CN102924539B - 一种制备海藻糖晶体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备海藻糖晶体的方法。将海藻糖水溶液真空蒸发浓缩，加入海藻糖晶种并控制温度，同时流加溶析剂，使溶液的过饱和度维持在较低水平，逐渐降温结晶。本发明是通过溶析-冷却耦合结晶的方法生产海藻糖晶体，提高海藻糖的结晶收率；避免结晶过程中细晶的产生，得到粒度分布均匀、纯度高的产品；与传统的冷却结晶相比缩短了结晶周期，提高了结晶收率；还为后续的离心分离提供了便利。这种新的结晶方法在功能糖结晶生产领域具有广阔的应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于功能糖生产技术领域，涉及一种制备海藻糖晶体的方法，具体来说是一种采用溶析-冷却耦合生产海藻糖晶体的方法。
背景技术
海藻糖（Trehalose）是一种由两葡萄糖分子以α,α-1,1-糖苷键相连而成的非还原性二糖，它广泛地存在于微生物、虾类、昆虫以及植物等之中。海藻糖对于生物体及生物大分子、生物膜等都具有良好的非特异性保护作用，使得细胞免受脱水、高渗变化等环境改变造成的损害，因此被誉为“生命之糖”。此外，海藻糖还具有性质稳定、甜度低、人类吸收缓慢以及不形成龋齿的特点。因此，海藻糖被广泛应用于食品、医药、精细化学品等领域之中。
海藻糖极易溶于水，不溶或难溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。由于海藻糖在水中的溶解度随温度变化较大（10℃每克水溶解0.55g海藻糖/80℃每克水溶解3.65g海藻糖），所以工业上生产结晶海藻糖大多采用冷却结晶。其主要步骤包括，将海藻糖浓缩后，形成过饱和溶液，加晶种诱导出晶后，缓慢冷却至低温，使晶体长大，后经离心、干燥后得到海藻糖晶体。
CN 1502702A公开了一种冷却结晶生产海藻糖晶体的方法。具体为将约65~90%的海藻糖溶液放在一个结晶器中，以95℃或更低，优选10~90℃的范围内，在存在0.1~20%晶种的情况下，搅拌并逐渐冷却以得到含有水晶状海藻糖的糖膏，离心并用少量冷水喷洗，喷雾干燥后得到海藻糖晶体。
美国专利6,723,170公开了一种冷却结晶生产海藻糖的方法。该方法具体步骤与CN1502702A相似，不同之处是对海藻糖干物质含量要求更高，达到98%以上；降温过程中控制过饱和度在1.15以内。该方法可制得特征为c轴长度比例小于b轴的2.0倍的海藻糖晶体。
冷却结晶制备海藻糖晶体时，晶体会附着在结晶器表面形成很厚的晶体层，影响了传热与结晶效率。同时，随着温度的降低，糖液的粘度也越来越大，传热传质效率进一步下降，结晶也就变得越来越困难。晶浆粘稠，不利于后续的离心分离。低温下结晶效率很低，且随着晶浆密度的增大，容易产生细晶，不利于控制晶体的粒度与形状。冷却结晶周期较长，常常需要24~70个小时以上，产量产率低，不利于工业化生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题主要是提高海藻糖的结晶收率；避免结晶过程中细晶的产生，得到粒度分布均匀、稳定的产品，提升产品纯度；缩短结晶周期，提高结晶生产效率。
针对上述问题，本发明采用溶析-冷却耦合结晶技术，其技术方案如下：
一种制备海藻糖晶体的方法，在海藻糖过饱和结晶液中，加入晶种，降温结晶，之后离心干燥得海藻糖晶体，在降温结晶的过程中，流加溶析剂。
所述的海藻糖过饱和结晶液将海藻糖水溶液通过以下方法得到：在温度60~85℃，真空度为10-40Kpa下真空浓缩，得到质量百分比为66~82%的海藻糖过饱和结晶液。
所述的制备海藻糖晶体的方法，将得到的66~82%的海藻糖过饱和结晶液转移到75~83℃的结晶器中，缓慢降温至66~77℃，按海藻糖干物重的0.1~5%加入海藻糖晶种，待晶种均匀分散在溶液中后，以0.1~0.8mL/min的滴加速度向结晶液中滴加溶析剂，在68~77℃下恒温搅拌15~55分钟。
恒温搅拌结束后，继续以0.1~0.8mL/min的速度滴加溶析剂，同时以2~18K/h的降温速度使结晶液温度从66~77℃降至10~25℃，过滤洗涤，50~70℃真空干燥1小时，得到海藻糖晶体。
所述的溶析剂选自易溶于水的有机溶剂，优选甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、异丙醇或N，N二甲基甲酰胺。
加入溶析剂的总量是海藻糖过饱和结晶液所含纯水质量的20~60%。
本发明所述的生产海藻糖的方法，优选结晶器上连接冷却回流装置，使挥发的溶剂冷凝回流，减小结晶器内蒸汽压力。
本发明中所述的“K/h”是指每个小时消耗或是获得的能量（1kj=1000焦耳）。
有益效果：
本发明所述的生产海藻糖的方法，加入溶析剂一方面减小了结晶母液的粘度，使溶质分子扩散速度增加，加快海藻糖晶体生长速率，有助于缩短结晶周期。另一方面，受海藻糖溶解度较大的影响，冷却结晶过程中溶质的析出会导致溶液体积减小，增大后期晶浆密度，易产生细晶。溶析剂的加入则有效减小了结晶后期晶浆密度，避免细晶产生，从而得到粒度分布均匀的海藻糖晶体产品，大大降低了结晶过后的离心分离难度，制备的晶体表面不易附着含杂质的母液，提升产品纯度。
本发明所述的生产海藻糖的方法，通过向海藻糖的过饱和溶液中加入晶种，使溶液的过饱和度维持在较低水平，从而有效控制了晶体成核，促进晶体生长。
本发明所述的生产海藻糖的方法，采用了边溶析边冷却的耦合结晶模式，加快了海藻糖晶体生长速率，缩短了结晶周期；整个结晶过程中几乎都有溶析剂的加入，弥补了由于晶体析出造成的溶液体积减小，便于控制悬浮液的晶浆密度。同时，溶析剂的滴加速度应维持在较低水平，避免因溶液过饱和度过大导致的爆发成核。
本发明所述的生产海藻糖的方法，得到的海藻糖晶体为白色斜方型晶体。
附图说明
图1制备的海藻糖晶体照片。
具体实施方式
实施例1：
本实例生产海藻糖晶体的方法具体包括下列步骤：
1）将质量为631.35g、固溶物质量百分比浓度为53.4%、海藻糖占固溶物94.53%的海藻糖水溶液，在80℃、真空度35Kpa下蒸发浓缩，得到质量百分比73.5%的海藻糖过饱和结晶液。
2）将上述73.5%的海藻糖过饱和结晶液转移到已恒温至78℃的结晶器中，缓慢搅拌并降温至71℃，之后以海藻糖干重的1%加入海藻糖晶种。待晶种均匀分散于溶液中后，称取乙醇30.4g（占结晶液中水质量的25%），并以0.1mL/min的滴加速度向结晶液中滴加乙醇，维持71℃搅拌20min。
3）搅拌结束后，继续以0.1mL/min的滴加速度向结晶液中滴加乙醇，同时以10K/h的速度降温至20℃，过滤产品，60℃干燥1小时，得到斜方形海藻糖晶体243.2g。
本实施例所得海藻糖，实际收率可达76.3%，纯度可达99.3%。
实施例2：
本实例生产海藻糖晶体的方法具体包括下列步骤：
1）将质量为700.25g、固溶物质量百分比浓度为47.3%、海藻糖占固溶物97.61%的海藻糖水溶液，在70℃、真空度20Kpa下蒸发浓缩，得到质量百分比68.3%的海藻糖过饱和结晶液。
2）将上述68.3%的海藻糖过饱和结晶液转移到已恒温至70℃的结晶器中，缓慢搅拌并降温至67℃，之后以海藻糖干重的1%加入海藻糖晶种。待晶种均匀分散于溶液中后，称取甲醇61.5g（占结晶液中水质量的40%），并以0.2mL/min的滴加速度向结晶液中滴加甲醇，维持68℃搅拌15min。
3）搅拌结束后，继续以0.2mL/min的滴加速度向结晶液中滴加甲醇，同时以11K/h的速度降温至20℃，过滤产品，60℃干燥1小时，得到斜方形海藻糖晶体263.1g。
本实施方式所得海藻糖，实际收率可达81.4%，纯度可达99.5%。
实施例3：
本实例生产海藻糖晶体的方法具体包括下列步骤：
1）将质量为673.11g、固溶物质量百分比浓度为59.8%、海藻糖占固溶物91.30%的海藻糖水溶液，在80℃、真空度30Kpa下蒸发浓缩，得到质量百分比75.8%的海藻糖过饱和结晶液。
2）将上述75.8%的海藻糖过饱和结晶液转移到已恒温至77℃的结晶器中，缓慢搅拌并降温至73℃，之后以海藻糖干重的3%加入海藻糖晶种。待晶种均匀分散于溶液中后，称取异丙醇77.1g（占结晶液中水质量的60%），并以0.2mL/min的滴加速度向结晶液中滴加异丙醇，维持71℃搅拌20min。
3）搅拌结束后，继续以0.2mL/min的滴加速度向结晶液中滴加异丙醇，同时以8K/h的速度降温至15℃，过滤产品，65℃干燥1小时，得到斜方形海藻糖晶体292.53g。
本实施例所得海藻糖，实际收率可达79.6%，纯度可达98.9%。
实施例4：
本实例生产海藻糖晶体的方法具体包括下列步骤：
1）将质量为1119.3g、固溶物质量百分比浓度为33.2%、海藻糖占固溶物95.1%的海藻糖水溶液，在60℃、真空度40Kpa下蒸发浓缩，得到质量百分比70.2%的海藻糖过饱和结晶液。
2）将上述70.2%的海藻糖过饱和结晶液转移到已恒温至77℃的结晶器中，缓慢搅拌并降温至70℃，之后以海藻糖干重的3%加入海藻糖晶种。待晶种均匀分散于溶液中后，称取丙酮47.32g（占结晶液中水质量的30%），并以0.1mL/min的滴加速度向结晶液中滴加乙醇，维持70℃搅拌30min。
3）搅拌结束后，继续以0.2mL/min的滴加速度想结晶液中滴加乙醇，同时以14K/h的速度降温至10℃，过滤产品，60℃干燥1小时，得到斜方形海藻糖晶体290.84g。
本实施方式所得海藻糖，实际收率可达82.3%，纯度可达99.3%。
Claims (4)
1.一种制备海藻糖晶体的方法，在海藻糖过饱和结晶液中，加入晶种，降温结晶，之后离心干燥得海藻糖晶体，其特征是：在降温结晶的过程中，流加溶析剂；具体方法是：将得到的66~82%的海藻糖过饱和结晶液转移到75~83℃的结晶器中，降温至66~77℃，按海藻糖干物重的0.1~5%加入海藻糖晶种，待晶种均匀分散在溶液中后，以0.1~0.8 mL/min的滴加速度向结晶液中滴加溶析剂，在68~77℃下恒温搅拌15~55分钟；恒温搅拌结束后，继续以0.1~0.8 mL/min的速度滴加溶析剂，同时以2~18 K/h的降温速度使结晶液温度从66~77℃降至10~25℃，过滤洗涤，50~70℃真空干燥1小时，得到海藻糖晶体；其中，加入溶析剂的总量是海藻糖过饱和结晶液所含纯水质量的20~60%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的海藻糖过饱和结晶液通过如下方法制备得到：将海藻糖水溶液，在温度60~85℃，真空度为10-40 Kpa下真空浓缩，得到质量百分比为66~82%的海藻糖过饱和结晶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的溶析剂选自易溶于水的有机溶剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的溶析剂选自甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、异丙醇或N，N二甲基甲酰胺。
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| 从活性干酵母中提取海藻糖的工艺研究;周伟;《浙江大学硕士学位论文》;20020615;第43，46页 * |
| 从酵母中提取纯化海藻糖;张雪莲;《河北工业大学硕士学位论文》;20050815;第34-37页 * |
| 段效辉,等.扣囊复膜酵母菌细胞中海藻糖提取和精制工艺的研究.《中国海洋大学学报》.2007,第37卷(第2期),第283-287页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102924539A (zh) | 2013-02-13 |
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