本发明属于功能糖生产技术领域，涉及一种D-阿拉伯糖的纯化方法。
背景技术：
D-阿拉伯糖是D-核糖的戊糖类似物，是一种重要的还原糖。在医药领域中，常用于合成D-核糖、脱氧核糖、核黄素（维生素B2）、阿糖胞苷、阿糖腺苷等医药的中间体或原料。在食品领域中，不仅可用作新型甜味剂，还可用于调制糖浆的基质、改善酒精饮料品质及合成香料等。此外，在生化领域，可用作细菌培养基和底物，如以D-阿拉伯糖为底物合成酵母中D-抗坏血酸，合成分枝杆菌细胞壁阿拉伯半乳糖。因此，近年来，D-阿拉伯糖在医药、食品、生化等领域的应用已受到越来越多的关注。
由于D-阿拉伯糖在自然界中很少见，仅在某些细菌多糖中存在，因此需要人工合成获得。目前，D-阿拉伯糖的生产方法主要是化学合成法，特别是基于鲁夫-芬顿醛糖降级法的化学合成法，即葡萄糖酸或葡萄糖酸盐在铁催化作用下，与双氧水发生降级反应，得到少一个碳原子的D-阿拉伯糖，其理论收率约为67%，而实际收率却远低于此。针对D-阿拉伯糖收率低的问题，国内外报道了多种改进方法。Hocket和Hudson采用硫酸铁和醋酸钡共同催化葡萄糖酸钙进行双向分解制备D-阿拉伯糖，但其收率仅为34～40%，未达到理论收率的60%。美国专利USP3755294采用葡萄糖酸铁作为催化剂，葡萄糖酸钙与双氧水反应制备D-阿拉伯糖的收率可达到理论值的60%，但此法受限于葡萄糖酸铁的昂贵价格而未能得到推广应用。袁淏、展现名等人将亚铁盐和双氧水组成的芬顿试剂应用于葡萄糖酸盐制备D-阿拉伯糖，收率达到理论收率的60%，中国专利CN103896993A则采用价格较低的硫酸铁为催化剂，通过调控双氧水流加速率以提高双氧水的有效利用率，D-阿拉伯糖的收率达到理论收率的75～80%。中国专利CN102351916A、CN102295664A、CN102850409A分别在公开的化学法制备D-阿拉伯糖的方法中特别提出了对D-阿拉伯糖液的精制技术，其中专利CN102351916A通过加入硫酸去除钙离子和离子交换除盐技术，得到纯度为75～80%的D-阿拉伯糖精制糖液；专利CN102295664A通过电渗析初步除盐、活性炭脱色、离子交换反复脱色除盐工艺，得到D-阿拉伯糖精制液；专利CN102850409A采用电渗析脱盐、离子交换进一步除盐脱色、浓缩、重复脱色等工艺，最终得到纯度85～99%的D-阿拉伯糖精制液。由此可见，除了化学反应技术外，产物D-阿拉伯糖的纯化技术对提高化学法制备D-阿拉伯糖的收率和质量、降低成本同样重要。而纯化技术的关键在于去除D-阿拉伯糖液中的色素、铁、钙及其他离子杂质，从而获得电导率低，纯度高的D-阿拉伯糖精制液。
从上述报道可知，目前化学法制备D-阿拉伯糖虽然在化学反应工艺方面取得了较大的改进效果，但是对产物纯化处理技术仍然存在工艺繁琐，效率低，产品纯度低，成本高等缺点。特别地，铁离子在现有纯化处理工艺中很难的一步去除或者去除绝大部分，这往往会使树脂中毒，糖液颜色加深、除盐脱色困难，且易造成后续结晶产品纯度低，收率低、溶解性差等问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种D-阿拉伯糖的纯化方法，以解决现有技术工艺繁琐，效率低，产品纯度低，生产成本高等问题。
本发明的技术方案如下：
一种D-阿拉伯糖的纯化方法，包括澄清、脱色、浓缩、除盐，其操作步骤如下：
（1）粗液处理：D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸或葡萄糖酸盐在二价或三价铁盐催化作用下，与双氧水发生化学反应而制得，其固形物含量为5.0～20.0%，D-阿拉伯糖纯度为50.0～60.0%，透光率为3～12%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，调节pH值至7.0～9.0，再加入磷酸，调节pH值至4.5～5.5，然后加热至70～100℃，加入絮凝剂，快速搅拌使之产生絮凝现象，冷却静置沉降，过滤去除沉淀，得到澄清糖液；其固形物含量3.8～17.0%，D-阿拉伯糖纯度60.4～69.7%，透光率50%～70%；
（3）脱色：向步骤（2）的澄清糖液中加入pH值为3.0～5.0的活性炭，在50～55℃下搅拌脱色，过滤，得到脱色糖液，透光率90～95%；
（4）浓缩：将步骤（3）的脱色糖液进行浓缩，得到固形物含量30～45%的浓缩糖液；
（5）除盐：将步骤（4）的浓缩糖液按照以下顺序进行一次除盐：阳离子交换树脂A、阳离子交换树脂732、阴离子交换树脂D315；或者采用阳离子交换树脂A、阳离子交换树脂732、混合树脂的顺序进行一次除盐；得到透光率99～100%，纯度96%以上的D-阿拉伯糖精制液。
作为本发明的进一步说明，所述的絮凝剂为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1500～2500万道尔顿，水解度为20～40%。
作为本发明的进一步说明，所述絮凝剂的用量为2～5mg/L。
作为本发明的进一步说明，所述活性炭用量为D-阿拉伯糖质量的0.1～0.5%。
作为本发明的进一步说明，所述脱色的时间为20～40min。
作为本发明的进一步说明，所述的阳离子交换树脂A为大孔强酸型阳离子交换树脂HD-8或大孔鳌合型阳离子交换树脂HZD-401。
作为本发明的进一步说明，所述的阳离子交换树脂A由上海华震科技有限公司生产。
作为本发明的进一步说明，所述混合树脂为阳离子交换树脂732与阴离子交换树脂D315按体积比1:2～3均匀混合制得。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明根据D-阿拉伯糖粗液体系特性，利用石灰，将D-阿拉伯糖粗液的pH值调节呈碱性，去除D-阿拉伯糖粗液中的多余的双氧水；通过磷酸调节D-阿拉伯糖粗液体系等电点；同时利用阴离子聚丙烯酰胺高分子吸附架桥、电荷中和及网状交联等作用，快速絮凝去除铁、钙、锌及其他非糖分物质。通过以上几种物质共同作用，本发明的澄清效果快速高效。
2、本发明使用阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂，其分子量在1500～2500万道尔顿、水解度在20～40%范围内，具有良好的絮凝性、沉降速度快且易与溶液分离达到快速澄清的效果，非常适合本发明的工艺。
3、本发明使用活性炭进行脱色，脱色效果好，成本低廉。
4、本发明的方法使用少量絮凝剂和活性炭就可达到理想的澄清脱色效果，进而大幅减少后续操作负荷，加快纯化速度，提高生产效率。
5、本发明将阳离子交换树脂HD-8或HZD-401与阳离子交换树脂732和阴离子交换树脂D315联用，其性能稳定，交换容量大，可以保证先去除D-阿拉伯糖溶液中的多价阳离子，避免后续其他树脂产生中毒现象，提高纯化效率。
6、本发明的浓缩糖液只需要经过一次阳阳阴离子交换树脂，或者阳阳及阳阴混合的离子交换树脂进行除盐，就能得到高纯度的D-阿拉伯糖精制液，降低了产品损失和生产成本，缩短了工艺流程，提高了纯化效率，适合规模化生产。
7、本发明的纯化方法，工艺简单、效率高、成本低，得到的D-阿拉伯糖透光率为99～100%，纯度达96%以上，品质优良，具有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
本发明所用大孔强酸型阳离子交换树脂HD-8和大孔鳌合型阳离子交换树脂HZD-401由上海华震科技有限公司生产。
实施例1
一种D-阿拉伯糖的纯化方法，包括澄清、脱色、浓缩、除盐，其操作步骤如下：
（1）粗液处理：取100L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸钙在硫酸铁催化作用下，与双氧水发生化学反应得到，其固形物含量为17.2%，D-阿拉伯糖纯度为50.0%，透光率为7%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，调节pH值至7.0，再加入磷酸，调节pH值至5.0，然后加热至100℃，加入分子量为1500万道尔顿，水解度为20%的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂，用量为3mg/L，快速搅拌使之产生絮凝现象，冷却静置沉降，过滤去除沉淀，得到98L澄清糖液；其固形物含量14.8%，D-阿拉伯糖纯度60.4%，透光率50%；
（3）脱色：向步骤（2）的澄清糖液中加入pH值为3.0～5.0的活性炭，活性炭用量为D-阿拉伯糖质量的0.2%，在50℃下搅拌脱色30min，过滤，得到97L脱色糖液，透光率90%；
（4）浓缩：将步骤（3）的脱色糖液进行浓缩，得到固形物含量40.1%的浓缩糖液35L；
（5）除盐：将步骤（4）的浓缩糖液按照以下顺序进行一次除盐：大孔强酸型阳离子交换树脂HD-8、阳离子交换树脂732、阴离子交换树脂D315；得到D-阿拉伯糖精制液40L。
本实施例的产品质量指标为：透光率100%，纯度96.8%、固形物含量22.0%。
实施例2
一种D-阿拉伯糖的纯化方法，包括澄清、脱色、浓缩、除盐，其操作步骤如下：
（1）粗液处理：取150L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸钙在硫酸亚铁催化作用下，与双氧水发生化学反应得到，其固形物含量为20.0%，D-阿拉伯糖纯度为56.5%，透光率为3%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，调节pH值至8.0，再加入磷酸，调节pH值至4.5，然后加热至70℃，加入分子量为1800万道尔顿，水解度为25%的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝剂用量为4mg/L，快速搅拌使之产生絮凝现象，冷却静置沉降，过滤去除沉淀，得到147L澄清糖液；其固形物含量17.0%，D-阿拉伯糖纯度66.0%，透光率64%；
（3）脱色：向步骤（2）的澄清糖液中加入pH值为3.0～5.0的活性炭，活性炭用量为D-阿拉伯糖质量的0.5%，在55℃下搅拌脱色40min，过滤，得到145L脱色糖液，透光率95%；
（4）浓缩：将步骤（3）的脱色糖液进行浓缩，得到固形物含量45.0%的浓缩糖液43L；
（5）除盐：将步骤（4）的浓缩糖液按照以下顺序进行一次除盐：大孔鳌合型阳离子交换树脂HZD-401、阳离子交换树脂732、阴离子交换树脂D315；得到D-阿拉伯糖精制液54L。
本实施例的产品质量指标为：透光率99%，纯度97.2%，固形物含量为29.8%。
实施例3
一种D-阿拉伯糖的纯化方法，包括澄清、脱色、浓缩、除盐，其操作步骤如下：
（1）粗液处理：取150L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸钠在硫酸亚铁催化作用下，与双氧水发生化学反应得到，其固形物含量为5.0%，D-阿拉伯糖纯度为51.6%，透光率为12%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，调节pH值至9.0，再加入磷酸，调节pH值至5.5，然后加热至90℃，加入分子量为2000万道尔顿，水解度为35%的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝剂用量为2mg/L，快速搅拌使之产生絮凝现象，冷却静置沉降，过滤去除沉淀，得到147L澄清糖液；其固形物含量3.8%，D-阿拉伯糖纯度69.7%，透光率70%；
（3）脱色：向步骤（2）的澄清糖液中加入pH值为3.0～5.0的活性炭，活性炭用量为D-阿拉伯糖质量的0.1%，在52℃下搅拌脱色25min，过滤，得到146L脱色糖液，透光率93%；
（4）浓缩：将步骤（3）的脱色糖液进行浓缩，得到固形物含量30%的浓缩糖液16L；
（5）除盐：将步骤（4）的浓缩糖液按照以下顺序进行一次除盐：大孔鳌合型阳离子交换树脂HZD-401、阳离子交换树脂732、阳离子交换树脂732与阴离子交换树脂D315按体积比1:3均匀混合制得的混合树脂；得到D-阿拉伯糖精制液25L。
本实施例的产品质量指标为：透光率99%，纯度97.3%，固形物含量为17.8%。
实施例4
一种D-阿拉伯糖的纯化方法，包括澄清、脱色、浓缩、除盐，其操作步骤如下：
（1）粗液处理：取200L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸在硫酸亚铁催化作用下，与双氧水发生化学反应得到，其固形物含量为16.8%，D-阿拉伯糖纯度为60.0%，透光率为9%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，调节pH值至8.0，再加入磷酸，调节pH值至5.5，然后加热至90℃，加入分子量为2500万道尔顿，水解度为40%的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝剂用量为3.5mg/L，快速搅拌使之产生絮凝现象，冷却静置沉降，过滤去除沉淀，得到197L澄清糖液；其固形物含量14.8%，D-阿拉伯糖纯度69.5%，透光率63%；
（3）脱色：向步骤（2）的澄清糖液中加入pH值为3.0～5.0的活性炭，活性炭用量为D-阿拉伯糖质量的0.4%，在53℃下搅拌脱色20min，过滤，得到195L脱色糖液，透光率93%；
（4）浓缩：将步骤（3）的脱色糖液进行浓缩，得到固形物含量42.4%的浓缩糖液62L；
（5）除盐：将步骤（4）的浓缩糖液按照以下顺序进行一次除盐：大孔鳌合型阳离子交换树脂HZD-401、阳离子交换树脂732、阳离子交换树脂732与阴离子交换树脂D315按体积比1:2均匀混合制得的混合树脂；得到D-阿拉伯糖精制液78L。
本实施例的产品质量指标为：透光率99%，纯度96.3%，固形物含量为21.5%。
实施例5
一种D-阿拉伯糖的纯化方法，包括澄清、脱色、浓缩、除盐，其操作步骤如下：
（1）粗液处理：取300L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸锌在硫酸亚铁催化作用下，与双氧水发生化学反应得到，其固形物含量为10.7%，D-阿拉伯糖纯度为53.5%，透光率为10%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，调节pH值至9.0，再加入磷酸，调节pH值至5.0，然后加热至95℃，加入分子量为2000万道尔顿，水解度为35%的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝剂用量为5mg/L，快速搅拌使之产生絮凝现象，冷却静置沉降，过滤去除沉淀，得到296L澄清糖液；其固形物含量8.9%，D-阿拉伯糖纯度66.4%，透光率68%；
（3）脱色：向步骤（2）的澄清糖液中加入pH值为3.0～5.0的活性炭，活性炭用量为D-阿拉伯糖质量的0.4%，在51℃下搅拌脱色40min，过滤，得到293L脱色糖液，透光率95%；
（4）浓缩：将步骤（3）的脱色糖液进行浓缩，得到固形物含量39.4%的浓缩糖液56L；
（5）除盐：将步骤（4）的浓缩糖液按照以下顺序进行一次除盐：大孔强酸型阳离子交换树脂HD-8、阳离子交换树脂732、阴离子交换树脂D315；得到D-阿拉伯糖精制液67L。
本实施例的产品质量指标为：透光率100%，纯度97.2%，固形物含量为23.5%。