一種用于去除D?阿洛酮糖中的D?果糖的裝置的制作方法

本發(fā)明提供了一種高效去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置，屬于輕工設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

稀有糖是一類重要的碳水化合物，在膳食、保健、醫(yī)藥等領(lǐng)域中發(fā)揮著非常重要的功能。D-阿洛酮糖是自然界存在極少的稀有糖，食用后幾乎不產(chǎn)生熱量，是低熱量甜味劑。它還具有降低血糖、降低血脂、清除活性氧自由基和神經(jīng)保護(hù)等重要的生理功能，其獨(dú)特功能和醫(yī)療價值引起廣泛關(guān)注，是近年來功能糖研究熱點(diǎn)之一。由于D-阿洛酮糖在自然界中的含量極少，提取極其困難，化學(xué)合成的方法副產(chǎn)物多、不易純化，有很多弊端；而生物合成的方法尚停留在實驗室水平；并且由于生產(chǎn)后期生產(chǎn)阿洛酮糖的底物果糖或葡萄糖與阿洛酮糖的性質(zhì)及其接近，使得后期阿洛酮糖的分離純化極為困難；這些原因?qū)е掳⒙逋堑氖袌鰞r格昂貴，目前主要滿足科研需求，作為試劑銷售。

雖然阿洛酮糖的市場需求日益增加，但高昂的價格限制了它們的市場規(guī)模和應(yīng)用。因此，大幅降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)變得極其重要。利用酶工程技術(shù)，以果糖為原料利用生物催化法合成阿洛酮糖可以降低阿洛酮糖的生產(chǎn)成本，但反應(yīng)平衡時大約一半的果糖未被轉(zhuǎn)化，需要加以去除才能到高純度阿洛酮糖，但是果糖與阿洛酮糖的性質(zhì)極為相近，很難將二者分離開來，目前通常使用的色譜分離技術(shù)，成本較高。因此，研究和開發(fā)簡單、低成本的阿洛酮糖分離純化裝置對于簡化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供了一種用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置，以實現(xiàn)高效分離純化D-阿洛酮糖的同時將D-果糖轉(zhuǎn)化為易被分離的有經(jīng)濟(jì)價值的產(chǎn)品。

本發(fā)明所述的用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置由異構(gòu)化系統(tǒng)1、氧化系統(tǒng)2、分離系統(tǒng)3、儲罐4及收集罐5組成，其中所述異構(gòu)化系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、分離系統(tǒng)之間由液體輸送管道依次連接，構(gòu)成循環(huán)體系；

其特征在于：

所述異構(gòu)化系統(tǒng)是帶外套層的容器，外套層包裹的容器為填加有固體葡萄糖異構(gòu)酶的反應(yīng)容器6，該容器設(shè)置有進(jìn)樣口8和出樣口9，其出樣口由連有液體輸送泵19的輸送管道連接至氧化系統(tǒng)的進(jìn)樣口12，外套層的夾層內(nèi)充滿循環(huán)水，循環(huán)水溫度由控溫裝置7調(diào)控；所述氧化系統(tǒng)是帶外套層的容器，外套層包裹的容器為填加有固體葡萄糖氧化酶的反應(yīng)容器10，該容器設(shè)置有進(jìn)樣口12和出樣口13，其出樣口由連接有液體輸送泵20的輸送管道連接至分離系統(tǒng)的進(jìn)樣口15，外套層的夾層內(nèi)充滿循環(huán)水，循環(huán)水溫度由控溫裝置11調(diào)控；所述的分離系統(tǒng)是填加有堿性陰離子交換樹脂的分離容器14，該分離器設(shè)置有進(jìn)樣口15和具有三通結(jié)構(gòu)的出樣口16，其中一個出口由連有液體輸送泵18的輸送管道連接至異構(gòu)化系統(tǒng)的進(jìn)樣口8，另一個出口由連有液體輸送泵21的輸送管道連接至收集罐5的罐口；所述儲罐設(shè)置有能將轉(zhuǎn)化液輸送到異構(gòu)化系統(tǒng)進(jìn)樣口8的液體輸送泵17；上述各系統(tǒng)及罐順序連接構(gòu)成了完整的循環(huán)體系。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置中：所述異構(gòu)化系統(tǒng)優(yōu)選由玻璃制成，呈柱狀，其外套層夾層內(nèi)的循環(huán)水系統(tǒng)連接水浴鍋，所述控溫裝置利用水浴鍋調(diào)控循環(huán)水溫度實現(xiàn)，所控溫度為65℃。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置中：所述氧化系統(tǒng)優(yōu)選由玻璃制成，呈柱狀，其外套層夾層內(nèi)的循環(huán)水系統(tǒng)連接水浴鍋，所述控溫裝置利用水浴鍋調(diào)控循環(huán)水溫度實現(xiàn)，所控溫度為40℃。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置中：所述堿性陰離子交換樹脂優(yōu)選是大孔苯乙烯系弱堿性陰離子交換樹脂。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置中：所述儲罐是用于儲存D-果糖和D-阿洛酮糖混合溶液的罐體，優(yōu)選由不銹鋼、玻璃或陶瓷制成。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置中：所述收集罐是用于收集高濃度D-阿洛酮糖溶液的罐體，優(yōu)選由不銹鋼、玻璃或陶瓷制成。

本發(fā)明所述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置在分離D-果糖和D-阿洛酮糖中的應(yīng)用。

本發(fā)明公開了一種用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置，實驗證實：利用該裝置通過對轉(zhuǎn)化液連續(xù)的循環(huán)處理，能夠有效地將果糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸分離出來，解決了性質(zhì)極其接近的兩種糖難以分離的問題，且由于將產(chǎn)生的葡萄糖酸不斷地分離出來，因此不需要加堿控制pH，反應(yīng)液中離子含量低，易于后續(xù)純化；整個生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本顯著降低，為實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，實現(xiàn)量產(chǎn)、高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

綜上，本發(fā)明具有的有益效果是：

(1)利用本發(fā)明裝置通過對轉(zhuǎn)化液連續(xù)的循環(huán)處理，能夠有效地將果糖最終轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸并用樹脂吸附分離除去，解決了性質(zhì)極其接近的果糖和阿洛酮糖難以分離的問題；

(2)連續(xù)的循環(huán)處理，解決了葡萄糖異構(gòu)酶酶促反應(yīng)可逆的弊端，使得反應(yīng)向生成葡萄糖的方向進(jìn)行，最大限度的利用了葡萄糖異構(gòu)酶；

(3)離子交換樹脂吸附葡萄糖酸又進(jìn)一步解決了反應(yīng)液pH值調(diào)節(jié)的問題，避免了離子濃度的升高，且整個過程可以連續(xù)化；

(4)離子交換樹脂柱中吸附的葡萄糖酸可以利用鹽酸(氯化鈉/氯化鈣/氯化鋅)解吸，得到葡萄糖酸(葡萄糖酸鈉/鈣/鋅)，作為聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品可增加利潤，增加阿洛酮糖生產(chǎn)的收益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1為異構(gòu)化系統(tǒng)，2為氧化系統(tǒng)，3為分離系統(tǒng)，4為儲罐，5為收集罐，6為異構(gòu)化系統(tǒng)反應(yīng)器，7為異構(gòu)化系統(tǒng)控溫裝置，8為異構(gòu)化系統(tǒng)反應(yīng)器進(jìn)樣口，9為異構(gòu)化系統(tǒng)反應(yīng)器出樣口，10為氧化系統(tǒng)反應(yīng)器，11為氧化系統(tǒng)控溫裝置，12為氧化系統(tǒng)反應(yīng)器進(jìn)樣口，13為氧化系統(tǒng)反應(yīng)器出樣口，14為分離系統(tǒng)分離器，15為分離系統(tǒng)進(jìn)樣口，16為分離系統(tǒng)出樣口，17～21為液體輸送泵。

圖2是高效液相分析經(jīng)過循環(huán)處理前后的樣品成分圖；

其中：22為果糖處理前后含量對比圖，23為阿洛酮糖處理前后含量對比圖，24為阿洛酮糖標(biāo)樣。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1 用于D-果糖和D-阿洛酮糖分離裝置

如圖1所示。

用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的裝置由異構(gòu)化系統(tǒng)1、氧化系統(tǒng)2、分離系統(tǒng)3、儲罐4及收集罐5組成，其中所述異構(gòu)化系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、分離系統(tǒng)之間由液體輸送管道依次連接，構(gòu)成循環(huán)體系；

其中：

所述異構(gòu)化系統(tǒng)是由玻璃制成，呈柱狀的帶外套層的容器，外套層包裹的容器為填加有固體葡萄糖異構(gòu)酶的反應(yīng)容器6，該容器設(shè)置有進(jìn)樣口8和出樣口9，其出樣口由連有液體輸送泵19的輸送管道連接至氧化系統(tǒng)的進(jìn)樣口12，外套層的夾層內(nèi)充滿循環(huán)水，循環(huán)水系統(tǒng)連接水浴鍋，控溫裝置7利用水浴鍋調(diào)控循環(huán)水溫度實現(xiàn)，所控溫度為65℃；所述氧化系統(tǒng)是由玻璃制成，呈柱狀的帶外套層的容器，外套層包裹的容器為填加有固體葡萄糖氧化酶的反應(yīng)容器10，該容器設(shè)置有進(jìn)樣口12和出樣口13，其出樣口由連接有液體輸送泵20的輸送管道連接至分離系統(tǒng)的進(jìn)樣口15，外套層的夾層內(nèi)充滿循環(huán)水，循環(huán)水系統(tǒng)連接水浴鍋，控溫裝置11利用水浴鍋調(diào)控循環(huán)水溫度實現(xiàn)，所控溫度為40℃；所述的分離系統(tǒng)是填加有大孔苯乙烯系弱堿性陰離子交換樹脂的分離容器14，該分離器設(shè)置有進(jìn)樣口15和具有三通結(jié)構(gòu)的出樣口16，其中一個出口由連有液體輸送泵18的輸送管道連接至異構(gòu)化系統(tǒng)的進(jìn)樣口8，另一個出口由連有液體輸送泵21的輸送管道連接至收集罐5的罐口；所述收集罐是用于收集高濃度D-阿洛酮糖溶液的罐體，由不銹鋼、玻璃或陶瓷制成；所述儲物罐是用于儲存D-果糖和D-阿洛酮糖混合溶液的罐體，由不銹鋼、玻璃或陶瓷制成，其設(shè)置有能將轉(zhuǎn)化液輸送到異構(gòu)化系統(tǒng)進(jìn)樣口8的液體輸送泵17；上述各系統(tǒng)及罐順序連接構(gòu)成了完整的循環(huán)體系。

實施例2 利用實施例1所述裝置實現(xiàn)D-阿洛酮糖中的D-果糖的去除

(1)堿性陰離子交換樹脂的預(yù)處理：處理方法參考GB5476-85中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)離子交換樹脂預(yù)處理方法；

①將樹脂裝入內(nèi)徑為3cm的層析柱中，柱床高度為30cm，用純水進(jìn)行反復(fù)沖洗，直至試樣中無可見機(jī)械雜質(zhì)并出水澄清為止；

②依次用100mL 1N鹽酸溶液、200mL純水、100mL1N氫氧化鈉溶液和200mL純水，自上而下通過樹脂層，試劑流量為2.0mL/min，純水流量為10mL/min，在每次轉(zhuǎn)換試劑時，使液面高出樹脂層1cm，保證樹脂層中無氣泡；此操作進(jìn)行2次；

③經(jīng)②處理過的樹脂用400mL 1N氫氧化鈉溶液通過樹脂層，流量為10mL/min，然后用純水洗滌，直至用酚酞指示液檢驗流出液為無色時停止洗滌；

(2)以蒸餾水配制終濃度為550g/L的果糖溶液；

(3)以固體D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶為催化劑，按每100mL果糖溶液中添加55g催化劑的比例向果糖溶液中加入所述催化劑，在68℃反應(yīng)5h后分離除去催化劑，得到含D-阿洛酮糖和D-果糖的轉(zhuǎn)化液，轉(zhuǎn)化液放置于分離裝置的儲罐；

(4)儲罐中含果糖與阿洛酮糖的轉(zhuǎn)化液，以5mL/min的流速通過異構(gòu)化系統(tǒng)的進(jìn)樣口流至異構(gòu)化系統(tǒng)中的內(nèi)部反應(yīng)容器，經(jīng)過異構(gòu)化系統(tǒng)反應(yīng)器的處理實現(xiàn)將轉(zhuǎn)化液中部分D-果糖轉(zhuǎn)化為D-葡萄糖，得到含D-果糖、D-葡萄糖和D-阿洛酮糖的混合溶液；

(5)混合溶液由異構(gòu)化系統(tǒng)的出樣口流出，再以5mL/min的流速通過氧化系統(tǒng)進(jìn)樣口流入氧化系統(tǒng)內(nèi)部反應(yīng)容器；經(jīng)兩個反應(yīng)容器的處理，實現(xiàn)將混合液中全部的D-葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸，含果糖與阿洛酮糖的混合溶液變成含果糖、葡萄糖酸與阿洛酮糖的混合溶液；

(6)含果糖、葡萄糖酸與阿洛酮糖的混合溶液由氧化系統(tǒng)的出樣口流出，以3mL/min的流速通過分離系統(tǒng)的進(jìn)樣口流入分離系統(tǒng)內(nèi)部分離容器，經(jīng)過堿性陰離子交換樹脂的吸附作用將葡萄糖酸吸附除去；

(7)混合溶液由分離系統(tǒng)出樣口流出，再次以5mL/min的流速通過異構(gòu)化系統(tǒng)的進(jìn)樣口流至異構(gòu)化系統(tǒng)中的內(nèi)部反應(yīng)容器；

(8)按照步驟(4)(5)(6)(7)的方法重復(fù)操作，循環(huán)13次，經(jīng)過分離系統(tǒng)另一個與收集罐罐口對接的出口流出含高濃度D-阿洛酮糖的溶液。

高效液相分析經(jīng)過循環(huán)處理后的樣品成分，阿洛酮糖的純度可達(dá)到95％，結(jié)果見圖2。

實施例3 D-阿洛酮糖的結(jié)晶

經(jīng)過實施例2處理得到的含高濃度D-阿洛酮糖的溶液，使用降溫法結(jié)晶得到D-阿洛酮糖結(jié)晶體。具體實施方式如下：

將實施例2得到的糖液利用真空干燥的方法干燥得到飽和的阿洛酮糖糖溶液，將糖液加熱至65℃后，以體積比1：4的比例加入丙酮溶液，然后加入阿洛酮糖晶種，以4℃/min的速度降溫，降至4℃，得到阿洛酮糖的結(jié)晶體。

實施例4 葡萄糖酸的解吸

(1)配制終濃度為0.5mol/L的稀鹽酸；

(2)實施例1結(jié)束后，以2mL/min的流速將100mL 0.5mol/L的稀鹽酸由分離系統(tǒng)的進(jìn)樣口流入；

(3)由分離系統(tǒng)出樣口流出的液體為解吸得到的葡萄糖酸溶液，葡萄糖酸作為聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品可增加利潤，增加阿洛酮糖生產(chǎn)的收益。

經(jīng)過循環(huán)處理，轉(zhuǎn)化液中的D-果糖的去除率即可達(dá)到95％以上。綜上，本發(fā)明方法簡單并使用方便，可大幅降低D-阿洛酮糖的生產(chǎn)成本，具有巨大的工業(yè)化應(yīng)用前景。