使用弱碱性阴离子交换树脂分离和回收木糖的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及从基于含木糖植物的溶液分离和回收木糖以及任选的其他糖（如鼠 李糖）的方法。根据本发明的方法基于使用弱碱性阴离子交换树脂来进行分离，任选与其 他树脂联用。
【背景技术】
[0002] WO 03/080872 Al公开了利用弱碱性阴离子交换树脂，从基于植物的溶液分离糖、 糖醇、其他碳水化合物和它们的混合物以及将糖和糖醇彼此分离的色谱分离方法。在该分 离中用作进料的基于植物的溶液可以是生物质水解产物溶液、糖蜜溶液和酒糟溶液以及像 例如木糖、蔗糖、葡萄糖和果糖料流之类的工艺料流。其叙述说，弱酸性阳离子交换树脂和/ 或强酸性阳离子交换树脂也可用于该色谱分离中。所述文献的例子显示了用弱碱性阴离子 交换树脂对鼠李糖的良好分离和对富含鼠李糖的级分的回收。其在这些例子中还叙述说， 所述树脂例如将甘油和肌醇与甜菜碱分离以及将麦芽糖与葡萄糖分离。所述文献的例子没 有公开用弱碱性阴离子交换树脂回收富含木糖的级分。
[0003] US 2008/0041366 Al公开了通过使料流穿过一个或多个阴离子交换树脂床而从 含水糖料流分离有机酸和/或有机酸的盐的工艺。该糖料流可以是木质纤维素给料的水解 产物，包含选自木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖以及它们的组合的糖。阴离子交换 树脂可以是弱碱性阴离子交换树脂。一种或多种包含有机酸和/或有机酸的盐的产物料流 得以回收。此外，获得了基本上不含无机酸和有机酸的糖料流。
[0004] WO 02/27038 Al公开了弱酸性阳离子交换树脂用于碳水化合物的色谱分离、尤其 是用于将疏水性糖类（如脱氧糖、甲基糖和脱水糖以及脱水糖醇）与更亲水性的糖类分离 的用途。用于分离的进料可以是例如木糖、蔗糖、淀粉或麦芽糖工艺料流。这些例子显示了 例如鼠李糖的良好分离、蔗糖从单糖的分离、果糖从寡糖的分离以及氯化钠、甜菜碱、赤藓 糖醇和肌醇的分离。
[0005] WO 02/27039 Al公开了通过多步骤色谱方法从进料如半纤维素水解产物回收选 自鼠李糖、阿拉伯糖、木糖以及它们的混合物的单糖的方法，其中在该多步骤方法的至少一 个步骤中使用弱酸性阳离子交换树脂。其叙述说，强酸性阳离子交换树脂也可以用于该分 离。这些例子显示了用弱酸性阳离子交换树脂对鼠李糖的良好分离。这些例子还显示了用 强酸性阳离子交换树脂对木糖的分离。
[0006] 此外，在例如US 4 075 406、WO 97/49658和US 5 998 607中公开了用强酸性阳 离子交换树脂对木糖的分离。US 4 075 406公开了从含有木聚糖的原材料（例如桦木、玉 米穗轴和棉籽壳）分离木糖。WO 97/49658公开了从亚硫酸镁蒸煮液分离木糖和木糖酸，其 后使含有木糖和木糖酸的级分经历还原而获得木糖醇。US 5 998 607也公开了从亚硫酸盐 蒸煮液分离木糖以及木糖酸，然后使木糖和木糖酸彼此分离并使其还原为木糖醇。
[0007] 然而，上面所述的方法，例如基于强酸作用交换树脂的使用的那些方法尚未总是 以所需的收率和纯度提供木糖。因此，对改善的木糖回收方法仍存在需求。
【发明内容】
[0008] 本发明的目标是提供从基于植物的溶液分离和回收木糖以及任选的其他糖如鼠 李糖的改进的方法。本发明的目标通过以在独立权利要求中所陈述的内容为特征的方法来 实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。
[0009] 令人惊奇的是，已经发现通过将弱碱性阴离子交换树脂用于木糖的分离和回收， 任选与强酸性阳离子交换树脂或弱酸性阳离子交换树脂联用，实现了改善的木糖收率和纯 度。
[0010] 与本发明相关的宙义
[0011] 与本发明有关的术语"回收"是指从色谱分离系统收回或取出所需的级分。
[0012] 术语"木糖富集的级分"或"木糖级分"是指从色谱分离系统回收并且按DS计的 木糖含量高于用作进料的溶液的级分。
[0013] 术语"鼠李糖富集的级分"或"鼠李糖级分"是指从色谱分离系统回收并且按DS计 的鼠李糖含量高于用作进料的溶液的级分。
[0014] 术语"DS"是指表示为重量％或以g/100mL单位表示的溶解干固形物含量。
[0015] 术语"纯度"是指按DS计的组分（例如木糖和鼠李糖）含量。
[0016] "WBA树脂"是指弱碱性阴离子交换树脂。
[0017] "SAC树脂"是指强酸性阳离子交换树脂。
[0018] "WAC树脂"是指弱酸性阳离子交换树脂。
[0019] "SMB"是指模拟移动床色谱系统。
[0020] 术语"残余级分"是指从色谱分离收集的并且主要含有除产品组分之外的组分的 级分。
[0021] "DVB"是指二乙烯基苯。
[0022] "MgSSL"是指亚硫酸镁废液，即从亚硫酸镁制浆获得的废液。
【具体实施方式】
[0023] 本发明涉及从基于含木糖植物的溶液分离和回收木糖的方法，包括
[0024] 在色谱分离系统中通过使该溶液穿过该分离系统进行分离，该分离系统包括一种 或多种弱碱性阴离子交换树脂和任选的一种或多种选自强酸性阳离子交换树脂和弱酸性 阳离子交换树脂的其他树脂，以及
[0025] 回收至少一个富含木糖的级分。
[0026] 与本发明有关的是，所述至少一个富含木糖的级分通常是指木糖含量是用作进料 的基于含木糖植物的溶液的木糖含量的超过1. 2倍、优选超过1. 5倍并且甚至更优选超过 1. 7倍的级分。
[0027] 在本发明的一个实施例中，该方法可还包括回收其他级分，例如富含鼠李糖的级 分。此外，该方法可包括回收超过一个富含木糖的级分。
[0028] 分离树脂通常布置在一个或多个单独的色谱柱中，色谱柱含有一个或多个隔室。 因此，柱可含有一个隔室或数个隔室。
[0029] 所述一种或多种弱碱性阴离子交换树脂和每种所述其他树脂可作为混合树脂布 置在色谱柱中，或者作为另一种选择，每种类型的树脂可独立地布置在单独的色谱柱中。当 柱含有数个隔室时，不同的树脂可布置在柱的不同隔室中。
[0030] 在本发明的一个实施例中，该分离在分离系统中进行，该分离系统仅包含一种或 多种弱碱性阴离子交换树脂。
[0031] 在本发明的另一个实施例中，该分离在分离系统中进行，该分离系统包含一种或 多种弱碱性阴离子交换树脂和一种或多种强酸性阳离子树脂。该两类树脂可作为混合物布 置在色谱柱中，或者作为另一种选择，每一类树脂可独立地布置在单独的色谱柱中或布置 在色谱柱的不同隔室中。用该两类树脂进行的分离可以多种方式进行。在本发明的该实施 例的一种形式中，分离包括首先用所述一种或多种强酸性阳离子交换树脂分离然后用所述 一种或多种弱碱性阴离子交换树脂分离。
[0032] 在本发明的又一个实施例中，该分离在分离系统中进行，该分离系统包含一种或 多种弱碱性阴离子交换树脂和一种或多种弱酸性阳离子树脂。同上，该两类树脂可作为混 合物布置在色谱柱中，或者作为另一种选择，每一类树脂可独立地布置在单独的色谱柱中 或布置在色谱柱的不同隔室中。用该两类树脂进行的分离可以多种方式进行。在本发明的 该实施例的一种形式中，分离包括首先用所述一种或多种弱酸性阳离子交换树脂分离然后 用所述一种或多种弱碱性阴离子交换树脂分离。
[0033] 分离系统中所述一种或多种弱碱性阴离子交换树脂的体积与所述其他树脂的体 积之间的关系可变动。在本发明的一个典型实施例中，分离系统中的树脂包含少于50%的 弱碱性阴离子交换树脂，其余由所述其他树脂组成。弱碱性阴离子交换树脂的体积与其他 树脂的体积之间的关系可以例如在2:3至1:4的范围内。在本发明的一个实用实施 例中，该分离系统可包括例如一根弱碱性阴离子交换树脂柱和四根强酸性阳离子交换树脂 柱。
[0034] 弱碱性阴尚子交换树脂（WBA树脂）
[0035] 本发明中所用的WBA树脂是基于选自丙烯酸系树脂、聚苯乙烯树脂、基于表氯醇 的阴离子交换树脂、苯酚或甲醛树脂的胺化产物、脂族胺和氨缩聚树脂的树脂。在本发明的 一个优选的实施例中，WBA树脂为丙烯酸系树脂，即具有丙烯酸系基质的树脂。
[0036] 丙烯酸系WBA树脂优选衍生自丙烯酸酯（H2= CR-COOR'，其中R为H或CH 3，并且 R'为烷基，如甲基、乙基、异丙基、丁基等），如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙 烯酸甲酯；丙烯腈或丙烯酸类或者它们的混合物。丙烯酸系基质用合适的交联剂交联，该交 联剂可以例如是芳族类型如二乙烯基苯（DVB)或为脂族类型如异戊二烯、1，7_辛二烯、三 乙烯基环己烷、二乙二醇二乙烯基醚、Ν，Ν' -亚甲基-双丙烯酰胺、Ν，Ν' -亚烷基-双丙烯 酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯和其他二、三、四、五丙烯酸酯和五甲基丙烯酸酯。与二乙烯基 苯的合适交联程度为1至20重量％ DVB，优选4至10重量％ DVB。
[0037] 丙烯酸系WBA树脂由交联的聚丙烯酸系聚合物通过用合适的胺如单胺、二胺、三 胺、四胺、五胺或六胺或其他聚胺胺化而制造。例如，二甲胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、 四亚乙基五胺、五亚乙基六胺和二甲基氨基丙胺是合适的胺。
[0038] 聚苯乙烯树脂代表另一形式的可用于本发明的WBA树脂。
[0039] 又一种弱碱性阴离子交换树脂结构包含基于表氯醇的缩聚阴离子交换剂。表氯醇 的氯甲基和环氧基团与聚胺反应，从而形成交联的凝胶型阴离子交换剂。例如，表氯醇与三 亚乙基四胺的缩合反应导致阴离子树脂结构。该类型的阴离子树脂含有弱碱性（叔胺）和 强碱性（季铵）官能团。
[0040] 又一种类型的WBA树脂包含苯酚和甲醛的胺化缩聚产物。
[0041] 又一种形式的WBA树脂是基于脂族胺和氨缩聚树脂。当单体胺或氨例如与甲醛反 应时形成交联的树脂结构。胺与甲醛之间的反应形成羟甲基和/或甲亚胺基团，所述基团 可进一步反应而形成缩聚物。众所周知的该类型结构是来自甲醛、丙酮和四亚乙基五胺的 反应的树脂。芳族胺还可用甲醛交联，从而得到弱碱性阴离子交换剂。
[0042] 不同类型的具有吡啶作为官能团的基于交联聚乙烯基吡啶的离子交换剂也可用 作WBA树脂。
[0043] WBA树脂的平均粒度通常为10至2000微米，优选200至500微米。
[0044] WBA树脂可以多价、二价或单价阴离子形式，例如以SO/7SO广形式使用。然而，离 子形式取决于分离进料溶液的离子组成。
[0045] WBA树脂可在分离之前再生为所需的阴离子形式。
[0046] 强酸件阳离子夺换树脂（SAC树脂）
[0047] 用于本发明的SAC树脂可处于多价、二价或单价阳离子形式。
[0048]