CN116333012A - 一种结晶葡萄糖醛酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种结晶葡萄糖醛酸的制备方法，葡萄糖醛酸是通过水解植物源而得，对其中富含葡萄糖醛酸的料液进行精制提纯，生产结晶葡萄糖醛酸：(1)葡萄糖醛酸转化为葡萄糖醛酸钠；(2)分离提纯葡萄糖醛酸钠；(3)葡萄糖醛酸钠结晶；(4)葡萄糖醛酸钠经阳离子交换转化为葡萄糖醛酸；(5)葡萄糖醛酸结晶。
Description
技术领域
本发明涉及精制、提纯技术领域。具体涉及一种从含葡萄糖醛酸的料液分离、提纯、制备结晶葡萄糖醛酸的生产技术。
背景技术
葡萄糖醛酸简称葡醛酸，全称D-(+)-葡萄糖醛酸，分子式为C6H10O7，相对分子量为194.14，呈粉末或者白色针状结晶，溶于水，微溶于乙醇，是葡萄糖的伯醇羟基被氧化成羧基形成的化合物。
葡萄糖醛酸具有解毒作用，能结合带有酚羟基或醇羟基和羧基的有毒物质，生成含有醚键的葡萄糖醛酸酸苷和含酯的酰胺半缩醛结合物，使其增加溶解性，排出体外；葡萄糖醛酸还具有抑制成髓细胞生长的同源刺激物，通过诱导造血细胞中的一些细胞组成的生成，从而增加粒细胞集落刺激因子的产生，增强IL-1因子的活性；葡萄糖醛酸还可合成抗坏血酸的前体。
葡萄糖醛酸广泛分布于动植物中，具有重要的生物学功能。在植物体内以一糖醛酸形式存在阿拉伯胶等树胶中，是构成果胶、粘液和高级多糖的重要成分。在动物体内，葡萄糖醛酸与葡萄糖甙酸形成配合物贮存在组织中。
目前，葡萄糖醛酸的生产主要有以下几种方法：(1)化学氧化法；(2)生物发酵法；(3)多糖水解法。
多糖水解法中，以水解褐藻和阿拉伯胶为主要原料来源。
褐藻中普遍存在一类富含糖醛酸的低硫酸化杂聚糖，其单糖组成比较复杂，包含甘露糖、葡萄糖醛酸、岩藻糖、半乳糖等多种单糖。
阿拉伯胶中单糖组成主要有阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸。
ZL2016111648144的发明专利公开了以阿拉伯胶为原料，生产阿拉伯糖和半乳糖的方法，该方法仅提取了其中的阿拉伯糖和半乳糖，其中的葡萄糖醛酸浪费掉了。
CN2017106778528A公开了制备阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖及葡萄糖醛酸的方法。该方法能有效地得到阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖，但其制备葡萄糖醛酸，有较明显的缺陷：（1）经分离提纯后葡萄糖醛酸纯度较低，且葡萄糖醛酸不稳定，导致结晶非常困难，收率低；（2）该方法分离提纯所用的吸附介质为钠型阳离子吸附树脂，运行一段时间后，吸附树脂的钠离子即被溶液中的氢离子、钙镁离子大量取代，吸附树脂性能很快下降，随之分离效果也快速下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种结晶葡萄糖醛酸的制备方法。
本方法的制备结晶葡萄糖醛酸的工艺路线是，水解阿拉伯胶、褐藻等植物制备阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖的同时，对副产的葡萄糖醛酸进行处理，将不稳定的葡萄糖醛酸转化为稳定的葡萄糖醛酸钠，再色谱分离提纯，然后将葡萄糖醛酸钠结晶，得到结晶葡萄糖醛酸钠；将结晶葡萄糖醛酸钠溶于纯水，经阳离子交换，将其转变回葡萄糖醛酸，对此高纯度的葡萄糖醛酸溶液进行浓缩、结晶，得结晶葡萄糖醛酸。
葡萄糖醛酸转化为葡萄糖醛酸钠后再分离提纯、结晶，有三个优点：（1）葡萄糖醛酸钠溶液中有大量的钠离子，可以更好的保护所用的钠型吸附树脂；（2）葡萄糖醛酸钠比葡萄糖醛酸更容进行色谱分离提纯；（3）葡萄糖醛酸钠更易结晶，通过结晶提纯，得到高纯度的结晶葡萄糖醛酸钠。
本方法是通过以下技术路线实现的：
所述葡萄糖醛酸是通过水解植物源而得，即植物源在酸性条件下水解后，经中和、过滤、浓缩、脱色、去离子、分离提纯，提取其中的阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖后，对余下低含量葡萄糖醛酸的料液进行处理。
1盐转化
在葡萄糖醛酸溶液中加入钠盐溶液，将葡萄糖醛酸溶液转化为葡萄糖醛酸钠溶液A。
所述钠盐溶液是用氯化钠或碳酸氢钠配制成体积浓度为1~2%的溶液，加入量为所述葡萄糖醛酸溶液体积量的0.2~2‰。
葡萄糖醛酸钠的稳定性比葡萄糖醛酸好。将葡萄糖醛酸转变为葡萄糖醛酸钠，有利于后续的色谱分离提纯，避免色谱分离所用的钠型吸附树脂的钠离子被氢离子取代，同时，由于色谱分离过程中，溶液中有大量的钠离子存在，也很好避免吸附树脂的钠离子被钙、镁离子取代，起到既保护吸附树脂，又能得到更高纯度的提取物。
2分离提纯
用模拟移动床分离装置分离提纯葡萄糖醛酸钠溶液A，得富含高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B。
在此，钠型吸附树脂为色谱分离的吸附剂。
钠型吸附树脂对于从植物源水解而来的多种糖类中，吸附分离有很大优势，但吸附树脂中的1价钠离子容易被植物水解的糖类中的钙、镁、铁等高价离子取代，更容易被溶液中存在的大量氢离子取代。在色谱分离中，由于将葡萄糖醛酸转变为葡萄糖醛酸钠时，加入大量的钠离子，溶液中充足的钠离子有利于保护钠型吸附树脂中的钠不被其它基团取代。
3葡萄糖醛酸钠结晶
将模拟移动床分离所得的富含高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B，浓缩至质量百分浓度65~85%，降温冷却结晶，温度在55~58℃时加入晶种，继续降温至室温，离心脱水，得结晶葡萄糖醛酸钠C。
或将所得的富含高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B蒸发结晶，得结晶葡萄糖醛酸钠C。
4转型
将所述结晶葡萄糖醛酸钠C溶于纯水，至质量百分浓度30~50%，经阳离子交换树脂进行离子交换，葡萄糖醛酸钠的钠离子被氢离子取代，得葡萄糖醛酸溶液D。
5葡萄糖醛酸结晶
将葡萄糖醛酸溶液D浓缩至质量百分浓度65~85%，降温冷却结晶，温度在55~58℃时加晶种，继续降温至室温，离心脱水、干燥，得结晶D-葡萄糖醛酸。
或将所述葡萄糖醛酸溶液D蒸发结晶，得结晶葡萄糖醛酸。
进一步的，所述模拟移动床色谱分离装置由4～8个互相串联的色谱柱组成；色谱柱内装满钠型吸附树脂；洗脱剂为纯水；分离温度为35～55℃；其运行包含三个步骤：内循环、洗脱和进料、洗脱，并且周期性运行。
进一步的，所述色谱柱分为Z1、Z2、Z3、Z4四个区；Z1有1个色谱柱；Z2有1～3个色谱柱；Z3有1～3个色谱柱；Z4有1个色谱柱；每运行完1个周期，Z1、Z2、Z3、Z4向后移动1个色谱柱。
模拟移动床色谱分离装置运行的三个步骤：内循环、洗脱和进料、洗脱如下：
内循环：
没有物料流入和流出，物料在互相串联的色谱柱之间循环；
洗脱和进料：
(1)纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
待分离的料液从Z3最先的色谱柱上部流入，富含色素、离子溶液从Z3最后的色谱柱下部流出；
(2) 纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
待分离的料液从Z3最先的色谱柱上部流入，富含高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B从Z3最后的色谱柱下部流出；
洗脱：
纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
纯水从Z3最先的色谱柱上部流入，富含杂质溶液从Z3最后的色谱柱下部流出。
进一步的，进料量为总吸附树脂量的5~15%；所述内循环的量为单个色谱柱体积量的10～60%。
模拟移动床色谱分离装置的进料泵出口分为两个支路：支路1进入模拟移动床分离装置，运行进料洗脱步骤时，料液经支路1进入装置内进行分离；支路2经一个返料自控阀后，返回进料槽，当模拟移动床运行内循环步骤和洗脱步骤时，没有料液进入装置，此时返料自控阀开启，物料经支路2全部返回进料槽，充分混合氯化钠或碳酸氢钠溶液与葡萄糖醛酸溶液。
在整个生产中，水是唯一的溶剂。这提供了生产的便利性和经济性。
附图说明
图1为葡萄糖醛酸的制备工艺过程简图。
图2为用于分离提纯葡萄糖醛酸钠溶液的模拟移动床分离装置运行过程简图。图中色谱柱为黑体时表明有液流通过。
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例的限制。
实施例1 盐转化
阿拉伯胶水解、精制、分离提纯阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖后的葡萄糖醛酸溶液中，葡萄糖醛酸含量25~50%，其余为半乳糖、鼠李糖、低聚糖、有机酸、色素及其它大分子物质。
（1）预先用固体氯化钠或碳酸氢钠加纯水配成体积浓度为1～2%的氯化钠或碳酸氢钠溶液。
（2）将加热至35～55℃、质量百分比浓度为30～55%的葡萄糖醛酸溶液，经给料管以稳定的流速泵入模拟移动床色谱分离装置的进料槽；同时用计量泵将配制好的、体积浓度为1～2%的氯化钠或碳酸氢钠溶液泵入给料管，加入量为葡萄糖醛酸溶液体积量的0.2～2‰。氯化钠或碳酸氢钠溶液与葡萄糖醛酸溶液在给料管内即开始混合，同时进入进料槽，在进料槽内充分混合。
（3）模拟移动床色谱分离装置的进料泵出口分为两个支路：支路1进入模拟移动床色谱分离装置，运行进料洗脱步骤时，料液经支路1进入装置内进行分离；支路2经一个返料自控阀后，返回进料槽，当模拟移动床运行内循环步骤和洗脱步骤时，没有料液进入装置，此时返料自控阀开启，物料经支路2全部返回进料槽，充分混合氯化钠或碳酸氢钠溶液与葡萄糖醛酸溶液。
实施例2 给料管、给水管高度
色谱分离用的树脂，在有氧的情况下，会被氧化，影响使用寿命。
为此，将实施例1中的给料管插入进料槽液面下，以防止液流冲击、搅动液面而将更多的氧气带入液体。同时，给料管插入进料槽液面下，可更有利于充分混合氯化钠或碳酸氢钠溶液与葡萄糖醛酸溶液。
给料管插入进料槽至离底部200~500mm。
同样的，给水管插入进水槽至离底部200~500mm。
实施例3 给料、给水流速
实施例1中，待分离料液经给料管泵入模拟移动床分离装置的进料槽，其流速应与分离装置运行过程相匹配：运行进料洗脱步骤时，料液进入装置内，进料槽液位下降；运行内循环步骤、洗脱步骤时，没有料液进入装置，进料槽液位升高。
给料流速以使进料槽液位在进料槽高度的1/3~2/3变动。
纯水作为分离的洗脱剂，以稳定的流速，将加热至35～55℃的纯水泵入进水槽。
同样的，运行进料洗脱步骤和洗脱步骤时，纯水进入装置内，进水槽液位下降；运行内循环步骤时，没有纯水进入装置，进水槽液位升高。
给水流速以使进水槽液位在进水槽高度的1/3~2/3变动。
实施例4 分离提纯
用于分离提纯的模拟移动床分离装置，如附图2所示，由4个互相串联的色谱柱组成，Z1、Z2、Z3、Z4各有一个色谱柱；色谱柱内装满钠型吸附树脂，树脂粘度0.20～0.35µm；洗脱剂为纯水；分离温度为35～55℃。
其运行包含三个步骤：内循环、进料洗脱、洗脱，并且周期性运行。
内循环步骤：
没有物料流入和流出，物料在互相串联的色谱柱之间循环。内循环的循环量为单个色谱柱体积量的10～60%。
洗脱和进料步骤：
(1)纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
待分离的料液从Z3最先的色谱柱上部流入，富含色素、离子溶液从Z3最后的色谱柱下部流出；
(2) 纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
待分离的料液从Z3最先的色谱柱上部流入，富含高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B从Z3最后的色谱柱下部流出；
进料量为总吸附树脂量的5~15%。
表1为分离进料的葡萄糖醛酸钠溶液A的含量。
表1葡萄糖醛酸钠溶液A的含量
| 葡萄糖醛酸钠含量 | 鼠李糖含量 | 半乳糖含量 | 杂质含量（色素、离子、低聚糖及大分子物质） |
| 44.2% | 8.5% | 22.0% | 25.3% |
洗脱步骤：
纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
纯水从Z3最先一个色谱柱上部流入，富含杂质溶液从Z3最后一个色谱柱下部流出。
下一个周期运行同样的步骤，只是相应地向后移动一个色谱柱。
经分离提纯后，得高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B。
表2 为模拟移动床色谱分离后各组分含量。
表2 模拟移动床色谱分离后各组分含量
| 葡萄糖醛酸钠含量 | 鼠李糖含量 | 半乳糖含量 | 杂质含量（色素、离子、低聚糖及大分子物质） | |
| 富含杂质大分子液 | 5.5% | 1.5% | 1.3% | 91.7% |
| 富含葡萄糖醛酸钠液 | 86.5% | 2.3% | 3.5% | 7.7% |
| 富含鼠李糖和半乳糖液 | 14.8% | 44.1% | 40.2% | 0.9% |
实施例5 葡萄糖醛酸钠结晶
将实施例4模拟移动床色谱分离所得的富含葡萄糖醛酸钠溶液B，浓缩至质量百分浓度65~85%，降温冷却结晶，温度在55~58℃时加晶种，继续降温至室温，离心脱水，得结晶葡萄糖醛酸钠C；或将富含葡萄糖醛酸钠B浓缩结晶，离心脱水，得结晶葡萄糖醛酸钠C。
实施例6 转型
将实施例5所得的结晶葡萄糖醛酸钠C溶于纯水中，调至质量百分浓度30~50%，然后经阳离子树脂进行离子交换，萄糖醛酸钠的钠离子被氢离子取代，得葡萄糖醛酸溶液D。
实施例7 葡萄糖醛酸结晶
将实施例6所得葡萄糖醛酸溶液D浓缩至质量百分浓度65~85%，降温冷却结晶，温度在55~58℃时加晶种，继续降温至室温，离心脱水、干燥，得产品结晶葡萄糖醛酸；或将葡萄糖醛酸溶液D浓缩结晶，脱水、干燥，得产品结晶葡萄糖醛酸。
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 (5)
1.一种结晶葡萄糖醛酸的制备方法，葡萄糖醛酸是通过水解植物源而得，对其中含葡萄糖醛酸的料液进行盐转化、分离提纯、浓缩结晶、转型、结晶，制备结晶葡萄糖醛酸，其特征在于，包括以下步骤：
(1)盐转化：在葡萄糖醛酸溶液中加入钠盐溶液，葡萄糖醛酸溶液转化为葡萄糖醛酸钠溶液A；所述钠盐溶液是用氯化钠或碳酸氢钠配制成体积浓度为1～2%的溶液，加入量为所述葡萄糖醛酸溶液体积量的0.2～2‰；
(2)分离提纯：用模拟移动床色谱分离装置分离提纯所述葡萄糖醛酸钠溶液A，得富含高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B；
(3)葡萄糖醛酸钠结晶：将所述富含高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B浓缩后，水溶液法冷却结晶，或蒸发结晶，得结晶葡萄糖醛酸钠C；
(4)转型：将所述结晶葡萄糖醛酸钠C溶于纯水至质量百分浓度30~50%，经阳离子交换树脂进行离子交换转型，得葡萄糖醛酸溶液D；
(5)葡萄糖醛酸结晶：将所述葡萄糖醛酸溶液D浓缩后，水溶液法冷却结晶，或蒸发结晶，得结晶葡萄糖醛酸。
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述模拟移动床色谱分离装置由4～8个互相串联的色谱柱组成；色谱柱内装满钠型吸附树脂；洗脱剂为纯水；分离温度为35～55℃；其运行包含三个步骤：内循环、洗脱和进料、洗脱，并且周期性运行。
3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，所述色谱柱分为Z1、Z2、Z3、Z4四个区；Z1有1个色谱柱；Z2有1～3个色谱柱；Z3有1～3个色谱柱；Z4有1个色谱柱；每运行完1个周期，Z1、Z2、Z3、Z4向后移动1个色谱柱。
4.根据权利要求2-3中所述的方法，其特征在于，
内循环：
没有物料流入和流出，物料在互相串联的色谱柱之间循环；
洗脱和进料：
(1)纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
待分离的料液从Z3最先的色谱柱上部流入，富含色素、离子溶液从Z3最后的色谱柱下部流出；
(2) 纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
待分离的料液从Z3最先的色谱柱上部流入，富含高纯度葡萄糖醛酸钠溶液B从Z3最后的色谱柱下部流出；
洗脱：
纯水从Z1色谱柱上部流入，富含鼠李糖和半乳糖混合溶液从Z1色谱柱下部流出；
纯水从Z3最先的色谱柱上部流入，富含杂质溶液从Z3最后的色谱柱下部流出。
5.根据权利要求2-4中所述的方法，其特征在于，进料量为总吸附树脂量的5~15%；所述内循环的量为单个色谱柱体积量的10～60%。
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