CN100534996C - 一种晶体卫茅醇的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物技术领域，是晶体卫茅醇的制备方法，工艺为先对木糖母液进行脱色、离子交换，并制取洗脱剂，再采用模拟移动床设备，将木糖母液分离成半乳糖和阿拉伯糖的混合液及木糖和葡萄糖的混合液，收集半乳糖和阿拉伯糖的混合液，经加氢工序，使半乳糖转化为卫茅醇，阿拉伯糖转化为阿拉伯醇，对卫茅醇和阿拉伯醇的混合液进行脱色、离子交换、浓缩，离心、干燥，制得卫茅醇晶体，一方面提高了木糖母液的利用价值，另一方面采用色谱分离技术同时分离四种组分对行业的科技进步意义重大。

Description

一种晶体卫茅醇的制备方法

技术领域：

本发明涉及生物技术领域，是一种多元醇即晶体卫茅醇的制备方法。

背景技术：

卫茅醇又称半乳糖醇、甜醇，为无色单斜柱状结晶性粉末，味微甜，难溶于冷水和醇，可溶于沸水，属于生化试剂，主要用于细菌鉴别、培养基配方等，是微生物研究、防病治疗必不可少的重要糖类。在自然界中，它主要存在于卫茅科植物及山萝花属的某些植物中，由于其含量很低，且常常与其它物质混合在一起，所以卫茅醇的生产与制备非常困难，市场价格很高。

木糖母液是以玉米芯为原料生产晶体木糖后得到的副产品，它含有木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖等多种成份，由于其含有的各种组份有的含量特别低，有的是同分异构体，所以很难结晶利用，用一般方法也很难分离。目前，它只能作为副产品用于制作焦糖色素，市场价值很低。

发明内容：

本发明的目的是采用色谱分离技术，将木糖母液中的半乳糖分离出来，然后经氢化、结晶等工序制备晶体卫茅醇，达到提高木糖母液利用价值的目的。

本发明是这样实现的：一种晶体卫茅醇的制备方法，由如下方法完成：

(1)取浓度为50-70％的木糖母液加水稀释至20-40％后，进行脱色、离子交换，转入原料罐中；

(2)用水将0.1mol/l的NaOH和0.02mol/l的Nacl按1∶1的比例配置成洗脱剂，转入洗脱剂罐中；

(3)在模拟移动床设备中装满氯型碱性阴离子色谱分离树脂作为分离剂，并用恒温控制系统将该系统恒定于合适的分离温度范围在20-60℃，用原料泵和洗脱剂泵分别把经净化的木糖母液和配置好的洗脱剂通过除氧及微滤设备后，进而通过模拟移动床的旋转分配阀注入到色谱柱的不同部位，进行连续反复地吸附、分离，经分离提纯后，半乳糖和阿拉伯糖的混合液与木糖和葡萄糖的混合液分别从色谱柱的不同部位通过旋转分配阀连续流出，至分离成品储罐和分离副产品储罐中；

(4)对分离成品储罐中的半乳糖和阿拉伯糖的混合液进行浓缩，至浓度为15-35％时，调节溶液的pH值为7.5～8.0，控制温度为100～180℃，压力为8.0～15.0MPa，搅拌转速为200～700转/分钟，以镭铌镍为催化剂进行加氢反应，使混合液中的半乳糖转化为卫茅醇，阿拉伯糖转化为阿拉伯醇，得到卫茅醇和阿拉伯醇的混合液；

(5)对卫茅醇和阿拉伯醇的混合液进行脱色、离子交换后，蒸发浓缩至30-45％时，导入结晶罐中进行降温结晶，使之析出卫茅醇晶体；

(6)经离心、干燥工序，得到卫茅醇晶体产品。

上述的水是去离子水。

恒定于合适的分离温度范围为40-50℃。

上述的模拟移动床是12柱的模拟移动床设备。

本发明的最佳工艺步骤详述：

(1)将浓度为50-70％的木糖母液加去离子水稀释至20-40％左右，按干物质含量的1-9％加入粉末活性炭，控制温度为50-90℃，搅拌转速为100-500转/分钟，保温搅拌20-60分钟后，进行过滤，得到木糖母液的脱色液，该脱色液透光度在90％以上。然后将该脱色液分别经过装有D301树脂的阴交换柱、001×7树脂的阳交换柱和装有D296树脂的阴交换柱，进行离子交换，以除去木糖母液中含有的各种杂质离子，经离子交换后的木糖母液要求电导率小于5us/cm，透光度大于99％，否则，会因木糖母液中含有的杂质离子过多，经过色谱分离树脂时，使树脂迅速失活，影响树脂的交换吸附性能，导致分离度降低，然后进入原料罐中备用，经过这样处理的木糖母液，浓度在30％左右，电导率小于5us/cm，透光度大于99％，半乳糖含量在22％左右，阿拉伯糖含量在7％左右，木糖含量在56％左右，葡萄糖含量在6％左右，其它物质约占9％左右；

(2)用去离子水将0.1mol/l的Na OH和0.02mol/l的Nacl按1∶1的比例配置成冲洗剂，在此工艺操作中，我们选用0.1mol/l的NaOH和0.02mol/l的Nacl的1∶1配比混合液作为对氯型碱性阴离子色谱分离树脂的冲洗剂，经试验后其分离效果最好。我们也曾用过去离子水、0.1mol/l的NaOH、0.02mol/l的Nacl做冲洗剂，其分离效果都不是很好，分离度比较低。只有0.1mol/l的NaOH和0.02mol/l的Nacl的1∶1配比混合液对木糖母液中的各种糖分离度最高，分离效果最好，这是因为少量的Na OH可以补充树脂表面的羟基由于被水中存在的其它阴离子取代而造成的损失，可以改进分离效率，Nacl则会缩短料液在树脂内的停留时间，导致分离效率高，分离度增大；

(3)用原料泵和洗脱剂泵分别把已处理好的原料木糖母液和洗脱剂0.1mol/l的NaOH和0.02mol/l的Nacl的1∶1配比混合液通过除氧及微滤设备后，进而注入到盛有氯型碱性阴离子色谱分离树脂的模拟移动床设备中，通过控制分离温度、进料和出料流量、循环流量、扳阀时间等参数使木糖母液中的各种糖得到良好的分离，最后木糖母液被分离成半乳糖和阿拉伯糖的混合液、木糖和葡萄糖的混合液两部分，并在色谱柱的不同部位通过旋转分配阀连续流出，至分离成品储罐和分离副产品储罐中。在分离成品储罐中主要为半乳糖和阿拉伯糖的混合液，在分离副产品储罐中主要为木糖和葡萄糖的混合液；

在色谱分离过程中，原料木糖母液和洗脱剂0.1mol/l的NaOH和0.02mol/l的Nacl的1∶1配比混合液必须通过除氧及微滤设备，以除去其中的氧气及机械杂质，其目的是保护色谱分离树脂，延长分离树脂的使用寿命；

在色谱分离过程中，所选用的树脂为氯型碱性阴离子色谱分离树脂，该树脂对单糖的分离具有特殊的效果，它可以将木糖母液中的半乳糖、阿拉伯糖、木糖及葡萄糖等单糖分配、吸附在色谱柱的不同部位，然后以单组分或双组分的形式分别流出，以达到分离提纯的目的；

在色谱分离过程中，温度的高低直接影响到分离的效果，温度高，单糖会在羟基表面上分解，导致其回收率降低，分离度降低；温度低，木糖母液中的各种单糖会得不到分离，根本分不开，本发明中合适的分离温度范围在20-60℃，优选分离温度为40-50℃；

在色谱分离过程中，木糖母液的浓度是20-40％，浓度过高，会增加料液的粘度，使分离树脂的分离负荷增大，超过了其承受能力，导致分离度降低，浓度过低，则影响生产效率，运行不经济，优选的浓度范围为25-35％；

在色谱分离过程中，所选用的设备为12柱的模拟移动床，它包括旋转分配阀、12根色谱柱、时间控制系统、流量监控系统、温度控制系统、压力自控系统等设施，完全实现了自动控制、自动调节的DCS程序控制；

木糖母液经上述步骤分离后，所得的分离成品混合液浓度在3-10％之间，其中半乳糖含量占30-60％，阿拉伯糖含量占25-40％；分离副产品混合液浓度在10-30％之间，其中木糖含量占60-90％，葡萄糖含量占5-20％；

(4)将上述得到的分离成品混合液用薄板蒸发器浓缩至浓度为25％左右时，用30％的Na OH调节溶液的pH值为7.5～8.0，打入高压反应釜中，按干物质含量的2～5％加入镭铌镍催化剂，控制温度100～180℃，压力8.0～15.0MPa，搅拌转速200～700转/分钟，进行加氢，使混合液中的半乳糖转化为卫茅醇，阿拉伯糖转化为阿拉伯醇，得到卫茅醇和阿拉伯醇的混合液，该溶液的浓度为22-26％，其中卫茅醇组分占30-60％，阿拉伯醇组分占25-40％；

(5)将上述的卫茅醇和阿拉伯醇混合液，按照第一步的方法进行脱色、离子交换，然后用三效蒸发器浓缩至一定浓度时导入结晶罐中进行降温结晶，使之析出卫茅醇晶体，这里混合醇液的浓度不能蒸得过高，否则会由于卫茅醇在水中的溶解度很低而过早地析出，而起不到结晶的目的，优选蒸发醇膏的浓度为30-45％；

(6)将结晶好的卫茅醇醇膏放入离心机中，依靠离心力将其中的阿拉伯醇及其它杂醇与卫茅醇分离，达到提纯卫茅醇的目的，然后再经干燥工序，即可得到卫茅醇晶体产品。

本发明的优点是：一方面使过去生产木糖产生的母液作为废弃物得到了重新利用，即提高了木糖母液的利用价值，为企业创造了显著的经济效益；另一方面采用色谱分离技术同时分离四种组分对行业的科技进步具有深远的社会意义。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：取浓度为65％的木糖母液60kg，加去离子水58kg进行稀释，制得浓度为33％的木糖母液118kg，然后按干物质含量的5％加入粉末活性炭1.95kg，调节搅拌器转速为300转/分钟，在80℃温度下，保温搅拌40分钟后，进行过滤，得到木糖母液的脱色液，指标为：折光浓度33％，透光度93％，总酸0.0098％，无机酸0.0049％；将该脱色液经过阴(D301树脂)→阳(001×7树脂)→阴(D296树脂)交换柱进行离子交换，得到净化的木糖母液，指标为：折光浓度30％，透光度100％，总酸0.00245％，无机酸0，电导率2us/cm，半乳糖含量为22.03％，阿拉伯糖含量为6.97％，木糖含量为55.98％，葡萄糖含量为6.21％；

将模拟移动床设备的12根色谱柱装满氯型碱性阴离子色谱分离树脂，在温度控制系统下使该系统恒定于45℃，用原料泵和洗脱剂泵分别把备用的原料木糖母液和洗脱剂0.1mol/l的NaOH和0.02mol/l的Nacl的1∶1配比混合液通过除氧及微滤设备后，进而注入到色谱柱中，控制进料流量为1.2l/h，进洗脱剂流量为3.4l/h，分离成品流量为0.9l/h，分离副产品流量为2.4l/h，循环流量为8l/h，扳阀时间为560-580秒，使木糖母液在模拟移动床系统中反复多次地分离、洗脱，经分离后收集的半乳糖和阿拉伯糖混合液浓度为5.8％，共得到78.95kg分离成品混合液，分离收率为13.04％，其中半乳糖占53.4％，阿拉伯糖占34.3％，木糖占2.1％，葡萄糖占5.4％；

将得到的分离成品混合液浓缩至浓度为25％，用30％的NaOH调节pH值为7.7后，加入到高压反应釜中，按干物质重量的4％加入镭铌镍催化剂180g，加热至115℃，控制压力为10.0MPa，搅拌转速为450转/分钟，进行加氢，约2.5小时加氢完毕，取样以气相色谱仪检测，卫茅醇组分占50.8％，阿拉伯醇组分占31.97％，木糖醇组分占1.8％，山梨醇组分占5％。折光浓度为24％；

将上述氢化液进行脱色、离子交换，用三效蒸发器浓缩至浓度为35％，导入结晶罐中进行降温结晶，完毕后放入离心机中，调节离心转速为4080转/分钟进行离心，最后在70℃下真空干燥，得到3.45kg卫茅醇晶体，结晶收率为27.2％。

Claims (4)

1、一种晶体卫茅醇的制备方法，其特征在于由如下方法完成：

(1)取浓度为50-70％的木糖母液加水稀释至20-40％后，进行脱色、离子交换，转入原料罐中；

(2)用水将0.1mol/l的NaOH和0.02mol/l的Nacl按1∶1的比例配置成洗脱剂，转入洗脱剂罐中；

(3)在模拟移动床设备中装满氯型碱性阴离子色谱分离树脂作为分离剂，并用恒温控制系统将该系统恒定于合适的分离温度范围在20-60℃，用原料泵和洗脱剂泵分别把经净化的木糖母液和配置好的洗脱剂通过除氧及微滤设备后，进而通过模拟移动床的旋转分配阀注入到色谱柱的不同部位，进行连续反复地吸附、分离，经分离提纯后，半乳糖和阿拉伯糖的混合液与木糖和葡萄糖的混合液分别从色谱柱的不同部位通过旋转分配阀连续流出，至分离成品储罐和分离副产品储罐中；

(4)对分离成品储罐中的半乳糖和阿拉伯糖的混合液进行浓缩，至浓度为15-35％时，调节溶液的pH值为7.5～8.0，控制温度为100～180℃，压力为8.0～15.0MPa，搅拌转速为200～700转/分钟，以镭铌镍为催化剂进行加氢反应，使混合液中的半乳糖转化为卫茅醇，阿拉伯糖转化为阿拉伯醇，得到卫茅醇和阿拉伯醇的混合液；

(5)对卫茅醇和阿拉伯醇的混合液进行脱色、离子交换后，蒸发浓缩至30-45％时，导入结晶罐中进行降温结晶，使之析出卫茅醇晶体；

(6)经离心、干燥工序，得到卫茅醇晶体产品。

2、根据权利要求1所述的一种晶体卫茅醇的制备方法，其特征在于所述的水是去离子水。

3、根据权利要求1所述的一种晶体卫茅醇的制备方法，其特征在于恒定于合适的分离温度范围为40-50℃。

4、根据权利要求1所述的一种晶体卫茅醇的制备方法，其特征在于所述的模拟移动床是12柱的模拟移动床设备。