CN1281614C - 使用用于色谱分离的弱酸阳离子交换树脂从溶液中回收单糖的方法 - Google Patents

使用用于色谱分离的弱酸阳离子交换树脂从溶液中回收单糖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过使用包括至少一个步骤的色谱分离的多步骤工艺从含选自鼠李糖、阿戊糖、木糖和其混合物的单糖的溶液中回收选自鼠李糖、阿戊糖、木糖和其混合物的单糖的方法，其中将弱酸阳离子交换树脂用于色谱分离。

Description

使用用于色谱分离的弱酸阳离子交换树脂 从溶液中回收单糖的方法
发明领域
本发明涉及包括回收鼠李糖和非必要的阿戊糖的多步骤工艺的方法。本发明更具体地涉及弱酸阳离子交换树脂在色谱柱中在多步骤工艺中的用途。
发明背景
US2 684 331公开了将两种或多种物质相互进行色谱分离的方法，这些物质的电离常数相差较大并且其中至少一种物质在其稀水溶液中发生明显电离。然而，该方法未曾用于分离糖。US 2 684 331的实施例描述了从有机溶剂中分离盐，例如从甲醛中分离氧化钠的方法。该方法包括使用具有与高电离溶质相同的离子的离子交换树脂。该离子交换树脂是具有酸形式的阳离子交换树脂或具有碱形式的阴离子交换树脂。阴离子交换树脂包含季铵基团。阳离子交换树脂包含磺酸基团。
US 2 911 362描述了包括色谱分离工艺的方法，该工艺使用在含水介质中在不存在离子交换反应下，即在基本上不存在涉及树脂从含水介质中吸附离子或将离子从树脂引入溶液的化学反应下，使两种或多种可溶有机化合物彼此分离的离子交换树脂。按照所述方法，离子交换树脂可为阳离子交换树脂或阴离子交换树脂。该阳离子交换树脂可包含磺酸基团或羧酸基团。阴离子交换树脂包含季铵基团。然而，该方法未用于分离糖。
在US 4,075,406描述的方法中，色谱分离已用于从天然物质如桦树木、玉米棒子和棉花种子的水解物中回收木糖。色谱分离中使用的树脂为强酸阳离子交换剂，即用二乙烯基苯交联的磺化聚苯乙烯。从芬兰专利申请962,609中还已知，强酸阳离子交换剂用于从亚硫酸镁蒸煮液中分离单糖、例如木糖。该色谱分离通过使用模拟移动床进行。然而，已证明使用强酸阳离子交换树脂分离某些单糖是困难的。例如，用强酸阳离子交换树脂和强碱阳离子树脂从其它碳水化合物中分离鼠李糖可能通过使用溶剂如醇溶剂作为洗脱剂来进行(例如，参见Samuelson O.，Chromatography on ionexchange resins，J.Method Carbohy.Chem.6(1972)65-75)。在描述的体系中，无水糖如鼠李糖具有比大多数醛糖和酮糖短的停留时间。水将是优选的洗脱剂，然而对此未描述使用水。使用水时存在的问题是各种单糖如鼠李糖、木糖和阿戊糖具有几乎类似的停留时间，因此这些级分将重叠。
通过强酸阳离子交换剂分离碳水化合物、特别是木糖已在工业上实施，但是复杂的。US 5 998 607中给出的方法已特别用于从镁废液中分离木糖。存在的问题是不能充分分离木糖和木糖酸，并且未建议使用可能给出解决此问题的益处的弱酸阳离子交换树脂。在公开的方法中，分离需要两个步骤。在第一个步骤中，阳离子交换树脂优选以碱土金属形式、更优选以Mg2+形式使用，在第二个步骤中，阳离子交换树脂优选以碱金属形式(例如钠)使用。然而，已发现分离单糖不令人满意，因为所有其它糖与木糖几乎以类似的停留时间洗脱。在该方法中使用的pH低。二价形式的树脂似乎比单价形式的树脂更有效地分离木糖。
阴离子交换树脂已用于从葡萄糖中分离果糖。Y.Takasaki(Agr.Biol.Chem.36(1972)，p 2575-77)和B.lindberg等人(Carbohyd.Res.5(1967)，p286-291)描述了将亚硫酸氢盐形式的阴离子交换树脂用于分离糖。然而，使用阴离子交换树脂不会导致良好的木糖分离，因为木糖被其它糖覆盖。
US 4 358 322公开了从包含果糖和葡萄糖的原料混合物中分离果糖的方法。该方法包括将此混合物与含硅铝酸盐或沸石的吸附剂接触。吸附剂在可交换的阳离子位置包含一种或多种选取的阳离子。这些阳离子选自钠、钡和锶。用于阳离子位置的阳离子对选自钡与钾和钡与锶。
US 5,084 104公开了从富含戊糖的溶液如桦树木中分离木糖的方法。使用包括强碱阴离子交换树脂的色谱柱。该阴离子交换树脂是硫酸盐形式。采用这种方法，木糖最大程度地被延迟，而其它单糖较快洗脱。
从WO 99/57326中已知制备L-阿戊糖的方法，其中，该方法的特征在于将植物纤维与酸接触以使纤维水解，接触条件应使得选择性地获得在植物纤维中所含的L-阿戊糖组分。US 4 880 919公开了通过吸附到用Ca2+和NH4 +交换的磺化聚苯乙烯二乙烯基苯交联离子交换树脂上并用水使吸附物解吸而从含阿戊糖和其它戊醛糖和己醛糖的单糖混合物中分离阿戊糖的方法。从US4 816 078中已知生产结晶L-阿戊糖的方法。
从US 4 664 718中还已知制备阿戊糖的方法。在描述的方法中，将阿戊糖从还包括其它戊醛糖和己醛糖的单糖混合物中分离。将该原料与钙-Y-型或钙-X-型沸石接触，并选择性地吸附阿戊糖。解吸用水或乙醇进行。
DE 3 545 107公开了从阿拉伯树胶制备鼠李糖的方法。将强酸阳离子交换树脂通过用活性炭吸附而用于分离糖和鼠李糖。阿戊糖也通过此方法分离。
Barker，S.A.等人(Carbohydrate Research，26(1973)55-64)已描述了将聚(4-乙烯基苯硼酸)树脂用于碳水化合物的分级和互换。在该方法中，将水用作洗脱剂，当pH高时获得果糖的最佳收率。用树脂代替D-葡萄糖、D-果糖和D-甘露糖之间在碱水中建立的假平衡，由此生成D-果糖。
CA 1 249 812公开了从亚硫酸盐废液中分离糖和木素磺酸盐的多步骤方法。该方法包括如下步骤：(a)将具有特定pH的亚硫酸盐废液加入含金属盐形式的树脂的色谱柱中，(b)用水洗脱柱子以获得基本上无糖的富含木素磺酸盐的级分和富含糖的级分，(c)收集用于进一步纯化的富含糖的级分，(d)调节级分的pH至特定水平并将其导入含单价金属盐形式的树脂的第二个柱子中和(e)从第二个柱子洗脱富含糖的物质，获得富含糖的级分和富含木素磺酸盐的级分。所述CA专利的方法不包括使用弱酸阳离子交换树脂用于色谱分离。
从芬兰专利97 625已知结晶木糖的方法。在该方法中，通过结晶从其中木糖纯度相当低的溶液中回收木糖。该方法特别涉及从生物物质衍生的溶液中回收木糖的方法。
当通过水解生物物质衍生的富含木糖的半纤维素制备木糖时，该混合物除了含木糖外，还包含葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖和阿戊糖。还可包含乙酸和糖醛酸如半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸。水解的酸和糖醛酸一般容易通过离子排斥除去。然而，难以将该单糖混合物分级成其组分。
已令人吃惊地发现，可通过使用弱酸阳离子交换树脂从碳水化合物料流中有效分离鼠李糖和若需要的阿戊糖。除了其它因素外，洗脱的顺序似乎受碳水化合物与树脂之间的疏水/亲水相互作用的强烈影响。若该树脂为亲水形式，则首先洗脱最疏水的碳水化合物，最后洗脱最亲水的碳水化合物。例如，H+形式的树脂似乎比Na+形式的树脂亲水性低。各组分在使用弱酸阳离子交换树脂的色谱柱中的不同洗脱顺序可有效地用于包括多步骤工艺的本发明方法中。
发明概述
上述目的和其它目的通过本发明完成，本发明涉及一种通过使用包括至少一个步骤的色谱分离的多步骤工艺从含鼠李糖、阿戊糖、木糖中的至少两种单糖的溶液中回收选自鼠李糖、阿戊糖、木糖和其混合物的单糖的方法，其中将弱酸阳离子交换树脂用于色谱分离。该方法可优选包含包括使用含强酸阳离子交换树脂的色谱柱、蒸发、结晶等的额外步骤。
附图的简要描述
以下附图说明本发明的实施方案，但不限制如权利要求中所限定的本
发明的范围。
图1为根据实施例1绘制的洗脱分布曲线与pH图。
图2为根据实施例2绘制的洗脱分布曲线与pH图。
图3为根据实施例3绘制的洗脱分布曲线与pH图。
图4为根据实施例4绘制的洗脱分布曲线与pH图。
图5为根据实施例5绘制的洗脱分布曲线与pH图。
图6为根据实施例6绘制的洗脱分布曲线与pH图。
图7为根据实施例7绘制的洗脱分布曲线与pH图。
图8和9为本发明实施方案的示意图。
发明详述
根据本发明，将包含选自鼠李糖、阿戊糖、木糖和其混合物的单糖溶液进行包括至少一个步骤的色谱分离的多步骤工艺，其中将弱酸阳离子交换树脂用于色谱柱或其一部分中。本发明的多步骤工艺可优选包括另外的步骤，如使用包含强酸阳离子交换树脂的色谱柱的步骤、蒸发、结晶等，以增强所需产品的有效分离。合适的起始溶液是通过水解半纤维素获得的那些。除了鼠李糖外，起始溶液优选还包含阿戊糖和可能的木糖。这些溶液是例如木糖工艺流和侧流。除了鼠李糖外，其它碳水化合物也可通过本发明方法回收。这些碳水化合物是例如单糖，如阿戊糖(优选L-阿戊糖)、木糖(优选D-木糖)和其混合物。一般的观点是所述单糖的有效分离需要使用例如离子排斥和尺寸排斥。涉及使用弱酸阳离子交换树脂的另一特点是，若树脂为亲水形式，则最疏水的单糖似乎首先洗脱，最亲水的单糖最后洗脱。含处理后的鼠李糖的溶液可以是从加工来自硬木的半纤维素和含木糖的生物物质的水解产物或预水解产物获得的产品，如在纸和溶解纸浆加工如si-蒸煮(si-cooking)或预水解sa-蒸煮(sa-cooking)中形成的溶液。
用于本发明方法的色谱柱用弱酸阳离子交换树脂、优选具有羧酸官能团的丙烯酸类离子交换树脂填充。然而，该树脂可以是丙烯酸类树脂之外的树脂，官能团可以是羧酸基团之外的官能团，如另一种弱酸。这种丙烯酸类树脂优选衍生自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈或丙烯酸或其混合物。该树脂可用交联剂如二乙烯基苯(DVB)交联。合适的交联度为1-20重量％，优选3-8重量％。树脂的平均粒度通常为10-2000μm，优选100-400μm。该树脂可再生为H+、Na+、Mg2+或Ca2+形式。然而，也可使用其它离子形式。
将该柱子优选在温度10-95℃，更优选30-95℃，更优选55-85℃下洗脱。已知较高的分离温度降低粘度并改进分离性能。
用于本发明色谱分离的洗脱剂为水、溶剂如醇、或其混合物。洗脱剂优选为水。
将要分级的碳水化合物溶液非必要地在色谱分离前过滤，其中过滤可通过使用压力过滤器和硅藻土作为过滤助剂来进行。将进料溶液的pH非必要地调节至1-10，优选2-10，更优选2-4和5-10。例如当pH高、即为6-7时，在其它更亲水的单糖之前首先分离鼠李糖。调节pH后，将该溶液过滤。将进料溶液的干燥物质在色谱分离前调节至合适的水平。
用加料装置将溶液加入柱子中。柱子、进料溶液和洗脱剂的温度最优选为约65℃。这可通过预加热进料溶液完成。在柱子中通过加入水、例如去离子水，或加入例如冷凝物或一些其它水溶液、醇或其混合物来洗脱进料溶液。洗脱剂也可经热交换器用泵抽入。将柱子中的流速调节至合适水平。在合适的时间间隔收集流出溶液的级分并分析。自柱子的流出物可通过在线仪器监测。分级产品如鼠李糖和阿戊糖可通过随后或在接着的步骤中结晶来分离。从柱子另一端收集的再循环级分可按本身已知的方式使用。
本领域熟练技术人员显见，该多步骤方法可通过重新安排工艺单元的顺序或通过添加或除去一些工艺单元而改变。本领域熟练技术人员还可加入或改变其它分离、回收和浓缩单元的顺序。
此外，可以顺序排列两个或多个色谱柱，其中至少一个柱子包含弱酸阳离子交换树脂，其它柱子可包含强酸阳离子交换树脂，还可使用模拟移动床(SMB)系统。模拟移动床系统可为顺序或连续的。在本发明优选的实施方案中，将包含强酸阳离子交换树脂的第一个柱子与包含弱酸阳离子交换树脂的第二个柱子连接。由第二个柱子获得的级分可导入一个或多个包含强酸或弱酸阳离子交换树脂的其它柱子中。这种排列进一步改进分离性能并增加产品如鼠李糖、阿戊糖和木糖的收率和纯度。在柱子之间，非必要地存在另外的工艺步骤，这些步骤包括例如沉淀、过滤、结晶、蒸发或一些其它浓缩工艺步骤或其它已知的工艺单元。
在使用弱酸阳离子交换树脂的本发明多步骤工艺中，鼠李糖和其它糖类的洗脱顺序有利地与通过使用亚硫酸氢盐或硫酸盐形式的强碱性树脂或使用强酸阳离子交换树脂获得的洗脱顺序不同。本发明的一个优点是在包括多步骤工艺的本发明方法中有利地使用色谱柱中各组分的不同洗脱顺序。接收的一种产品级分为富含鼠李糖的级分，一种为富含木糖的级分，一种为富含阿戊糖的级分。根据本发明在第一步骤中使用弱酸阳离子交换树脂的多步骤工艺，当树脂为亲水形式时，鼠李糖优选在其它单糖之前洗脱。这样使要接收的鼠李糖以及其它碳水化合物具有良好的收率和高纯度。当树脂为更疏水的形式时，鼠李糖在单糖分离的后斜坡(back slope)中洗脱。
图8表示其中生产结晶木糖的示意图。将结晶母液用于生产鼠李糖的包括至少一个使用弱酸阳离子交换树脂步骤的多步骤工艺中，
图9给出生产鼠李糖的多步骤工艺的更详细的例子。首先，将木糖在木糖工艺中纯化和回收木糖级分。还可收集阿戊糖级分。木糖工艺的结晶母液进一步通过色谱分离纯化。该树脂可为弱酸或强酸阳离子交换树脂。该分离通过色谱分离继续进行并可回收富含鼠李糖的级分。同样可使用弱酸或强酸阳离子交换树脂。其它流出物可进一步用强酸阳离子交换树脂分离并可回收更多的木糖。也可在此步骤收集阿戊糖。
此外，富含鼠李糖的级分进一步通过使用弱酸或强酸阳离子交换树脂纯化。然而，至少一个对于鼠李糖级分的色谱分离步骤通过使用弱酸阳离子交换树脂进行。
鼠李糖结晶可以在最后的分离步骤之后进行。获得的产品合适地为鼠李糖一水合物。
本发明方法使得有可能从含鼠李糖的溶液(通过使用例如强酸阳离子交换树脂的已知方法非常难以分离)中，以良好收率分离和回收鼠李糖以及其它产品如鼠李糖、阿戊糖和木糖。与现有技术相比，通过本发明方法获得的优点之一在于，使用弱酸阳离子交换树脂允许使用水作为用于有效分离的洗脱剂。使用用于有效分离上述类型碳水化合物产品的强酸阳离子交换树脂的已知方法总是要求洗脱剂是溶剂如含水的醇。然而，当水用作洗脱剂时，操作更容易，成本更低并且更安全。通过使用水作为唯一的洗脱剂，避免了涉及例如贮存和再生的问题。
下面的实施例说明本发明。这些实施例无论如何不以任何方式限制权利要求。
实施例1
用H+/Mg2+形式的树脂色谱分离木糖结晶流出物
将木糖结晶流出物(一种山毛榉木基Mg-基si-蒸煮液)进行色谱分离。该分离在实验室色谱分离柱中按间歇工艺进行。将直径0.045m的柱子用Finex Oy(芬兰)制造的丙烯酸类弱酸阳离子交换树脂(Finex CA 12 GCTM)填充。该树脂是基于丙烯酸乙酯的树脂。树脂床的高度为约0.70m。树脂的交联度为6重量％DVB，树脂的平均粒度为0.26mm。将该树脂再生成主要H+形式(94％当量)和部分Mg2+形式(6％当量)，并将加料装置放在树脂床的顶部。柱子和进料溶液以及洗脱水的温度为约65℃。将柱子中的流速调节至4ml/min。
色谱分离按如下进行：
步骤1：
将进料溶液的干燥物质根据该溶液的折射率(RI)调节至在100g溶液中25g干燥物质。进料溶液的pH为3.5。
步骤2：
将100ml预热的进料溶液用泵抽入树脂床顶部。
步骤3：
在柱子中，通过将预热的离子交换水加入柱子顶部而向下洗脱进料溶液。
步骤4：
将10ml流出溶液样品按3分钟间隔收集。用装有脉冲电化学检测器和CarboPac PA1TM阴离子交换柱(水和0.2M NaOH作为洗脱剂)的Dionex HPLC装置分析样品的组成。
该树脂给出鼠李糖和阿戊糖与其它单糖的良好分离。鼠李糖和阿戊糖在分布曲线末端洗脱。洗脱剂的pH为3-4。结果在图1中给出。
实施例2
通过色谱分离纯化L-鼠李糖。
将来自桦树木基si-蒸煮的木糖沉淀结晶(最后的流出物)母液用作起始物质，并在间歇分离柱子中进行色谱分离。
该分离在中试色谱分离柱子中按间歇工艺进行。整个装置由原料罐、原料泵、热交换器、色谱分离柱、产品容器、进料溶液以及洗脱水的输入管线、流出管线和流量控制装置组成。
将直径0.225m的柱子用丙烯酸类弱酸阳离子交换树脂(Finex Ltd，Finland制造)填充；树脂床的高度为约5.2m。树脂的交联度为3重量％DVB，树脂的平均粒度为0.34mm。将该树脂再生成钠(Na+)形式，并将加料装置放在树脂床的顶部。柱子和进料溶液以及洗脱水的温度为约65℃。将柱子、的流速调节至40l/h。
进料溶液先通过过滤预处理，这使用压力过滤器和硅藻土作为过滤助剂来进行。然后将进料溶液加热到65℃，用氢氧化钠溶液将pH调节至6.0，然后过滤溶液。
色谱分离按如下进行：
步骤1：
将进料溶液的干燥物质根据该溶液的折射率(RI)调节至在100g溶液中35g干燥物质。
步骤2：
将20升预热的进料溶液用泵抽入树脂床顶部。
步骤3：
在柱子中通过将预热的离子交换水加入柱子顶部向下洗脱进料溶液。
步骤4：
连续测量流出的溶液的密度和导电率，同时按照此信息收集流出溶液并按照如下顺序分为两个级分(当原料分布重叠时)：鼠李糖级分(含大部分鼠李糖)和木糖级分(含大部分木糖、其它单糖和盐)。也可在无重叠下进行顺序加料，如此可将流出溶液按如下顺序分为四种级分：第一残留级分(含盐)、鼠李糖级分(含大部分鼠李糖)、木糖级分(含大部分木糖和其它一些单糖)和第二残留级分(含其它单糖)。在流出级分之间可非必要地吸收再循环级分，它们可再循环用于稀释原料的或按原样加入柱子中。
干燥物质的量以及进料溶液和产品级分中的鼠李糖和木糖含量在表1中给出。连续组分的浓度表示为特定级分中总干燥物质的百分比。还给出在产品级分中鼠李糖和木糖的收率(特定级分中的组分量相对于所有流出级分中该组分的总量的百分比)
表1
  组成和收率(当分布重叠并将流出溶液分成两种级分时)
  进料溶液   鼠李糖级分   木糖级分
  在级分中的DS，kg   8.0   2.2   5.8
  DS g/100g溶液   30.0   8.9   15.5
  鼠李糖，级分中的DS％   5.5   18.0   0.8
  木糖，级分中的DS％   22.5   13.2   25.6
  鼠李糖，收率％   90.0   10.0
  木糖，收率％   17.0   83.0
流出液的pH在7.3-9.3之间，结果在图2中给出。
实施例3
色谱分离来自鼠李糖分离的木糖-阿戊糖级分
将如实施例2制备的来自鼠李糖分离的含阿戊糖的木糖级分进行色谱分离。分离在中试色谱分离柱中按间歇工艺进行。将直径0.225m的柱子用强酸阳离子交换树脂(Finex CS 13 GCTM，Finex Oy，芬兰制造)填充。树脂床的高度为5.0m。树脂的交联度为5.5重量％DVB，树脂的平均粒度为约0.4mm。树脂为Ca2+形式。将加料装置放在树脂床的顶部。柱子、进料溶液和洗脱水的温度为约65℃。将柱子中的流速调节至30l/h。在分离前进行检验过滤(通过过滤袋)。
色谱分离按如下进行：
步骤1：
将进料溶液的干燥物质根据该溶液的折射率(RI)调节至在100g溶液中30g干燥物质。
步骤2：
将15升预热的进料溶液用泵抽入树脂床顶部。
步骤3：
在柱子中通过将预热的离子交换水加入柱子顶部向下洗脱进料溶液。
步骤4：
连续测量流出的溶液的密度和导电率。收集流出溶液并按照如下顺序分为三个级分：残留级分(含一些木糖)、富含木糖的级分(含大部分木糖和其它一些单糖)和富含阿戊糖的级分(含大部分阿戊糖)。干燥物质的量以及进料溶液和产品级分中的阿戊糖和木糖含量在表2中给出。组分的浓度表示为特定级分中总干燥物质的百分比。还给出在产品级分中阿戊糖和木糖的收率(特定级分中的组分量相对于所有流出级分中该组分的总量的百分比)
表2
  组成和收率
  进料溶液   木糖级分   阿戊糖级分
  在级分中的DS，kg   5.0   3.3   1.7
  DS g/100g溶液   30
  阿戊糖％   3.7   0.5   10.0
  木糖％   36.5   44.0   21.0
  阿戊糖，收率％   10.0   90.0
  木糖，收率％   80.0   20.0
阿戊糖在分布曲线的后斜坡处洗脱。可从阿戊糖中有效分离半乳糖和甘露糖，特别是葡萄糖和木糖。富含阿戊糖的产品级分中的阿戊糖含量(总干燥物质的％)为进料溶液中阿戊糖含量的3倍，阿戊糖回收率为90％。流出液的pH为5.3-6。结果在图3中以图形给出。
实施例4
用Na+形式的强酸阳离子交换树脂色谱分离木糖结晶流出物
将木糖沉淀结晶流出物(为桦树木基Ca-基si-蒸煮液体)在间歇分离柱中进行色谱分离。该分离在中试色谱分离柱中按间歇工艺进行。
整个装置由原料罐、原料泵、热交换器、色谱分离柱、产品容器、进料溶液以及洗脱水的输入管线、流出管线和流出液流量控制装置组成。
将直径0.225m的柱子用强酸阳离子交换树脂(Finex Ltd，Finland制造)填充。树脂床的高度为约5.1m。树脂的交联度为5.5重量％DVB，树脂的平均粒度为0.41mm。将该树脂再生成钠(Na+)形式，并将加料装置放在树脂床的顶部。柱子、进料溶液和洗脱水的温度为约65℃。将柱子中的流速调节至30l/h。
将进料溶液通过使用压力过滤器和硅藻土作为过滤助剂过滤预处理。然后将进料溶液加热至65℃并将pH调节至pH6，然后将该溶液经过滤器过滤。
色谱分离按如下进行：
步骤1：
将进料溶液的干燥物质根据该溶液的折射率(RI)调节至在100g溶液中35g干燥物质。
步骤2：
将15升预热的进料溶液用泵抽入树脂床顶部。
步骤3：
在柱子中通过将预热的离子交换水加入柱子顶部向下洗脱进料溶液。
步骤4：
连续测量流出的溶液的密度和导电率。将流出溶液收集并按照如下顺序分为两个级分：残留级分(含大部分盐)和木糖级分(含木糖、鼠李糖、阿戊糖和其它单糖)。
干燥物质的量以及进料溶液和产品级分(木糖级分)中的鼠李糖、阿戊糖和木糖含量在表3中给出。组分的浓度表示为特定级分中总干燥物质的百分比。还给出在产品级分中鼠李糖、阿戊糖和木糖的收率(特定级分中的组分量相对于所有流出级分中该组分的总量的百分比)。进料溶液和产品级分的颜色(ICUMSA，在pH5时测量)以及颜色脱除％一起给出。
表3
  组成、收率和颜色
  进料溶液级分   木糖级分   残余物
  (标称)   (自样品分析)   (自样品分析)
  级分中的DS，kg   5.9   4.3   2.1
  DS g/100g溶液   34.5   9.3   3.5
  鼠李糖，％   5.6   7.1   0.04
  阿戊糖，％   2.8   3.9   0.03
  木糖，％   26.0   37.7   0.1
  颜色，ICUMSA   38900   5000
  鼠李糖，收率％   99.7
  阿戊糖，收率％   99.6
  木糖，收率％   99.9
  颜色脱除，％   87.1
用Na+形式的强酸阳离子交换树脂从木糖沉淀结晶流出液中除去大部分盐和颜色。产品中的鼠李糖、阿戊糖和木糖的量也高于它们在进料溶液中的量。流出液的pH在5.5-7.2之间，结果在图4中以图形给出。
实施例5
含鼠李糖的木糖级分的色谱分离
将按实施例4制备的木糖级分(含木糖、鼠李糖、阿戊糖和其它单糖)在间歇分离柱中进行色谱分离。该分离在中试色谱分离柱中按间歇工艺进行。
整个装置由原料罐、原料泵、热交换器、色谱分离柱、产品容器、进料溶液以及洗脱水的输入管线、流出物管线和流出液流量控制装置组成。
将直径1.0m的柱子用Finex Ltd(芬兰)制造的弱酸阳离子交换树脂(Finex CA 16GCTM)填充。该树脂为基于烯酸甲酯的树脂。树脂床的高度为约5.0m。树脂的交联度为8重量％DVB，树脂的平均粒度为0.28mm。将该树脂再生成钠(Na+)形式，并将加料装置放在树脂床的顶部。柱子、进料溶液和洗脱水的温度为65℃。将柱子中的流速调节至785l/h。
将进料溶液的pH调节至pH6.5，然后将该溶液经过滤器过滤。
色谱分离按如下进行：
步骤1：
将进料溶液的干燥物质根据该溶液的折射率(RI)调节至在100g溶液中35g干燥物质。
步骤2：
将400升预热的进料溶液用泵抽入树脂床顶部。
步骤3：
在柱子中通过将预热的离子交换水加入柱子顶部向下洗脱进料溶液。
步骤4：
连续测量流出的溶液的密度和导电率。将流出溶液收集并按照如下顺序分为三个级分(当原料分布不重叠时)：残留级分(含大部分盐)、富含鼠李糖的级分(含大部分鼠李糖)和富含木糖的级分(含大部分木糖、阿戊糖和其它单糖)。
干燥物质的量以及进料溶液和产品级分中的鼠李糖和木糖含量在表4中给出。组分的浓度表示为特定级分中总干燥物质的百分比。还给出在产品级分中鼠李糖和木糖的收率(特定级分中的组分量相对于所有流出级分中该组分的总量的百分比)。
表4组成和收率
  进料溶液   鼠李糖级分   木糖级分
  在级分中的DS，kg   160   44   114
  DS g/100g溶液   36.1   6.2   10.6
  鼠李糖％   6.7   21.9   0.9
  木糖％   37.4   24.5   36.5
  鼠李糖，收率％   90.4   --
  木糖，收率％   --   79.0
富含鼠李糖的产品级分中的鼠李糖含量(总干燥物质的％)是进料溶液中鼠李糖含量的3.3倍。鼠李糖以良好的收率从进料溶液中分离出来。流出液的pH在8-9之间，结果在图5中以图形给出。阿戊糖可通过使用强酸阳离子交换树脂从木糖级分中分离。
实施例6
用弱酸阳离子交换树脂色谱分离富含鼠李糖的级分
将按实施例5制备的富含鼠李糖的级分在间歇分离柱中进行色谱分离。该分离在中试色谱分离柱中按间歇工艺进行。
整个装置由原料罐、原料泵、热交换器、色谱分离柱、产品容器、进料溶液以及洗脱水的输入管线、流出物管线和流出液流量控制装置组成。
将直径1.0m的柱子用Finex Ltd(芬兰)制造的弱酸阳离子交换树脂(Finex CA 16GCTM)填充。该树脂为基于丙烯酸甲酯的树脂。树脂床的高度为约5.0m。树脂的交联度为8重量％DVB，树脂的平均粒度为0.28mm。将该树脂再生成钠(Na+)形式，并将加料装置放在树脂床的顶部。柱子、进料溶液和洗脱水的温度为65℃。将柱子中的流速调节至785l/h。
将进料溶液的pH调节至pH6.5，然后将该溶液经过滤器过滤。
色谱分离按如下进行：
步骤1：
将进料溶液的干燥物质根据该溶液的折射率(RI)调节至在100g溶液中35g干燥物质。
步骤2：
将250升预热的进料溶液用泵抽入树脂床顶部。
步骤3：
在柱子中通过将预热的离子交换水加入柱子顶部向下洗脱进料溶液。
步骤4：
连续测量流出的溶液的密度和导电率。将流出溶液收集并按照如下顺序分为三个级分(当原料分布不重叠时)：第一残留级分(含大部分盐)、富含鼠李糖的级分(含大部分的鼠李糖)和第二残留级分(含大部分的木糖和其它单糖)。
干燥物质的量以及进料溶液和产品级分中的鼠李糖和木糖含量在表5中给出。组分的浓度表示为特定级分中总干燥物质的百分比。还给出在产品级分中鼠李糖的收率(特定级分中的组分量相对于所有流出级分中该组分的总量的百分比)。
表5组成和收率
  进料溶液   鼠李糖级分
  在级分中的DS，kg   100   39
  DS g/100g溶液   35.5   8.6
  鼠李糖％   21.6   47.0
  木糖％   23.1   6.2
  鼠李糖，收率％   86.0
产品级分中的鼠李糖含量(总干燥物质的％)为进料溶液中鼠李糖含量的2.2倍。鼠李糖以良好的收率从进料溶液中分离出来。流出液的pH在8-10之间，结果在图6中以图形给出。
实施例7
用Ca2+形式的强酸阳离子交换树脂色谱分离富含鼠李糖的级分
将按实施例6制备的富含鼠李糖的级分在间歇分离柱中进行色谱分离。该分离在中试色谱分离柱中按间歇工艺进行。
整个装置由原料罐、原料泵、热交换器、色谱分离柱、产品容器、进料溶液以及洗脱水的输入管线、流出物管线和流出液流量控制装置组成。
将直径0.6m的柱子用Finex Ltd(芬兰)制造的强酸阳离子交换树脂(Finex CS 11 GC)填充。树脂床的高度为约5.0m。树脂的交联度为5.5重量％DVB，树脂的平均粒度为0.40mm。将该树脂再生成钠(Ca2+)形式，并将加料装置放在树脂床的顶部。柱子、进料溶液和洗脱水的温度为65℃。将柱子中的流速调节至210l/h。
将进料溶液的pH调节至pH6.5，然后将该溶液经过滤器过滤。
色谱分离按如下进行：
步骤1：
将进料溶液的干燥物质根据该溶液的折射率(RI)调节至在100g溶液中30g干燥物质。
步骤2：
将110升预热的进料溶液用泵抽入树脂床顶部。
步骤3：
在柱子中通过将预热的离子交换水加入柱子顶部向下洗脱进料溶液。
步骤4：
连续测量流出的溶液的密度和导电率。将流出溶液收集并按照如下顺序分为三个级分(当原料分布不重叠时)：第一残留级分(含除单糖外的组分)、富含鼠李糖的级分(含大部分鼠李糖)和第二残留级分(含其它单糖和其它组分)。
干燥物质的量以及进料溶液和产品级分中的鼠李糖含量在表6中给出。鼠李糖的浓度表示为特定级分中总干燥物质的百分比。还给出在产品级分中鼠李糖的收率(特定级分中的组分量相对于所有流出级分中该组分的总量的百分比)。
表6组成和收率
  进料溶液   鼠李糖级分
  (标称)   (自样品分析)
  在级分中的DS，kg   37   34.8
  DS g/100g溶液   30   10.2
  鼠李糖％   47.9   55.4
  鼠李糖，收率％   99.0
鼠李糖的纯度提高16％。鼠李糖的收率优良，为99％。流出液的pH为3.5-4。结果在表7中给出。
实施例8
鼠李糖的结晶
将按纯鼠李糖的折射计干燥固体含量计具有DS 14％和鼠李糖含量52.3％的13100g鼠李糖浆料蒸发至RDS 86.9％并在温度65℃下移入2升反应容器中。用0.03％种子(基于DS)对沸腾浆料提供晶种(在65℃下，RDS 86.9％)。
将物料在16小时内从温度65℃冷却至温度40℃。自提供晶种16小时后，在不进行洗涤下离心得到滤饼纯度98.5％(基于RDS)和母液纯度21.2％(基于RDS)，相当于76％的鼠李糖收率。晶体尺寸为200...350μm。干燥后的晶体的湿含量为10.0％，用Karl Fischer滴定法测量。
结果在表7中给出。
表7
  样品   RDS％按重量计   单糖(PED LC)％，基于重量RDS
  鼠李糖   阿戊糖   半乳糖   葡萄糖   木糖   甘露糖   果糖
  原料   14.1   52.3   0.6   4.6   2.3   12.8   4.6   0.6
  母液，未洗涤   54.3*   21.2   0.7   7.8   4.0   21.3   7.8   1.0
  滤饼，未洗涤   90.0   98.5   -   0.1   0.0   0.3   0.1   -
*稀释样品
实施例9
阿戊糖结晶
将含阿戊糖的原料液体加入400升沸腾结晶器中。蒸发在温度60℃和压力10毫巴下开始。将该沸腾液体用0.03％种子(基于DS)在DS 67.9％、温度60℃和压力130毫巴下提供晶种。提供晶种后，将沸腾结晶在温度60℃下进行3小时，并将新的原料液体连续加入沸腾结晶器中。将通过沸腾结晶获得的400升物料批料(物料DS的68.9％)移入400升冷却结晶器中。
将物料在20小时内从温度60℃冷却至温度30℃。冷却结晶后，将物料离心。将这些晶体干燥并包装。

Claims (45)

1.一种通过使用包括至少一个步骤的色谱分离的多步骤工艺从含鼠李糖、阿戊糖、木糖中的至少两种所述单糖的溶液中回收选自鼠李糖、阿戊糖、木糖和其混合物的单糖的方法，其中将弱酸阳离子交换树脂用于色谱分离。
2.权利要求1的方法，包括将含选自鼠李糖、阿戊糖、木糖和其混合物的单糖的溶液加入包含弱酸阳离子交换树脂的色谱柱中，用洗脱剂洗脱所述柱子，并分离和回收鼠李糖级分。
3.权利要求1或2的方法，其中强酸阳离子交换树脂也用于色谱柱中。
4.权利要求1的方法，其中多步骤工艺进一步包括选自结晶、过滤、蒸发、沉淀和离子交换的步骤。
5.权利要求1的方法，其中回收的单糖是鼠李糖。
6.权利要求5的方法，其中回收的鼠李糖是L-鼠李糖。
7.权利要求1的方法，其中含鼠李糖的溶液是木糖工艺流或侧流。
8.权利要求5-7任一项的方法，其中分离和回收富含阿戊糖的级分。
9.权利要求8的方法，其中待回收的阿戊糖是L-阿戊糖。
10.权利要求5的方法，其中分离和回收富含木糖的级分。
11.权利要求10的方法，其中待回收的木糖是D-木糖。
12.权利要求1的方法，其中弱酸阳离子交换树脂是丙烯酸类树脂。
13.权利要求12的方法，其中丙烯酸类树脂衍生自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酸和其混合物。
14.权利要求13的方法，其中树脂是选自Na+、Mg2+、H+和Ca2+的形式。
15.权利要求14的方法，其中树脂是Na+形式。
16.权利要求12-15任一项的方法，其中树脂用二乙烯基苯(DVB)交联。
17.权利要求16的方法，其中树脂的交联度是3-8重量％。
18.权利要求1的方法，其中洗脱剂是水。
19.权利要求1的方法，包括将含鼠李糖的溶液加入第一色谱柱中，然后将来自第一色谱柱的级分加入第二色谱柱中，两个柱子都含有弱酸阳离子交换树脂。
20.权利要求19的方法，包括将来自第二色谱柱的级分加入含强酸阳离子交换树脂的第三色谱柱中，并将来自第三色谱柱的级分加入含强酸阳离子交换树脂的第四色谱柱中。
21.权利要求1的方法，包括将含鼠李糖的溶液加入含强酸阳离子交换树脂的第一色谱柱中，然后将来自第一色谱柱的级分加入含弱酸阳离子交换树脂的第二色谱柱中。
22.权利要求21的方法，包括将来自第二色谱柱的级分加入含弱酸阳离子交换树脂的第三色谱柱中。
23.权利要求19或21的方法，包括将来自第二色谱柱的级分加入含强酸阳离子交换树脂的第三色谱柱中。
24.权利要求19或21的方法，其中在将该级分加入下一色谱柱之前，将所述级分通过蒸发浓缩。
25.权利要求1的方法，其中洗脱剂的温度为10-95℃。
26.权利要求25的方法，其中洗脱剂的温度为55-85℃。
27.权利要求1的方法，其中弱酸阳离子交换树脂的粒度为10-2000μm。
28.权利要求27的方法，其中弱酸阳离子交换树脂的粒度为100-400μm。
29.权利要求1的方法，其中进料溶液的pH为1-10。
30.权利要求29的方法，其中进料溶液的pH为2-4。
31.权利要求29的方法，其中进料溶液的pH为5-10。
32.权利要求19或21的方法，包括从第一和第二色谱柱中回收木糖和阿戊糖。
33.权利要求1的方法，包括通过结晶分离阿戊糖。
34.权利要求19或21的方法，包括从第二和/或第三色谱柱回收鼠李糖。
35.权利要求1的方法，包括通过结晶分离L-鼠李糖。
36.权利要求1的方法，包括分离一水合物形式的L-鼠李糖。
37.权利要求1的方法，包括通过结晶分离木糖。
38.权利要求1的方法，其中该方法为间歇工艺。
39.权利要求1的方法，其中在其它单糖之前收集鼠李糖级分。
40.权利要求1的方法，其中在其它单糖之后收集鼠李糖级分。
41.权利要求1的方法，其中将鼠李糖和阿戊糖一起收集。
42.权利要求1的方法，其中色谱分离方法是模拟移动床体系。
43.权利要求42的方法，其中模拟移动床体系是顺序的。
44.权利要求43的方法，其中模拟移动床体系是连续的。
45.权利要求42-44任一项的方法，其中至少一个柱子或柱子的一部分包含强酸阳离子交换树脂，并且至少一个柱子包含弱酸阳离子交换树脂。
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