TWI659108B - 製備阿洛酮糖之有效方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種在製備阿洛酮糖之製程中有效利用以高純度層析法分離阿洛酮糖轉化產物之製程中所獲得的果糖萃餘物之方法，且更具體言之，藉由將該製備阿洛酮糖之製程中所獲得的果糖萃餘物供應至製備果糖之製程中，利用該果糖萃餘物製備含果糖原料溶液，由此製備阿洛酮糖。

Description

製備阿洛酮糖之有效方法
本發明係關於一種有效地利用阿洛酮糖製備製程中獲得的果糖萃餘物之方法，且更具體言之，藉由將阿洛酮糖製備製程中獲得的果糖萃餘物供應至果糖製備製程中，利用阿洛酮糖製備製程中獲得的果糖萃餘物作為含果糖原料來製備阿洛酮糖。
阿洛酮糖為果糖(D-果糖)之差向異構體且為一種稱為稀有糖之功能性醣，已知其具有預防及改善糖尿病之作用，因為其具有糖的約60%至70%之甜度且具有幾乎零熱量。另外，已知阿洛酮糖具有極好的溶解性，且其為食品中用於引起關注的材料之一。
在用於製備阿洛酮糖之方法中存在化學方法及生物方法，且近來，用生物方法製備阿洛酮糖之方法藉由使含果糖之受質溶液與阿洛酮糖差向異構酶或產生該酶之微生物接觸來進行阿洛酮糖轉化反應。
用於阿洛酮糖轉化製程之反應原料可以為藉由使自澱粉等降解獲得的葡萄糖發生異構化反應獲得的果糖異構化反應物。
然而，由於包含D-阿洛酮糖之反應溶液為低純度產物，故需要分離出高純度阿洛酮糖。實際上，已經應用各種方法來分離具有高純度的工業上製造之材料，且就糖而言，在主要使用層析法製備出高純度溶液之後，藉由結晶來製造產物。為了自阿洛酮糖轉化反應溶液獲得高純度阿洛酮糖產物，可 以進行高純度分離製程，且此外，為了獲得阿洛酮糖晶體，可以藉由使用高純度阿洛酮糖漿進行阿洛酮糖結晶製程。
由於在阿洛酮糖分離製程中不僅產生阿洛酮糖，且亦產生包含高濃度果糖之果糖洗提份作為萃餘物，故需要一種藉由使果糖萃餘物再循環來提高阿洛酮糖之純度及產率且增加原料可用性的方法。
本發明的一個實施例提供用於製備阿洛酮糖之方法，該方法藉由將阿洛酮糖製備製程中獲得的果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中以製備含果糖原料且將其作為原料用於阿洛酮糖製備製程中以製備阿洛酮糖；及用於該方法之裝置，以便藉由利用果糖萃餘物提高阿洛酮糖之純度及產率且增加原料之可用性。
本發明之另一實施例提供藉由將阿洛酮糖製備製程之果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中來製備含果糖原料的方法，及用於該方法之裝置，以便藉由使果糖萃餘物再循環來提高阿洛酮糖之純度及產率且增加原料之可用性。
本發明的一個具體實例係關於用於製備阿洛酮糖之方法及裝置，該方法包含藉由將阿洛酮糖製備之分離製程中獲得的果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中來製備含果糖原料，並將所製備的含果糖原料作為原料用於阿洛酮糖製備製程中。根據本發明的用於製備可用於阿洛酮糖製備之含果糖原料的方法係藉由使果糖萃餘物再循環來提高阿洛酮糖之純度及產率及增加原料之可用性的方法。
在根據本發明的製備阿洛酮糖之方法中，由於在阿洛酮糖製備之分離製程中獲得含高濃度果糖之果糖萃餘物，使用自阿洛酮糖製備之分離製程中之果糖萃餘物獲得的含果糖原料製備阿洛酮糖之方法係一種在阿洛酮糖製備製程中利用果糖製備製程之製程，該果糖萃餘物係提供至果糖製備之分離製程中且作為含果糖原料獲得以用於阿洛酮糖製備。
本發明之一個具體實例係關於一種製備阿洛酮糖之方法，其包含以下步驟：用模擬移動床(simulated moving bed，SMB)層析法分離阿洛酮糖轉化產物以獲得阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物，且再循環果糖萃餘物作為阿洛酮糖轉化反應之原料。
本發明之另一具體實例係關於一種製備用於阿洛酮糖製備之含果糖原料的方法，該方法藉由用模擬移動床(SMB)層析法分離阿洛酮糖轉化產物以獲得阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物，且將該果糖萃餘物供應至果糖製備製程中，例如果糖分離製程中來進行。
本發明之另一具體實例係關於一種製備阿洛酮糖之裝置，該裝置包含一阿洛酮糖轉化反應器，其使用含果糖原料且使用生物催化劑進行阿洛酮糖轉化反應，一SMB層析分離器，其包含一填充有含活性基團之陽離子交換樹脂的管柱、一進料口及一用於排出阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物之出口，及一果糖分離器件，用於自該層析分離器排出之果糖萃餘物中分離果糖。
該製備阿洛酮糖之裝置可以進一步包含一連接部件，其用於連接一果糖製備器件及一阿洛酮糖製備器件，以便提供自果糖分離器或果糖製備器件獲得的含果糖原料，用於將自果糖製備裝置之濃縮器排出的含果糖原料提供至阿洛酮糖製備器件中。此外，該製備阿洛酮糖之裝置可以視情況包含一儲 罐，其用於儲存含果糖原料，以控制供應至阿洛酮糖轉化反應器中之含果糖原料的進料量及進料速率。
在下文中，將更詳細地描述本發明。
根據本發明的用於製備欲用於阿洛酮糖轉化反應之含果糖原料的方法係藉由在用SMB層析法分離阿洛酮糖轉化產物之步驟中獲得阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物且將該果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中來製備含果糖原料的方法。
在一個特定具體實例中，該用於製備含果糖原料的方法包含(1)用含果糖原料製備阿洛酮糖轉化產物的阿洛酮糖轉化步驟；(2)藉由對阿洛酮糖轉化產物進行離子純化及SMB層析分離來獲得阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物的阿洛酮糖分離步驟；以及(3)藉由將該果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中來製備含果糖原料的步驟。
根據本發明的用於製備阿洛酮糖之方法可以包含以下步驟：用SMB層析法分離阿洛酮糖轉化產物以獲得阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物，將該果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中以製備含果糖原料，及進行該含果糖原料之阿洛酮糖轉化反應。
在一個特定具體實例中，該製備阿洛酮糖之方法包含(1)用含果糖原料製備阿洛酮糖轉化產物的阿洛酮糖轉化步驟；(2)藉由對阿洛酮糖轉化產物進行離子純化及SMB層析分離來獲得阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物的阿洛酮糖分離步驟；及(3)藉由將該果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中來製備含果糖原料的步驟；及(4)將該含果糖原料供應至阿洛酮糖轉化製程中的步驟。該製備阿洛酮糖之方法可以進一步包含(5)對阿洛酮糖製備之分離製程中獲得的阿洛酮糖洗提份進行離子純化、濃縮及結晶的阿洛酮糖結晶步驟。
本發明的製備阿洛酮糖之製程可以使用連續製程及分批製程兩 種，較佳使用連續製程。
在本說明書中，術語「萃餘物(raffinate)」亦稱為「殘餘溶液」。由進料材料提供之分離製程獲得的產物包括兩份目標洗提份，其包括利用分離製程增加含量之目標材料及含有待移除或降低含量之材料的殘餘溶液。在本發明之一個具體實例中，阿洛酮糖轉化製程中所獲得的產物係作為原料之果糖與作為產物材料之阿洛酮糖的混合物。在阿洛酮糖轉化產物通過SMB層析分離之後，產生阿洛酮糖含量增加之阿洛酮糖洗提份及殘餘溶液。由於在殘餘溶液中包括大量用作反應原料之果糖，故可以獲得果糖萃餘物。
本發明之有利之處在於使用果糖萃餘物製備阿洛酮糖之有效方法、藉由自含果糖萃餘物之果糖製備製程獲得含果糖原料且接著將其作為原料提供至阿洛酮糖轉化製程的果糖製備製程之高產率，及由於使用果糖製備製程處理果糖萃餘物而無需另外的果糖萃餘物處理器件的製程設計及操作。
在下文中，將藉由每個步驟詳細描述根據本發明之阿洛酮糖製備製程，其包括使阿洛酮糖轉化產物之高純度分離製程中所獲得的果糖萃餘物再循環。
(1)阿洛酮糖轉化製程
阿洛酮糖轉化製程係藉由進行阿洛酮糖轉化反應，自含果糖原料獲得阿洛酮糖，且產生包括作為果糖轉化反應產物之阿洛酮糖之反應溶液的製程。
在本發明的一個特定具體實例中，根據生物方法製備阿洛酮糖之方法可以培養產生阿洛酮糖差向異構酶之菌株或包括編碼阿洛酮糖差向異構酶之基因的重組菌株，且可以使該阿洛酮糖差向異構酶與含果糖原料反應以產生阿洛酮糖。阿洛酮糖差向異構酶反應可以在液相反應或使用固定酶之固相中進行。
另外，阿洛酮糖可以藉由獲得產生阿洛酮糖差向異構酶之菌株或包括編碼阿洛酮糖差向異構酶之基因的重組菌株，且使含果糖原料與用於阿洛酮糖製備之組成物反應而產生，該組成物包含選自由該菌株之微生物細胞、該菌株之培養物、該菌株之溶解產物及該溶解產物或培養物之提取物組成之群的一或多種。當藉由使用產生阿洛酮糖差向異構酶之菌株的微生物細胞製備阿洛酮糖時，其可以藉由液相反應或使用固定化微生物細胞之固相來進行。
在本發明的一個特定具體實例中，產生阿洛酮糖差向異構酶之菌株可以為具有高穩定性且可以將果糖以高產率轉化成阿洛酮糖或產生阿洛酮糖差向異構酶之菌株。該菌株可以為由自然界分離之菌株或其突變菌株、非GMO菌株或引入編碼阿洛酮糖差向異構酶之基因的重組菌株。在本發明之一個具體實例中，可以使用各種已知菌株作為非GMO菌株。重組菌株可以藉由使用各種宿主細胞來製備，例如大腸桿菌、芽孢桿菌屬(Bacillus sp.)菌株、沙門氏菌屬(Salmonella sp.)菌株及棒狀桿菌屬(Corynebacterium sp.)菌株等，但較佳為GRAS菌株，諸如棒狀桿菌屬菌株，且可以為麩胺酸棒狀桿菌(Corynebacterium glutaricum)。
根據本發明之一個具體實例的阿洛酮糖轉化製程係藉由生物方法來進行。舉例而言，在固相反應之情況下，其可以進一步包括將固定在支撐物上之阿洛酮糖差向異構酶或微生物細胞填充至管柱中的步驟，及將果糖溶液提供至填充管柱中的步驟。管柱係由支撐物固定之酶或微生物細胞填充，且填充方法可以根據本發明所屬技術領域之技術者根據所用酶或微生物細胞、或固定載劑容易地選擇適當的填充方法來進行。在本發明的一個特定具體實例中，填充床管柱可以藉由將固定化酶或微生物細胞填充至管柱中來製備。酶反應，亦即果糖轉化成阿洛酮糖可以藉由將果糖溶液受質提供至填充床管柱來進行。
在阿洛酮糖轉化反應中，該反應可以在pH 4.5至7.5，例如pH 4.7至7.0，或pH 5.0至6.0或pH 5.0至5.5之條件下進行。此外，該反應可以在30℃或高於30℃，例如40℃或高於40℃之溫度條件下進行。用於將果糖轉化成阿洛酮糖之酶活性(例如差向異構酶)可以藉由金屬離子來控制，且因此在阿洛酮糖之製造中，當添加金屬離子時，可以增加阿洛酮糖之生產速率中果糖轉化成阿洛酮糖的轉化效率。因此，用於產生阿洛酮糖之組成物可以進一步包含一或多種選自由以下組成之群的金屬離子：銅離子、錳離子、鈣離子、鎂離子、鋅離子、鎳離子、鈷離子、鐵離子、鋁離子等。
關於阿洛酮糖及其製備方法之詳細技術內容揭示於韓國專利公開案第2014-0021974號、韓國專利公開案第2014-0054997號、韓國專利公開案第2014-0080282號或韓國專利第10-1318422號中。
作為原料供應至根據本發明之阿洛酮糖轉化製程中的果糖可以藉由生物方法或化學方法，較佳藉由生物方法來製備。作為原料之果糖可以液相原料或諸如果糖粉末之粉末原料形式提供，且在果糖漿之情況下，其可以為在生物方法或化學製備方法中獲得的產物，或藉由將果糖粉末溶解於諸如水之溶劑中所製備的產物。
在用生物方法製備果糖原料的一個具體實例中，果糖可以藉由進行果糖異構化製程來獲得，該果糖異構化製程用果糖異構酶或產生該酶之微生物細胞使含葡萄糖之原料異構化，且經由初級離子純化、高純度層析分離製程、果糖異構化製程產物之二級離子純化及濃縮來將其分離。
在用於製造阿洛酮糖之方法中，為了有效製造阿洛酮糖，用作受質之果糖的濃度以總反應物計可以為85 w/v%或高於85 w/v%、90 w/v%或高於90 w/v%，或95 w/v%或高於95 w/v%，例如為85 w/v%至99 w/v%、88 w/v%至99 w/v%、88 w/v%至99 w/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)。果糖之濃度可以藉由考慮製程之經濟性及果糖之溶解性決定，且所用果糖可以為藉由將果糖溶解於緩衝溶液或水(例如蒸餾水)中而製備的溶液。
為了說明根據本發明之實施例的果糖製備製程，可以自糖或葡萄糖獲得果糖。因此，提供一種藉由使用通用的廉價原料，諸如葡萄糖、果糖及糖以高產率製備阿洛酮糖之方法，由此能夠大量製造阿洛酮糖。
為了說明本發明之果糖製備製程的一個具體實例，在將玉米澱粉與水混合達到30至35重量%之後，藉由酶水解獲得葡萄糖含量為88重量%或高於88重量%之糖化溶液。接著，藉由進行移除糖化溶液之雜質的步驟及果糖異構化步驟，獲得果糖含量為40重量%至44重量%之果糖漿。接著，藉由使用SMB層析法獲得葡萄糖萃餘物及果糖洗提份並使其通過二級離子純化且濃縮果糖洗提份，產生果糖含量為85重量%或高於85重量%，例如85重量%至99重量%的含果糖溶液。SMB吸附分離法描述於以下第(2)項中。用於移除雜質之製程可以藉由移除不溶性材料的步驟、使用活性碳脫色的步驟及將溶液裝載至離子交換樹脂管柱中以移除有色組分及離子組分雜質的步驟等進行。
果糖分離製程之特定具體實例可以包含初級離子純化、高純度層析分離、二級離子純化、濃縮及結晶，且視情況進行轉化產物之脫鹽、脫色或脫色及脫鹽製程。
本發明之果糖製備製程中所包括的濃縮步驟可以用各種方法進行，以便得到85重量%或高於85重量%之果糖含量。舉例而言，由SMB吸附分離方法獲得的果糖洗提份(例如20-30%之固體濃度)可以經由濃縮製程濃縮至45重量%至55重量%之固體濃度。
(2)阿洛酮糖轉化產物之分離製程
根據本發明之阿洛酮糖製備方法可以包含阿洛酮糖轉化產物之 分離製程，其包括阿洛酮糖轉化產物之離子純化及SMB層析分離。在一個特定具體實例中，對阿洛酮糖轉化產物進行SMB層析分離，由此產生阿洛酮糖含量高於阿洛酮糖轉化產物之阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物。將阿洛酮糖洗提份供應至濃縮步驟或結晶步驟且果糖萃餘物供應至果糖製備製程並再循環。
阿洛酮糖洗提份可以進行分離/純化，由此使阿洛酮糖含量達到85重量%或高於85重量%，例如85重量%至95%(w/w)。在高純度分離製程中獲得的果糖萃餘物之果糖含量可以為85重量%或高於85重量%，例如為85重量%至98重量%。果糖萃餘物中除果糖及葡萄糖外的雙醣類醣之含量以總醣之固體含量計較佳小於10重量%。雜質中之雙醣類醣包括麥芽糖、異麥芽糖等，且可以含有麥芽糖或異麥芽糖相關寡醣。
當再使用果糖萃餘物時，隨著再循環次數增加，雜質之含量亦增加。較佳進行該製程以將果糖萃餘物之雜質含量調至特定數值範圍以下。當雜質含量在特定數值範圍內時，藉由在阿洛酮糖製備製程中部分或全部排出果糖萃餘物來移除雜質。舉例而言，較佳以果糖萃餘物之總醣固體為100重量%計，將果糖萃餘物中雙醣類醣之含量維持在小於10重量%，例如小於8重量%、小於6重量%或小於5重量%。
阿洛酮糖製備製程中之離子純化步驟係移除阿洛酮糖轉化產物中包含之離子的製程，且其可以在SMB層析分離步驟之前及/或之後進行。在進行SMB層析分離之前進行離子純化製程的初級離子純化可以藉由與以下阿洛酮糖洗提份之二級離子純化相同或不同的方法進行。舉例而言，其可以藉由使用1、2或超過2個填充有相同種類或不同種類之離子交換樹脂的分離管柱進行。考慮到用於離子純化之樹脂的物理特性及離子純化效率，離子純化製程可以在35℃至50℃，例如38℃至58℃之溫度下進行。
在本發明之一個具體實例中，在進行阿洛酮糖轉化產物之初級 離子純化製程之前，可以視情況進一步進行用活性碳處理阿洛酮糖轉化產物之製程。
在本發明之一個具體實例中，由於分離製程中不會發生相變，故使用SMB層析法之高純度分離步驟係可用於確保材料之穩定性的分離方法。在該等吸附分離方法中，大量使用層析分離方法作為液相吸附分離方法。其中，模擬移動床(SMB)吸附分離方法係1961年之美國專利第2,985,589號中提出的一種分離技術，且相較於使用多個管柱連續分離的習知分批層析法，其有利之處在於，純度及生產率極佳且可使用較少溶劑。模擬移動床(SMB)吸附分離製程係連續地實施分離目標混合物之注入以及萃餘物及萃取物之產生的一種製程。
SMB之基本原理係模仿固定或移動之對流的流動且藉由以規則時間間隔移動管柱之間之位置實現連續分離。由於與吸附劑之親和力較弱而快速移動的材料在液相之流動方向上移動且彙集於萃取物中，且由於與吸附劑之親和力強而緩慢移動的材料在固定相之流動方向上移動且彙集於萃餘物中。管柱係串聯地連接，且進口由混合物及移動相組成，且出口由目標萃取物及萃餘物組成。
由於使用了在單醣分離製程中廣泛使用的添加有鹽之強酸性陽離子交換樹脂作為SMB中之分離樹脂，故在進行分離製程之後獲得的產物中包含金屬離子。強酸性陽離子交換樹脂之實例可以為連接有鈣活性基團之陽離子交換樹脂。
圖1顯示通用模擬移動床(SMB)吸附分離裝置之程序圖。通用模擬移動床(SMB)吸附分離裝置由以下組成：安置在由一或多個管柱組成之4個區段中且在各區段之間的吸附劑進入口、用於較強吸附物的萃取物排出口、分離目標混合物(進料)進入口及用於較弱吸附物之萃餘物排出口。使用 類似模擬移動床(SMB)吸附分離裝置分離混合物之方法可以用於芳香烴混合物之分離、乙苯之分離製程、手性化合物之分離製程等，且其可以用於作為藥物製備製程中之最終產物或中間物的外消旋混合物藥物之分離製程。
高純度分離製程可以在45℃至70℃，例如50℃至65℃之溫度下進行。
(3)將果糖萃餘物輸入果糖製備製程中
含果糖原料係藉由提供根據本發明的阿洛酮糖製備之高純度層析分離製程中獲得的果糖萃餘物來製備，且阿洛酮糖係藉由提供所製備的含果糖原料作為阿洛酮糖製備製程之原料來製備。
使阿洛酮糖製備製程中獲得的果糖萃餘物再循環且用作反應原料，由此使阿洛酮糖之製造產率增至最大且降低阿洛酮糖之製造成本。此外，由於使用果糖製備製程處理阿洛酮糖製備製程中獲得的果糖萃餘物，由此不需要另外的處理裝置，故自製程設計及操作之觀點看，其係有利的。可以操作生物反應器，藉由操作阿洛酮糖製備製程，以連續地產生目標產物，諸如阿洛酮糖，同時相較於初級活動維持適當的生產率水準。
在本發明之一個具體實例中，為了使阿洛酮糖製備之高純度分離製程中獲得的果糖萃餘物滿足用作阿洛酮糖轉化反應之原料的適當條件，可以進一步進行選自由離子純化、高純度分離製程(例如SMB分離)及濃縮製程組成之群的一或多種類別之方法，且該等製程可以藉由將果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中，使用果糖製備裝置來進行。
當藉由利用根據本發明之一個具體實例的果糖製備之分離製程使阿洛酮糖製備製程中獲得的果糖萃餘物再循環來進行果糖分離製程時，在果糖製備製程中進行之SMB層析分離製程中，利用果糖萃餘物再循環之製程相較於不利用果糖萃餘物再循環之製程具有增加的果糖洗提份固體分離產率，且例 如，以供應至SMB分離製程中之原料之固體為100重量%計，該利用果糖萃餘物再循環之製程中果糖洗提份之固體分離產率為50重量%至80重量%。
在一個特定具體實例中，果糖萃餘物可以供應至且再循環至選自由以下組成之群的一或多種類別之製程中：初級離子純化、使用SMB層析法之分離及二級離子純化，該等製程係作為果糖製備之分離製程。較佳地，為了使果糖萃餘物通過使用SMB層析法之高純度分離製程以維持果糖萃餘物中獲得的葡萄糖及除果糖外之雙醣雜質的含量低於特定含量，果糖萃餘物可以供應至使用SMB層析法之高純度分離製程或其前一製程中，且例如，其可以供應至初級離子純化或使用SMB層析法之高純度分離製程中。當將果糖萃餘物供應至初級離子純化或高純度分離製程中時，由於可以在果糖製備之高純度分離製程中移除包括葡萄糖及除果糖外之其他雙醣的雜質，使得雜質之濃度降低。
當果糖萃餘物中雜質之含量超出特定數值範圍時，可以在阿洛酮糖製備製程中將其排出及移除。舉例而言，較佳以果糖萃餘物之總醣為100重量%計，將果糖萃餘物中雙醣類醣之含量維持在小於10重量%，例如小於8重量%、小於6重量%或小於5重量%。雜質中之雙醣類醣包括麥芽糖、異麥芽糖等，且可以包括麥芽糖或異麥芽糖相關寡醣。
由於果糖萃餘物之鈣含量較高會降低阿洛酮糖轉化反應之活性，故可以另外進行用於控制離子濃縮之製程，或者可以在果糖製備之分離製程中在SMB分離製程之後進行二級離子純化製程。因此，通過果糖製備之分離製程的含果糖原料之鈣濃度可以控制在0.05mM或低於0.05mM、0.01mM或低於0.01mM、0.005mM或低於0.005mM，或0.001mM或低於0.001mM之濃度範圍。
在層析分離製程中獲得的果糖萃餘物具有20μs/cm至200μs/cm之電導率，且電導率之適當範圍可以藉由用離子純化製程處理果糖萃餘物達 到，且經處理產物之含果糖原料可以具有0至15μs/cm之電導率。
對於使阿洛酮糖製備之SMB層析製程中獲得的果糖萃餘物作為阿洛酮糖轉化反應之原料再循環，當混入SMB層析製程中之鈣(Ca)離子未經純化時，酶或微生物細胞之活性可能降低，且因此可能不利地影響阿洛酮糖之製造。
可以藉由使用填充有離子交換樹脂之層析法移除不利地影響阿洛酮糖轉化反應的金屬離子，諸如鈣。具體言之，離子交換步驟係藉由使用能夠與金屬離子組合的經羥基(OH-)取代之強鹼性或弱鹼性陰離子樹脂進行。
在果糖製備之分離製程中進行的離子純化可以藉由與第(2)項的阿洛酮糖轉化產物之分離製程中進行之離子純化相同的方法進行。
在阿洛酮糖製備之高純度分離製程中獲得的果糖萃餘物係15至25布里度(Brix)。考慮到阿洛酮糖轉化製程中提供的含果糖原料係45-55布里度，例如約50布里度，較佳藉由進行濃縮製程來增加果糖之含量。由於果糖之熱穩定性高於阿洛酮糖，果糖製備製程中之濃縮製程可以包含在70℃至85℃溫度下濃縮10分鐘至15分鐘。
在本發明之一個具體實例中，當將阿洛酮糖製備之高純度分離製程中獲得的果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中時，可以適當地調節與果糖異構化產物之混合比率以使果糖萃餘物之利用率最大化。考慮到果糖萃餘物之再循環方面，較佳將混合比率設定成最大限度地利用高純度分離製程中獲得的果糖萃餘物。舉例而言，提供至果糖製備之分離製程中的果糖萃餘物可以增加果糖萃餘物之混合量以使果糖含量達到特定數值或更高，由此維持果糖製備製程中最終含果糖原料的產率及濃度。必要時，可以藉由考慮與果糖製備製程之果糖異構化產物的混合比率，適當地控制果糖萃餘物之輸入量，且可以裝備用於果糖萃餘物之儲罐。
舉例而言，當將果糖萃餘物供應至果糖製備之初級離子純化製程中時，可以將其與果糖異構化產物混合並進行處理。當將果糖萃餘物供應至SMB分離製程中時，可以將其與初級離子純化產物混合並進行處理。當將果糖萃餘物供應至二級離子純化製程中時，可以將其與SMB分離製程之果糖洗提份混合並進行處理。
在本發明中，當將果糖萃餘物及果糖溶液同等地調整至50布里度時，以果糖溶液及果糖萃餘物之總含量為100重量%計，供應至果糖製備製程中的果糖萃餘物與作為果糖製備製程中之異構化產物的果糖溶液的混合比率(果糖溶液：果糖萃餘物)可以為65重量%至95重量%之果糖溶液及5重量%至35重量%之果糖萃餘物，較佳為75重量%至92重量%之果糖溶液及8重量%至25重量%之果糖萃餘物，例如80重量%至90重量%之果糖溶液及10重量%至20重量%之果糖萃餘物。
在本發明之一個具體實例中，舉例說明且描述自糖或葡萄糖製備果糖之製程，且果糖製備製程可以包含(A)藉由與含糖或含葡萄糖之原料進行果糖異構化反應製備果糖異構化產物的果糖異構化製程；(B)對果糖異構化產物進行初級離子純化及使用SMB層析法之分離以獲得果糖洗提份及葡萄糖萃餘物的果糖分離製程；以及(C)果糖洗提份之離子純化及濃縮製程。
本發明之果糖製備製程可以使用連續製程及分批製程兩種，較佳使用連續製程。在下文中，將利用每一步驟詳細描述根據本發明的經由果糖萃餘物再循環製備果糖之製程。
在本發明之一個具體實例中，當藉由使葡萄糖異構化來製備果糖時，可以藉由使含葡萄糖之原料異構化來獲得果糖。果糖異構化製程係藉由水解糖或使作為製備果糖之原料之葡萄糖異構化來獲得果糖的步驟。
用於水解的酶可以為選自由以下組成之群的一或多種類別：β- D-果糖苷酶，包括β-呋喃果糖苷酶、轉化酶、醣解酶等，蔗糖酶、α-葡糖苷酶及α-D-葡糖水解酶，但不限於此。用於使葡萄糖異構化的酶可以為葡萄糖異構酶或磷酸葡糖異構酶，但不限於此。
在本發明之一個具體實例中，為了分離及濃縮果糖異構化產物，可以對步驟(A)中獲得的果糖異構化產物進行初級離子純化及SMB層析分離製程。果糖製備之分離製程可以藉由與常用果糖製備製程相同的方法、製程及反應條件進行。初級離子純化及SMB層析法與第(2)項阿洛酮糖轉化產物之分離製程中所描述實質上相同。
果糖製備之分離製程可以包含初級離子純化、SMB層析分離、二級離子純化及濃縮，且視情況，用於移除果糖異構化產物中之雜質的製程可以用於移除不溶性材料之步驟、使用活性碳脫色之步驟、將溶液裝載至離子交換樹脂管柱中以移除有色組分及離子組分雜質的步驟等進行。在經過用於移除果糖異構化產物之雜質的製程之後，獲得果糖固體含量為40重量%至44重量%之果糖漿。
接著，可以藉由使用模擬移動床(SMB)吸附分離方法獲得葡萄糖萃餘物及果糖洗提份，且可以藉由對果糖洗提份進行二級離子純化及濃縮獲得以總固體含量為100重量%計具有45重量%至55重量%之固體含量的果糖溶液。
對於葡萄糖及果糖之分離，其可以與(2)阿洛酮糖轉化產物之分離製程中使用的SMB層析製程實質上相同之方式進行，且例如，可以使用粒度為220-320μm的鈣(Ca)型強酸性陽離子樹脂。本發明之果糖製備製程可以使用連續製程及分批製程兩種，較佳使用連續製程。在下文中，將利用每一步驟詳細描述根據本發明的經由果糖萃餘物再循環製備果糖之製程。
對於葡萄糖及果糖之分離，其可以與(2)阿洛酮糖轉化產物之分 離製程中使用的SMB層析分離製程實質上相同之方式進行，且例如，可以使用粒度為220-320μm的鈣(Ca)型強酸性陽離子樹脂。高純度分離製程可以在40℃至60℃，例如60℃之溫度下進行。
作為初級離子純化方法，其可以藉由與阿洛酮糖洗提份之初級離子純化相同或不同的方法進行，且例如，其可以藉由使用1、2或超過2個填充有相同種類或不同種類之離子交換樹脂的分離管柱進行。離子純化製程可以考慮用於離子純化之樹脂的物理特性及離子純化離子效率，設定製程條件來進行。
用於移除雜質之製程可以藉由用於移除不溶性材料之製程，以及使用活性碳脫色之製程，及將溶液裝載至填充有用於移除有色組分及離子組分雜質等之離子交換樹脂的管柱中來進行。
具有所需果糖含量之果糖原料可以藉由對高純度分離製程中獲得的果糖洗提份進行二級離子純化及濃縮製程來製備。
本發明之果糖製備製程中包含的濃縮製程藉由用各種方法濃縮來得到85重量%或高於85重量%之果糖含量。舉例而言，可以經由濃縮製程將由模擬移動床吸附分離方法獲得的果糖洗提份(例如固體濃度為20-30%)濃縮至45重量%至55重量%之固體濃度。果糖製備製程中之濃縮製程可以包含在70℃至85℃之溫度下濃縮10分鐘至15分鐘。濃縮可以藉由使用降膜式蒸發器(falling film evaporator)或薄膜蒸發器在減壓或真空條件下對其進行濃縮。果糖製備製程中之濃縮製程可以包含在70℃至85℃之溫度下濃縮10分鐘至15分鐘。
(4)將含果糖原料輸入阿洛酮糖轉化反應中
根據本發明之果糖製備製程中獲得的最終產物係作為阿洛酮糖轉化反應之反應原料供應至阿洛酮糖製備製程中。
果糖製備製程中果糖異構化產物之果糖含量可以為40重量%至44重量%，且經由高純度分離製程獲得的果糖洗提份之果糖含量可以為85重量%或高於85重量%，且經由濃縮製程獲得的最終產物之果糖含量可以為85重量%至99重量%。供應至阿洛酮糖轉化反應中的果糖原料可以具有85重量%或高於85重量%，例如85重量%至99重量%之果糖含量，及10重量%或低於10重量%，例如1重量%至10重量%之葡萄糖含量。
作為本發明之一個具體實例，當含果糖原料溶液之果糖含量為88重量%時，阿洛酮糖轉化產物之果糖含量可以具有64重量%至67重量%之果糖含量，以及21重量%至24重量%之阿洛酮糖含量及8重量%至10重量%之葡萄糖含量。此外，當含果糖原料溶液之果糖含量為95重量%時，阿洛酮糖轉化產物之果糖含量可以具有68重量%至71重量%之果糖含量，以及24重量%至27重量%之阿洛酮糖含量及2重量%至5重量%之葡萄糖含量。
果糖萃餘物中包含之果糖含量可以為85重量%或高於85重量%，例如為85重量%至99重量%。當使阿洛酮糖製備製程中之分離製程中獲得的果糖萃餘物再循環至果糖製備製程時，相較於無再循環之情形，其係有效地降低果糖原料之製造負荷的方法。
本發明之阿洛酮糖製備製程之分離製程中獲得的阿洛酮糖洗提份可以經由阿洛酮糖濃縮製程得到的液相糖漿形式商品化，或者可以經由阿洛酮糖結晶製程得到的阿洛酮糖晶體形式商品化。
(5)阿洛酮糖濃縮或結晶製程
在本發明之阿洛酮糖製備製程中的使用SMB層析法之高純度分離製程中獲得的阿洛酮糖洗提份可以經由阿洛酮糖濃縮製程得到的液相糖漿形式商品化，或者可以經由阿洛酮糖結晶製程得到的阿洛酮糖晶體形式商品化。
其係製備濃縮物之步驟，該等濃縮物係藉由離子純化及濃縮步 驟(2)之SMB層析分離中獲得的阿洛酮糖洗提份而獲得。該等濃縮物可以作為阿洛酮糖漿產物使用，或藉由供應至結晶製程中製備阿洛酮糖晶體。
在本發明之一個具體實例中，可以對使用SMB層析法之高純度分離製程中獲得的阿洛酮糖洗提份進行二級離子純化，且其可以藉由與分離製程中進行之初級離子純化相同或不同的方法進行。
用於收集阿洛酮糖晶體之阿洛酮糖溶液中的阿洛酮糖含量應當在過飽和條件中以高濃度存在，但阿洛酮糖轉化產物之阿洛酮糖含量較低，由此使得無法進行阿洛酮糖轉化產物之直接結晶且在結晶步驟之前，應當進行純化及濃縮達到所需水準之製程以增加阿洛酮糖含量。
在本發明之一個特定具體實例中，濃縮純化之阿洛酮糖溶液的步驟可以在55℃至75℃下進行。當濃縮溶液之溫度增加到超過75℃時，可能發生D-阿洛酮糖之熱改質，且當降低到低於55℃時，很難達到所需之濃縮程度。由於隨著濃縮之進行，產物之溫度因蒸發熱而迅速地增加，故應當藉由將濃縮溶液之溫度維持在75℃或低於75℃，迅速地進行濃縮。
在本發明之一個特定具體實例中，為了達成阿洛酮糖之熱改質及所需之濃縮程度，可以在55℃至75℃，較佳60℃至70℃之溫度範圍內進行濃縮。濃縮製程可以進行一次或兩次或重複進行更多次，直至達到所需濃縮程度。
具體言之，SMB層析分離製程中獲得的阿洛酮糖洗提份之濃縮製程可以藉由各種方法進行，且濃縮物中之固體含量可以為70布里度或高於70布里度。舉例而言，由SMB吸附分離方法獲得的阿洛酮糖洗提份(例如固體含量為20-30重量%)可以經由濃縮製程濃縮至70布里度或高於70布里度之固體含量。阿洛酮糖濃縮物中之固體含量可以為70布里度或高於70布里度，例如70布里度至85布里度。
阿洛酮糖製備製程中之濃縮製程可以包含在55℃至75℃之溫度範圍內濃縮10分鐘至15分鐘。濃縮可以藉由使用降膜式蒸發器或薄膜蒸發器在減壓或真空條件下進行濃縮。
阿洛酮糖濃縮物中包含的阿洛酮糖含量與SMB層析分離製程中獲得的阿洛酮糖洗提份之阿洛酮糖含量幾乎相同，且固體含量增加，由此使結晶製程能夠進行。以固體總含量為100重量%計，阿洛酮糖濃縮物中包含的阿洛酮糖含量可以為94重量%或高於94重量%、95重量%或高於95重量%、96重量%或高於96重量%、97重量%或高於97重量%、98重量%或高於98重量%，或99重量%或高於99重量%。
阿洛酮糖結晶製程包含高純度分離中獲得的阿洛酮糖洗提份之二級離子純化的步驟、濃縮離子純化之阿洛酮糖洗提份的步驟，及藉由使濃縮物中之阿洛酮糖結晶來獲得阿洛酮糖晶體及阿洛酮糖結晶母液的步驟。阿洛酮糖分離製程之特定實施例可以包括初級離子純化、高純度層析分離、二級離子純化、濃縮及結晶製程，且視情況可以對阿洛酮糖轉化產物進行脫鹽製程、脫色或脫色及脫鹽製程。
其可以包含分離/純化以使得阿洛酮糖洗提份中阿洛酮糖之含量為85重量%或高於85重量%、90重量%或高於90重量%、91重量%或高於91重量%、92重量%或高於92重量%、93重量%或高於93重量%、94重量%或高於94重量%，或95重量%或高於95重量%，例如為85重量%至99.9%(w/w)。
阿洛酮糖晶體中所含之阿洛酮糖純度可以為90重量%或高於90重量%、95重量%或高於95重量%，或99重量%或高於99重量%，且結晶母液中之阿洛酮糖含量可以為85重量%或高於85重量%、90重量%或高於90重量%、93重量%或高於93重量%，或95重量%或高於95重量%，例如85重量%至95重量%。
藉由本發明方法收集之阿洛酮糖可以藉由常用方法純化及/或結晶，且此等純化及結晶對於熟習此項技術者屬常用技術。舉例而言，其可以一或多種藉由選自由以下組成之群之方法來實施：離心、過濾、結晶、離子交換層析法及其組合。
在一個具體實例中，可以對使用SMB層析法之高純度分離製程中獲得的阿洛酮糖洗提份進行二級離子純化，且其可以藉由與阿洛酮糖之分離製程中使用之初級離子純化相同或不同的方法進行。
根據本發明的製備D-阿洛酮糖晶體之方法可以包含濃縮經純化之D-阿洛酮糖溶液的步驟。用於收集阿洛酮糖晶體之阿洛酮糖溶液中的阿洛酮糖含量應為70重量%或高於70重量%。由阿洛酮糖差向異構酶製備之阿洛酮糖溶液中阿洛酮糖的純度低至20重量%至30重量%，因此無法進行直接結晶，且應在結晶步驟之前進行純化及濃縮至所需水準之製程以增加阿洛酮糖含量。在本發明之一個特定具體實例中，為了達成阿洛酮糖之熱改質及所需濃縮程度，可以在55至75℃之溫度範圍內實施濃縮。濃縮製程可以進行一次或兩次或重複進行更多次，直至達到所需濃縮程度。
藉由冷卻來結晶之步驟可以包含在迅速冷卻之後，經由熱交換器在10℃至25℃之溫度範圍內反覆進行升溫及冷卻以誘導晶體生長。
根據本發明的用於製備D-阿洛酮糖晶體之方法可以進一步包含在藉由離心回收結晶步驟中收集之阿洛酮糖晶體且將其用去離子水洗滌之後進行乾燥的步驟。
根據本發明之一個具體實例係關於一種製備阿洛酮糖之裝置，其包含藉由使用生物催化劑自含果糖原料進行阿洛酮糖轉化反應的阿洛酮糖轉化反應器；模擬移動床(SMB)層析分離器，其包含填充有含活性基團之陽離子交換樹脂的管柱、進料口及用於排出阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物之出口； 及用於自分離器排出之果糖萃餘物中分離果糖的果糖分離器件。
該製備裝置可以進一步裝備用於冷卻果糖萃餘物之熱交換器，且可以進一步包含在含果糖原料供應至阿洛酮糖轉化反應器之前儲存該含果糖原料的儲罐。
該果糖分離器件可以包含離子純化器，其裝備有填充用於離子純化果糖異構化產物之離子交換樹脂的管柱及填充連接有活性基團之陽離子交換樹脂的管柱，且可以包含模擬移動床(smb)層析分離器，其裝備有供應通過離子純化器之產物的進口及用於排出阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物之出口；用於濃縮自該分離器排出之果糖洗提份的濃縮器；及用於連接果糖製備器件及阿洛酮糖製備器件之連接部件，用於將自濃縮器排出之含果糖原料提供至阿洛酮糖製備器件中。
本發明的製備阿洛酮糖之製程係藉由將用於製備果糖之製程中獲得的果糖原料供應至轉化阿洛酮糖之製程中來製備阿洛酮糖，並藉由將用於分離阿洛酮糖之製程中獲得的果糖萃餘物供應至用於製備果糖之製程中來製備果糖原料，且其提供一種用於提高阿洛酮糖之純度及產率並增加原料可用性的方法。
圖1係顯示通用SMB製程之一個實施例的圖式。
圖2係用於製備阿洛酮糖之一系列製程的一個示意性實施例，根據本發明之一個實施例，該製程藉由將在用於製備阿洛酮糖之製程中之高純度分離步驟中獲得的果糖萃餘物供應至果糖異構化製程中來製備含果糖原料且使用該含果 糖原料進行阿洛酮糖轉化反應。
在下文中，將利用以下實施例更詳細地描述本發明。然而，此等實施例僅用於說明目的，且本發明之範圍不受此等實施例限制。
製備實施例1.製備阿洛酮糖漿
阿洛酮糖漿係藉由與韓國特許公開專利公開案第2014-0054997號中所揭示之製備方法實質上相同的生物方法由果糖受質製備。
具體言之，將來源於閃爍梭菌(Clostridiuim scindens)(閃爍梭菌ATCC 35704)的阿洛酮糖差向異構酶之編碼基因(DPE基因；Gene bank：EDS06411.1)引入重組載體(pCES_sodCDPE)中，且藉由使用所製備的重組載體(pCES_sodCDPE)質體，經電穿孔轉型麩胺酸棒狀桿菌。製備包括經轉型之麩胺酸棒狀桿菌細胞的珠粒且將其填充於固定反應管柱中，並由40布里度之88重量%果糖或95重量%果糖製備阿洛酮糖漿。亦即，來自88重量%含果糖受質的葡萄糖：果糖：阿洛酮糖：寡糖之固體混合物重量比為41：39：15：5的21-23(w/w)%阿洛酮糖漿(阿洛酮糖漿A)，及來自包含95重量%果糖含量之原料的葡萄糖：果糖：阿洛酮糖：寡糖=6：67：25：2的24-26(w/w)%阿洛酮糖漿(阿洛酮糖漿B)。
製備實施例2.製備果糖萃餘物
在室溫下，使自製備實施例1獲得的兩種阿洛酮糖漿以每小時兩倍離子交換樹脂體積之速率流過填充有樹脂之管柱並脫鹽以移除雜質，諸如有色組分及離子組分等，該樹脂為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂及陽離子及陰離子交換樹脂混合樹脂。
接著，在使用填充有鈣(Ca2+)型離子交換樹脂之層析柱分離 高純度阿洛酮糖洗提份之後，收集其餘部分作為萃餘物。自具有77重量%果糖含量之原料獲得的阿洛酮糖漿(阿洛酮糖漿A)收集的萃餘物包括85重量%至98重量%果糖、1重量%至10重量%葡萄糖及1重量%至5重量%還原糖。
自具有95重量%果糖含量之原料獲得的阿洛酮糖漿(阿洛酮糖漿B)收集的萃餘物包括88重量%至98重量%果糖、1重量%至8重量%葡萄糖及1重量%至4重量%還原糖。
實施例1.使用果糖萃餘物製造阿洛酮糖
以3.8m3/hr流動速率進行阿洛酮糖轉化製程及分離製程，藉由使用製備實施例2中獲得的具有88重量%果糖含量之含果糖原料溶液製造出10噸具有95重量%阿洛酮糖含量之固體。經由阿洛酮糖轉化製程收集的產物之阿洛酮糖含量為20重量%至23重量%，且在離子純化之後，使其以45重量%至50重量%之濃度通過分離製程。以每小時3m3產生萃餘物，該萃餘物係在使用Ca+型分離(SMB)樹脂分離時產生。
具體言之，在果糖之製造製程中，在將玉米澱粉與水混合達到30重量%至35重量%之後，進行酶水解以收集葡萄糖含量為88重量%或高於88重量%之糖化液體。接著，糖化液體在真空下經歷鼓式過濾並移除不溶性材料，由此得到果糖異構化產物(果糖含量為42重量%之糖漿)。
將製備實施例2中獲得的阿洛酮糖製造製程之果糖萃餘物濃縮至88重量%之果糖含量及50重量%總固體(50布里度)並將其與通過果糖異構化製程之產物(果糖含量為42重量%之糖漿)混合，且將其供應至由強酸性樹脂、弱鹼性樹脂以及強酸性與弱鹼性混合樹脂組成的離子純化製程中。亦即，藉由將供應至初級離子純化製程中之果糖異構化產物及果糖萃餘物之總固體含量調至50重量%(50布里度)，果糖異構化產物與製備實施例2之果糖萃餘物的混合物比率以重量比計為8：2至9：1。在混合之果糖漿經過初級離子純化且濃縮 至50重量%總固體之後，使其通過SMB層析製程。藉由進行SMB製程獲得葡萄糖萃餘物及果糖洗提份且藉由進行次級離子純化及濃縮製程獲得果糖含量為88重量%之含果糖溶液。利用與製備實施例1實質上相同的方法，對含果糖溶液進行阿洛酮糖轉化反應及分離製程。
該製程重複進行10次，且分析每次再循環之混合物受質及萃餘物醣組成並顯示於下表1中。下表1中顯示之混合物溶液意謂自阿洛酮糖製備之分離製程獲得的果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中之後獲得的含果糖原料。
在表1中可以看出，其展示藉由將阿洛酮糖製造製程中獲得的果糖萃餘物供應至果糖製造製程中，使供應至阿洛酮糖轉化製程中的原料之果糖純度維持恆定，即使再循環次數增加。
實施例2.使用果糖萃餘物製造果糖
進行本實驗係為了確定根據果糖萃餘物再循環之存在/缺乏，存在醣組成及產率之差異。
具體言之，在果糖製造製程中，在將玉米澱粉與水混合達到30重量%至35重量%之後，進行酶水解以收集葡萄糖含量為88重量%或高於88重量%之糖化液體。接著，糖化液體在真空下經歷鼓式過濾並移除不溶性材料，由此得到果糖異構化產物(果糖含量為42重量%之糖漿)。
將製備實施例2中獲得的阿洛酮糖製造製程之果糖萃餘物濃縮至88重量%之果糖含量及50重量%總固體(50布里度)並將其與通過果糖異構化製程之產物(果糖含量為42重量%之糖漿)混合，且將其供應至由強酸性樹脂、弱鹼性樹脂以及強酸性與弱鹼性混合樹脂組成的離子純化製程中。亦即，藉由將供應至初級離子純化製程中之果糖異構化產物及果糖萃餘物之總固體含量調至50重量%(50布里度)，果糖異構化產物與製備實施例2之果糖萃餘物的混合物比率以重量比計為8：2至9：1。在混合之果糖漿經過初級離子純化且濃縮至50重量%總固體之後，使其通過SMB層析製程。藉由進行SMB製程獲得葡萄糖萃餘物及果糖洗提份。分析每一製程之混合物及萃餘物的醣組成且顯示於下表2中。
在表2中，基於果糖異構化反應物、SMB分離之後的果糖洗提份、SMB分離之後的葡萄糖萃餘物及果糖異構化反應物及果糖萃餘物之混合物的總固體含量為100重量%，各組成物組分之固體含量以重量%顯示。分離產率係基於SMB分離製程中提供的進料材料之總固體為100重量%，以SMB分離之後的果糖洗提份之總固體含量(重量%)及葡萄糖萃餘物之總固體含量(重量 %)顯示。
在表2中可以看出，當藉由將阿洛酮糖轉化製程之萃餘物洗提份與果糖製造製程之果糖異構化反應物混合來進行果糖分離製程時，以分離製程中提供的進料材料之總固體為100重量%計，分離出總固體含量為48.1重量%的在SMB分離之後的果糖洗提份及51.9重量%之葡萄糖萃餘物。當混合根據本發明之果糖萃餘物時，分離出總固體為55.4重量%的在SMB分離之後的果糖洗提份及44.6重量%之葡萄糖萃餘物。
由此展示，當將阿洛酮糖製備之果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中時，在SMB製程中獲得的果糖洗提份中之果糖含量增加，且此外，固體分離產率增加115%。因此，即使是將阿洛酮糖製造製程之高純度層析中獲得的果糖萃餘物洗提份與通過果糖異構化製程之產物混合並將其分離，亦展示相等的果糖純度及產率增加作用。
實施例3.使用萃餘物製造阿洛酮糖
以與實施例1相同之方法，但以3.8m3/hr流動速率進行阿洛酮糖異構化製程及分離製程，以便使用95重量%果糖含量之糖漿產生10噸阿洛酮糖含量為95重量%之固體。通過阿洛酮糖轉化製程且收集之產物的阿洛酮糖含量為21重量%至25重量%，且在離子純化之後，使其以45重量%至50重量%濃度通過分離製程。以每小時3m3產生萃餘物，該萃餘物係在使用Ca+型分離樹脂分離時產生。
該製程重複進行10次，且分析每次製程之混合物受質及萃餘物醣組成並顯示於下表3中。
在表3中可以看出，其展示藉由將阿洛酮糖製造製程之萃餘物洗提份供應至果糖製造製程中，使供應至阿洛酮糖轉化製程中的原料之果糖含量維持恆定，即使再循環次數增加。
實施例4.使用萃餘物製造果糖
為了確定根據果糖萃餘物再循環之存在/缺乏，醣組成及產率存在差異，以與實施例2實質上相同的方法進行實驗，但使用果糖含量為95重量%之原料代替實施例2中果糖含量為88重量%之原料進行阿洛酮糖轉化反應。
藉由進行SMB製程分別獲得葡萄糖萃餘物及果糖洗提份。分析每一製程之混合物及萃餘物的醣組成且顯示於下表4中。
在表4中可以看出，當藉由將阿洛酮糖轉化製程之萃餘物洗提份與果糖製造製程之果糖異構化反應物混合來進行果糖分離製程時，以SMB分離製程中提供的進料材料之總固體為100重量%計，分離出總固體含量為44.3重量%的在SMB分離之後的果糖洗提份及55.7重量%之葡萄糖萃餘物。當混合根據本發明之果糖萃餘物時，分離出總固體為54.6重量%的在SMB分離之後的果糖洗提份及45.4重量%之葡萄糖萃餘物。由此展示，當將阿洛酮糖製備之果糖萃餘物供應至果糖製備之分離製程中時，在SMB製程中獲得的果糖洗提份中之果糖含量增加，且此外，固體分離產率增加123%。因此，即使是將阿洛酮糖製造製程之高純度層析中獲得的果糖萃餘物洗提份與通過果糖異構化製程之產物混合並將其分離，亦展示相等的果糖純度及產率增加作用。
實施例5.根據混合之金屬離子的阿洛酮糖轉化比之比較實驗
評價與阿洛酮糖製造製程中獲得的果糖萃餘物類似之組成物中的阿洛酮糖轉化比。亦即，藉由將果糖純度佔糖漿重量95%之糖漿稀釋至50重量%並添加0.005-0.01mM Ca2+離子，且接著再添加1.0mM Mn來確定阿洛酮糖 轉化製程，並顯示於表5中。
經展示，藉由錳處理增加阿洛酮糖轉化反應活性達到的152%之相對活性當添加鈣時最大降低約16%。隨著鈣離子濃度增加，相對活性往往逐漸降低。
此結果顯示在再使用高純度分離層析製程中獲得的果糖萃餘物時需要純化分離層析製程中沉澱的0.01mM或更低之Ca離子的原因。若不對果糖萃餘物進行離子純化，則活性低於僅使用錳之情形，由此不利地影響阿洛酮糖之產率。

Claims (20)

  1. 一種製備阿洛酮糖之方法，其包含：用模擬移動床(SMB)層析法分離阿洛酮糖轉化產物以獲得阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物，將該果糖萃餘物提供至果糖製備之分離製程中以製備含果糖原料，及藉由使用該含果糖原料進行阿洛酮糖轉化反應，其中於該果糖製備之分離製程中將該果糖萃餘物提供至選自由離子純化步驟及使用SMB層析法之分離步驟組成之群的至少一個步驟以製備具有0至15μs/cm的電導率的含果糖原料，且其中以該果糖萃餘物中的總醣為100重量%計，該果糖萃餘物包含85重量%至99重量%之果糖及2.0重量%或低於2.0重量%之阿洛酮糖。
  2. 如請求項1所述之製備方法，其中該阿洛酮糖轉化產物係藉由使用果糖原料之生物阿洛酮糖轉化製程獲得。
  3. 如請求項1所述之製備方法，其中該果糖製備之分離製程包含自果糖異構化產物移除離子之初級離子純化步驟、使用SMB層析法之分離步驟、二級離子純化步驟及濃縮步驟，且該果糖萃餘物經提供至選自由以下組成之群的一或多種類別之步驟中：該初級離子純化步驟、該使用SMB層析法之高純度分離步驟及該二級離子純化步驟。
  4. 如請求項3所述之製備方法，其中該離子純化步驟係藉由使用離子交換樹脂層析法進行。
  5. 如請求項1所述之製備方法，其中該含果糖原料的鈣離子濃度為0.05mM或低於0.05mM。
  6. 如請求項1所述之製備方法，其中在該使用SMB層析法之分離步驟中獲得的果糖萃餘物之電導率為20μs/cm至200μs/cm。
  7. 如請求項1所述之製備方法，其中當將在該果糖製備中獲得的果糖溶液及該果糖萃餘物各調至50布里度時，以果糖溶液及果糖萃餘物總計為100重量%計，該果糖溶液及該果糖萃餘物為65重量%至95重量%之果糖溶液及5重量%至35重量%之果糖萃餘物。
  8. 如請求項1所述之製備方法，其中以總醣含量為100重量%計，供應至該阿洛酮糖轉化反應中之含果糖原料的果糖含量為85重量%或高於85重量%。
  9. 如請求項2所述之製備方法，其中該阿洛酮糖轉化反應係以添加錳離子進行。
  10. 如請求項1所述之製備方法，其中該使用SMB層析製程之分離步驟係用填充有連接鈣活性基團之陽離子交換樹脂的管柱層析儀進行。
  11. 如請求項1所述之製備方法，其中該阿洛酮糖轉化反應使用具有15%至70%之阿洛酮糖轉化率的生物催化劑。
  12. 如請求項1所述之製備方法，其進一步包含藉由熱交換器冷卻該使用SMB層析法之分離步驟中獲得的果糖萃餘物之步驟。
  13. 如請求項1所述之製備方法，其中該製備方法係連續地進行。
  14. 如請求項1所述之製備方法，其進一步包含濃縮該阿洛酮糖洗提份及使濃縮物中之阿洛酮糖結晶以獲得阿洛酮糖晶體及結晶母液的步驟。
  15. 一種製備阿洛酮糖之裝置，其包含阿洛酮糖轉化反應器，用於由含果糖原料進行阿洛酮糖轉化反應，模擬移動床(SMB)層析分離器，其包含填充有含活性基團之陽離子交換樹脂的管柱、進料口及用於排出阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物之出口，及果糖分離器件，用於自該層析分離器排出之果糖萃餘物中分離果糖，其中該果糖分離器件包含用於連接該阿洛酮糖製備器件及果糖製備器件的連接部件，其中該含果糖原料的電導率為0至15μs/cm，及其中以該果糖萃餘物中的總醣含量為100重量%計，該果糖萃餘物包含85重量%至98重量%之果糖含量及2.0重量%或低於2.0重量%之阿洛酮糖含量。
  16. 如請求項15所述之製備裝置，其中該阿洛酮糖轉化反應器藉由生物方法將該含果糖原料轉化成阿洛酮糖。
  17. 如請求項15所述之製備裝置，其進一步包含用於冷卻自該層析分離器排出之果糖萃餘物的熱交換器。
  18. 如請求項15所述之製備裝置，其進一步包含用於在該含果糖原料供應至該阿洛酮糖轉化反應器中之前儲存該含果糖原料的儲罐。
  19. 如請求項15所述之製備裝置，其中該果糖分離器件包含裝備有填充有離子交換樹脂之管柱的離子純化器，用於移除果糖異構化產物中之離子，SMB層析分離器，其包含填充有含活性基團之陽離子交換樹脂的管柱、供通過該離子純化器之產物用之進料口及用於排出阿洛酮糖洗提份及果糖萃餘物之出口，濃縮器，用於濃縮自該層析分離器排出之果糖洗提份，及用於連接果糖製備器件及阿洛酮糖製備器件之連接部件，用於將自該濃縮器排出之含果糖原料提供至該阿洛酮糖製備器件中。
  20. 如請求項19所述之製備裝置，其中裝備有該填充有離子交換樹脂之管柱的該離子純化器連接於該層析分離器與該濃縮器之間。
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