CN113717235A - 一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其包括改性的强酸性阳离子交换树脂的制备方法。该方法如下所述：D1.以二乙烯苯和油酸缩水甘油酯为原料，在催化剂的体系下，聚合而成得到前驱体树脂；D2.将所述前驱体树脂与氨基磺酸盐进行接枝反应，得到所述改性的强酸性阳离子交换树脂。本发明所制得的氨基葡萄糖盐酸盐纯度＞99.8wt％，杂质硫酸盐的含量＜0.05wt％，铁盐＜3ppm，避免了传统工艺中，为了得到高纯度的氨基葡萄糖盐酸盐，反复进行多次重结晶而造成的最终产物的质量损失，提高了产物的最终收率。
Description
技术领域
本发明为氨基葡萄糖盐酸盐的制备的技术领域，尤其涉及一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法。
背景技术
氨基葡萄糖盐酸盐是现代生活中重要的化工原料，主要可以应用于医学领域，作为抗癌药物、治疗关节炎药物以及机能调节药物的作用；还可以应用于食品方面，如作为食品的防腐剂和保鲜剂等。氨基葡萄糖盐酸盐，是以氨基葡萄糖(2-氨基-2脱氧-β-D-葡萄糖，C6H13O5N) 为原料制备而成的。
氨基葡萄糖是一种重要的功能单糖，其所含的六个羟基的其中之一，被氨基所取代。鉴于氨基葡萄糖目前全世界的需求量正在急剧增加，我国也在进入新世纪后开始逐步扩大氨基葡萄糖的规模产量，目前每年供应量以数以百万吨计。
目前，对于氨基葡萄糖的制备方法主要有动物提取法、化学合成法和微生物发酵法三种。微生物发酵法由于制备工艺较为环保，并且微生物较为容易获得，因此获得人们的青睐。目前可发酵生产氨基葡萄糖的微生物主要有根霉、曲霉属真菌和基因工程菌。它们的发酵过程是一个极其复杂的物理化学反应过程，它包括微生物生长、繁殖等生命过程，也包括微生物细胞内的各种生化反应过程。而氨基葡萄糖发酵所形成的氨基葡萄糖发酵液本身也是混合物，其纯度高低，影响了后续氨基葡萄糖盐酸盐的产率高低。因此，有必要对作为原料的氨基葡萄糖发酵液进行预处理。
专利申请号为200810088877.5、200810088878.X、201310375860.9等专利中，都记载了利用氨基葡萄糖发酵液来制备氨基葡萄糖盐酸盐，然而，由于缺乏有效的对氨基葡萄糖发酵液的预处理手段，其势必影响以氨基葡萄糖发酵液为原料的氨基葡萄糖盐酸盐的粗产物纯度，也就需要耗费额外的时间和人力来进行提纯，从而影响该产品的工业化进程。
因此，亟需找到一种有效技术手段，来优化目前的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法。
发明内容
本发明公开了一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其主要技术手段为，将现有的氨基葡萄糖发酵液，通过长时间浸泡具有特定结构的改性的强酸性阳离子交换树脂后，使得氨基葡萄糖发酵液中氨基葡萄糖与改性的强酸性阳离子交换树脂中的活性基团进行充分的交换，被交换过后的活性基团扩散到原发酵液中，而氨基葡萄糖则被改性的强酸性阳离子交换树脂吸附。经盐溶液解吸附(洗脱)后，洗脱液再经后续脱色、脱盐并浓缩，得到浓缩后的预处理的氨基葡萄糖发酵液，最终再与盐酸发生水解反应，得到氨基葡萄糖盐酸盐。经上述改性的强酸性阳离子交换树脂处理所得的氨基葡萄糖，在改性的强酸性阳离子交换树脂的吸附率，以及作为后续反应的原料的纯度，均非常高，极大地简化了后续氨基葡萄糖盐酸盐的制备工艺，所得的氨基葡萄糖盐酸盐经需经过一次重结晶步骤，即可达到极高的纯度含量，无须经多次重结晶步骤，从而显著地降低了氨基葡萄糖盐酸盐后处理的成本。
本发明公开了一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其包括如下步骤：
S1.氨基葡萄糖发酵液的预处理：将氨基葡萄糖发酵液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂，得到中间产物；
S2.将所述中间产物进行洗脱液解吸附，得到含中间产物的洗脱液，将所述含中间产物的洗脱液进行脱色、脱盐并浓缩，得到粗产物；
S3.将所述粗产物与盐酸发生水解反应，经浓缩后一次重结晶，得到氨基葡萄糖盐酸盐；
其中，所述改性的强酸性阳离子交换树脂的制备方法如下所述：
D1.以二乙烯苯和油酸缩水甘油酯为原料，在催化剂的体系下，聚合而成得到前驱体树脂；
D2.将所述前驱体树脂与氨基磺酸盐进行接枝反应，得到所述改性的强酸性阳离子交换树脂。
进一步地，S1中，所述浸泡的时间为10-20h。
进一步地，D1中，所述催化剂选自偶氮类或过氧化物类。
进一步地，D1中，所述二乙烯苯和油酸缩水甘油酯的物质的量之比为1:2-1:2.5。
进一步地，S3中，所述盐酸的浓度为20-30wt％。
进一步地，S2中，所述活性炭的添加量为所述含中间产物的洗脱液的1.0-5.0wt％。
进一步地，S3中，所述水解条件为，在75-85℃下，搅拌5-8h。
进一步地，S3中，结晶条件为，在温度＜3℃下，保存10-24h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明将氨基葡萄糖发酵液经改性的强酸性阳离子交换树脂浸泡预处理后，使得氨基葡萄糖高效地吸附于改性的强酸性阳离子交换树脂上，从而后续更容易洗脱出纯度较高的氨基葡萄糖。这得益于改性的强酸性阳离子交换树脂独特的化学结构：其主链是由二乙烯苯和油酸缩水甘油酯自由基聚合而成的树脂结构，油酸缩水甘油酯结构引入树脂结构后，一方面使树脂本身具有长的烷基链，可以与氨基葡萄糖这一高分子链段发生相互缠绕而不易脱离；另一方面，又具有酯基这一极性基团，可以与氨基葡萄糖的极性基团进行分子间相互作用；再一方面，油酸缩水甘油酯与氨基磺酸盐发生接枝反应后，其端基还留有氮原子，该氮原子与氨基葡萄糖上的羟基易形成分子间氢键，从而及大地增加了分子间相互作用。综上，该改性的强酸性阳离子交换树脂对于氨基葡萄糖本身具有优异的吸附作用，可以高效地将氨基葡萄糖从充满杂质的氨基葡萄糖的发酵液中分离出来，然后经解吸附后，即可得到纯度很高的氨基葡萄糖原料。
(2)经预处理后的中间产物，经洗脱液解吸附，得到含中间产物的洗脱液，将该含中间产物的洗脱液进行脱色、脱盐并浓缩等简单操作，即可得到杂质含量极少的粗产物氨基葡萄糖。作为原料，氨基葡萄糖再与盐酸进行水解反应，所得产物仅经一次重结晶后即可得到高纯度的氨基葡萄糖盐酸盐，其纯度＞99.8wt％，杂质硫酸盐的含量＜0.05wt％，铁盐＜3ppm，这避免了传统工艺中，为了得到高纯度的氨基葡萄糖盐酸盐，反复进行多次重结晶而造成的最终产物的质量损失，提高了产物的最终收率，而且减少了相关的能耗和时间消耗，适合于氨基葡萄糖盐酸盐的工业化生产。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
本发明的氨基葡萄糖发酵液，通过如下手段获得：取发酵培养基(配方：蛋白胨：12g/L、酵母粉24g/L、氯化锰四水化合物15mg/L、磷酸二氢钾2.31g/L、磷酸一氢钾12.54g/L、葡萄糖100g/L以及乳糖10g/L)，在发酵罐中发酵。发酵条件：温度32℃；通气量2.0vvm，培养周期24h。
发酵菌采用外购的大肠杆菌E.coli-glims-gnal，其为大肠杆菌E.coli基因组的氨基葡萄糖合成酶基因glims和氨基葡萄糖乙酰化酶基因gnal通过pET-28(a)在E.coliATCC25947(DE3) 中进行了克隆和表达而获得。
所得的初始氨基葡萄糖发酵液中由于具有很多的N-乙酰氨基葡萄糖，因此需要脱去N- 乙酰氨基葡萄糖的乙酰基。方法为：向初始氨基葡萄糖发酵液中加入0.2mol/L的盐酸，在 95℃下水浴5h，然后冷却，得到氨基葡萄糖发酵液。
实施例1
一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，包括如下步骤：
S1.改性的强酸性阳离子交换树脂的制备方法
D1.配有冷凝装置的三口烧瓶中，加入去离子水和悬浮分散剂明胶，搅拌均匀，然后向其中加入二乙烯苯和油酸缩水甘油酯(1:2，n/n)，以及催化量的BPO，在80℃下反应2h，然后再升温至90℃下反应2h。反应完毕后，冷却至室温，过滤得到的固体用去离子水洗涤干净，在真空烘箱中干燥，得到前驱体树脂。
D2.配有冷凝装置的三口烧瓶中，将前驱体树脂投入DMF和水的混合溶剂(DMF：水＝1:1，v/v)中，加入过量的氨基磺酸钠，在100℃下搅拌反应，并保持pH为8，反应15h，然后冷却至室温，浓缩溶剂，过滤得到的固体用去离子水洗涤干净，在真空烘箱中干燥，得到改性的强酸性阳离子交换树脂。
D3.改性的强酸性阳离子交换树脂的前处理：将待用的改性的强酸性阳离子交换树脂置于容器中，去离子水浸泡12h，再用4wt％的盐酸溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，再用4wt％的氢氧化钠溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，再用4wt％的盐酸溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，最后用去离子水洗涤为中性，自然风干备用。
S2.将100ml的氨基葡萄糖发酵液浸泡20g上述改性的强酸性阳离子交换树脂，浸泡时间为10h，得到中间产物，所述中间产物被吸附在改性的强酸性阳离子交换树脂上。
S3.将吸附有中间产物的改性的强酸性阳离子交换树脂浸泡在洗脱液(1.0mol/L的硫酸铵溶液)中，浸泡10h后，将旧的洗脱液重新换为新鲜的洗脱液继续浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂，如此循环三次。然后将所有的洗脱液合并，即为含中间产物的洗脱液。向含中间产物的洗脱液中加入含中间产物的洗脱液的1.0wt％的活性炭，静置10h，进行脱色；然后过滤，将含中间产物的洗脱液用电渗析方法进行脱盐处理，脱盐后的电导率控制在0.1ms/cm 左右；然后将该含中间产物的洗脱液减压蒸馏浓缩，得到粗产物。
S4.将上述粗产物与过量的浓度为20wt％的盐酸混合，在80℃下水解反应5h，所得到的产物经浓缩后，放置在3℃下重结晶一次，保存时间为10h，得到氨基葡萄糖盐酸盐。
实施例2
一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，包括如下步骤：
S1.改性的强酸性阳离子交换树脂的制备方法
D1.配有冷凝装置的三口烧瓶中，加入去离子水和悬浮分散剂明胶，搅拌均匀，然后向其中加入二乙烯苯和油酸缩水甘油酯(1:2.5，n/n)，以及催化量的BPO，在82℃下反应3h，然后再升温至92℃下反应3h。反应完毕后，冷却至室温，过滤得到的固体用去离子水洗涤干净，在真空烘箱中干燥，得到前驱体树脂。
D2.配有冷凝装置的三口烧瓶中，将前驱体树脂投入DMF和水的混合溶剂(DMF：水＝1:1，v/v)中，加入过量的氨基磺酸钠，在100℃下搅拌反应，并保持pH为8.5，反应18h，然后冷却至室温，浓缩溶剂，过滤得到的固体用去离子水洗涤干净，在真空烘箱中干燥，得到改性的强酸性阳离子交换树脂。
D3.改性的强酸性阳离子交换树脂的前处理：将待用的改性的强酸性阳离子交换树脂置于容器中，去离子水浸泡12h，再用4wt％的盐酸溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，再用4wt％的氢氧化钠溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，再用4wt％的盐酸溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，最后用去离子水洗涤为中性，自然风干备用。
S2.将100ml的氨基葡萄糖发酵液浸泡20g上述改性的强酸性阳离子交换树脂，浸泡时间为12h，得到中间产物，所述中间产物被吸附在改性的强酸性阳离子交换树脂上。
S3.将吸附有中间产物的改性的强酸性阳离子交换树脂浸泡在洗脱液(1.1mol/L的硫酸铵溶液)中，浸泡12h后，将旧的洗脱液重新换为新鲜的洗脱液继续浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂，如此循环三次。然后将所有的洗脱液合并，即为含中间产物的洗脱液。向含中间产物的洗脱液中加入含中间产物的洗脱液的5.0wt％的活性炭，静置4h，进行脱色；然后过滤，将含中间产物的洗脱液用电渗析方法进行脱盐处理，脱盐后的电导率控制在0.1ms/cm 左右；然后将该含中间产物的洗脱液减压蒸馏浓缩，得到粗产物。
S4.将上述粗产物与过量的浓度为30wt％的盐酸混合，在85℃下水解反应8h，所得到的产物经浓缩后，放置在3℃下重结晶一次，保存时间为24h，得到氨基葡萄糖盐酸盐。
实施例3
一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，包括如下步骤：
S1.改性的强酸性阳离子交换树脂的制备方法
D1.配有冷凝装置的三口烧瓶中，加入去离子水和悬浮分散剂明胶，搅拌均匀，然后向其中加入二乙烯苯和油酸缩水甘油酯(1:2.2，n/n)，以及催化量的BPO，在85℃下反应2.5 h，然后再升温至95℃下反应2h。反应完毕后，冷却至室温，过滤得到的固体用去离子水洗涤干净，在真空烘箱中干燥，得到前驱体树脂。
D2.配有冷凝装置的三口烧瓶中，将前驱体树脂投入DMF和水的混合溶剂(DMF：水＝1:1，v/v)中，加入过量的氨基磺酸钠，在100℃下搅拌反应，并保持pH为8.2，反应15h，然后冷却至室温，浓缩溶剂，过滤得到的固体用去离子水洗涤干净，在真空烘箱中干燥，得到改性的强酸性阳离子交换树脂。
D3.改性的强酸性阳离子交换树脂的前处理：将待用的改性的强酸性阳离子交换树脂置于容器中，去离子水浸泡12h，再用4wt％的盐酸溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，再用4wt％的氢氧化钠溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，再用4wt％的盐酸溶液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂4h，最后用去离子水洗涤为中性，自然风干备用。
S2.将100ml的氨基葡萄糖发酵液浸泡20g上述改性的强酸性阳离子交换树脂，浸泡时间为16h，得到中间产物，所述中间产物被吸附在改性的强酸性阳离子交换树脂上。
S3.将吸附有中间产物的改性的强酸性阳离子交换树脂浸泡在洗脱液(1.2mol/L的硫酸铵溶液)中，浸泡15h后，将旧的洗脱液重新换为新鲜的洗脱液继续浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂，如此循环三次。然后将所有的洗脱液合并，即为含中间产物的洗脱液。向含中间产物的洗脱液中加入含中间产物的洗脱液的3wt％的活性炭，静置5h，进行脱色；然后过滤，将含中间产物的洗脱液用电渗析方法进行脱盐处理，脱盐后的电导率控制在0.1ms/cm左右；然后将该含中间产物的洗脱液减压蒸馏浓缩，得到粗产物。
S4.将上述粗产物与过量的浓度为25wt％的盐酸混合，在83℃下水解反应6h，所得到的产物经浓缩后，放置在2℃下重结晶一次，保存时间为18h，得到氨基葡萄糖盐酸盐。
对比例1
对比例1中的氨基葡萄糖盐酸盐的方法，所用原料和制备步骤与实施例1均相同，唯一不同在于，对比例1的氨基葡萄糖发酵液未经过任何强酸性阳离子交换树脂的预处理，而是直接进行脱色、脱盐和浓缩处理，以及后续的水解反应。
对比例2
对比例2中的氨基葡萄糖盐酸盐的方法，所用原料和制备步骤与实施例1均相同，唯一不同在于，对比例2中所采用的强酸性阳离子交换树脂，是用等质量的传统的001*8苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂，来替代本发明中所述的改性的强酸性阳离子交换树脂。
测试例
为了测试上述实施例1-3、对比例1-2的制备方法所得的氨基葡萄糖盐酸盐各方面性质，作出以下成分测试。
成分测试采用高效液相色谱检测其中的氨基葡萄糖盐酸盐以及杂质含量。
所得结果如表1所示。
表1实施例1-3、对比例1-2的制备方法所得的氨基葡萄糖盐酸盐的各成分含量
从表1中可以清楚地看出，实施例1-3中制备氨基葡萄糖盐酸盐的后处理过程中，仅经过了一次重结晶，最终所得的氨基葡萄糖盐酸盐的含量就超过了99.8wt％，并且硫酸盐和铁盐的含量非常少；然而对比例1中，未经任何强酸性阳离子交换树脂处理，使得最终产物氨基葡萄糖盐酸盐的纯度较低，经一次重结晶后，所得产物纯度仅有98.02wt％，即使经过三次重结晶处理，纯度也仅仅能达到99.11wt％。而对比例2中，由于原料经过了传统的001*8 苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂预处理，其最终产物的纯度相比于对比例1有所提高，经一次重结晶后能到达99wt％，而经三次重结晶后，其纯度才能勉强与实施例1-3所得的氨基葡萄糖盐酸盐的纯度在同一水平。然而，众所周知，后处理过程中，过多的重结晶次数，会对产物的收率有较大的不利影响，而且能耗和时间均消耗较大，不利于工业化生产。因此，本发明的技术方案，相比于传统的氨基葡萄糖盐酸盐的制备，具有较为明显的优势。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于，所述用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法包括如下步骤：
S1.氨基葡萄糖发酵液的预处理：将氨基葡萄糖发酵液浸泡改性的强酸性阳离子交换树脂，得到中间产物；
S2.将所述中间产物进行洗脱液解吸附，得到含中间产物的洗脱液，将所述含中间产物的洗脱液进行脱色、脱盐并浓缩，得到粗产物；
S3.将所述粗产物与盐酸发生水解反应，经浓缩后一次重结晶，得到氨基葡萄糖盐酸盐；
其中，所述改性的强酸性阳离子交换树脂的制备方法如下所述：
D1.以二乙烯苯和油酸缩水甘油酯为原料，在催化剂的体系下，聚合而成得到前驱体树脂；
D2.将所述前驱体树脂与氨基磺酸盐进行接枝反应，得到所述改性的强酸性阳离子交换树脂。
2.根据权利要求1所述用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于，S1中，所述浸泡的时间为10-20h。
3.根据权利要求1所述用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于，D1中，所述催化剂选自偶氮类或过氧化物类。
4.根据权利要求1所述用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于，D1中，所述二乙烯苯和油酸缩水甘油酯的物质的量之比为1:2-1:2.5。
5.根据权利要求1所述用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于，S3中，所述盐酸的浓度为20-30wt％。
6.根据权利要求1所述用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于，S2中，所述活性炭的添加量为所述含中间产物的洗脱液的1.0-5.0wt％。
7.根据权利要求1所述用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于，S3中，所述水解条件为，在75-85℃下，搅拌5-8h。
8.根据权利要求1所述用预处理的氨基葡萄糖发酵液制备氨基葡萄糖盐酸盐的方法，其特征在于，S3中，结晶条件为，在温度＜3℃下，保存10-24h。
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