由d-葡萄糖異構(gòu)化制備d-果糖和d-甘露糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種由非均相的化學(xué)催化劑催化D-葡萄糖異構(gòu)化為D-果糖和D-甘 露糖的方法，并采用模擬移動(dòng)床的方法將混合糖漿分離，屬于D-葡萄糖異構(gòu)化反應(yīng)及產(chǎn)物 分離的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 自然界中，果糖（Fructose)多存在于蜂蜜、水果中，是一種常見的己酮糖。果糖是 甜度最高的糖，可代替葡萄糖作為甜味劑，且果糖在體內(nèi)代謝時(shí)不會(huì)因攝入過量導(dǎo)致糖尿 病，成為人類用糖的新趨向。另外，果糖還是合成生物質(zhì)能源的重要平臺(tái)物質(zhì)--5-羥甲 基糠醛的重要中間體，因此其在化工產(chǎn)業(yè)和人類日常生活中日益受到更多關(guān)注。
[0003] 甘露糖（Mannose)是一種己醛糖。在代謝過程中會(huì)在己糖激酶的作用下發(fā)生磷酸 化形成甘露糖-6-磷酸。甘露糖在人體內(nèi)不能很好的代謝。所以，口服后甘露糖進(jìn)入糖類 代謝過程并不明顯，即使從外部進(jìn)入的甘露糖，都會(huì)被身體內(nèi)的組織發(fā)覺。哺乳動(dòng)物內(nèi)使用 放射性標(biāo)記物發(fā)現(xiàn)，攝入的甘露糖90%都會(huì)在30-60分鐘內(nèi)原封不動(dòng)地通過尿道排出體外。 殘余部分中99%含量會(huì)在未來8小時(shí)內(nèi)排出。這個(gè)過程中，血糖濃度不會(huì)顯著升高。甘露 糖是目前唯一用于臨床的糖質(zhì)營養(yǎng)素，廣泛分布于體液和組織中，尤其是在神經(jīng)、皮膚、視 網(wǎng)膜、肝和腸。其直接被利用合成糖蛋白，參與免疫調(diào)節(jié)，市場(chǎng)上甘露糖相關(guān)的保健產(chǎn)品有 很多種。
[0004] 目前，生產(chǎn)D-果糖的工業(yè)化方法為：以D-葡萄糖或者淀粉為原料，以特定的生物 酶催化其轉(zhuǎn)化為D-果糖。酶法生產(chǎn)D-果糖雖然具有專一性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是由于生物酶需 要在特定的溫度、pH、壓力等條件下使用，而且反應(yīng)體系中不可避免的金屬離子會(huì)使生物酶 中毒，因此生物酶催化法對(duì)反應(yīng)體系的要求非常高，且果糖的產(chǎn)率最多達(dá)到42%，因此有必 要尋找其他高效、穩(wěn)定的催化劑。
[0005] 目前，生產(chǎn)D-甘露糖的工業(yè)化方法以提取法為主，主要以棕櫚籽、咖啡渣、椰子殼 為原料，通過酸解得到D-甘露糖和其他單糖混合液，然后經(jīng)過除鹽、純化、結(jié)晶制得結(jié)晶 D-甘露糖。中國發(fā)明專利CN1617939A是以樺樹的亞硫酸鹽廢漿為原料，經(jīng)過三步色譜分離 純化出高純度D-甘露糖。中國專利CN101851689是以D-葡萄糖為原料，在酸性條件下以 鑰酸鹽為催化劑催化D-葡萄糖轉(zhuǎn)化為D-甘露糖。這些制備方法雖然能夠制得D-甘露糖， 但是均相反應(yīng)的分離成本較高，加入的催化劑不易除掉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種由D-葡萄糖異構(gòu)化制備D-果糖 和D-甘露糖的方法，異構(gòu)化反應(yīng)副反應(yīng)少，然后采用模擬移動(dòng)床對(duì)三元物系進(jìn)行分離。
[0007] 1. -種由D-葡萄糖異構(gòu)化制備D-果糖和D-甘露糖的方法，包括如下步驟：
[0008] 1)配制濃度為10g/L~1500g/L的D-葡萄糖水溶液；用濾膜過濾，除去溶液中的 雜質(zhì)；
[0009] 2)將步驟1)得到的溶液從管式反應(yīng)器的頂部以lOcm/h~50cm/h流速連續(xù)加入 進(jìn)料，所述管式反應(yīng)器內(nèi)裝填有負(fù)載有質(zhì)量含量為〇~30%四硼酸鈉的堿性陰離子交換樹 脂催化劑；管式反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度為KTC~60°C;從管式反應(yīng)器的底部流出含有D-葡萄 糖、D-甘露糖和D-果糖的混合液；
[0010] 3)將步驟2)獲得的混合液連續(xù)加入第一套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)中，同時(shí)用純水洗 脫；第一套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，在第一套模擬移動(dòng)床的萃取口收集D-果 糖溶液；在萃余口收集D-葡萄糖、D-甘露糖的混合液；
[0011] 所述第一套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)包括4個(gè)區(qū)，其中I區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)各由1~4 根色譜柱組成，II區(qū)由1~6根色譜柱組成；色譜柱中填料為改性離子交換樹脂或改性分 子篩；設(shè)定I區(qū)流速為：33cm/h~69cm/h，II區(qū)流速為：24cm/h~60cm/h，III區(qū)流速為： 26cm/h~59cm/h，IV區(qū)流速為：10cm/h~25cm/h，設(shè)定端口切換時(shí)間為4. 5min~30min ; 運(yùn)行溫度為30°C~80°C ;
[0012] 4)將步驟3)獲得的D-葡萄糖、D-甘露糖的混合液連續(xù)加入第二套模擬移動(dòng)床分 離系統(tǒng)中，同時(shí)用純水洗脫；第二套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，在第二套模擬移 動(dòng)床的萃取口收集D-甘露糖溶液；在萃余口收集D-葡萄糖溶液；
[0013] 所述第二套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)包括4個(gè)區(qū)，其中V區(qū)由2~6根色譜柱組成， VI~VIII區(qū)各由1~4根色譜柱組成；色譜柱中填料為改性離子交換樹脂或改性分子篩； 設(shè)定V區(qū)流速為：45cm/h~93cm/h，VI區(qū)流速為：25cm/h~60cm/h，VII區(qū)流速為：27cm/ h~63cm/h，VIII區(qū)流速為：12cm/h~26cm/h ;設(shè)定端口切換時(shí)間為4. 8min~24min ;運(yùn) 行溫度為30°C~80°C。
[0014] 堿性陰離子交換樹脂催化劑型號(hào)優(yōu)選為201*2、201*4、201*7、201*8、202*7、213、 D201、D201GF、D202、205*7、D261、D262、D280、D284、D290、D296R、D301R、D301G、D301T、D380、 D382、D392。
[0015] 改性離子交換樹脂為：|丐型的Dowex Monosphere99、|丐型的Dowex Monosphere66、 鈉型的 Dowex Monosphere88、鉀型的 Dowex Monosphere99、鈣型的 Dowex50W、鈣型的 001*7、鈣型的A216、鈣型的D72、鈣型的ZGSPC-106、鈣型的PCR-642、鈉型的Amberlite CR1310 鈣型的 Amberlite CR1310、鈣型的 Amberlite CR1320、鉀型的 Amberlite CR1320;
[0016] 改性分子篩為鈣改性的Y型沸石或鈣改性的沸石225。
[0017] 本發(fā)明通過采用非均相的固體催化劑催化D-葡萄糖異構(gòu)化，同時(shí)生成D-果糖和 D-甘露糖。D-葡萄糖在反應(yīng)器中異構(gòu)化為三元混合物后隨即通過兩套模擬移動(dòng)床分離裝 置分離。整套裝置可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)便，并可使用通過計(jì)算機(jī)控制，減少操作人員 工作量。與傳統(tǒng)的生物酶催化法相比，反應(yīng)條件溫和、速度快，反應(yīng)體系簡(jiǎn)單且穩(wěn)定，催化劑 可以循環(huán)使用，反應(yīng)成本和分離成本可降低40%。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 一種由D-葡萄糖異構(gòu)化制備D-果糖和D-甘露糖的方法，包括如下步驟：
[0021] 1)配制濃度為l〇g/L的D-葡萄糖水溶液；用0. 45 μ m微孔濾膜過濾，除去溶液中 的雜質(zhì)；
[0022] 2)將步驟1)得到的溶液從管式反應(yīng)器的頂部以50cm/h流速連續(xù)加入進(jìn)料，所述 管式反應(yīng)器內(nèi)裝填有201*7堿性陰離子交換樹脂催化劑；管式反應(yīng)器高徑比為10:1，管式 反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度為KTC ;從管式反應(yīng)器的底部流出含有D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果 糖的混合液；
[0023] 3)將步驟2)獲得的混合液連續(xù)加入第一套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)中，同時(shí)用純水洗 脫；第一套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，在第一套模擬移動(dòng)床的萃取口收集到純 度為89. 1%D_果糖溶液；在萃余口收集D-葡萄糖、D-甘露糖的混合液；
[0024] 在第一套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)中，將模擬移動(dòng)床設(shè)置為4個(gè)區(qū)，I~IV區(qū)各由1根 高徑比11:1的色譜柱組成，色譜柱中填料為鈣型的Dowex Monosphere99 ;設(shè)定模擬移動(dòng)床 I區(qū)流速為：69cm/h，II區(qū)流速為60cm/h，III區(qū)流速為59cm/h，IV區(qū)流速為：25cm/h，設(shè)定 端口切換時(shí)間為4. 5min ;運(yùn)行溫度為80°C。
[0025] 4)將步驟3)獲得的D-葡萄糖、D-甘露糖的混合液連續(xù)加入第二套模擬移動(dòng)床分 離系統(tǒng)中，同時(shí)用純水洗脫；第二套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，在第二套模擬移 動(dòng)床的萃取口收集到純度為90. 5%D-甘露糖溶液；在萃余口收集到純度為91%D-葡萄糖溶 液；
[0026] 第二套模擬移動(dòng)床分離系統(tǒng)包括4個(gè)區(qū)，其中V區(qū)由2根色譜柱組成，VI~VIII區(qū) 各由1根色譜柱組成，色譜柱高徑比為11:1 ;色譜柱中填料為鈣型的Dowex Monosphere99 ; 設(shè)定模擬移動(dòng)床V區(qū)流速為93cm/h，VI區(qū)流速為60cm/h，VII區(qū)流速為63cm/h，VIII區(qū)流 速為26cm/h ;設(shè)定端口切換時(shí)間為4. 8min ;運(yùn)行溫度為80°C。
[0027] 實(shí)施例2
[0028] -種由D-葡萄糖異構(gòu)化制備D-果糖和D-甘露糖的方法，包括如下步驟：
[0029] 1)配制濃度為1500g/L的D-葡萄糖水溶液