CN102807593A - 一种甘露糖的制备方法 - Google Patents

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赵永强
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Abstract

本发明公开了一种D-甘露糖的制备方法，该方法包含以下步骤：葡萄糖在常压或加压条件下以钼酸铵为催化剂进行差向异构，得到葡萄糖和甘露糖的混合液；上述混合液进行脱色脱盐精制后，进入模拟移动床1进行分离提纯，得到富含甘露糖的组份A和富含葡萄糖的组份B；组份A再进入模拟移动床2进行分离，得到富含甘露的糖组份C和富含葡萄糖的组份D；组份B经膜过滤后进入差相异构步骤；组份D经膜过滤进入到模拟移动床1进行循环分离；组份C经离心喷雾干燥得到D-甘露糖成品。本方法步骤简单，易于操作。通过本方法制备得到的D-甘露糖成品纯度达到99％以上，总收率达53～60.4％。

Description

一种甘露糖的制备方法
技术领域
本发明涉及一种甘露糖的制备方法。
背景技术
D-甘露糖(D-mannose)为一种六碳糖，与葡萄糖为同分异构体，易溶于水，难溶于乙醇，不溶于乙醚，味甜，略带苦的后味，在自然界中以游离状态存在的很少，多以甘露聚糖的形式存在；常被作为食品及饮料的甜味剂，在医药领域也用于糖尿病、肥胖病、便秘和高胆固醇等疾病的辅助治疗。近年来，甘露糖还具有抑制肿瘤生长，预防细菌、病毒感染，减轻类风湿性关节炎的症状，抑制伤口愈合时炎症的发生等功效也常常见诸报道。
CN101851689A中公开了一种甘露糖的制备方法，其以葡萄糖为原料，经过差向异构得到葡萄糖与甘露糖的混合液，再经过分离材料为凝胶聚苯乙烯Ca型树脂的模拟移动床分离一遍，得到富含甘露糖组分的分离液；两遍浓缩后进行水相结晶历时60-100h，离心后得到粗晶；用无水乙醇浸泡洗涤以精制粗晶，可得到含量99％的甘露糖晶体。此方法虽能得到高纯度的结晶D-甘露糖，但甘露糖在水中的溶解度为250g/g，水相结晶困难，且需进行多个降温梯度的精确控制，对控温设备要求高，耗时长久；水相结晶前需要经过两次浓缩工艺，增加能耗成本；结晶历时60-100h，效率低；粗品D-甘露糖结晶还需要经过无水乙醇精制，不仅工艺繁琐，且易造成溶剂残留。
CN102329340A中也公开了一种D-甘露糖制备方法，该方法是将葡萄糖差向异构部分转化为甘露糖而得到的两者混合液，经过三次模拟移动床分离，得到的富含甘露糖的组分经过脱盐、浓缩、结晶、离心、干燥后得到高纯度的D-甘露糖。该方法也要经过多步浓缩步骤，增加能耗成本；采用乙醇结晶的方法得到最终产物历时4.5-6h，不仅耗时较长，而且易残留有机溶剂，同时还要严格掌控晶种的加入时间和搅拌速度，增加了操作的繁复程度。
发明内容
针对现有技术中制备甘露糖的方法存在的上述缺陷和不足，本发明的目的即提供一种工艺简单、生产效率高、操作简便的D-甘露糖制备方法。
本发明的技术方案为：
一种D-甘露糖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)葡萄糖在常压或加压条件下以钼酸铵为催化剂进行差向异构，得到葡萄糖和甘露糖的混合液；
(2)将步骤(1)得到的混合液进行脱色脱盐精制；
(3)将步骤(2)精制后的混合液经过六柱顺序式模拟移动床1进行分离提纯，得到富含甘露糖的组份A和富含葡萄糖的组份B；
(4)将步骤(3)得到的组份A再进入六柱顺序式模拟移动床2进行二次分离，得到富含甘露的糖组份C和富含葡萄糖的组份D；
(5)将步骤(3)得到的组份B经膜过滤后返回到步骤(1)进行二次差相异构；
(6)将步骤(4)得到的组份D经膜过滤返回到步骤(3)的模拟移动床1进行循环分离；
(7)将步骤(4)得到的组份C经离心喷雾干燥得到高纯度D-甘露糖成品。
本发明还有以下更进一步的改进：
本发明步骤(1)中，差向异构反应的压力范围为：0～0.2MPa，温度范围为：100～110℃。
本发明步骤(3)中，六柱顺序式模拟移动床1填充的分离材料为钙型阳离子树脂。
本发明步骤(4)中，六柱顺序式模拟移动床2填充的分离材料为钙型分子筛。
本发明步骤(7)中离心喷雾干燥参数为：进风温度100～140℃，出风温度30～60℃，进料质量百分比浓度为30wt.％。得到的D-甘露糖成品纯度达到99％以上。
以本发明的技术方案得到的D-甘露糖，总收率为53～60.4％。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
(1)本发明采用二次模拟移动床结合喷雾干燥的方法来制备高纯度的D-甘露糖，彻底避开了通过结晶方法得到产品的通常做法，克服了结晶操作步骤繁琐、操作条件严格、过程历时久、有机溶剂使用量大、溶剂易残留、甘露糖水结晶粉末黏度大且易吸湿的缺点，可以得到均一粒度的无定形D-甘露糖。
(2)本发明彻底省去了糖液浓缩的步骤，不仅节约能耗，且简化了生产工艺。
(3)由于模拟移动床和喷雾干燥都是连续进料、连续出料，所以本发明整个工艺流程中没有间歇的步骤，完全可以实现连续化操作，进而大幅提高生产效率。
(4)本发明引入的顺序式模拟移动床(SSMB)具有分离柱用量少、设备整体占地面积更小、更节约填充的分离材料、自动化控制程度高、易操作，分离效果更好等特点，可进一步提高回收率和产品纯度，同时能够实现三元组分分离。
(5)本发明的差向异构反应是在加压或常压条件下进行，与常见的真空反应条件相比，可以提高反应温度(因沸点的提高)，进而提高转化率。
(6)本发明还在喷雾干燥的干燥塔内壁和旋风分离器前端引入除湿的冷空气，减少了甘露糖粉末的粘壁和结块现象，有助于甘露糖的喷雾干燥顺利实现。喷雾干燥器中冷空气的引入方式详见附图5。
附图说明
图1为实施例5中差相异构反应得到的葡萄糖与甘露糖混合液的高效液相色谱图。
图2为实施例5中富含甘露糖的组分A的高效液相色谱图。
图3为实施例5中富含甘露糖的组分C的高效液相色谱图。
图4为实施例5中经喷雾干燥后得到的D-甘露糖成品的高效液相色谱图。
图5为喷雾干燥器结构示意图。
图5中的附图标记如下：1.喷雾头；2.干燥塔；3.旋风分离器；4.干燥塔。
具体实施方式
下面结合以下具体实施方式对本发明作更为详细地说明。
实施例1
将5kg结晶葡萄糖用纯化水稀释到固形物质量百分比浓度为50wt.％，加入催化剂钼酸铵15g，在0.2MPa，110℃的条件下进行差向异构2h，得到的异构混合液中甘露糖的质量百分比浓度为15.2wt.％。将上述异构混合液进行脱色脱盐精制后，进入六柱顺序式模拟移动床1(填料为钙型阳离子树脂)进行分离提纯，得到富含甘露糖组份A和富含葡萄糖的组份B，组份A中甘露糖的纯度为88.3％。然后，组份A进入六柱顺序式模拟移动床2(填料为钙型分子筛)进行二次分离，得到富含甘露糖组份C和富含葡萄糖组份D，组份C中甘露糖的纯度为99.5％。组份B经膜过滤后返回到反应釜进行二次差相异构，组份D经膜过滤返回到模拟移动床1进行循环分离，组份C经离心喷雾干燥(参数为：进风温度140℃，出风温度30℃，进料质量百分比浓度30wt.％)得到纯度为99.5％的D-甘露糖粉末1.20kg，组份B和D循环分离得到纯度为99.5％的D-甘露糖粉末1.58kg，产品总收率为55.6％。
实施例2
将5kg结晶葡萄糖用纯化水稀释到固形物质量百分比浓度为50wt.％，加入催化剂钼酸铵15g，在0.15MPa，105℃的条件下进行差向异构2h，得到的异构混合液中甘露糖质量百分比浓度为14.5wt.％。将所得异构混合液进行脱色脱盐精制后，进入六柱顺序式模拟移动床1(填料为钙型阳离子树脂)进行分离提纯，得到富含甘露糖组份A和富含葡萄糖的组份B，组份A中甘露糖的纯度为87.2％。然后，组份A进入六柱顺序式模拟移动床2(填料为钙型分子筛)进行二次分离，得到富含甘露糖组份C和富含葡萄糖组份D，组份C中甘露糖的纯度为99.2％。组份B经膜过滤后返回到反应釜进行二次差相异构，组份D经膜过滤返回到模拟移动床1进行循环分离，组份C经离心喷雾干燥(参数为：进风温度120℃，出风温度40℃，进料质量百分比浓度30wt.％)得到纯度为99.2％的D-甘露糖粉末1.17kg，组份B和D循环分离得到纯度为99.2％的D-甘露糖粉末1.52kg，产品总收率为53.8％。
实施例3
将5kg结晶葡萄糖用纯化水稀释到固形物质量百分比浓度为50wt.％，加入催化剂钼酸铵15g，在常压、100℃的条件下进行差向异构2h，得到的异构混合液中甘露糖质量百分比浓度为13.6wt.％。将所得异构混合液进行脱色脱盐精制后，进入六柱顺序式模拟移动床1(填料为钙型阳离子树脂)进行分离提纯，得到富含甘露糖组份A和富含葡萄糖的组份B，组份A中甘露糖的纯度为86.2％。然后，组份A进入六柱顺序式模拟移动床2(填料为钙型分子筛)进行二次分离，得到富含甘露糖组份C和富含葡萄糖组份D，组份C中甘露糖的纯度为99.1％。组份B经膜过滤后返回到反应釜进行二次差相异构，组份D经膜过滤返回到模拟移动床1进行循环分离，组份C经离心喷雾干燥(参数为：进风温度100℃，出风温度60℃，进料质量百分比浓度30wt.％)得到纯度为99.1％的D-甘露糖粉末1.12kg，组份B和D循环分离得到纯度为99.1％的D-甘露糖粉末1.56kg，产品总收率为53.6％。
实施例4
将150kg结晶葡萄糖用纯化水稀释到固形物质量百分比浓度为50wt.％，加入催化剂钼酸铵450g，在0.1MPa，110℃的条件下进行差向异构2h，得到的异构混合液中甘露糖质量百分比浓度为15.0wt.％。将所得异构混合液进行脱色脱盐精制后，进入六柱顺序式模拟移动床1(填料为钙型阳离子树脂)进行分离提纯，得到富含甘露糖组份A和富含葡萄糖的组份B，组份A中甘露糖的纯度为88.1％。然后，组份A进入六柱顺序式模拟移动床2(填料为钙型分子筛)进行二次分离，得到富含甘露糖组份C和富含葡萄糖组份D，组份C中甘露糖的纯度为99.2％。组份B经膜过滤后返回到反应釜进行二次差相异构，组份D经膜过滤返回到模拟移动床1进行循环分离，组份C经离心喷雾干燥(参数为：进风温度140℃，出风温度30℃，进料质量百分比浓度30wt.％)得到纯度为99.2％的D-甘露糖粉末42.9kg，组份B和D循环分离得到纯度为99.2％的D-甘露糖粉末47.7kg，收率60.4％。
实施例5
将150kg结晶葡萄糖用纯化水稀释到固形物质量百分比浓度为50wt.％，加入催化剂钼酸铵450g，在0.2MPa，110℃的条件下进行差向异构2h，得到的异构混合液中甘露糖质量百分比浓度为15.2wt.％。将所得异构混合液进行脱色脱盐精制后，进入六柱顺序式模拟移动床1(填料为钙型阳离子树脂)进行分离提纯，得到富含甘露糖组份A和富含葡萄糖的组份B，组份A中甘露糖的纯度为89.6％。然后，组份A进入六柱顺序式模拟移动床2(填料为钙型分子筛)进行二次分离，得到富含甘露糖组份C和富含葡萄糖组份D，组份C中甘露糖的纯度为99.93％。组份B经膜过滤后返回到反应釜进行二次差相异构，组份D经膜过滤返回到模拟移动床1进行循环分离，组份C经离心喷雾干燥(参数为：进风温度140℃，出风温度30℃，进料质量百分比浓度30wt.％)得到纯度为99.89％的D-甘露糖粉末41.8kg，组份B和D循环分离得到纯度为99.89％的D-甘露糖粉末46.9kg，收率59.1％。
对该实施例过程中得到的差相异构混合液、富含甘露糖的组份A、富含甘露糖的组份C和经喷雾干燥后得到的D-甘露糖成品，分别进行高效液相色谱的检测，得到表1-4所示的结果(谱图详见附图1-4)。
检测仪器：高效液相色谱一蒸发光散射检测器；色谱柱为Phenomenex，Rezex RCM-Monosacharide Ca+2，300×7.8mm；流动相为水(流速0.5ml/min)；柱温80℃；蒸发光散射检测器温度85℃，空气2.5bar，撞击器关。
表1差相异构后得到的混合液的高效液相色谱图数据
Figure BSA00000738083200051
表2第一次模拟移动床分离后得到的富含甘露糖组份A的高效液相色谱图数据
Figure BSA00000738083200052
表3第二次模拟移动床分离后得到的富含甘露糖组份C的高效液相色谱图数据
Figure BSA00000738083200053
表4喷雾干燥后得到的D-甘露糖成品的高效液相色谱图数据
Figure BSA00000738083200054

Claims (7)

1.一种D-甘露糖的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)葡萄糖在常压或加压条件下以钼酸铵为催化剂进行差向异构，得到葡萄糖和甘露糖的混合液；
(2)将步骤(1)得到的混合液进行脱色脱盐精制；
(3)将步骤(2)精制后的混合液经过六柱顺序式模拟移动床1进行分离提纯，得到富含甘露糖的组份A和富含葡萄糖的组份B；
(4)将步骤(3)得到的组份A再进入六柱顺序式模拟移动床2进行二次分离，得到富含甘露的糖组份C和富含葡萄糖的组份D；
(5)将步骤(3)得到的组份B经膜过滤后返回到步骤(1)进行二次差相异构；
(6)将步骤(4)得到的组份D经膜过滤返回到步骤(3)的模拟移动床1进行循环分离；
(7)将步骤(4)得到的组份C经离心喷雾干燥得到D-甘露糖成品。
2.根据权利要求1所述的D-甘露糖的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中差向异构反应的压力范围为0～0.2MPa，温度范围为100～110℃。
3.根据权利要求1或2所述的D-甘露糖的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中六柱顺序式模拟移动床1填充的分离材料为钙型阳离子树脂。
4.根据权利要求1或2所述的D-甘露糖的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中六柱顺序式模拟移动床2填充的分离材料为钙型分子筛。
5.根据权利要求1或2所述的D-甘露糖的制备方法，其特征在于所述步骤(7)中离心喷雾干燥参数为：进风温度100～140℃，出风温度30～60℃，进料质量百分比浓度为30wt.％。
6.根据权利要求1或2所述的D-甘露糖的制备方法，其特征在于所述步骤(7)中得到的D-甘露糖成品纯度为99％以上。
7.根据权利要求1或2所述的D-甘露糖的制备方法，其特征在于D-甘露糖成品总收率为53～60.4％。
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