一种用于去除D‑阿洛酮糖中的D‑果糖的装置的制作方法

本发明提供了一种高效去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置，属于轻工设备制造技术领域。

背景技术：

稀有糖是一类重要的碳水化合物，在膳食、保健、医药等领域中发挥着非常重要的功能。D-阿洛酮糖是自然界存在极少的稀有糖，食用后几乎不产生热量，是低热量甜味剂。它还具有降低血糖、降低血脂、清除活性氧自由基和神经保护等重要的生理功能，其独特功能和医疗价值引起广泛关注，是近年来功能糖研究热点之一。由于D-阿洛酮糖在自然界中的含量极少，提取极其困难，化学合成的方法副产物多、不易纯化，有很多弊端；而生物合成的方法尚停留在实验室水平；并且由于生产后期生产阿洛酮糖的底物果糖或葡萄糖与阿洛酮糖的性质及其接近，使得后期阿洛酮糖的分离纯化极为困难；这些原因导致阿洛酮糖的市场价格昂贵，目前主要满足科研需求，作为试剂销售。

虽然阿洛酮糖的市场需求日益增加，但高昂的价格限制了它们的市场规模和应用。因此，大幅降低生产成本，实现规模化生产变得极其重要。利用酶工程技术，以果糖为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产成本，但反应平衡时大约一半的果糖未被转化，需要加以去除才能到高纯度阿洛酮糖，但是果糖与阿洛酮糖的性质极为相近，很难将二者分离开来，目前通常使用的色谱分离技术，成本较高。因此，研究和开发简单、低成本的阿洛酮糖分离纯化装置对于简化生产工艺，降低生产成本，实现大规模工业化生产具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供了一种用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置，以实现高效分离纯化D-阿洛酮糖的同时将D-果糖转化为易被分离的有经济价值的产品。

本发明所述的用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置由异构化系统1、氧化系统2、分离系统3、储罐4及收集罐5组成，其中所述异构化系统、氧化系统、分离系统之间由液体输送管道依次连接，构成循环体系；

其特征在于：

所述异构化系统是带外套层的容器，外套层包裹的容器为填加有固体葡萄糖异构酶的反应容器6，该容器设置有进样口8和出样口9，其出样口由连有液体输送泵19的输送管道连接至氧化系统的进样口12，外套层的夹层内充满循环水，循环水温度由控温装置7调控；所述氧化系统是带外套层的容器，外套层包裹的容器为填加有固体葡萄糖氧化酶的反应容器10，该容器设置有进样口12和出样口13，其出样口由连接有液体输送泵20的输送管道连接至分离系统的进样口15，外套层的夹层内充满循环水，循环水温度由控温装置11调控；所述的分离系统是填加有碱性阴离子交换树脂的分离容器14，该分离器设置有进样口15和具有三通结构的出样口16，其中一个出口由连有液体输送泵18的输送管道连接至异构化系统的进样口8，另一个出口由连有液体输送泵21的输送管道连接至收集罐5的罐口；所述储罐设置有能将转化液输送到异构化系统进样口8的液体输送泵17；上述各系统及罐顺序连接构成了完整的循环体系。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置中：所述异构化系统优选由玻璃制成，呈柱状，其外套层夹层内的循环水系统连接水浴锅，所述控温装置利用水浴锅调控循环水温度实现，所控温度为65℃。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置中：所述氧化系统优选由玻璃制成，呈柱状，其外套层夹层内的循环水系统连接水浴锅，所述控温装置利用水浴锅调控循环水温度实现，所控温度为40℃。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置中：所述碱性阴离子交换树脂优选是大孔苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置中：所述储罐是用于储存D-果糖和D-阿洛酮糖混合溶液的罐体，优选由不锈钢、玻璃或陶瓷制成。

上述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置中：所述收集罐是用于收集高浓度D-阿洛酮糖溶液的罐体，优选由不锈钢、玻璃或陶瓷制成。

本发明所述用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置在分离D-果糖和D-阿洛酮糖中的应用。

本发明公开了一种用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置，实验证实：利用该装置通过对转化液连续的循环处理，能够有效地将果糖转化为葡萄糖酸分离出来，解决了性质极其接近的两种糖难以分离的问题，且由于将产生的葡萄糖酸不断地分离出来，因此不需要加碱控制pH，反应液中离子含量低，易于后续纯化；整个生产工艺简单，生产成本显著降低，为实现大规模工业化生产，实现量产、高产奠定了基础。

综上，本发明具有的有益效果是：

(1)利用本发明装置通过对转化液连续的循环处理，能够有效地将果糖最终转化为葡萄糖酸并用树脂吸附分离除去，解决了性质极其接近的果糖和阿洛酮糖难以分离的问题；

(2)连续的循环处理，解决了葡萄糖异构酶酶促反应可逆的弊端，使得反应向生成葡萄糖的方向进行，最大限度的利用了葡萄糖异构酶；

(3)离子交换树脂吸附葡萄糖酸又进一步解决了反应液pH值调节的问题，避免了离子浓度的升高，且整个过程可以连续化；

(4)离子交换树脂柱中吸附的葡萄糖酸可以利用盐酸(氯化钠/氯化钙/氯化锌)解吸，得到葡萄糖酸(葡萄糖酸钠/钙/锌)，作为联产产品可增加利润，增加阿洛酮糖生产的收益。

附图说明

图1是本发明所述的用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖装置的结构示意图；

其中：1为异构化系统，2为氧化系统，3为分离系统，4为储罐，5为收集罐，6为异构化系统反应器，7为异构化系统控温装置，8为异构化系统反应器进样口，9为异构化系统反应器出样口，10为氧化系统反应器，11为氧化系统控温装置，12为氧化系统反应器进样口，13为氧化系统反应器出样口，14为分离系统分离器，15为分离系统进样口，16为分离系统出样口，17～21为液体输送泵。

图2是高效液相分析经过循环处理前后的样品成分图；

其中：22为果糖处理前后含量对比图，23为阿洛酮糖处理前后含量对比图，24为阿洛酮糖标样。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1 用于D-果糖和D-阿洛酮糖分离装置

如图1所示。

用于去除D-阿洛酮糖中的D-果糖的装置由异构化系统1、氧化系统2、分离系统3、储罐4及收集罐5组成，其中所述异构化系统、氧化系统、分离系统之间由液体输送管道依次连接，构成循环体系；

其中：

所述异构化系统是由玻璃制成，呈柱状的带外套层的容器，外套层包裹的容器为填加有固体葡萄糖异构酶的反应容器6，该容器设置有进样口8和出样口9，其出样口由连有液体输送泵19的输送管道连接至氧化系统的进样口12，外套层的夹层内充满循环水，循环水系统连接水浴锅，控温装置7利用水浴锅调控循环水温度实现，所控温度为65℃；所述氧化系统是由玻璃制成，呈柱状的带外套层的容器，外套层包裹的容器为填加有固体葡萄糖氧化酶的反应容器10，该容器设置有进样口12和出样口13，其出样口由连接有液体输送泵20的输送管道连接至分离系统的进样口15，外套层的夹层内充满循环水，循环水系统连接水浴锅，控温装置11利用水浴锅调控循环水温度实现，所控温度为40℃；所述的分离系统是填加有大孔苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂的分离容器14，该分离器设置有进样口15和具有三通结构的出样口16，其中一个出口由连有液体输送泵18的输送管道连接至异构化系统的进样口8，另一个出口由连有液体输送泵21的输送管道连接至收集罐5的罐口；所述收集罐是用于收集高浓度D-阿洛酮糖溶液的罐体，由不锈钢、玻璃或陶瓷制成；所述储物罐是用于储存D-果糖和D-阿洛酮糖混合溶液的罐体，由不锈钢、玻璃或陶瓷制成，其设置有能将转化液输送到异构化系统进样口8的液体输送泵17；上述各系统及罐顺序连接构成了完整的循环体系。

实施例2 利用实施例1所述装置实现D-阿洛酮糖中的D-果糖的去除

(1)碱性阴离子交换树脂的预处理：处理方法参考GB5476-85中华人民共和国国家标准离子交换树脂预处理方法；

①将树脂装入内径为3cm的层析柱中，柱床高度为30cm，用纯水进行反复冲洗，直至试样中无可见机械杂质并出水澄清为止；

②依次用100mL 1N盐酸溶液、200mL纯水、100mL1N氢氧化钠溶液和200mL纯水，自上而下通过树脂层，试剂流量为2.0mL/min，纯水流量为10mL/min，在每次转换试剂时，使液面高出树脂层1cm，保证树脂层中无气泡；此操作进行2次；

③经②处理过的树脂用400mL 1N氢氧化钠溶液通过树脂层，流量为10mL/min，然后用纯水洗涤，直至用酚酞指示液检验流出液为无色时停止洗涤；

(2)以蒸馏水配制终浓度为550g/L的果糖溶液；

(3)以固体D-阿洛酮糖3-差向异构酶为催化剂，按每100mL果糖溶液中添加55g催化剂的比例向果糖溶液中加入所述催化剂，在68℃反应5h后分离除去催化剂，得到含D-阿洛酮糖和D-果糖的转化液，转化液放置于分离装置的储罐；

(4)储罐中含果糖与阿洛酮糖的转化液，以5mL/min的流速通过异构化系统的进样口流至异构化系统中的内部反应容器，经过异构化系统反应器的处理实现将转化液中部分D-果糖转化为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)混合溶液由异构化系统的出样口流出，再以5mL/min的流速通过氧化系统进样口流入氧化系统内部反应容器；经两个反应容器的处理，实现将混合液中全部的D-葡萄糖转化为葡萄糖酸，含果糖与阿洛酮糖的混合溶液变成含果糖、葡萄糖酸与阿洛酮糖的混合溶液；

(6)含果糖、葡萄糖酸与阿洛酮糖的混合溶液由氧化系统的出样口流出，以3mL/min的流速通过分离系统的进样口流入分离系统内部分离容器，经过碱性阴离子交换树脂的吸附作用将葡萄糖酸吸附除去；

(7)混合溶液由分离系统出样口流出，再次以5mL/min的流速通过异构化系统的进样口流至异构化系统中的内部反应容器；

(8)按照步骤(4)(5)(6)(7)的方法重复操作，循环13次，经过分离系统另一个与收集罐罐口对接的出口流出含高浓度D-阿洛酮糖的溶液。

高效液相分析经过循环处理后的样品成分，阿洛酮糖的纯度可达到95％，结果见图2。

实施例3 D-阿洛酮糖的结晶

经过实施例2处理得到的含高浓度D-阿洛酮糖的溶液，使用降温法结晶得到D-阿洛酮糖结晶体。具体实施方式如下：

将实施例2得到的糖液利用真空干燥的方法干燥得到饱和的阿洛酮糖糖溶液，将糖液加热至65℃后，以体积比1：4的比例加入丙酮溶液，然后加入阿洛酮糖晶种，以4℃/min的速度降温，降至4℃，得到阿洛酮糖的结晶体。

实施例4 葡萄糖酸的解吸

(1)配制终浓度为0.5mol/L的稀盐酸；

(2)实施例1结束后，以2mL/min的流速将100mL 0.5mol/L的稀盐酸由分离系统的进样口流入；

(3)由分离系统出样口流出的液体为解吸得到的葡萄糖酸溶液，葡萄糖酸作为联产产品可增加利润，增加阿洛酮糖生产的收益。

经过循环处理，转化液中的D-果糖的去除率即可达到95％以上。综上，本发明方法简单并使用方便，可大幅降低D-阿洛酮糖的生产成本，具有巨大的工业化应用前景。