CN102329226A - 2-酮基-d-葡萄糖酸的分离提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明目的是提供一种从2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液中进一步分离纯化2-酮基-D-葡萄糖酸的方法，本发明是用阴离子交换树脂吸附2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液中的2-酮基-D-葡萄糖酸，再用H2SO4-CH3OH洗脱液解吸；该发明减少了浓缩2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液所需要的能耗，将得到的解吸液加热进行酯化反应得到2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯，进一步用于合成D-异抗坏血酸钠，D-异抗坏血酸钠粗品纯度高，易于精制，总收率得到提高。

Description

2-酮基-D-葡萄糖酸的分离提取方法
 
技术领域
本发明涉及一种分离纯化2-酮基-D-葡萄糖酸的方法，具体的涉及2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液用阴离子交换树脂吸附，用H2SO4-CH3OH溶液解吸，属于化学分离领域。
背景技术
现有的“一步法”D-异抗坏血酸钠的生产工艺是：葡萄糖、玉米浆等原料经发酵后得到2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液，经阳离子交换树脂去除发酵液中的金属离子后，再经减压浓缩、甲酯化、碱转化得到D-异抗坏血酸钠粗品，进一步精制得到D-异抗坏血酸钠。
现行工艺中，发酵过程中没有消耗完全的糖、蛋白质以及发酵过程中细菌所产生的杂酸等在发酵液减压浓缩、甲酯化和碱转化前均未去除，被带入到了D-异抗坏血酸钠粗品中；另外，通过减压浓缩去除发酵液中水的过程需要消耗大量的热能；2-酮基-D-葡萄糖酸受热容易发生脱羧分解，产生新的杂质，减压蒸馏过程中原料损失较大（一般在10%左右）；上述因素导致了生产的D-异抗坏血酸钠粗品含量较低、色泽褐黄，同时收率较低。
在公开号为CN109773A的发明专利申请中，公开了一种用弱碱性阴离子交换树脂提取维生素C（L-抗坏血酸）生产过程中L-古龙酸的方法；在公开号为200710008816.9的发明专利申请中，公开了一种弱碱性阴离子交换树脂回收维生素C和L-古龙酸的生产方法；但到目前为止，未见将弱碱性阴离子交换树脂用于D-异抗坏血酸钠（异VC钠）生产过程中2-酮基-D-葡萄糖酸的提取分离。
发明内容
本发明目的是提供一种从2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液中进一步分离纯化2-酮基-D-葡萄糖酸的方法。
本发明是用阴离子交换树脂吸附2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液中的2-酮基-D-葡萄糖酸，再用H2SO4-CH3OH洗脱液解吸。
具体操作步骤：
1、将2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液经过阴离子交换树脂床，去除发酵液中无机酸根；
2、将经过步骤1处理的2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液经过阴离子交换树脂床，发酵液内的2-酮基-D-葡萄糖酸被树脂吸附；
3、吸交完成后，用去离子水顶出树脂床中未被吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸；
4、用甲醇顶出树脂床中的水；
5、用H2SO4-CH3OH溶液解吸被树脂床吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸根离子，流出液为2-酮基-D-葡萄糖酸甲醇溶液；
解吸完成后，用去离子水淋洗树脂至流出液pH = 4~5，再用氢氧化钠水溶液淋洗，最后用去离子水淋洗至流出液pH = 8~9，再生完毕，树脂循环使用。
本发明所用阴离子交换树脂为弱碱性阴离子交换树脂，优选D301、D318、D315、D331和WDA918。
步骤1和步骤2中所用的发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸含量为10~25 g/100 mL，优选15~20 g/100 mL。
步骤2中收集pH＜3.0的流出液，循环使用。
步骤1~4、步骤6中，料液经过树脂床的速度为1.0~3.0 BV/h。
步骤4中采用梯度顶水：第一梯度为浓度在40~60%的甲醇水溶液，第二梯度为浓度在60%以上的甲醇水溶液，第三梯度为工业甲醇，梯度顶水的甲醇溶液循环使用。
步骤5采用H2SO4-CH3OH溶液梯度解吸被树脂吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸。第一梯度解吸液为3~8% H2SO4-CH3OH(v/v)溶液，优选5%；解吸液流速为1~2 BV/h，优选1.5 BV/h。第二梯度解吸液为1~5% H2SO4-CH3OH溶液(v/v)，优选3%，解吸液流速为0.8~1.2 BV/h，优选1.0 BV/h。
步骤6中树脂再生所用的氢氧化钠水溶液浓度为3~8%，优选4%。
弱碱性阴离子交换树脂含有弱碱性的-nh2、-nhr、或-NR2等游离氨（胺）基，游离氨（胺）基与有机酸离解的质子结合后，产生铵基正离子，后者可以吸附有机酸根负离子，待吸附饱和后，采用合适的解吸剂，可以将被树脂吸附的有机酸根解吸，达到分离纯化的目的。
本发明是依附于弱碱性阴离子交换树脂中高分子骨架上的游离氨基与2-酮基-D-葡萄糖酸离解出的质子结合产生铵基正离子，铵基正离子吸附2-酮基-D-葡萄糖酸根负离子，未被吸附的杂质随流出液排出，待吸附饱和后，用H2SO4-CH3OH洗脱液将被树脂吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸根负离子解吸，达到分离纯化的目的。
吸附原理：
Figure 2011103409986100002DEST_PATH_IMAGE002
上述各式中，
Figure 2011103409986100002DEST_PATH_IMAGE004
 代表树脂中高分子骨架；2-D-KGCO2H代表 2-酮基-D-葡萄糖酸；R可以为烃基也可以为H原子。
解吸原理：
Figure 2011103409986100002DEST_PATH_IMAGE006
该发明减少了减压浓缩2-酮基-D-葡萄糖酸所需要的能耗；将得到的解吸液加热进行酯化反应得到2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯，进一步用于合成D-异抗坏血酸钠，得到的D-异抗坏血酸钠粗品纯度高，易于精制，总收率得到提高。
具体实施方式
实施例1
1、将去除无机酸根离子、2-酮基-D-葡萄糖酸含量为25.00 g/100mL的发酵液（pH为1.37）以1.0 BV/h的流速流经再生好的150 mL D301弱碱性阴离子交换树脂床，当流出液的2-酮基-D-葡萄糖酸的含量为24.10 g/100mL时停止吸交，共用发酵液460 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸115.0 g），收集pH﹤3.0、2-酮基-D-葡萄糖酸平均含量为17.85 g/100mL的流出液共290 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸51.77 g）；
2、用290 mL的去离子水顶出树脂床中未被吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸（折算成含2-酮基-D-葡萄糖酸净重24.6 g）；
3、依次用40%的甲醇水溶液95 mL、60%的甲醇水溶液80 mL和工业甲醇240 mL，以3.0 BV/h的流速流经树脂床，去除树脂床中的水；
4、依次用8% (v/v) H2SO4-CH3OH溶液160 mL、4% (v/v)H2SO4-CH3OH溶液305 mL对树脂进行洗脱。第一梯度洗脱液流速为1.2 BV/h；第二梯度洗脱液流速为0.8 BV/h；
5、上述洗脱液在蒸出300 mL甲醇后于66~70℃下搅拌反应2 h，分离得到纯度为96.0%（HPLC法）2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯38.64 g，折纯37.10 g，解吸和甲酯化两步总收率为89.3%。
实施例2
1、将去除无机酸根离子、2-酮基-D-葡萄糖酸含量为10.00 g/100mL的发酵液（pH为1.70）以3.0 BV/h的流速流经再生好的150 mL D315弱碱性阴离子交换树脂床，当流出液的2-酮基-D-葡萄糖酸的含量为9.5 g/100mL时停止吸交，共用发酵液1170 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸117 g），收集pH﹤3.0、2-酮基-D-葡萄糖酸平均含量为7.73 g/100mL的流出液共810 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸62.61 g）。
2、用240 mL的去离子水顶出树脂床中未被吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸（折算成含2-酮基-D-葡萄糖酸净重19.7 g）；
3、依次用54%的甲醇水溶液75 mL、75%的甲醇水溶液75 mL和工业甲醇210 mL，以3 BV/h的流速流经树脂床，去除树脂床中的水；
4、依次用6% (v/v) H2SO4-CH3OH溶液215 mL、3% (v/v)H2SO4-CH3OH溶液340 mL对树脂进行洗脱。第一梯度洗脱液流速为1 BV/h；第二梯度洗脱液流速为0.8 BV/h；
5、上述洗脱液在蒸出390 mL 甲醇后于66~70℃下搅拌反应2h，分离得到纯度为95.7%（HPLC法）2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯34.24 g，折纯32.77 g，解吸和甲酯化两步总收率为88.2%。
实施例3
1、将去除无机酸根离子、2-酮基-D-葡萄糖酸含量为23.40 g/100mL的发酵液（pH为1.54）以1.2 BV/h的流速流经再生好的150 mL D331弱碱性阴离子交换树脂床，当流出液的2-酮基-D-葡萄糖酸的含量为22.61 g/100mL时停止吸交，共用发酵液630 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸147.42 g），收集pH﹤3.0、2-酮基-D-葡萄糖酸平均含量为17.62 g/100mL的流出液共472 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸83.17 g）；
2、用240 mL的去离子水顶出树脂床中未被吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸（折算成含2-酮基-D-葡萄糖酸净重23.78 g）；
3、依次用51%的甲醇水溶液80 mL、69%的甲醇水溶液75 mL和工业甲醇220 mL，以3 BV/h的流速流经树脂床，去除树脂床中的水；
4、依次用3% (v/v) H2SO4-CH3OH溶液430 mL、1% (v/v)H2SO4-CH3OH溶液1020 mL对树脂进行洗脱。第一梯度洗脱液流速为2.0 BV/h；第二梯度洗脱液流速为1.5 BV/h；
5、上述洗脱液在蒸出1250 mL 甲醇后于66~70℃下搅拌反应2h，分离得到纯度为95.1%（HPLC法）2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯40.96 g，折纯38.95 g，解吸和甲酯化两步总收率为89.7%。
实施例4
1、将去除无机酸根离子、2-酮基-D-葡萄糖酸含量为16.56 g/100mL的发酵液（pH为1.62）以2 BV/h的流速流经再生好的150 mL D318弱碱性阴离子交换树脂床，当流出液的2-酮基-D-葡萄糖酸含量为16.20 g/100mL时停止吸交，共用发酵液743 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸123.04 g），收集pH﹤3.0、2-酮基-D-葡萄糖酸平均含量为10.23 g/100mL的流出液共540 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸55.24 g）；
2、用270 mL的去离子水顶出树脂床中未被吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸（折算成含2-酮基-D-葡萄糖酸净重21.3 g）；
3、依次用54%的甲醇水溶液75 mL、75%的甲醇水溶液75 mL和工业甲醇210 mL，以3 BV/h的流速流经树脂床，去除树脂床中的水；
4、依次用8% (v/v) H2SO4-CH3OH溶液145 mL、5% (v/v)H2SO4-CH3OH溶液200 mL对树脂进行洗脱。第一梯度洗脱液流速为1.2 BV/h；第二梯度洗脱液流速为0.8 BV/h；
5、上述洗脱液在蒸出180 mL 甲醇后于66~70℃下搅拌反应2 h，分离得到纯度为96.0%（HPLC法）2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯47.77 g，折纯45.86 g，解吸和甲酯化两步总收率为92.0%；
6、步骤5得到的2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯经碱转化，分离得到D-异抗坏血酸钠48.6 g，粗品纯度94.6%，收率95.0%。
实施例5
1、将去除无机酸根离子、2-酮基-D-葡萄糖酸含量为18.37 g/100mL的发酵液（pH为1.59）以2 BV/h的流速流经再生好的130 mL WDA918弱碱性阴离子交换树脂床，当流出液的2-酮基-D-葡萄糖酸的含量为18.18 g/100mL时停止吸交，共用发酵液540 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸99.20 g），收集pH﹤3.0、2-酮基-D-葡萄糖酸平均含量为10.60 g/100mL的流出液共405 mL（含2-酮基-D-葡萄糖酸42.93 g）；
2、用260 mL的去离子水顶出树脂床中未被吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸（折算成含2-酮基-D-葡萄糖酸净重19.7 g）；
3、依次用52%的甲醇水溶液65 mL、73%的甲醇水溶液65 mL和工业甲醇195 mL，以3.0 BV/h的流速流经树脂床，去除树脂床中的水；
4、依次用5% (v/v) H2SO4-CH3OH溶液195 mL、3% (v/v)H2SO4-CH3OH溶液260 mL对树脂进行洗脱。第一梯度洗脱液流速为1.5 BV/h；第二梯度洗脱液流速为1.0 BV/h；
5、上述洗脱液在蒸出300 mL甲醇后于66~70℃下搅拌反应2 h，分离得到纯度为97.2%（HPLC法）的2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯36.86 g，折纯35.82 g，解吸和甲酯化两步总收率为91.4%；
6、步骤5得到的2-酮基-D-葡萄糖酸甲酯经碱转化，分离得到D-异抗坏血酸钠38.3 g，粗品纯度95.3%，收率96.2%。D-异抗坏血酸钠的纯度和收率分别比现行工艺高5~10%和5~8%。

Claims (9)

1.2-酮基-D-葡萄糖酸分离提取方法，其特征在于：用阴离子交换树脂吸附2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液中的2-酮基-D-葡萄糖酸，再用H2SO4-CH3OH洗脱液解吸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
（1）将经过预处理的2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液经过阴离子交换树脂床；
（2）吸交完成后，用去离子水顶出树脂床中未被吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸；
（3）用甲醇顶出树脂床中的水；
（4）用H2SO4-CH3OH溶液解吸被树脂床吸附的2-酮基-D-葡萄糖酸根离子，流出液为2-酮基-D-葡萄糖酸甲醇溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用阴离子交换树脂为弱碱性阴离子交换树脂，可以是D301、D318、D315、D331和WDA918中的任意一种。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸含量为10~25 g/100 mL。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸含量为15~20 g/100 mL。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：2-酮基-D-葡萄糖酸发酵液经过树脂床的速度为1.0~3.0 BV/h。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（3）中采用梯度顶水：第一梯度为浓度在40~60%的甲醇水溶液，第二梯度为浓度在60%以上的甲醇水溶液，第三梯度为工业甲醇。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：采用H2SO4-CH3OH溶液梯度解吸，第一梯度解吸液为3~8% H2SO4-CH3OH(v/v)溶液，第二梯度解吸液为1~5% H2SO4-CH3OH溶液(v/v)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：第一梯度解吸液为5%H2SO4-CH3OH(v/v)溶液；解吸液流速为1.5 BV/h；第二梯度解吸液为3% H2SO4-CH3OH溶液(v/v)，解吸液流速为1.0 BV/h。
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Applicant after: Jiangxi Dexing PARCHN Sodium VC Co., Ltd.

Co-applicant after: Shangrao Normal University

Address before: 334221 Jiangxi city of Shangrao province Dexing xingangshan Barbican Co. Ltd. ISO VC Na

Applicant before: Jiangxi Dexing Parchn Sodium Isovitamin C Co., Ltd.

Co-applicant before: Shangrao Normal University

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Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: JIANGXI DEXING PARCHN SODIUM ISOVITAMIN C CO., LTD. TO: JIANGXI DEXING PARCHN SODIUM VC CO., LTD.

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