィルム蒸発を行って、色率が５０，０００ＥＢＣと高い高級キャラメル色素Ｃ製品を得る。

【0028】

具体的には、ステップ１では、トウモロコシ穂軸Ａ中の糖類資源乾物の質量パーセント濃度が６０～７０ｗｔ％であり、糖類資源乾物には、ヘキソースが５０～５５ｗｔ％、ペントースが４５～５０％ｗｔ含まれ、酸洗処理には、液固比３：１の０．２０～０．３０ｗｔ％の硫酸溶液が使用される。

【0029】

具体的には、ステップ２では、酸加水分解において、トウモロコシ穂軸の材料／液体比が１：５であり、硫酸添加量が１．２～１．５％であり、温度が１２０～１２５℃であり、時間が１００～１４０ｍｉｎである。

【0030】

具体的には、ステップ４では、ナノろ過膜分離器６による脱色処理において、ナノろ過膜分離器６は、動作温度４０～６０℃、動作圧力１５～３５ｂａｒであり、電気透析分離器７による脱塩において、電気透析膜分離器７は、動作電流６０～１２０Ａ、電圧２００～２５０Ｖ、動作圧力１５～３５ｂａｒである。

【0031】

具体的には、ステップ５では、酵素加水分解において、ｐＨが５．５～６．５に調整され、２～４質量％の市販セルロース複合酵素が触媒として使用され、酵素加水分解反応の温度が４０～６０℃に制御され、酵素加水分解反応の時間が７２～９６ｈであり、褐変反応釜１５による褐変反応において、反応助剤としてアンモニア水又は炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウムと尿素とを６：２：２～４：４：２で配合したものが使用され、反応の調整において、まず、ｐＨを７．０～９．０に調整し、その後、８０～９０℃に昇温して３０～５０ｍｉｎ反応させ、その後、１６０～１８０℃に昇温して３～５ｈ反応させ、その後、ｐＨを２～４に調整し、その後、１３０～１５０℃に降温して０．５～１ｈ反応させ、限外濾過膜分離器１７による分離において、限外濾過膜分離器１７は、動作温度４０～６０℃、動作圧力５～７ｂａｒであり、ワイプドフィルム蒸発器１８によるワイプドフィルム蒸発において、蒸発圧力が４～５ｂａｒであり、真空度が８０～９０ｋｐａである。

【0032】

以下、特定実施例によって、本発明のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法についてさらに説明する。
実施例１

【0033】

本発明のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法の第１実施例では、トウモロコシ穂軸を原料として精製し、良質な結晶キシロースを得た後、酵素で加水分解して、酵素加水分解液を遠心分離後のキシロース母液と混合し、高級キャラメル色素を製造する。前記方法は、以下のステップを含む。

【0034】

ステップ１：原料タンク１内のトウモロコシ穂軸粉末を、配管を介して前処理タンク２に送って水洗し酸洗し、酸洗には、液固比３：１の０．２０ｗｔ％の硫酸溶液を用い、その後、酸加水分解釜３に送って加水分解する。

【0035】

ステップ２：前処理タンク２のトウモロコシ穂軸洗浄液を、配管を介して酸加水分解釜３に送って、トウモロコシ穂軸液固比を５：１、硫酸添加量を１．２％、温度を１２５℃、時間を１４０ｍｉｎとして加水分解し、その後、プレート＆フレームフィルタープレス４に送って濾過する。

【0036】

ステップ３：プレート＆フレームフィルタープレス４で加水分解処理後の材料を２つの部分に分離し、液体部分をトウモロコシ穂軸加水分解液Ｄ、固体部分をトウモロコシ穂軸廃棄物Ｅとする。

【0037】

ステップ４：トウモロコシ穂軸加水分解液Ｄに対して濾過液中和タンク５による中和、ナノろ過膜分離器６による脱色、電気透析分離器７による脱塩、蒸発濃縮タンク８による濃縮、結晶化タンク９による結晶、及び遠心分離器１０による固液分離を順次施して、結晶キシロース及びキシロース母液Ｆをそれぞれ得て、結晶キシロースを乾燥器１１で乾燥して、良質なキシロースＢ結晶完成品を得て、配管を介してキシロース母液Ｆを糖液混合タンク１４に送る。良質なキシロース結晶は、純度＞９９％、光透過率＞９８％である。ナノろ過膜分離器６は、動作温度６０℃、動作圧力２０ｂａｒであり、電気透析膜分離器７は、動作電流１００Ａ、電圧２５０Ｖ、動作圧力２０ｂａｒである。

【0038】

ステップ５：トウモロコシ穂軸廃棄物を濾残中和タンク１２に送って中和し、次に、酵素加水分解反応釜１３に送って酵素加水分解し、酵素加水分解液Ｇを得、酵素加水分解液Ｇを、配管を介して糖液混合タンク１４に送ってキシロース母液Ｆと混合し、さらに、褐変反応釜１５による褐変反応、フラッシュタンク１６による蒸発、限外濾過膜分離器１７による分離、及びワイプドフィルム蒸発器１８によるワイプドフィルム蒸発処理を施して、色率が５０，０００ＥＢＣと高く、他の指標が全て国家標準を満たし、糖類資源の利用率が９０％と高い高級キャラメル色素Ｃ製品を得る。酵素加水分解において、ｐＨが５．５に調整され、２質量％の市販セルロース複合酵素が触媒として添加され、酵素加水分解反応の温度が５０℃に制御され、酵素加水分解反応の時間が７２ｈである。褐変反応釜１５による褐変反応において、反応助剤として炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウムと尿素とを６：２：２で配合したものが使用され、反応の調整において、まず、ｐＨを９．０に調整し、その後、９０℃に昇温して３０ｍｉｎ反応させ、その後、１７０℃に昇温して３ｈ反応させ、その後、ｐＨを３．０に調整し、その後、１３０℃に降温して１ｈ反応させる。限外濾過膜分離器１７は、動作温度６０℃、動作圧力５ｂａｒである。ワイプドフィルム蒸発器１８によるワイプドフィルム蒸発において、蒸発圧力が４ｂａｒであり、真空度が９０ｋｐａである。
比較例１

【0039】

トウモロコシ穂軸Ａを原料としてキシロースを直接抽出するステップは、具体的には、以下の通りである。原料タンク１内のトウモロコシ穂軸原料を、配管を介して前処理タンク２に送って清洗した後、酸加水分解釜３に送り、１．５％の硫酸を添加し、その後、プレート＆フレームフィルタープレス４で加水分解液に対してアルカリ中和、活性炭脱色、イオン交換脱塩を施した後、蒸発して濃縮し、結晶化し遠心分離し、最後に、完成品として結晶キシロースを得る。プレート＆フレームフィルタープレスによるトウモロコシ穂軸廃棄物Ｅを干して焼却し、又は固体廃棄物処理を行い、遠心分離後のキシロース母液Ｆをシロップ製造用に市販し、糖資源の実際の利用率はわずか３０％である。
比較例２

【0040】

キシロース母液Ｆを原料としてキャラメル色素を直接製造するステップは、具体的には、以下を含む。遠心分離後のキシロース母液Ｆを、配管を介して褐変反応釜１５に直接送り、ｐＨを９．０に調整し、１０ｗ％の炭酸アンモニウムを反応助剤として添加し、反応温度を１７０℃、反応時間を３ｈとして反応させ、濾過して、色率が３０，０００ＥＢＣであり、他の指標が全て国家基準を満たすキャラメル色素完成品を得る。

【0041】

以上のように、本発明のトウモロコシ穂軸を用いて良質なキシロースと高級キャラメル色素を同時生産するシステム及び方法では、トウモロコシ穂軸Ａ中の糖類資源の利用率は３０％から９０％に向上し、キャラメル色素の色率は３０，０００ＥＢＣから５０，０００ＥＢＣに上昇し、トウモロコシ穂軸の総合利用価値を向上させるとともに、キャラメル色素の製品品質を高める。

【0042】

上記は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び原理の範囲内で行われたあらゆる修正、同等の置換、及び改良等は、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】