CN110062762B - 有效制备阿洛酮糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在制备阿洛酮糖工艺中有效利用以高纯度色谱分离阿洛酮糖转化产物的中所获得的果糖萃余物的方法，具体而言的，本发明的目的是利用阿洛酮糖制造工艺中获得的果糖萃余物，通过将果糖余物供应至果糖制造工艺中来制备阿洛酮糖制备用的含果糖原料溶液。

Description

有效制备阿洛酮糖的方法
技术领域
本发明涉及一种有效地利用阿洛酮糖制备工艺中获得的果糖萃余物的方法，且更具体而言，通过将阿洛酮糖制备工艺中获得的果糖萃余物置于果糖制备工艺中，利用阿洛酮糖制备工艺中获得的果糖萃余物作为含果糖原料来制备阿洛酮糖。
背景技术
阿洛酮糖是果糖(D-果糖)的差向异构体并且是被称为稀有糖的一种功能性糖，并且因为它具有糖的约60至70％的甜味且几乎为零的卡路里，所以已知其具有预防及改良糖尿病的作用。另外，已知阿洛酮糖具有极佳的溶解性，并且它是在食品利用中引起关注的材料之一。
在用于制造阿洛酮糖的方法中存在化学方法及生物方法，且近年来，用生物方法制造阿洛酮糖的方法通过使含果糖的底物溶液与阿洛酮糖差向异构酶或产生该酶的微生物接触来进行阿洛酮糖转化反应。
用于阿洛酮糖转化工艺的反应原料可以是通过使由淀粉等降解获得的葡萄糖发生异构化反应而获得的果糖异构化反应物。
然而，由于包含D-阿洛酮糖的反应溶液是低纯度产物，因此需要以高纯度分离阿洛酮糖。实际上，各种方法已应用于分离工业上产生的高纯度材料，并且在糖的情况下，主要通过在使用色谱来制造高纯度溶液之后结晶来制造产物。为了从阿洛酮糖转化反应溶液中获得高纯度阿洛酮糖产物，可以进行高纯度分离工艺，并且此外，为了获得阿洛酮糖晶体，可以通过使用高纯度阿洛酮糖浆进行阿洛酮糖结晶工艺。
由于在阿洛酮糖分离工艺中不仅获得阿洛酮糖，而且获得包含高浓度果糖的果糖分馏物作为萃余物，故需要一种通过使果糖萃余物再循环来提高阿洛酮糖的纯度和产率并且增加原料可用性的方法。
发明内容
[技术问题]
本发明的一个实例提供了一种用于制备阿洛酮糖的方法，该方法通过将阿洛酮糖制备工艺中获得的果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中以制备含果糖原料并且将其作为原料用于阿洛酮糖制备工艺中以制备阿洛酮糖；以及一种用于该方法的装置，以便通过利用果糖萃余物提高阿洛酮糖的纯度和产率并且增加原料的可用性。
本发明的另一实例提供了一种通过将阿洛酮糖制备工艺的果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中来制备含果糖原料的方法，以及一种用于该方法的装置，以便通过使果糖萃余物再循环来提高阿洛酮糖的纯度和产率并且增加原料的可用性。
[技术解决方案]
本发明的一个实施方式涉及一种用于制备阿洛酮糖的方法和装置，该方法包括通过将阿洛酮糖制备的分离工艺中获得的果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中来制备含果糖原料，并且将所制备的含果糖原料作为原料用于阿洛酮糖制备工艺中。根据本发明的用于制备可用于阿洛酮糖制备的含果糖原料的方法是通过使果糖萃余物再循环来提高阿洛酮糖的纯度和产率并且增加原料的可用性的方法。
在根据本发明的制备阿洛酮糖的方法中，由于在阿洛酮糖制备的分离工艺中获得了具有高浓度果糖的果糖萃余物，使用从阿洛酮糖制备的分离工艺中的果糖萃余物中获得的含果糖原料来制备阿洛酮糖的方法是一种在阿洛酮糖制备工艺中利用果糖制备工艺的工艺，该果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中并且作为含果糖原料获得以用于阿洛酮糖制备。
本发明的一个实施方式涉及一种用于制备阿洛酮糖的方法，包括以下步骤：用模拟移动床(simulated moving bed，SMB)色谱分离阿洛酮糖转化产物以获得阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物，并且再循环果糖萃余物作为阿洛酮糖转化反应的原料。
本发明的另一实施方式涉及一种制备用于阿洛酮糖制备的含果糖原料的方法，该方法通过用模拟移动床(SMB)色谱分离阿洛酮糖转化产物以获得阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物，并且将该果糖萃余物置于果糖制备工艺中，例如果糖分离工艺中。
本发明的另一实施方式涉及一种用于制备阿洛酮糖的装置，该装置包括
阿洛酮糖转化反应器，用于使用含果糖原料并且使用生物催化剂进行阿洛酮糖转化反应，
SMB色谱分离器，其包括填充有具有活性基团的阳离子交换树脂的柱子、进料口和用于排出阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物的出口，以及
果糖分离器件，用于从所述色谱分离器中排出的果糖萃余物中分离果糖。
该制备阿洛酮糖的装置可以还包括连接部件，其用于连接果糖制备器件和阿洛酮糖制备器件，以便提供从果糖分离器或果糖制备器件中获得的含果糖原料，用于将从果糖制备装置的浓缩器中排出的含果糖原料提供至阿洛酮糖制备器件中。此外，该制备阿洛酮糖的装置可以任选地包括储罐，其用于储存含果糖原料，以控制供应至阿洛酮糖转化反应器中的含果糖原料的进料量和进料速率。
在下文中，将更详细地描述本发明。
根据本发明的用于制备待用于阿洛酮糖转化反应的含果糖原料的方法是在用SMB色谱分离阿洛酮糖转化产物的步骤中获得阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物并且将该果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中来制备含果糖原料的方法。
在一个具体实施方式中，该用于制备含果糖原料的方法包括(1)用含果糖原料制备阿洛酮糖转化产物的阿洛酮糖转化步骤；(2)通过对阿洛酮糖转化产物进行离子纯化和SMB色谱分离来获得阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物的阿洛酮糖分离步骤；以及(3)通过将该果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中来制备含果糖原料的步骤。
根据本发明的用于制备阿洛酮糖的方法可以包括以下步骤：用SMB色谱分离阿洛酮糖转化产物以获得阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物，将该果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中以制备含果糖原料，以及进行该含果糖原料的阿洛酮糖转化反应。
在一个具体实施方式中，该制备阿洛酮糖的方法包括(1)用含果糖原料制备阿洛酮糖转化产物的阿洛酮糖转化步骤；(2)通过对阿洛酮糖转化产物进行离子纯化和SMB色谱分离来获得阿洛酮糖分馏物及果糖萃余物的阿洛酮糖分离步骤；(3)通过将该果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中来制备含果糖原料的步骤；以及(4)将该含果糖原料置于阿洛酮糖转化工艺中的步骤。该制备阿洛酮糖的方法可以还包括(5)对在阿洛酮糖制备的分离工艺中获得的阿洛酮糖分馏物进行离子纯化、浓缩和结晶的阿洛酮糖结晶步骤。
本发明的制备阿洛酮糖的工艺可以使用连续工艺及分批工艺，优选使用连续工艺。
在本说明书中，术语“萃余物(raffinate)”也被称为“残余溶液”。从进料材料提供的分离工艺获得的产物包括两份目标分馏物，其包括通过分离工艺增加含量的目标材料和包含待移除或降低含量的材料的残余溶液。在本发明的一个实施方式中，阿洛酮糖转化工艺中所获得的产物是作为原料的果糖与作为产物材料的阿洛酮糖的混合物。在阿洛酮糖转化产物通过SMB色谱分离的后，产生阿洛酮糖含量增加的阿洛酮糖分馏物和残余溶液。由于在残余溶液中包含大量用作反应原料的果糖，故可以获得果糖萃余物。
本发明的有利之处在于使用果糖萃余物制备阿洛酮糖的有效方法、通过从含果糖萃余物的果糖制备工艺中获得含果糖原料并且接着将其作为原料提供至阿洛酮糖转化工艺的果糖制备工艺的高产率，以及由于使用果糖制备工艺处理果糖萃余物而无需另外的果糖萃余物处理器件的工艺设计和操作。
在下文中，将通过每个步骤来详细描述根据本发明的阿洛酮糖制备工艺，其包括使阿洛酮糖转化产物的高纯度分离工艺中所获得的果糖萃余物再循环。
(1)阿洛酮糖转化工艺
阿洛酮糖转化工艺是通过进行阿洛酮糖转化反应从含果糖原料中获得阿洛酮糖的工艺，并且产生包括作为果糖转化反应产物的阿洛酮糖的反应溶液。
在本发明的一个具体实施方式中，根据生物方法制备阿洛酮糖的方法可以培养产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株或包含编码阿洛酮糖差向异构酶的基因的重组菌株，并且使阿洛酮糖差向异构酶与含果糖原料反应以产生阿洛酮糖。阿洛酮糖差向异构酶反应可以在液相反应或使用固定酶的固相中进行。
另外，阿洛酮糖可以通过获得产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株或包含编码阿洛酮糖差向异构酶的基因的重组菌株，并且使含果糖原料与用于阿洛酮糖制备的组合物反应来进行制备，该组合物包含选自由该菌株的微生物细胞、该菌株的培养物、该菌株的溶解产物和该溶解产物或培养物的提取物所组成的组中的一种或多种。当通过使用产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株的微生物细胞来制备阿洛酮糖时，它可以通过液相反应或使用固定化微生物细胞的固相来进行。
在本发明的一个具体实施方式中，产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株可以是具有高稳定性并且可以将果糖以高产率转化成阿洛酮糖或产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株。该菌株可以是从自然界中分离的菌株或其突变菌株、非GMO菌株或引入编码阿洛酮糖差向异构酶的基因的重组菌株。在本发明的一个实施方式中，可以使用各种已知菌株作为非GMO菌株。重组菌株可通过使用各种宿主细胞来制备，例如大肠杆菌(E.coli)、芽孢杆菌属(Bacillus sp.)菌株、沙门氏菌属(Salmonella sp.)菌株及棒状杆菌属(Corynebacteriumsp.)菌株等，但优选为GRAS菌株，诸如棒状杆菌属菌株，并且可为谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutaricum)。
根据本发明的一个实施方式的阿洛酮糖转化工艺通过生物方法进行。例如，在固相反应的情况下，它可以还包括将固定在支撑物上的阿洛酮糖差向异构酶或微生物细胞填充至柱子中的步骤和将果糖溶液提供至填充柱子中的步骤。柱子由支撑物固定化酶或微生物细胞填充，并且填充方法可以通过本领域技术人员根据所用酶或微生物细胞或固定载剂容易地选择适当的填充方法来进行。在本发明的一个具体实施方式中，填充床柱子可以通过将固定化酶或微生物细胞填充至柱子中来制备。酶反应，即果糖转化成阿洛酮糖可通过将果糖溶液的底物提供至填充床柱子来进行。
在阿洛酮糖的转化反应中，反应可以在pH 4.5至7.5的条件下进行，例如在pH 4.7至7.0或pH 5.0至6.0或pH 5.0至5.5条件下进行。另外，该反应可以在30℃或更高，例如40℃或更高的温度条件下进行。用于将果糖转化成阿洛酮糖的酶活性(例如差向异构酶)可以通过金属离子来控制，并且因此在阿洛酮糖的生产中，当添加金属离子时，可以提高阿洛酮糖的生产速率中果糖至阿洛酮糖的转化效率。因此，用于产生阿洛酮糖的组合物可以还包含选自由铜离子、锰离子、钙离子、镁离子、锌离子、镍离子、钴离子、铁离子、铝离子等所组成的组中的一种或多种金属离子。
关于阿洛酮糖及其制造方法的详细技术内容公开于韩国专利公开第2014-0021974号、韩国专利公开第2014-0054997号、韩国专利公开第2014-0080282号或韩国专利第10-1318422号中。
作为原料置于根据本发明的阿洛酮糖转化工艺中的果糖可以通过生物方法或化学方法，优选通过生物方法来制备。作为原料的果糖可以以液相原料或诸如果糖粉末等粉末原料形式提供，并且在果糖浆的情况下，它可以是在生物方法或化学制备方法中所获得的产物，或者通过将果糖粉末溶解于诸如水等溶剂中所制得的产物。
在用生物方法制备果糖原料的一个实施方式中，果糖可以通过进行果糖异构化工艺来获得，该果糖异构化工艺用果糖异构酶或产生该酶的微生物细胞使含葡萄糖的原料异构化，并且经由初级离子纯化、高纯度色谱分离工艺、果糖异构化工艺产物的二级离子纯化和浓缩来将它分离。
在用于制造阿洛酮糖的方法中，为了有效地制造阿洛酮糖，用作底物的果糖的浓度以总反应物计可以为85w/v％或更高、90w/v％或更高，或95w/v％或更高，例如为85w/v％至99w/v％、88w/v％至99w/v％、88w/v％至99w/v％、85％(w/v)至87％(w/v)、88％(w/v)至90％(w/v)、91％(w/v)至93％(w/v)、94％(w/v)至99％(w/v)或97％(w/v)至99％(w/v)。果糖的浓度可以通过考虑工艺的经济性和果糖的溶解性决定，并且果糖可以用作通过将果糖溶解于缓冲溶液或水(例如蒸馏水)中而制备的溶液。
为了说明根据本发明的实施例的果糖制备工艺，可以从糖或葡萄糖中获得果糖。因此，提供一种通过使用通用的廉价原料，诸如葡萄糖、果糖和糖，以高产率制备阿洛酮糖的方法，从而能够大量制造阿洛酮糖。
为了说明本发明的果糖制备工艺的一个实施方式，在将玉米淀粉与水混合达到30至35重量％之后，通过酶水解获得了葡萄糖含量为88重量％或更高的糖化溶液。接着，通过进行移除糖化溶液的杂质的步骤和果糖异构化步骤，获得果糖含量为40重量％至44重量％的果糖浆。接着，通过使用SMB色谱获得葡萄糖萃余物和果糖分馏物并使其通过二级离子纯化并且浓缩果糖分馏物，以产生果糖含量为85重量％或更高，例如85重量％至99重量％的含果糖溶液。SMB吸附分离法描述于以下第(2)项中。用于移除杂质的工艺可以通过移除不溶性材料的步骤、使用活性碳脱色的步骤和将溶液通入离子交换树脂柱子中以移除有色组分和离子组分杂质的步骤等进行。
果糖分离工艺的具体实施方式可以包括初级离子纯化、高纯度色谱分离、二级离子纯化、浓缩和结晶，并且任选地进行转化产物的脱盐、脱色或脱色脱盐工艺。
本发明的果糖制备工艺中所包含的浓缩步骤可以用各种方法进行，以便得到85重量％或更高的果糖含量。例如，由SMB吸附分离方法获得的果糖分馏物(例如20-30％的固体浓度)可以经由浓缩工艺而浓缩至45重量％至55重量％的固体浓度。
(2)阿洛酮糖转化产物的分离工艺
根据本发明的阿洛酮糖制备方法可以包括阿洛酮糖转化产物的分离工艺，其包括阿洛酮糖转化产物的离子纯化和SMB色谱分离。在一个具体实施方式中，对阿洛酮糖转化产物进行SMB色谱分离，从而产生阿洛酮糖含量高于阿洛酮糖转化产物的阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物。将阿洛酮糖分馏物置于浓缩步骤或结晶步骤，并且将果糖萃余物置于果糖制备工艺并再循环。
阿洛酮糖分馏物可以进行分离/纯化，使得阿洛酮糖含量达到85重量％或更高，例如85重量％至95％(w/w)。在高纯度分离工艺中获得的果糖萃余物的果糖含量可以为85重量％或更高，例如为85重量％至98重量％。果糖萃余物中除果糖和葡萄糖外的包括二糖或更高聚合度的糖类的含量以总糖的固体含量计可优选小于10重量％。杂质中包括双糖或更高聚合度的糖类可以包括麦芽糖、异麦芽糖及其类似物，并且可以含有麦芽糖相关或异麦芽糖相关的寡糖。
当再使用果糖萃余物时，随着再循环次数增加，杂质的含量增加。优选进行该工艺以将果糖萃余物的杂质含量调节至低于特定数值范围。当杂质含量在特定数值范围内时，通过在阿洛酮糖制备工艺中部分或全部排出果糖萃余物来移除杂质。例如，优选以果糖萃余物的总糖固体为100重量％计，将果糖萃余物中包括二糖或更高聚合度的糖类的含量维持在小于10重量％，例如小于8重量％、小于6重量％或小于5重量％。
阿洛酮糖制备工艺中的离子纯化步骤是移除阿洛酮糖转化产物中所包含的离子的工艺，并且它可以在SMB色谱分离步骤之前和/或之后进行。在进行SMB色谱分离之前进行离子纯化工艺的初级离子纯化可以通过与以下阿洛酮糖分馏物的二级离子纯化相同或不同的方法来进行。例如，它可以通过使用1、2个或更多个填充有相同种类或不同种类的离子交换树脂的分离柱子进行。考虑到用于离子纯化的树脂的物理特性和离子纯化效率，离子纯化工艺可以在35℃至50℃，例如38℃至58℃的温度下进行。
在本发明的一个具体置于中，在进行阿洛酮糖转化产物的初级离子纯化工艺之前，可以任选地进一步进行用活性碳处理阿洛酮糖转化产物的工艺。
在本发明的一个实施方式中，由于分离工艺中不会发生相变，故使用SMB色谱的高纯度分离步骤是适用于确保材料的稳定性的分离方法。在这些吸附分离方法中，已经大量使用色谱分离方法作为液相吸附分离方法。其中，模拟移动床(SMB)吸附分离方法为1961年的美国专利第2,985,589号中提出的分离技术，并且相较于通过使用多个柱子进行的连续分离的常规分批色谱，其优点在于，纯度且产率极佳并且可以使用较少溶剂。模拟移动床(SMB)吸附分离工艺是连续实施分离目标混合物的注入和萃余物与萃取物的产生的工艺。
SMB的基本原理是模仿固定或移动的对流的流动并且通过以规则时间间隔移动柱子之间的位置来实现连续分离。由于与吸附剂的亲和力弱而快速移动的材料在液相的流动方向上移动并且汇集于萃取物中，而由于与吸附剂的亲和力强而缓慢移动的材料在固定相的流动方向上移动并且汇集于萃余物中。柱子是串联地连接的，并且进口由混合物和移动相组成，而出口由目标萃取物和萃余物组成。
由于使用了在单糖分离工艺中广泛使用的添加有盐的强酸阳离子交换树脂作为SMB中的分离树脂，故在进行分离工艺之后获得的产物中包含金属离子。强酸阳离子交换树脂的实例可以是连接有钙活化基团的阳离子交换树脂。
图1示出了通用模拟移动床(SMB)吸附分离装置的流程图。通用模拟移动床(SMB)吸附分离装置由以下组成：安置在由一或多个柱子组成的4个区段中并且在各区段之间的吸附剂进入口、用于强吸附物的萃取物排出口、分离目标混合物(进料)进入口以及用于弱吸附物的萃余物排出口。使用类似模拟移动床(SMB)吸附分离装置分离混合物的方法可以用于芳香烃混合物的分离、乙苯的分离工艺、手性化合物的分离工艺等，并且它可以用于作为在药物制备工艺中的最终产物或中间物的外消旋混合物药物的分离工艺。
高纯度分离工艺可以在45℃至70℃，例如50℃至65℃的温度下进行。
(3)将果糖萃余物输入果糖制备工艺中
含果糖原料系通过提供根据本发明的阿洛酮糖制备的高纯度色谱分离工艺中获得的果糖萃余物来制备，并且阿洛酮糖系通过提供所制备的含果糖原料作为阿洛酮糖制备工艺的原料来制备。
使在阿洛酮糖制备工艺中获得的果糖萃余物再循环并且用作反应原料，从而使阿洛酮糖的制造产率增至最大并且降低阿洛酮糖的制造成本。此外，由于使用果糖制备工艺处理在阿洛酮糖制备工艺中获得的果糖萃余物，由此不需要另外的处理装置，故从工艺设计和操作的观点来看，它是有利的。可以操作生物反应器，通过操作阿洛酮糖制备工艺，以连续地产生目标产物，诸如阿洛酮糖，同时相较于初级活动维持适当的生产率水平。
在本发明的一个实施方式中，为了使阿洛酮糖制备的高纯度分离工艺中获得的果糖萃余物满足用作阿洛酮糖转化反应的原料的适当条件，可以进一步进行选自由离子纯化、高纯度分离工艺(例如SMB分离)和浓缩工艺所组成的组中的一种或多种方法，并且这些工艺可以通过将果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中，使用果糖制备装置来进行。
当通过利用根据本发明的一个实施方式的果糖制备的分离工艺使阿洛酮糖制备工艺中获得的果糖萃余物再循环来进行果糖分离工艺时，在果糖制备工艺中进行的SMB色谱分离工艺中，利用果糖萃余物再循环的工艺相较于不利用果糖萃余物再循环的工艺具有增加的果糖分馏物固体分离产率，并且例如，以供应至SMB分离工艺中的原料的固体为100重量％计，该利用果糖萃余物再循环的工艺中果糖分馏物的固体分离产率为50重量％至80重量％。
在一个具体实施方式中，果糖萃余物可以置于并且再循环至选自由初级离子纯化、使用SMB色谱的分离和二级离子纯化所组成的组中的一种或多种工艺中，这些工艺是作为果糖制备的分离工艺。优选地，为了使果糖萃余物通过使用SMB色谱的高纯度分离工艺以维持果糖萃余物中获得的葡萄糖和除果糖外的包括二糖和更高聚合度的杂质的含量低于特定含量，果糖萃余物可以置于使用SMB色谱的高纯度分离工艺或其前一工艺中，并且例如，它可以置于初级离子纯化或使用SMB色谱的高纯度分离工艺中。当将果糖萃余物置于初级离子纯化或高纯度分离工艺中时，由于可以在果糖制备的高纯度分离工艺中移除包括葡萄糖和除果糖外的其他二糖或更高聚合度的杂质，使得杂质的浓度降低。
当果糖萃余物中杂质的含量超出特定数值范围时，可以在阿洛酮糖制备工艺中将它们排出并移除。例如，优选以果糖萃余物的总糖为100重量％计，将果糖萃余物中包括二糖或更高聚合度的糖类的含量维持在小于10重量％，例如小于8重量％、小于6重量％或小于5重量％。杂质中包括二糖或更高聚合度的糖类包括麦芽糖、异麦芽糖等，并且可以包括麦芽糖或异麦芽糖相关寡糖。
由于果糖萃余物的钙含量较高会降低阿洛酮糖转化反应的活性，故可以另外进行用于控制离子浓缩的工艺，或者可以在果糖制备的分离工艺中在SMB分离工艺之后进行二级离子纯化工艺。因此，通过果糖制备的分离工艺的含果糖原料的钙浓度可以控制在0.05mM或更低、0.01mM或更低、0.005mM或更低，或0.001mM或更低的浓度范围。
在色谱分离工艺中获得的果糖萃余物具有20μs/cm至200μs/cm的电导率，并且电导率的适当范围可以通过用离子纯化工艺处理果糖萃余物而达到，并且经处理产物的含果糖原料可以具有0至15μs/cm的电导率。
对于使阿洛酮糖制备的SMB色谱工艺中获得的果糖萃余物作为阿洛酮糖转化反应的原料再循环，当混入SMB色谱工艺中的钙(Ca)离子未经纯化时，酶或微生物细胞的活性可能降低，因此可能不利地影响阿洛酮糖的制造。
可以通过使用填充有离子交换树脂的色谱移除不利地影响阿洛酮糖转化反应的金属离子，诸如钙。具体而言，离子交换步骤是通过使用能够与金属离子组合的经羟基(OH-)取代的强碱性或弱碱性阴离子树脂进行的。
在果糖制备的分离工艺中进行的离子纯化可以通过与第(2)项的阿洛酮糖转化产物的分离工艺中进行的离子纯化相同的方法进行。
在阿洛酮糖制备的高纯度分离工艺中获得的果糖萃余物为15至25白利糖度(Brix)。通过考虑到阿洛酮糖转化工艺中提供的含果糖原料为45-55白利糖度，例如约50白利糖度，优选通过进行浓缩工艺来增加果糖的含量。由于果糖的热稳定性高于阿洛酮糖，果糖制备工艺中的浓缩工艺可以包括在70℃至85℃温度下浓缩10分钟至15分钟。
在本发明的一个实施方式中，当将阿洛酮糖制备的高纯度分离工艺中获得的果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中时，可以适当地调节与果糖异构化产物的混合比率以使果糖萃余物的利用率最大化。考虑到果糖萃余物的再循环方面，优选将混合比率设定成最大限度地利用高纯度分离工艺中获得的果糖萃余物。例如，提供至果糖制备的分离工艺中的果糖萃余物可以增加果糖萃余物的混合量以使果糖含量达到特定数值或更高，由此维持果糖制备工艺中最终含果糖原料的产率和浓度。必要时，可以通过考虑与果糖制备工艺的果糖异构化产物的混合比率，适当地控制果糖萃余物的输入量，并且可以装备用于果糖萃余物的储罐。
例如，当将果糖萃余物置于果糖制备的初级离子纯化工艺中时，可以将它与果糖异构化产物混合并进行处理。当将果糖萃余物置于SMB分离工艺中时，可以将它与初级离子纯化产物混合并进行处理。当将果糖萃余物置于二级离子纯化工艺中时，可以将它与SMB分离工艺的果糖分馏物混合并且进行处理。
在本发明中，当将果糖萃余物和果糖溶液同等地调整至50白利糖度时，以果糖溶液和果糖萃余物的总含量为100重量％计，置于果糖制备工艺中的果糖萃余物与作为果糖制备工艺中的异构化产物的果糖溶液的混合比率(果糖溶液:果糖萃余物)可以为65重量％至95重量％的果糖溶液和5重量％至35重量％的果糖萃余物，优选为75重量％至92重量％的果糖溶液和8重量％至25重量％的果糖萃余物，例如80重量％至90重量％的果糖溶液和10重量％至20重量％的果糖萃余物。
在本发明的一个实施方式中，举例说明并且描述了由糖或葡萄糖制备果糖的工艺，并且果糖制备工艺可以包括(A)通过与含糖或含葡萄糖的原料进行果糖异构化反应制备果糖异构化产物的果糖异构化工艺；(B)对果糖异构化产物进行初级离子纯化和使用SMB色谱的分离以获得果糖分馏物和葡萄糖萃余物的果糖分离工艺；以及(C)果糖分馏物的离子纯化和浓缩工艺。
本发明的果糖制备工艺可以使用连续工艺及分批工艺，优选使用连续工艺。在下文中，将利用每个步骤详细描述根据本发明的经由果糖萃余物再循环制备果糖的工艺。
在本发明的一个实施方式中，当通过使葡萄糖异构化来制备果糖时，可以通过使含葡萄糖的原料异构化来获得果糖。果糖异构化工艺是通过水解糖或使作为制备果糖的原料的葡萄糖异构化来获得果糖的步骤。
用于水解的酶可以为选自由β-D-果糖苷酶(包括β-呋喃果糖苷酶)、转化酶、糖解酶等，蔗糖酶、α-葡糖苷酶及α-D-葡糖水解酶所组成的组中的一种或多种，但不限于此。用于使葡萄糖异构化的酶可以为葡萄糖异构酶或磷酸葡糖异构酶，但不限于此。
在本发明的一个实施方式中，为了分离并浓缩果糖异构化产物，可以对步骤(A)中获得的果糖异构化产物进行初级离子纯化和SMB色谱分离工艺。果糖制备的分离工艺可以通过与常用果糖制备工艺相同的方法、工艺和反应条件进行。初级离子纯化和SMB色谱与第(2)项的阿洛酮糖转化产物的分离工艺中所描述的实质上相同。
果糖制备的分离工艺可以包含初级离子纯化、SMB色谱分离、二级离子纯化及浓缩，并且任选地，用于移除果糖异构化产物中的杂质的工艺可以用于移除不溶性材料的步骤、使用活性碳脱色的步骤，以及将溶液装载至离子交换树脂柱子中以移除有色组分和离子组分杂质的步骤等进行。在经过用于移除果糖异构化产物的杂质的工艺之后，获得果糖固体含量为40重量％至44重量％的果糖浆。
接着，可以通过使用模拟移动床(SMB)吸附分离方法获得葡萄糖萃余物和果糖分馏物，并且可以通过对果糖分馏物进行二级离子纯化和浓缩获得以总固体含量为100重量％计具有45重量％至55重量％的固体含量的果糖溶液。
对于葡萄糖和果糖的分离，它可以与(2)阿洛酮糖转化产物的分离工艺中使用的SMB色谱工艺实质上相同的方式进行，并且例如，可以使用粒度为220-320μm的钙(Ca)型强酸性阳离子树脂。本发明的果糖制备工艺可以使用连续工艺及分批工艺，优选使用连续工艺。在下文中，将利用每个步骤详细描述根据本发明的经由果糖萃余物再循环制备果糖的工艺。
对于葡萄糖和果糖的分离，它可以与(2)阿洛酮糖转化产物的分离工艺中使用的SMB色谱工艺实质上相同的方式进行，并且例如，可以使用粒度为220-320μm的钙(Ca)型强酸性阳离子树脂。高纯度分离工艺可以在40℃至60℃，例如60℃的温度下进行。
作为初级离子纯化方法，它可以通过与阿洛酮糖分馏物的初级离子纯化相同或不同的方法进行，并且例如，它可以通过使用1、2个或更多个填充有相同种类或不同种类的离子交换树脂的分离柱子进行。考虑到用于离子纯化的树脂的物理特性和离子纯化效率，离子纯化工艺可以通过设定工艺条件来进行。
用于移除杂质的工艺可以通过用于移除不溶性材料的工艺，和使用活性碳脱色的工艺，并且将溶液装载至填充有用于移除有色组分及离子组分杂质等的离子交换树脂的柱子中来进行。
具有所需果糖含量的果糖原料可以通过对高纯度分离工艺中获得的果糖分馏物进行二级离子纯化和浓缩工艺来制备。
本发明的果糖制备工艺中包含的浓缩工艺通过用各种方法浓缩来得到85重量％或高于85重量％的果糖含量。例如，由模拟移动床吸附分离方法获得的果糖分馏物(例如20-30％的固体浓度)可以经由浓缩工艺而浓缩至45重量％至55重量％的固体浓度。果糖制备工艺中的浓缩工艺可以包括在70℃至85℃温度下浓缩10分钟至15分钟。浓缩可以通过使用降膜式蒸发器(falling film evaporator)或薄膜蒸发器在减压或真空条件下对其进行浓缩。果糖制备工艺中的浓缩工艺可以包括在70℃至85℃温度下浓缩10分钟至15分钟。
(4)将含果糖原料输入阿洛酮糖转化反应中
将根据本发明的果糖制备工艺中获得的最终产物作为阿洛酮糖转化反应的反应原料置于阿洛酮糖制备工艺中。
果糖制备工艺中果糖异构化产物的果糖含量可以为40重量％至44重量％，并且经由高纯度分离工艺获得的果糖分馏物的果糖含量可以为85重量％或更高，并且经由浓缩工艺获得的最终产物的果糖含量可以为85重量％至99重量％。置于阿洛酮糖转化反应中的果糖原料可以具有85重量％或更高，例如85重量％至99重量％的果糖含量，和10重量％或更低，例如1重量％至10重量％的葡萄糖含量。
作为本发明的一个实施方式，当含果糖原料溶液的果糖含量为88重量％时，阿洛酮糖转化产物的果糖含量可以具有64重量％至67重量％的果糖含量，以及21重量％至24重量％的阿洛酮糖含量和8重量％至10重量％的葡萄糖含量。此外，当含果糖原料溶液的果糖含量为95重量％时，阿洛酮糖转化产物的果糖含量可以具有68重量％至71重量％的果糖含量，以及24重量％至27重量％的阿洛酮糖含量和2重量％至5重量％的葡萄糖含量。
果糖萃余物中包含的果糖含量可以为85重量％或更，例如为85重量％至99重量％。当使阿洛酮糖制备工艺中的分离工艺中获得的果糖萃余物再循环至果糖制备工艺时，相较于无再循环的情形，它是一种有效地降低果糖原料的制造负荷的方法。
在本发明的阿洛酮糖制备工艺的分离工艺中所获得的阿洛酮糖分馏物可以经由阿洛酮糖浓缩工艺而商业化为液相糖浆，或可以经由阿洛酮糖结晶工艺而商业化为阿洛酮糖晶体。
(5)阿洛酮糖浓缩或结晶工艺
在本发明的阿洛酮糖制备工艺中使用SMB色谱的高纯度分离工艺中所获得的阿洛酮糖分馏物可以经由阿洛酮糖浓缩工艺而商业化为液相糖浆，或可以经由阿洛酮糖结晶工艺而商业化为阿洛酮糖晶体。
它是制备通过离子纯化和浓缩在步骤(2)的SMB色谱分离中获得的阿洛酮糖分馏物而获得浓缩物的步骤。这些浓缩物可以作为阿洛酮糖浆产物使用，或通过置于结晶工艺中来制备阿洛酮糖晶体。
在本发明的一个实施方式中，可以对使用SMB色谱的高纯度分离工艺中获得的阿洛酮糖分馏物进行二级离子纯化，并且它可以通过与分离工艺中进行的初级离子纯化相同或不同的方法进行。
用于收集阿洛酮糖晶体的阿洛酮糖溶液中的阿洛酮糖含量应当在过饱和条件中以高浓度存在，但阿洛酮糖转化产物的阿洛酮糖含量低，因此使得无法进行阿洛酮糖转化产物的直接结晶，并且在结晶步骤之前，应当进行纯化和浓缩达到所需水平的工艺以增加阿洛酮糖含量。
在本发明的一个具体实施方式中，浓缩纯化的阿洛酮糖溶液的步骤可以在55℃至75℃下进行。当浓缩溶液的温度增加到超过75℃时，可能发生D-阿洛酮糖的热改性，并且当降低到低于55℃时，难以达到所需的浓缩程度。由于随着浓缩的进行，产物的温度因蒸发热而迅速地增加，故应当通过将浓缩溶液的温度维持在75℃或更低来迅速进行浓缩。
在本发明的一个具体实施方式中，为了达成阿洛酮糖的热改性和所需的浓缩程度，可以在55℃至75℃，优选为60℃至70℃的温度范围内进行浓缩。浓缩工艺可进行一次或两次或重复进行更多次，直至达到所需浓度水平。
具体而言的，SMB色谱分离工艺中获得的阿洛酮糖分馏物的浓缩工艺可以通过各种方法进行，并且浓缩物中的固体含量可以为70白利糖度或更高。例如，由SMB吸附分离方法获得的阿洛酮糖分馏物(例如固体含量为20-30重量％)可以经由浓缩工艺浓缩至70白利糖度或更高的固体含量。阿洛酮糖浓缩物中的固体含量可以为70白利糖度或更高，例如70白利糖度至85白利糖度。
阿洛酮糖制备工艺中的浓缩工艺可以包含在55℃至75℃的温度范围内浓缩10分钟至15分钟。浓缩可以通过使用降膜式蒸发器或薄膜蒸发器在减压或真空条件下进行浓缩。
阿洛酮糖浓缩物中包含的阿洛酮糖含量与SMB色谱分离工艺中获得的阿洛酮糖分馏物的阿洛酮糖含量几乎相同，并且固体含量增加，从而使结晶工艺能够进行。以固体总含量为100重量％计，阿洛酮糖浓缩物中包含的阿洛酮糖含量可以为94重量％或更高、95重量％或更高、96重量％或更高、97重量％或更高、98重量％或更高，或99重量％或更高。//
阿洛酮糖结晶工艺包括在高纯度分离中获得的阿洛酮糖分馏物的二级离子纯化的步骤、浓缩离子纯化的阿洛酮糖分馏物的步骤，以及通过使浓缩物中的阿洛酮糖结晶来获得阿洛酮糖晶体和阿洛酮糖结晶母液的步骤。阿洛酮糖分离工艺的具体实例可以包括初级离子纯化、高纯度色谱分离、二级离子纯化、浓缩和结晶工艺，并且任选地可以对阿洛酮糖转化产物进行脱盐工艺、脱色或脱色脱盐工艺。
它可以包括分离/纯化，以使得阿洛酮糖分馏物中阿洛酮糖的含量为85重量％或更高、90重量％或更高、91重量％或更高、92重量％或更高、93重量％或更高、94重量％或更高或者95重量％或更高，例如85重量％至99.9重量％。
阿洛酮糖晶体中所含的阿洛酮糖纯度可以为90重量％或更高、95重量％或更高或99重量％或更高，并且结晶母液中的阿洛酮糖含量可以为85重量％或更高、90重量％或更高、93重量％或更高或95重量％或更高，例如85重量％至95重量％。
通过本发明方法收集的阿洛酮糖可以通过常见方法纯化及/或结晶，并且这些纯化及结晶本领域技术人员属于常见的技术。例如，它可以通过选自由离心、过滤、结晶、离子交换色谱及其组合所组成的组中的一种或多种方法来实施。
在一个实施方式中，可以使用SMB色谱对高纯度分离工艺中所获得的阿洛酮糖分馏物进行二级离子纯化，并且它可以通过与阿洛酮糖分离工艺中所用的初级离子纯化相同或不同的方法进行。
根据本发明的制备D-阿洛酮糖晶体的方法可以包括浓缩经纯化的D-阿洛酮糖溶液的步骤。用于收集阿洛酮糖晶体的阿洛酮糖溶液中阿洛酮糖的含量应为70重量％或更高。通过阿洛酮糖差向异构酶制备的阿洛酮糖溶液中阿洛酮糖的纯度低至20至30重量％，因此不能进行直接结晶并且应在结晶步骤之前进行纯化和浓缩至所需水平的工艺以增加阿洛酮糖的含量。在本发明的一个具体实施方式中，为了获得阿洛酮糖的热量改性和所需浓缩水平，可以在55至75℃的温度范围内实施浓缩。浓缩工艺可进行一次或两次或重复进行更多次，直至达到所需浓度水平。
通过冷却结晶的步骤可以包括在快速冷却之后，在10至25℃的温度范围内经由热交换器重复进行升温及冷却来诱导晶体生长。
根据本发明的制备D-阿洛酮糖晶体的方法可以还包括在通过离心回收结晶步骤中收集的阿洛酮糖晶体并且在将其用去离子水洗涤之后进行干燥的步骤。
根据本发明的一个实施方式涉及一种制备阿洛酮糖的装置，其包括通过使用生物催化剂从含果糖原料进行阿洛酮糖转化反应的阿洛酮糖转化反应器；模拟移动床(SMB)色谱分离器，其包含填充有含活性基团的阳离子交换树脂的柱子、进料口和用于排出阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物的出口；以及用于从分离器排出的果糖萃余物中分离果糖的果糖分离器件。
该制备装置可以还装备用于冷却果糖萃余物的热交换器，并且可以还包括在含果糖原料供应至阿洛酮糖转化反应器之前储存该含果糖原料的储罐。
该果糖分离器件可以包括离子纯化器，其装备有填充用于离子纯化果糖异构化产物的离子交换树脂的柱子以及填充连接有活性基团的阳离子交换树脂的柱子，并且可以包括模拟移动床(smb)色谱分离器，其装备有供应通过离子纯化器的产物的进口和用于排出阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物的出口；用于浓缩从该分离器排出的果糖分馏物的浓缩器；以及用于连接果糖制备器件和阿洛酮糖制备器件的连接部件，用于将从浓缩器排出的含果糖原料提供至阿洛酮糖制备器件中。
[本发明的效果]
本发明的制备阿洛酮糖的工艺是通过将用于制备果糖的工艺中获得的果糖原料置于转化阿洛酮糖的工艺中来制备阿洛酮糖，并通过将用于分离阿洛酮糖的工艺中获得的果糖萃余物置于用于制备果糖的工艺中来制备果糖原料，并且它提供一种用于提高阿洛酮糖的纯度和产率并增加原料可用性的方法。
附图说明
图1是示出通用SMB工艺的一个实例的图式。
图2是用于制备阿洛酮糖的一系列工艺的一个示意性实例，根据本发明的一个实例，该工艺通过将在用于制备阿洛酮糖的工艺中的高纯度分离步骤中获得的果糖萃余物置于果糖异构化工艺中来制备含果糖原料并且使用该含果糖原料进行阿洛酮糖转化反应。
具体实施方式
在下文中，本发明将通过以下实施例进行更详细的描述。然而，这些实施例仅用于说明目的，并且本发明不受限于这些实施例。
制备例1.阿洛酮糖浆的制备
阿洛酮糖浆是通过与韩国特许公开专利公开第2014-0054997号中所公开的制备方法实质上相同的生物方法由果糖底物制备。
具体而言，将来源于闪烁梭菌(Clostridiuim scindens)(闪烁梭菌ATCC35704)的阿洛酮糖差向异构酶的编码基因(DPE基因；Gene bank：EDS06411.1)引入重组载体(pCES_sodCDPE)中，并且通过使用所制备的重组载体(pCES_sodCDPE)质体，经电穿孔转化谷氨酸棒状杆菌。制备包括经转化的谷氨酸棒状杆菌细胞的珠粒并且将其填充于固定化反应柱子中，并由40白利糖度的88重量％果糖或95重量％果糖制备阿洛酮糖浆。也就是说，来自88重量％含果糖受质的葡萄糖:果糖:阿洛酮糖:寡糖的固体混合物重量比为41:39:15:5的21-23(w/w)％阿洛酮糖浆(阿洛酮糖浆A)，以及来自包含95重量％果糖含量的原料的葡萄糖:果糖:阿洛酮糖:寡糖＝6:67:25:2的24-26(w/w)％阿洛酮糖浆(阿洛酮糖浆B)。
制备例2.果糖萃余物的制备
在室温下，使从制备例1中获得的两种阿洛酮糖浆以每小时两倍离子交换树脂体积的速率流过填充有树脂的柱子并且脱盐以移除杂质，诸如有色组分及离子组分等，该树脂为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂以及阳离子和阴离子交换树脂混合树脂。
接着，在通过使用填充有钙(Ca2+)型离子交换树脂的色谱分离高纯度阿洛酮糖分馏物之后，收集其余部分作为萃余物。从具有77重量％果糖含量的原料获得的阿洛酮糖浆(阿洛酮糖浆A)中收集的萃余物包含85重量％至98重量％果糖、1重量％至10重量％葡萄糖和1重量％至5重量％还原糖。
从具有95重量％果糖含量的原料获得的阿洛酮糖浆(阿洛酮糖浆A)中收集的萃余物包含88重量％至98重量％果糖、1重量％至8重量％葡萄糖和1重量％至4重量％还原糖。
实施例1.使用果糖萃余物制造阿洛酮糖
以3.8m3/hr流动速率进行阿洛酮糖转化工艺和分离工艺，通过使用制备例2中获得的具有88重量％果糖含量的含果糖原料溶液来制造10吨具有95重量％阿洛酮糖含量的固体。经由阿洛酮糖转化工艺收集的产物的阿洛酮糖含量为20重量％至23重量％，并且在离子纯化之后，使其以45重量％至50重量％的浓度通过分离工艺。以每小时3m3产生萃余物，该萃余物是在使用Ca+型分离(SMB)树脂分离时产生的。
具体而言，在果糖的制造工艺中，在将玉米淀粉与水混合达到30重量％至35重量％之后，进行酶水解以收集葡萄糖含量为88重量％或更高的糖化液体。接着，糖化液体在真空下经历鼓式过滤并且移除不溶性材料，从而得到果糖异构化产物(果糖含量为42重量％的糖浆)。
将制备例2中获得的阿洛酮糖制造工艺的果糖萃余物浓缩至88重量％的果糖含量和50重量％总固体(50白利糖度)，并且将其与通过果糖异构化工艺的产物(果糖含量为42重量％的糖浆)混合，并且将其置于由强酸性树脂、弱碱性树脂以及强酸性与弱碱性混合树脂组成的离子纯化工艺中。也就是说，通过将置于初级离子纯化工艺中的果糖异构化产物和果糖萃余物的总固体含量调节至50重量％(50白利糖度)，果糖异构化产物与制备例2的果糖萃余物的混合物比率以重量比计为8:2至9:1。在混合的果糖浆经过初级离子纯化并且浓缩至50重量％总固体之后，使其通过SMB色谱工艺。通过进行SMB工艺来获得葡萄糖萃余物和果糖分馏物，并且通过进行次级离子纯化和浓缩工艺来获得果糖含量为88重量％的含果糖溶液。通过利用与制备例1实质上相同的方法，对含果糖溶液进行阿洛酮糖转化反应和分离工艺。
该工艺重复进行10次，并且分析每次再循环的混合物底物和萃余物糖组成并且显示于下表1中。下表1中显示的混合物溶液是指由阿洛酮糖制备的分离工艺获得的果糖萃余物置于在果糖制备的分离工艺中之后获得的含果糖原料。
[表1]
Figure BDA0002085922310000191
从表1中可以看出，它展示出通过将阿洛酮糖制造工艺中获得的果糖萃余物置于果糖制造工艺中，使置于阿洛酮糖转化工艺中的原料的果糖纯度维持恒定，即使再循环次数增加。
实施例2.使用果糖萃余物制造果糖
进行本实验系，以根据果糖萃余物再循环的存在/缺乏来确定糖组成和产率的差异。
具体而言，在果糖制造工艺中，在将玉米淀粉与水混合达到30重量％至35重量％之后，进行酶水解以收集葡萄糖含量为88重量％或更高的糖化液体。接着，糖化液体在真空下经历鼓式过滤并且移除不溶性材料，从而得到果糖异构化产物(果糖含量为42重量％的糖浆)。
将制备例2中获得的阿洛酮糖制造工艺的果糖萃余物浓缩至88重量％的果糖含量和50重量％总固体(50白利糖度)，并且将其与通过果糖异构化工艺的产物(果糖含量为42重量％的糖浆)混合，并且将其置于由强酸性树脂、弱碱性树脂以及强酸性与弱碱性混合树脂组成的离子纯化工艺中。也就是说，通过将置于初级离子纯化工艺中的果糖异构化产物和果糖萃余物的总固体含量调节至50重量％(50白利糖度)，果糖异构化产物与制备例2的果糖萃余物的混合物比率以重量比计为8:2至9:1。在混合的果糖浆经过初级离子纯化并且浓缩至50重量％总固体之后，使其通过SMB色谱工艺。通过进行SMB工艺获得葡萄糖萃余物和果糖分馏物。分析每种工艺的混合物和萃余物的糖组成并且示于下表2中。
[表2]
Figure BDA0002085922310000201
在表2中，基于果糖异构化反应物、SMB分离之后的果糖分馏物、SMB分离之后的葡萄糖萃余物以及果糖异构化反应物和果糖萃余物的混合物的总固体含量为100重量％，各组合物组分的固体含量以重量％显示。基于SMB分离工艺中提供的进料材料的总固体为100重量％，以SMB分离之后的果糖分馏物的总固体含量(重量％)和葡萄糖萃余物的总固体含量(重量％)显示分离产率。
在表2中可以看出，当通过将阿洛酮糖转化工艺的萃余物分馏物与果糖制造工艺的果糖异构化反应物混合来进行果糖分离工艺时，以SMB分离工艺中提供的进料材料的总固体为100重量％计，分离出总固体含量为48.1重量％的在SMB分离之后的果糖分馏物和51.9重量％的葡萄糖萃余物。当混合根据本发明的果糖萃余物时，分离出总固体为55.4重量％的在SMB分离之后的果糖分馏物和44.6重量％的葡萄糖萃余物。
因此，展示出，当将阿洛酮糖制备的果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中时，在SMB工艺中获得的果糖分馏物中的果糖含量增加，并且此外，固体分离产率增加了115％。因此，即使将阿洛酮糖制造工艺的高纯度色谱中获得的果糖萃余物分馏物与通过果糖异构化工艺的产物混合并将其分离，也展示相等的果糖纯度和产率增加作用。
实施例3.使用萃余物制造阿洛酮糖
以与实施例1相同的方法，但以3.8m3/hr流动速率进行阿洛酮糖异构化工艺和分离工艺，以便使用95重量％果糖含量的糖浆来产生10吨阿洛酮糖含量为95重量％的固体。通过阿洛酮糖转化工艺并且收集的产物的阿洛酮糖含量为21重量％至25重量％，并且在离子纯化之后，使其以45重量％至50重量％浓度通过分离工艺。以每小时3m3产生萃余物，该萃余物是在使用Ca+型分离树脂分离时产生的。
该工艺重复进行10次，并且分析每次工艺的混合物底物和萃余物糖组成并示于下表3中。
[表3]
Figure BDA0002085922310000221
从表3中可以看出，它展示出通过将阿洛酮糖制造工艺的萃余物分馏物置于果糖制造工艺中，使置于阿洛酮糖转化工艺中的原料的果糖含量维持恒定，即使再循环次数增加。
实施例4.使用萃余物制造果糖
为了根据果糖萃余物再循环的存在/缺乏来确定糖组成和产率的差异，以与实施例2实质上相同的方法进行实验，但使用果糖含量为95重量％的原料代替实施例2中果糖含量为88重量％的原料来进行阿洛酮糖转化反应。
通过进行SMB工艺分别获得葡萄糖萃余物和果糖分馏物。分析每种工艺的混合物和萃余物的糖组成并且示于下表4中。
[表4]
Figure BDA0002085922310000231
在表4中可以看出，当通过将阿洛酮糖转化工艺的萃余物分馏物与果糖制造工艺的果糖异构化反应物混合来进行果糖分离工艺时，以SMB分离工艺中提供的进料材料的总固体为100重量％计，分离出总固体含量为44.3重量％的在SMB分离之后的果糖分馏物和55.7重量％的葡萄糖萃余物。当混合根据本发明的果糖萃余物时，分离出总固体为54.6重量％的在SMB分离之后的果糖分馏物和45.4重量％的葡萄糖萃余物。因此，展示出，当将阿洛酮糖制备的果糖萃余物置于果糖制备的分离工艺中时，在SMB工艺中获得的果糖分馏物中的果糖含量增加，并且此外，固体分离产率增加了123％。因此，即使将阿洛酮糖制造工艺的高纯度色谱中获得的果糖萃余物分馏物与通过果糖异构化工艺的产物混合并将其分离，也展示相等的果糖纯度和产率增加作用。
实施例5.根据混合的金属离子的阿洛酮糖转化率的比较实验
评价与阿洛酮糖制造工艺中获得的果糖萃余物类似的组合物中的阿洛酮糖转化率。也就是说，通过将果糖纯度占糖浆重量95％的糖浆稀释至50重量％并且添加0.005-0.01mM Ca2+离子，并且接着再添加1.0mM Mn来确定阿洛酮糖转化工艺，并且示于表5中。
[表5]
Figure BDA0002085922310000241
经展示，通过锰处理增加阿洛酮糖转化反应活性达到的152％的相对活性，当添加钙时，最大降低约16％。随着钙离子浓度增加，相对活性趋于逐渐降低。
此结果显示，在再使用高纯度分离色谱工艺中获得的果糖萃余物时，需要纯化分离色谱工艺中沉淀的0.01mM或更低的Ca离子的原因。在没有对果糖萃余物进行离子纯化的情况下，活性低于仅使用锰的情况，从而不利地影响阿洛酮糖的产率。

Claims (18)

1.一种阿洛酮糖的制备方法，包括：
用模拟移动床即SMB色谱分离阿洛酮糖转化产物以获得阿洛酮糖分馏物及果糖萃余物，
将所述果糖萃余物提供至果糖制备的分离步骤中以制备含果糖原料，以及
通过使用所述含果糖原料进行阿洛酮糖转化反应，
其中，所述果糖制备的分离步骤包括离子纯化步骤或使用模拟移动床色谱进行的分离步骤，
其中，所述含果糖原料的电导率为0～15μs/cm，
所述含果糖原料的钙离子浓度为0.05mM或更低，
以总糖含量为100重量％计，供应至该阿洛酮糖转化反应中的含果糖原料的果糖含量为85重量％或高于85重量％，并且
其中，以总糖为100重量％计，所述使用SMB色谱的分离步骤中获得的果糖萃余物包含85～99重量％的果糖。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述阿洛酮糖转化产物是通过使用果糖原料经生物方法的阿洛酮糖转化工艺而获得的。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述果糖制备的分离工艺包括从果糖异构化产物中移除离子的初级离子纯化步骤、使用SMB色谱的分离步骤、二级离子纯化步骤和浓缩步骤，并且所述果糖萃余物提供至选自由所述初级离子纯化步骤、所述使用SMB色谱的高纯度分离步骤和所述二级离子纯化步骤所组成的组中的一个或多个步骤。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述离子纯化步骤是通过使用离子交换树脂色谱来进行的。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述使用SMB色谱的分离步骤中获得的果糖萃余物的电导率为20～200μs/cm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，当将在所述果糖制备中获得的果糖溶液和所述果糖萃余物调节至50白利糖度时，以果糖溶液和果糖萃余物为100重量％计，所述果糖溶液和所述果糖萃余物为65～95重量％的果糖溶液和5～35重量％的果糖萃余物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以总糖为100重量％计，所述使用SMB色谱的分离步骤中获得的果糖萃余物包含2.0重量％或更低的阿洛酮糖。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述使用SMB色谱工艺的分离步骤是用填充有具有钙活性基团的阳离子交换树脂的柱色谱进行的。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述阿洛酮糖转化反应使用具有15％～70％的阿洛酮糖转化率的生物催化剂。
10.根据权利要求1所述的制备方法，还包括通过热交换器冷却所述使用SMB色谱的分离步骤中获得的果糖萃余物的步骤。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述制备方法是连续进行的。
12.根据权利要求1所述的制备方法，还包括浓缩所述阿洛酮糖分馏物并且使浓缩物中的阿洛酮糖结晶以获得阿洛酮糖晶体和结晶母液的步骤。
13.一种用于阿洛酮糖的制备装置，包括
阿洛酮糖转化反应器，用于由含果糖原料进行阿洛酮糖转化反应，
模拟移动床即SMB色谱分离器，其包括填充有具有活性基团的阳离子交换树脂的柱子、进料口和用于排出阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物的两个出口，以及
果糖分离器件，用于从所述色谱分离器中排出的果糖萃余物中分离果糖，
其中，所述果糖分离器件包括：连接阿洛酮糖制备器件和果糖制备器件的连接部件，用于将所述果糖萃余物提供至所述果糖制备器件中；装备有填充有离子交换树脂的柱子的离子纯化器，用于移除果糖异构化产物中的离子；SMB色谱分离器，其包括填充有具有活性基团的阳离子交换树脂的柱子、供产物通过所述离子纯化器的进料口和用于排出阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物的出口，
其中，置于所述阿洛酮糖转化反应器中的含果糖原料的电导率为0～15μs/cm。
14.根据权利要求13所述的制备装置，其中，所述阿洛酮糖转化反应器通过生物方法将所述含果糖原料转化成阿洛酮糖。
15.根据权利要求13所述的制备装置，还包括热交换器，用于冷却从所述色谱分离器中排出的果糖萃余物。
16.根据权利要求13所述的制备装置，还包括储罐，用于在将所述含果糖原料置于所述阿洛酮糖转化反应器中之前储存所述含果糖原料。
17.根据权利要求13所述的制备装置，其中，所述果糖分离器件还包括浓缩器，用于浓缩从所述色谱分离器中排出的果糖分馏物。
18.根据权利要求17所述的制备装置，其中，所述装备有填充有离子交换树脂的柱子的离子纯化器连接于所述色谱分离器与所述浓缩器之间。
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