CN106589010A - 一种同时生产l‑阿拉伯糖和d‑半乳糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同时生产L‑阿拉伯糖和D‑半乳糖的方法。利用模拟移动床色谱分离装置分离阿拉伯胶水解后的混合糖液，分离后得到三个组份，其中第一组份L‑阿拉伯糖含量和第二组份D‑半乳糖含量，都达到结晶的含量要求，经精制、浓缩、结晶，分别得到结晶L‑阿拉伯糖和结晶D‑半乳糖；其中的第三组份是低浓度的杂质组份，可由此将系统内的杂质连续不断的排出系统；L‑阿拉伯糖的结晶母液和D‑半乳糖的结晶母液经混合后，返回进入系统，重复分离提取、结晶，提高L‑阿拉伯糖和D‑半乳糖的收率。

Description

一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法
技术领域
本发明涉及一种L-阿拉伯糖和D-半乳糖的生产技术领域。具体涉及一种以阿拉伯胶为原料、同时生产L-阿拉伯糖与D-半乳糖的方法，属于L-阿拉伯糖和D-半乳糖生产技术领域。
背景技术
L-阿拉伯糖（L-Arabinose）又称L-树胶醛糖，是一种热量极低的甜味剂，可以有效抑制和阻断人体对蔗糖的代谢转化，从而可以抑制肥胖、预防并治疗与高血糖相关的疾病；L-阿拉伯糖还可以用作医药中间体、用于制备抗病毒抗癌药物，同时也用于生化领域中细菌培养基的制备以及香料合成等。L-阿拉伯糖很少以游离态的形式存在于自然界中，通常与其他单糖结合，以杂多糖或L-阿拉伯聚糖或L-阿拉伯聚糖-D-半乳糖的形式存在于胶体、半纤维素、细菌多糖及某些糖苷中。目前，L-阿拉伯糖多数是通过从一些天然或半天然原料中提取制备，包括一些植物纤维或半纤维类（如玉米、甘蔗渣、秸秆等）、甜菜浆、及阿拉伯胶等。
其中，阿拉伯胶是一种是来源广泛、安全无害并可被人体部分降解的增稠剂。阿拉伯胶有两种组份，多糖以及少部分与多糖以共价键结合的蛋白质。一般阿拉伯胶中含有至少30%以上的阿拉伯糖单体。阿拉伯胶经过酸解后可以得到L-阿拉伯糖、D-半乳糖、L-鼠李糖、葡萄糖醛酸、低聚糖类及其它杂糖的混合物。由于酸解液中L-阿拉伯糖含量低，一般的阿拉伯胶水解液经过脱色除盐精制后，L-阿拉伯糖的含量只有50%左右甚至更低，水解液中含杂糖较多，如半乳糖、鼠李糖等，仅D-半乳糖含量一般就在10-20%之间甚至更高，尽管通过对水解条件的控制可以抑制部分半乳糖的产生，但整体而言水解液中L-阿拉伯糖含量低、杂糖较多，对结晶很不利，所以采用阿拉伯胶制备L-阿拉伯糖时，分离提纯工序是重点难点，也是传统L-阿拉伯糖生产工艺中的瓶颈。
目前生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的工艺大都采用以阿拉伯胶为原料，通过阿拉伯胶在酸性条件下水解，控制不同的水解条件得到L-阿拉伯糖和D-半乳糖的混合液，将混合液脱色、除盐等去杂质后，用有机溶剂萃取和沉淀提纯L-阿拉伯糖，然后浓缩，并第一次结晶，离心脱水，得到相应的L-阿拉伯糖和D-半乳糖粗产品。传统工艺中一次结晶后的母液含有L-阿拉伯糖和D-半乳糖及杂质，其中L-阿拉伯糖和D-半乳糖的含量约占30%~50%，一次结晶母液无法再利用。同时，一次结晶得到的L-阿拉伯糖和D-半乳糖粗品还需经过第二次结晶，才能得到成品。由于水解液中的L-阿拉伯糖含量低，使得整个工艺流程长，收率不高，水、电、蒸汽等消耗高，生产成本高。现有传统工艺生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的工艺过程如图1。
公开号CN105061521A的中国专利文献公开了一种高纯度L-阿拉伯糖的提取方法，采用醇沉结晶及重结晶对结晶母液再次利用，采用化学沉淀法去除D-半乳糖后，通过二次甚至是三次结晶提高阿拉伯糖产品的含量。公开号CN104744525A的中国专利文献公开了一种以阿拉伯胶为原料提取制备高纯度L-阿拉伯糖的方法，该方法采用电渗析脱盐、单柱固定床吸附分离酸解液；该法制备L-阿拉伯糖收率低，约为25%~29%。中国专利CN1164602C公开了一种两柱法从阿拉伯胶提取L-阿拉伯糖的方法，该方法先将酸解后的反应物用甲醇或乙醇萃取，然后通过两次单柱固定床吸附分离，得到产品。
无论是重结晶法还是单柱固定床吸附分离法，收率都不高，且只能得到单个L-阿拉伯糖产品。
D-半乳糖是一种重要的药物中间体。阿拉伯胶酸解液中除含有L-阿拉伯糖外，D-半乳糖含量也较高，为提高原料利用率和经济效益，酸解液中的L-阿拉伯糖和D-半乳糖均需要分离提取出来。国内现有专利主要集中在L-阿拉伯糖的分离提取，对D-半乳糖很少提及。
公开号为CN102146102A的中国专利文献公开了一种从阿拉伯胶中提取L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，该方法需要对L-阿拉伯糖和D-半乳糖醚化后再脱醚，工艺较复杂。公开号为CN101367844A的中国专利文献公开了一种从阿拉伯胶水解液中提取阿拉伯糖的方法，该法通过模拟移动床分离得到两个组份：第一组份为阿拉伯糖含量为85%~95%的组份；第二组份为混合组份，半乳糖含量为59.4%，阿拉伯糖含量为31%（其它为杂糖）。该方法主要目的是将阿拉伯糖从混合溶液中分离出来。该方法有两个主要缺点：第一，阿拉伯糖的得率低；第二，分离后半乳糖含量低，不到60%，无法直接结晶得到半乳糖产品，故无法实现在分离阿拉伯糖时，同时对半乳糖的直接分离提纯。
发明内容
针对现有L-阿拉伯糖和D-半乳糖生产工艺中的不足，本发明提供了一种工业上实用的L-阿拉伯糖与D-半乳糖的高收率的清洁生产方法。
本发明的目的是，提供一种改进的生产方法，可同时得到L-阿拉伯糖和D-半乳糖两个产品。
阿拉伯胶经酸解得混合糖液，将混合糖液中和、过滤，滤液经活性炭脱色、脱盐、浓缩，得到含有L-阿拉伯糖和D-半乳糖的混合糖液，然后进入模拟移动床色谱分离装置分离。所用的色谱分离装置应用顺序式模拟移动床色谱分离技术，具有自动化程度高，操作简便，分离强度大，产物浓度高的特点；选用常见的、市场上易购的钙型树脂或分子筛作为分离剂，分离温度40℃~65℃，进料混合糖液质量百分比浓度30~60%，以纯化水为洗脱剂。混合糖液经分离后，得到三个组份，其中第一组份L-阿拉伯糖含量、第二组份D-半乳糖含量，都达到结晶的含量要求，经精制、浓缩、结晶，分别得到结晶L-阿拉伯糖和结晶D-半乳糖；其中的第三组份是低浓度的杂质组份，可由此将系统内的杂质连续不断的排出系统；上述L-阿拉伯糖的结晶母液和D-半乳糖的结晶母液经混合后，返回进入系统，重复分离提取、结晶，提高L-阿拉伯糖和D-半乳糖的收率。
本发明的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法工艺过程如图2所示，其技术方案步骤为：
（1）将阿拉伯胶溶解后用稀无机酸水解，水解液用碱中和、过滤，滤液用活性炭进行脱色、阴阳离子交换树脂脱盐、浓缩，得到含有L-阿拉伯糖和D-半乳糖的混合糖液。
（2）利用顺序式模拟移动床色谱分离装置对步骤（1）的浓缩液进行分离。分离条件为：分离温度40~65℃，进料混合糖液质量百分比浓度30~60%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型分子筛，洗脱剂为纯化水。
（3）经步骤（2）分离后，得到三种组份，第一种是提取液，为L-阿拉伯糖含量80.0%~98.0%的富含L-阿拉伯糖的物料；第二种是提余液，为D-半乳糖含量60.0%~95.0%的富含D-半乳糖的物料；第三种也是提余液，为浓度<5%的低浓度的杂糖稀溶液。
（4）经步骤（3）分离后的提取液L-阿拉伯糖，浓缩到质量百分比浓度80%~85%，在水溶液中进行降温冷却结晶，然后脱水、干燥，得结晶L-阿拉伯糖产品；或将步骤（3）分离后的提取液L-阿拉伯糖放入蒸发结晶罐，控制温度60~65℃，压力-0.07～-0.08MPa，进行蒸发结晶，然后脱水、干燥，得结晶L-阿拉伯糖产品。
（5）经步骤（3）分离后的提余液D-半乳糖，浓缩到质量百分比浓度80%~85%，在水溶液中进行降温冷却结晶，然后脱水、干燥，得到D-半乳糖结晶产品；或将步骤（3）分离后的提余液D-半乳糖放入蒸发结晶罐，控制温度60~65℃，压力-0.07～-0.08MPa，进行蒸发结晶，然后脱水、干燥，得结晶D-半乳糖产品。
（6）经步骤（4）结晶后所得的L-阿拉伯糖结晶母液和步骤（5）结晶后所得的D-半乳糖结晶母液混合，然后返回与脱盐后、浓缩前的混合糖液混合，一并浓缩后进入模拟移动床色谱分离系统。
本发明方法生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖，流程简短，同时可得到结晶L-阿拉伯糖和结晶D-半乳糖两个产品，适合于大规模生产；由于色谱分离过程中将杂糖和其它杂质连续地排出系统，保证主要物质L-阿拉伯糖和D-半乳糖可以返回系统重复分离和提取；由于将L-阿拉伯糖和D-半乳糖的结晶母液返回系统重复利用，L-阿拉伯糖和D-半乳糖的收率高。
附图说明
图1为传统工艺中L-阿拉伯糖和D-半乳糖的生产工艺过程简图。
图2为本发明的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法工艺过程简图。
图3为混合糖液组份的HPLC谱图。即为阿拉伯胶经酸解、中和、精制处理、浓缩至质量百分比浓度48.0%的混合糖液组份的HPLC谱图。
图4为模拟移动床色谱分离后富含L-阿拉伯糖组份的HPLC谱图。
图5为模拟移动床色谱分离后富含D-半乳糖组份的HPLC谱图。
图6为模拟移动床色谱分离后杂糖稀溶液组份的HPLC谱图。
图7为结晶L-阿拉伯糖组份的HPLC谱图。
图8为结晶D-半乳糖组份的HPLC谱图。
具体实施实例
以下结合附图和具体实施实例阐述本发明的工艺过程和效果，但本发明并不受下列实施实例的限制。
实施例1，一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，其工艺过程如图2所示，将阿拉伯胶溶解后用稀硫酸水解得混合糖液，再用碱中和、过滤混合糖液，然后用活性炭脱色、阴阳离子交换树脂脱盐、浓缩至质量百分比浓度48.0%，得到含有L-阿拉伯糖和D-半乳糖及其它杂糖的混合糖液，用高效液相色谱（HPLC）仪检测该混合糖液，结果为L-阿拉伯糖含量43.05%，D-半乳糖含量12.61%，HPLC分析结果如图3所示。
用模拟移动床色谱分离装置分离该混合糖液。色谱柱内装满钙型阳离子树脂，用纯化水作为洗脱剂。纯化水为去离子的纯水或反渗透纯水。混合糖液和纯化水经过加热至60℃，进入色谱分离装置内。混合糖液进料质量百分比浓度为48.0%。
经分离后得到如下三种组份：
第一种为富含L-阿拉伯糖的组份，质量百分比浓度为20.2%，其中L-阿拉伯糖含量为90.74%，D-半乳糖含量为1.80%，HPLC分析结果如图4所示。该糖液中L-阿拉伯糖含量高，用简单便利的水溶液结晶法结晶。该糖液经过浓缩、降温冷却结晶、离心脱水和干燥后得到高含量的L-阿拉伯糖结晶产品。
第二种为富含D-半乳糖的组份，质量百分比浓度为17.6%，其中D-半乳糖含量为78.82%，L-阿拉伯糖含量为1.52%，HPLC分析结果如图5所示。该糖液D-半乳糖含量高，用简单便利的水溶液结晶法结晶。该糖液经过浓缩、降温冷却结晶、离心脱水和干燥后得到D-半乳糖结晶产品。
第三种为杂糖稀溶液组份，质量百分比浓度为4.0%，该组份L-阿拉伯糖含量2.82%、D-半乳糖含量15.77%、杂糖（包括鼠李糖及低聚糖等）含量81.41%，HPLC分析结果如图6所示，经浓缩后可以作为杂糖浆出售。
将以上结晶后所得的L-阿拉伯糖结晶母液和D-半乳糖结晶母液混合，然后返回与脱盐后、浓缩前的混合糖液混合，重新进入系统，提高L-阿拉伯糖和D-半乳糖的收率。
L-阿拉伯糖结晶产品的HPLC分析结果如图7所示。
D-半乳糖结晶产品的HPLC分析结果如图8所示。
实施例2，将阿拉伯胶溶解后用稀硫酸水解得混合糖液，再用碱中和、过滤混合糖液，然后用活性炭脱色、阴阳离子交换树脂脱盐、浓缩至质量百分比浓度52.0%，得到含有L-阿拉伯糖和D-半乳糖及其它杂糖的混合糖液。
用模拟移动床色谱分离装置分离该混合糖液。色谱柱内装满钙型分子筛，用纯化水作为洗脱剂。纯化水为去离子的纯水或反渗透纯水。混合糖液和纯化水经过加热至58℃，进入色谱分离装置内。混合糖液进料质量百分比浓度为52.0%。
经分离后得到如下三种组份：
第一种为富含L-阿拉伯糖的组份，浓度为21.0%，其中L-阿拉伯糖含量为96.29%，D-半乳糖含量为2.20%。该糖液中L-阿拉伯糖含量高，用蒸发结晶法结晶。将该糖液放入蒸发结晶罐，控制温度60~65℃，压力-0.07～-0.08MPa，进行蒸发结晶，然后脱水、干燥，得结晶L-阿拉伯糖产品。
第二种为富含D-半乳糖的组份，浓度为18.0%，其中D-半乳糖含量为82.58%，L-阿拉伯糖含量为6.82%。该糖液D-半乳糖含量高，用蒸发结晶法结晶。将该糖液放入蒸发结晶罐，控制温度60~65℃，压力-0.07～-0.08MPa，进行蒸发结晶，然后脱水、干燥，得D-半乳糖产品
第三种为杂糖稀溶液组份，质量百分比浓度为4.2%，该组份L-阿拉伯糖含量1.80%、D-半乳糖含量20.44%、杂糖（包括鼠李糖及低聚糖等）含量77.76%，经浓缩后可以作为杂糖浆出售。
将以上结晶后所得的L-阿拉伯糖结晶母液和D-半乳糖结晶母液混合，然后返回与脱盐后、浓缩前的混合糖液混合，重新进入系统，提高L-阿拉伯糖和D-半乳糖的收率。
虽然本发明已以较佳实例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，该方法包括：阿拉伯胶在酸性条件下水解，得到L-阿拉伯糖和D-半乳糖的混合糖液，将此混合糖液中和、脱色、过滤、脱盐、浓缩，其特征在于：将浓缩后的混合糖液用模拟移动床色谱分离系统分离，得到富含L-阿拉伯糖的溶液、富含D-半乳糖的溶液以及低浓度的杂糖稀溶液；将富含L-阿拉伯糖的溶液浓缩、结晶，得到L-阿拉伯糖结晶产品；将富含D-半乳糖的溶液浓缩、结晶，得到D-半乳糖结晶产品；将结晶后所得的L-阿拉伯糖结晶母液和D-半乳糖结晶母液返回前工序重新提取。
2.根据权利要求1中所述的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，其特征在于：模拟移动床色谱分离条件为：分离温度40~65℃，进料混合糖液质量百分比浓度30~60%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型分子筛，洗脱剂为纯化水。
3.根据权利要求1中所述的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，其特征在于：分离后得到三种物料，第一种为富含L-阿拉伯糖的物料，其含量为80.0%~98.0%；第二种为富含D-半乳糖的物料，其含量为60.0%~95.0%；第三种为质量百分比浓度<5%的低浓度杂糖溶液。
4.根据权利要求1中所述的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，其特征在于：将第一种富含L-阿拉伯糖的物料，浓缩到质量百分比浓度80~85%，在水溶液中进行降温冷却结晶，然后脱水、干燥，得L-阿拉伯糖结晶产品。
5.根据权利要求1中所述的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，其特征在于：将第一种富含L-阿拉伯糖的物料，放入蒸发结晶罐，控制温度60~65℃，压力-0.07～-0.08MPa，进行蒸发结晶，然后脱水、干燥，得结晶L-阿拉伯糖产品。
6.根据权利要求1中所述的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，其特征在于：将第二种富含D-半乳糖的物料，浓缩到质量百分比浓度80~85%，在水溶液中进行降温冷却结晶，然后脱水、干燥，得到D-半乳糖结晶产品。
7.根据权利要求1中所述的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，其特征在于：将第二种富含D-半乳糖的物料，放入蒸发结晶罐，控制温度60~65℃，压力-0.07～-0.08MPa，进行蒸发结晶，然后脱水、干燥，得结晶D-半乳糖产品。
8.根据权利要求1中所述的一种同时生产L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法，其特征在于：将结晶后的L-阿拉伯糖结晶母液和D-半乳糖结晶母液混合，返回与脱盐后、浓缩前的混合糖液混合、浓缩后进入模拟移动床色谱分离系统进行分离。
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