TWI434938B - Ｄ－阿洛酮糖結晶的製造方法 - Google Patents

Ｄ－阿洛酮糖結晶的製造方法 Download PDF

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Description

D-阿洛酮糖結晶的製造方法 【相關申請案】
本申請案主張2010年3月26日向韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案號第10-2010-0027546號的優先權，所述揭露案以全文引用的方式併入此案。
本發明是有關於一種藉由使用過飽和方式由D-阿洛酮糖溶液製造D-阿洛酮糖結晶的方法。
D-阿洛酮糖是一種天然醣類，其以微量存在於糖蜜或葡萄糖與單醣的異構化作用中，且甜度約為糖的70%。已知D-阿洛酮糖不會被人體代謝，因此其為對體重增加影響不大的甜味劑，且其實質上無熱量，以及能抑制體脂肪的形成(Matuo,T.等人，亞太地區的臨床營養期刊(Asia Pac. J. Clin. Nutr. ),10,233-237,2001；Matsuo,T.與K. Izumori,亞太地區的臨床營養期刊,13,S127,2004)。
近來，有報導指出D-阿洛酮糖在非齟齒(non-carious)與防齟齒(anti-carious)方面的效果，且因此已積極進行D-阿洛酮糖的相關發展，並將其視為有助於牙齒健康的物質及可取代糖的甜味劑。
即使D-阿洛酮糖因其特性與功能已吸引到食品工業的注意，且將其視為能避免體重增加的甜味劑，但由於在高溫下僅能由果糖製造出微量的D-阿洛酮糖，因此難以經由化學合成方式來製造D-阿洛酮糖。再者，雖然已有報導指出藉由使果糖與D-塔格糖異構酶(D-tagatose epimerase)反應或使果糖與D-阿洛酮糖異構酶反應的大量製造方法，但D-阿洛酮糖的產量過低以致於其製造成本很高。
近來，本案發明人已報導一種經濟地製造D-阿洛酮糖的方法，此方法藉由使葡萄糖異構化為果糖，接著使果糖與產生D-阿洛酮糖異構酶的固定化細胞(immobilized cells)反應以製造D-阿洛酮糖(韓國專利申請號第10-2009-0118465號)。
含以酵素反應製造的D-阿洛酮糖的反應溶液為低純度產物，其含有以固體形式存在且重量含量為約20%至約30%的D-阿洛酮糖，因此必須進一步分離出高純度的D-阿洛酮糖。有許多方法是用於將工業製造的物質分離以獲得高純度物質。對於糖類，經常使用層析法來製備高純度液體，再以結晶作用得到高純度糖類產物。然而，對於D-阿洛酮糖而言，則尚待發展出工業可應用的製造方法。
已有人報導一種D-阿洛酮糖粉末的製備方法，其藉由經由酵母發酵來移除D-阿洛酮糖反應溶液中未反應的果糖與使用大量乙醇(Kei T.等人，生物科學生物工程期刊(J. Biosci. Bioeng. ),90(4),453-455,2000)。然而，使用大量乙醇需要防爆炸(explosion proofness)與回收產物的昂貴設備，以及可能會發生諸如因使用有機溶劑所導致的攪拌器故障以及回收產物中存在外來物質等問題。此外，由於最終產物是以細粉末形式存在，因此其在脫水、沖洗以及乾燥製程中可能會大量損失。當D-阿洛酮糖被製成粉狀以製造最終產物時，粉末會彼此吸附而導致在粉末粒子之間引入雜質，使得最終產物的純度下降。對於細粉末形式的產物而言，體積的增加程度大於重量的增加程度，因此，必須因高包裝體積(high volume packaging)而增加製造成本以及在配送(distribution)中需增加額外成本。此外，此類精緻化學品(fine chemicals)產物的低流動性(flowability)在食品製造過程中是不利的。因此，為了在不使用諸如乙醇等有機溶劑，與改善製造過程中的流動性與產品價值，仍需能經濟地製造出具結晶形式而非細粉末形式的純的D-阿洛酮糖的方法。
因此，本案發明人已針對一種D-阿洛酮糖結晶的製造方法進行研究，此方法是由以生物轉化或酵素反應所得的D-阿洛酮糖溶液製造D-阿洛酮糖結晶，其無需使用有機溶劑，且藉由將D-阿洛酮糖溶液在介穩區中維持的過飽和狀態，以製造出具有適當尺寸的D-阿洛酮糖結晶，如此完成本發明。
本發明提供一種D-阿洛酮糖結晶的製造方法，此方法藉由將D-阿洛酮糖溶液維持在存在於飽和曲線與過飽和曲線之間的介穩區中。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
根據本發明之一方面，提供一種純化的D-阿洛酮糖結晶的製造方法，包括：移除D-阿洛酮糖溶液中的雜質，以得到純化的D-阿洛酮糖溶液；濃縮所述純化的D-阿洛酮糖溶液；以及由在介穩區中為過飽和狀態的所述濃縮的D-阿洛酮糖溶液中結晶D-阿洛酮糖。
在本文中，名詞“過飽和狀態”是指溶質以超過溶劑的溶解能力的方式溶解而呈現不穩定狀態，且在此狀態下，溶質可被結晶成固體。因此，為了藉由結晶作用由溶液中分離出溶質，可使溶液達到過飽和狀態。一般來說，溶液的過飽和狀態可能會受到外部條件、雜質、溫度、濃度、pH值水準及其相似者影響。
在本文中，名詞在“介穩區”中的過飽和狀態是指由平衡濃度(即飽和濃度)至自動形成結晶的最小過飽和濃度的範圍。在此範圍中不會發生諸如晶體成核等結晶作用。然而，當由外部將結晶添加至在此濃度範圍的溶液時，由於溶液中的溶質量已達到過飽和濃度，因此會自動發生晶體成長且晶體尺寸增加。也就是說，當晶種被引入具有飽和濃度或更高濃度的溶液中以製造結晶，晶種會在介穩區中成長以形成結晶。當用於結晶作用的溶液被過度濃縮或迅速降溫時，其會到達超越介穩區的過飽和狀態，且因此會發生晶體成核而非晶體成長，而形成較多的細晶體。因此，為了要得到具有適當尺寸的結晶，必須在適當的速度下進行結晶作用，且用於結晶作用的溶液需在介穩區中維持過飽和狀態。
在本發明之一實施例中，作為起始材料的D-阿洛酮糖溶液可藉由表現D-阿洛酮糖異構酶的棒桿菌屬(Corynebacterium genus)細菌或藉由由其分離出的D-阿洛酮糖異構酶製備。
在本發明之一實施例中，如韓國專利申請案號第2009-0118465號所述，D-阿洛酮糖溶液可藉由對經培育谷氨酸棒狀桿菌KCTC 13032獲得的細胞或由固定化載體(carrier)中之所述固定化細胞分離出的酵素進行固定化，以及向固定化細胞或酵素提供作為基質的果糖而獲得。
為了由D-阿洛酮糖溶液得到D-阿洛酮糖結晶，必須移除可能影響D-阿洛酮糖的純化與結晶作用的其他物質，以形成有效結晶作用所需的條件。
因此，根據本發明之D-阿洛酮糖結晶的製造方法可包括移除D-阿洛酮糖溶液中的雜質，以得到純化的D-阿洛酮糖溶液。
在本發明之一實施例中，得到D-阿洛酮糖溶液可包括：使所述D-阿洛酮糖溶液通過填充有脫色劑的管柱，以對所述D-阿洛酮糖溶液進行脫色；藉由離子交換層析法對所述脫色的D-阿洛酮糖溶液進行除鹽；以及使所述除鹽的D-阿洛酮糖溶液通過填充有離子交換樹脂的管柱，以得到純化的D-阿洛酮糖溶液，其中鈣活性 基附著於所述離子交換樹脂上。
在本發明之一實施例中，所述D-阿洛酮糖溶液的所述除鹽步驟可藉由層析法進行，其中所述溶液通過填充有陽離子交換樹脂的管柱、填充有陰離子交換樹脂的管柱以及填充有陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂的混合物的管柱。
一般來說，使用層析法來進行分離以得到高純度的D-阿洛酮糖。為了得到D-阿洛酮糖結晶，D-阿洛酮糖溶液中的D-阿洛酮糖的量應為約70%至約85%或更多。由於由D-阿洛酮糖異構酶反應製備的D-阿洛酮糖溶液中的D-阿洛酮糖純度為約22%，此濃度太低而難以直接進行(perform)結晶作用，因此在結晶作用之前應將D-阿洛酮糖純化及濃縮至一理想程度。為了得到高純度的D-阿洛酮糖結晶，在進行結晶作用之前，可藉由對溶液進行脫色與除鹽來去除雜質，且可藉由層析法來純化D-阿洛酮糖，其中層析法例如是使用填充有鈣活性基附著於其上之離子交換樹脂的管柱。
根據本發明之D-阿洛酮糖結晶的製造方法可包括濃縮純化的D-阿洛酮糖溶液。
在本發明之一實施例中，純化的D-阿洛酮糖溶液的濃縮可在約60℃至約70℃下進行。當濃縮溶液的溫度增加至高於約70℃時，D-阿洛酮糖可能會發生熱變性(thermally denatured)。當溫度降至低於約60℃時，則難以將溶液濃縮至理想程度。由於在進行濃縮時，蒸發熱(heat of evaporation)會使得反應物的溫度迅速增加，因此溶液的濃縮應在將溫度維持為等於或低於70℃的狀態下迅速進行。
在本發明之一實施例中，D-阿洛酮糖溶液的濃縮可在約65℃或更低溫度下進行。
根據本發明之D-阿洛酮糖結晶的製造方法可包括藉由控制溶液的溫度與濃度，以由在介穩區中為過飽和狀態的濃縮的D-阿洛酮糖溶液結晶D-阿洛酮糖。
在本發明之一實施例中，用於進行結晶步驟的濃縮的D-阿洛酮糖溶液可為濃度約70%至約85%(克/克)的D-阿洛酮糖溶液。
在本發明之一實施例中，可於用於進行結晶步驟的濃縮的D-阿洛酮糖溶液中添加D-阿洛酮糖晶種，以D-阿洛酮糖溶液中的D-阿洛酮糖總量計，所述D-阿洛酮糖晶種的量為約0.01%至約1%(克/克)。
在本發明中，是藉由將D-阿洛酮糖溶液在介穩區中維持為過飽和狀態來製造D-阿洛酮糖結晶，其中D-阿洛酮糖是以高於或等於平衡濃度的狀態存在，所述平衡濃度為溶液中的D-阿洛酮糖與溶劑形成平衡狀態且晶體成長會自動發生時的濃度。結晶作用所需的過飽和狀態可藉由降低D-阿洛酮糖溶液的溫度或改變D-阿洛酮糖溶液中的D-阿洛酮糖濃度來維持。
在本發明之一實施例中，可藉由在預定間距下收集樣品，並以肉眼或使用顯微鏡觀察樣品或分析離心樣品所得的上清液的糖濃度來監測結晶步驟進程中的結晶作用。根據此結果，可控制D-阿洛酮糖的溫度或濃度。
在本發明之一實施例中，於D-阿洛酮糖溶液中添加D-阿洛酮糖晶種後，當溶液中的D-阿洛酮糖的晶體成長停止或D-阿洛酮糖溶液的濃度不再改變時，可藉由降低溫度使結晶步驟中的D-阿洛酮糖溶液在介穩區中維持過飽和狀態。
在本發明之一實施例中，當D-阿洛酮糖濃縮至過飽和或更濃的程度時，藉由添加濃度低於D-阿洛酮糖溶液的D-阿洛酮糖溶液，可將結晶步驟中的D-阿洛酮糖溶液在介穩區中維持過飽和狀態，接著於D-阿洛酮糖溶液中添加D-阿洛酮糖晶種並藉由溫和攪拌溶液(諸如以約10 rpm的方式攪拌溶液)的方式進行晶體成長。
在本發明之一實施例中，用於使結晶步驟的D-阿洛酮糖溶液在介穩區中維持過飽和狀態而添加的D-阿洛酮糖溶液包括D-阿洛酮糖且濃度低於濃縮至過飽和或更濃的程度的D-阿洛酮糖溶液濃度。舉例來說，所添加的D-阿洛酮糖溶液可為濃度約60%至約70%的D-阿洛酮糖溶液。
在本發明之一實施例中，結晶步驟中的過飽和狀態可存在於飽和濃度與高於飽和濃度約6%(克/克溶液)之濃度之間。
過飽和濃度為物質的本質，且可藉由降溫或濃縮飽和溶液而獲得。可分別以濃度與溫度來定義過飽和濃度與過飽和溫度，其中當溶液溫度由到達飽和的溫度緩慢下降時，高度濃縮的溶液會達到不穩定狀態而開始形成細晶體。會產生微晶的過飽和濃度可藉由以下步驟來確認，添加去離子水至具有過飽和濃度的溶液、復熱(reheat)溶液以迅速溶解微晶、在稀釋濃度下將溶液溫度控制至飽和溫度以及復冷(recool)溶液。物質的介穩區可藉由以下步驟確認，在不同飽和溫度下重複對物質容易進行稀釋、加熱以及復冷步驟。D-阿洛酮糖在其固有的介穩區中亦具有一濃度範圍，且此範圍被確認為從等於或高於飽和濃度至高於飽和濃度約6%的範圍。可進行結晶作用以得到形狀穩定且大尺寸的結晶，且使D-阿洛酮糖溶液中的D-阿洛酮糖維持在介穩區中。
在本發明之一實施例中，根據本發明之D-阿洛酮糖結晶的製造方法可更包括：回收在結晶步驟中所獲得的D-阿洛酮糖結晶，以去離子水清洗結晶，以及乾燥結晶。
乾燥結晶可在流動層乾燥機或真空乾燥機中進行。
在本發明之一實施例中，純化的D-阿洛酮糖結晶具有約0.1 mm至約0.2 mm的尺寸。
在本發明之一實施例中，純化的D-阿洛酮糖結晶可藉由以下方法製造，此方法包括：將由酵素反應及其類似方法製造的D-阿洛酮糖溶液濃縮至濃度為約40%(克/克溶液)，並使所產生的溶液以約每小時4公尺的線性速度通過填充有顆粒活性炭(GAC)脫色劑的管柱以進行脫色；在約40℃及每小時離子交換樹脂體積之兩倍的速度下，將脫色的D-阿洛酮糖溶液注入多個管柱，其中各管柱填充有陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂以及陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂的混合物，以對脫色的D-阿洛酮糖溶液進行除鹽；將經脫色與除鹽而純化的D-阿洛酮糖溶液濃縮至約60%(克/克溶液)的濃度，並使溶液通過填充有離子交換樹脂的分離管柱，其中所述離子交換樹脂上附著有鈣活性基，以分離阿洛酮糖與果糖；於濃縮機中在約70℃或更低溫度下，將分離的D-阿洛酮糖溶液濃縮至約85%(克/克)的濃度；將D-阿洛酮糖晶種注入濃縮的D-阿洛酮糖溶液中，其中以溶解於濃縮的D-阿洛酮糖溶液中的D-阿洛酮糖的總量計，D-阿洛酮糖晶種的量為約0.01%至約1%(克/克)，且控制溫度與濃度以由在介穩區中為過飽和狀態的溶液中結晶D-阿洛酮糖；以及藉由離心由經結晶作用的溶液中分離出D-阿洛酮糖結晶、清洗所述溶液與D-阿洛酮糖結晶以及對在流動層乾燥機或真空乾燥機上的結晶進行乾燥。
在此，將參照特定實例來詳細描述本發明。然而，這些實例僅用於說明目的而非用以限制本發明的範圍。
實例1： 使用棒桿菌屬微生物製造低純度D-阿洛酮糖溶液
如韓國專利申請案號第10-2009-0118465號所述，藉由使用D-阿洛酮糖的連續製造方法來製備D-阿洛酮糖，此方法包括培育谷氨酸棒狀桿菌KCTC 13032及藉由其上固定有微生物或由微生物分離出的D-阿洛酮糖異構酶的載體將果糖轉化成D-阿洛酮糖。藉由使用此法所製備的D-阿洛酮糖溶液中的D-阿洛酮糖濃度為約22%，其濃度過低以致於無法由其直接進行結晶化。
實例2： 低純度D-阿洛酮糖溶液的純化
將實例1所製造的D-阿洛酮糖溶液濃縮至約40%(克/克溶液)，接著使其通過填充有顆粒活性炭的脫色管柱以移除濃縮溶液中的有色物質。
在由實例1所製造的D-阿洛酮糖溶液中，以D-阿洛酮糖的固體含量來看，其純度為約22%，此純度過低而不適於進行結晶作用。欲進行結晶之物質的純度應該增加至約70%至約90%或更高以利於結晶作用。藉由層析法能進行D-阿洛酮糖的有效分離，且應從D-阿洛酮糖溶液中移除離子。當欲分離之溶液中存在離子組分時，分離樹脂中的活性基會被離子組分取代，且降低樹脂的分離能力，因此無法重複使用分離樹脂。因此，使由上述方法所製備的脫色的D-阿洛酮糖溶液通過填充有經氫基取代的陽離子交換樹脂與經氫氧基取代的陰離子交換樹脂的管柱，接著在最終步驟使其通過填充有陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂的混合物的離子交換管柱，以移除溶液中的離子組分。可藉由使用電導計來測量電阻以確認溶液中離子組分的移除。將純化溶液的導電率控制為約10微西門子/公分或更低。
實例3： 以層析法製備高純度D-阿洛酮糖溶液
在經實例2所述的脫色與除鹽步驟移除諸如有色物質與離子組分等雜質後，低純度D-阿洛酮糖溶液已被濃縮至約60%(克/克溶液)，接著使其通過經鈣離子基團取代的離子交換樹脂(漂萊特(Purolite) PCR 642 K)以得到純化的D-阿洛酮糖溶液。
填充於離子交換樹脂管柱中的離子交換樹脂的體積為約200公升，通過管柱的樣品體積(即在實例2中製備的純化的D-阿洛酮糖溶液)為約20公升，以及操作溫度為約60℃。以約260公升/小時之速度將樣品注入以及以去離子水沖洗，接著使用HPLC系統(HP,Agilent 1200系列)分別測量每一收集部分(fraction)的果糖與D-阿洛酮糖的濃度。得到純的D-阿洛酮糖部分，且對含D-阿洛酮糖與果糖的部分進行濃縮並將其再次視為待分離的樣品。經鈣離子基團取代的管柱(Bio-Rad,Inc.)用作HPLC分析管柱，以及以約0.5毫升/分鐘之流速提供去離子水。
實例4： D-阿洛酮糖溶液的濃縮
為了得到適於進行結晶作用的D-阿洛酮糖濃縮物，將於實例3中純化的D-阿洛酮糖溶液放入真空濃縮機(EYELA Inc.,N-11)中以及將其濃縮至約80%(克/克溶液)。將濃縮溶液分裝至各管中，並將各管分別置於70℃、65℃以及60℃的水浴中。在固定的時間間距下收集樣品，以測量濃縮溶液的各分裝中的殘餘量。此結果顯示於圖2。當濃縮溶液的溫度高於約70℃時，在3小時後發現D-阿洛酮糖會熱變性，且在22小時後相較於起始量僅剩約78%。即使在濃縮製程中藉由蒸發熱將內溫維持為約40℃或更低溫，但當D-阿洛酮糖的量變成約80%(克/克溶液)或更多時，溫度會迅速增加。根據這些結果，發現當D-阿洛酮糖被濃縮至約80%(克/克溶液)或更濃時，需要迅速地將濃縮物的內溫降低至約70℃或更低，或在諸如約65℃或更低溫下進行濃縮步驟。
實例5： 製備D-阿洛酮糖晶種
如實例4所述，在實例3經純化與分離的D-阿洛酮糖溶液(含約1000 g D-阿洛酮糖)被濃縮至約85%(克/克溶液)。購買1 g的95%純度產品(Sigma)，將其放置於研缽(mortar)中並研磨，且接著與乙醇溶液混合。以具有雙護套兩公升反應槽的反應器系統(IKA,LR-2. ST)作為結晶器，將結晶器中的濃縮溶液的初始溫度控制為約50℃，接著加入純度為95%的製備D-阿洛酮糖乙醇溶液作為晶種，以及以約100 rpm的速度攪拌生成溶液。在確認混合濃縮溶液與晶種之後，將攪拌速度重新控制為約10 rpm，且將混合液以1℃/小時的速度冷卻。使用顯微鏡確定D-阿洛酮糖結晶數目迅速增加下的濃度。此狀態被視為過飽和。接著，維持溫度，使結晶成長至顯微觀察與量醣計分析顯示結晶不再繼續成長或上清液的糖類濃度不再改變為止，接著將溶液溫度冷卻約1℃。在將溫度冷卻至約33℃以後，得到如圖3所示的最終晶態。在約33℃下停止進行冷卻，且藉由進行離心脫水、清洗以及乾燥以得到D-阿洛酮糖晶種。所得到的最終晶種的直徑為約0.04 mm至約0.10 mm，以及相較於初始水溶液中的D-阿洛酮糖重量，其乾重為約40%。
實例6： 決定D-阿洛酮糖的飽和濃度與過飽和濃度
重複實例3至5的流程以得到純的D-阿洛酮糖。溶解所製備的D-阿洛酮糖，以得到溫度下的飽和曲線。初始溫度為30℃，加入少量D-阿洛酮糖也無法再溶解D-阿洛酮糖時的濃度為此對應溫度下的飽和濃度，以及藉由將溫度增加至80℃來決定飽和濃度，以歸納出如圖1所示的D-阿洛酮糖飽和曲線。
此外，溶解D-阿洛酮糖且濃縮至約85%(克/克溶液)。接著，將D-阿洛酮糖溶液放入結晶器中，且將溫度緩降至細晶體會迅速形成的溫度。加入去離子水以改變飽和濃度，且接著重複冷卻實驗以決定各飽和溫度的過飽和濃度。根據結果，製備如圖1所示的D-阿洛酮糖過飽和曲線。
實例7： 改變溫度下的D-阿洛酮糖的結晶作用
獲得如實例3所述之經純化的D-阿洛酮糖溶液(含約2,780 g的D-阿洛酮糖)，將其濃縮至約85%(克/克溶液)並置於結晶器中。藉由控制結晶器將溫度維持為50℃。將實例5所得的晶種放入研缽，且與乙醇混合以製備D-阿洛酮糖溶液。將D-阿洛酮糖乙醇溶液作為晶種引入至結晶器中的濃縮D-阿洛酮糖溶液中，相對於用於結晶作用之溶液中的D-阿洛酮糖，晶種的量為0.3%(w/w)。接著，以約100 rpm的速度以攪拌器攪拌生成溶液，使得晶種均勻地分佈於濃縮溶液中。接著，將攪拌器的速度降至約10 rpm，在預定時間間隔下收集樣品，並藉由顯微鏡觀察結晶的增加數目與結晶的尺寸改變。使用1.5毫升的微量管離心樣品，且分別藉由量醣計與HPLC測量上清液的濃度與純度。
當溫度達到晶體尺寸或上清液濃度不再改變的溫度點(飽和溫度)時，將結晶器的溫度冷卻約1℃，使得D-阿洛酮糖溶液會存在於其飽和濃度與過飽和濃度之間的區域(zone)，也就是在介穩區中維持過飽和狀態。
當藉由迅速降溫將用於結晶作用的D-阿洛酮糖溶液偏移至過飽和區域，會開始形成細晶體且晶種量會增加，最終使得晶體尺寸縮小。當晶體尺寸較小時，不容易藉由離心來進行脫水，使得難以在實際製程中使用這些結晶。
將最終上清液冷卻直到濃度達到約74%(克/克溶液)，且此時的晶態如圖4所示。將結晶作用已完全的溶液放入高速離心脫水機中，以約4,000 rpm的速度離心約10分鐘，接著倒出上清液並僅回收結晶。接著，在脫水期間，以噴灑方式加入去離子水以洗去結晶外表面的上清液。在脫水後，將回收的D-阿洛酮糖移轉至流動層乾燥機或真空乾燥機以進行乾燥。結果顯示乾燥後的D-阿洛酮糖結晶量為約1,408 g，相較於一開始溶解的約2,789 g D-阿洛酮糖，回收率為約50%。晶體尺寸的範圍介於約0.1 mm與約0.2 mm之間，相當於市售的果糖或蔗糖的尺寸的約1/2。
實例8： 不同濃度的D-阿洛酮糖的結晶作用
由如實例3所述的純化的D-阿洛酮糖溶液獲得約5,000 g的固體含量。其中，約2/3被濃縮至約60%(克/克溶液)，以及剩餘的1/3被濃縮至約80%(克/克溶液)。80%(克/克溶液)的濃縮溶液被放置於具有10公升燒瓶的濃縮機(EYELA Inc.,N-11)中，並以約10 rpm的速度攪拌並濃縮之。在真空下將實例5所製備的D-阿洛酮糖乙醇溶液用作晶種加入至燒瓶中，以及在燒瓶中設置溫度計以測量內溫的改變。當進行濃縮時，結晶會成長。在預定時間間隔下收集樣品，藉由顯微鏡觀察結晶的增加數目與結晶的尺寸改變，使用1.5毫升的微量管離心樣品，且藉由量醣計測量上清液的濃度且藉由HPLC測量上清液的純度。溶液有時會被濃縮至過飽和或更濃的程度，導致細晶體的形成。如此一來，晶體尺寸會縮小。在此狀態下，注入以約60%(克/克溶液)之低濃度預先製備的D-阿洛酮糖溶液，以溶解生成的細晶體且同時增加用於結晶作用之濃縮溶液的純度，其中所述用於結晶作用之濃縮溶液的純度因結晶成長而降低。
收集樣品並對其進行離心。接著，當觀察到晶體尺寸不再變化時，移除真空並將樣品置於約40℃下約12小時。此時的晶態如圖4所示。將結晶作用已完全的溶液放入高速離心脫水機中，以約4,000 rpm的速度離心約10分鐘，以倒出上清液並僅回收結晶。接著，以噴灑方式加入去離子水以洗去結晶外表面的上清液。在脫水後，將回收的D-阿洛酮糖結晶移轉至流動層乾燥機或真空乾燥機以進行乾燥。觀察到乾燥後的結晶量為約2,650 g，相較於已溶解的約5,000 g D-阿洛酮糖，回收率為約53%。確定晶體尺寸的範圍介於約0.1 mm與約0.2 mm之間。當比較此結晶與改變溫度所製備的結晶，由此獲得的結晶的長度長於改變溫度所得的結晶的長度。
有利功效
根據本發明之一實施例的製造方法可以用於製造D-阿洛酮糖結晶，所述方法是在不使用有機溶劑的狀態下，以經濟的結晶製程由D-阿洛酮糖溶液製備D-阿洛酮糖結晶，其中所述D-阿洛酮糖結晶為純的且適於工業應用。
即使以描述本發明之範例實施例，但可理解前文所述的實施例僅是作為實例而非用以限制本發明的潤飾與更動。本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，而非上述的詳細描述所界定者。應理解申請專利範圍的精神與範圍以及由這些等同物所衍生的所有潤飾與更動皆在本發明之精神和範圍內。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
圖1為說明純D-阿洛酮糖與溫度相關的飽和曲線與過飽和曲線的圖表。
圖2為說明D-阿洛酮糖在濃度為80%(克/克溶液)時與溫度相關的殘留量的圖表。
圖3為顯示使用顯微鏡觀察之生成的D-阿洛酮糖晶種的相片。
圖4為顯示根據本發明之一範例實施例之藉由溫度控制所製造的D-阿洛酮糖結晶的相片，其使用顯微鏡拍攝。
圖5為顯示根據本發明之一範例實施例之藉由真空濃縮所製造的D-阿洛酮糖結晶的相片，其使用顯微鏡拍攝。

Claims (7)

  1. 一種D-阿洛酮糖結晶的製造方法，所述方法包括：移除D-阿洛酮糖溶液中的雜質，以得到純化的D-阿洛酮糖溶液；濃縮所述純化的D-阿洛酮糖溶液；以及由在介穩區中為過飽和狀態的所述濃縮的D-阿洛酮糖溶液中結晶D-阿洛酮糖，其中所述濃縮所述純化的D-阿洛酮糖溶液的步驟是在60℃至70℃的溫度下進行，同時將溫度維持為等於或低於70℃。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之D-阿洛酮糖結晶的製造方法，其中所述得到所述純化的D-阿洛酮糖溶液的步驟包括：使所述D-阿洛酮糖溶液通過填充有脫色劑的管柱，以對所述D-阿洛酮糖溶液進行脫色；藉由離子交換層析法對所述脫色的D-阿洛酮糖溶液進行除鹽；以及使所述除鹽的D-阿洛酮糖溶液通過填充有離子交換樹脂的管柱，以得到純化的D-阿洛酮糖溶液，其中鈣活性基附著於所述離子交換樹脂上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之D-阿洛酮糖結晶的製造方法，其中於用於進行所述結晶步驟的所述濃縮的D-阿洛酮糖溶液中添加D-阿洛酮糖晶種，以所述濃縮的D-阿洛酮糖溶液中的D-阿洛酮糖總量計，所述D-阿洛酮糖 晶種的量為約0.01%至約1%(克/克)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之D-阿洛酮糖結晶的製造方法，其中用於進行所述結晶步驟的所述濃縮的D-阿洛酮糖溶液為濃度約等於或大於70%(克/克)的D-阿洛酮糖溶液。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之D-阿洛酮糖結晶的製造方法，其中當D-阿洛酮糖的晶體停止成長或所述D-阿洛酮糖溶液的濃度不再改變時，藉由降低所述溶液的溫度來監測所述結晶步驟中的結晶作用進程，使所述濃縮的D-阿洛酮糖溶液在介穩區中維持過飽和狀態。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之D-阿洛酮糖結晶的製造方法，其中當所述溶液中的D-阿洛酮糖濃縮至過飽和或更濃的程度時，藉由添加濃度低於所述溶液的D-阿洛酮糖溶液來監測所述結晶步驟中的結晶作用進程，使所述濃縮的D-阿洛酮糖溶液在介穩區中維持過飽和狀態。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之D-阿洛酮糖結晶的製造方法，其中在所述結晶步驟中，介穩區中的過飽和狀態存在於飽和濃度至高於所述飽和濃度約6%(克/克溶液)之濃度的範圍內。
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