專利名稱：一種從木糖發(fā)酵液或木糖母液中提取木糖、阿拉伯糖和半乳糖的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從木糖發(fā)酵液或木糖母液中分離提取木糖、阿拉伯糖和半乳糖的方法，屬于模擬移動床色譜分離技術領域。
背景技術：
木糖發(fā)酵液是指玉米芯、秸桿和甘蔗渣等農副產品先經過稀酸水解再由微生物發(fā)酵后得到的稀稠液體，發(fā)酵液中含有大量的木糖以及少量阿拉伯糖和半乳糖等。母液是富含高濃度的木糖和阿拉伯糖溶液通過兩次結晶后產生的深顏色粘稠液體，由于半乳糖和葡萄糖等雜糖經過結晶之后在母液中的比例增大，傳統(tǒng)結晶工藝無法繼續(xù)提取木糖和阿拉伯糖。中國專利200510040433. O公開了一種通過釀酒酵母先除去木糖水解液或木糖母液中的葡萄糖，再利用模擬移動床技術提取溶液中的木糖或木糖醇，該方法不能提取具有高附 加值的阿拉伯糖和半乳糖，因此只能作為雜糖液以10%的價格處理，大大降低了企業(yè)的生產效益。中國專利200710014175. 8公開了一種利用復雜的順序式模擬移動床裝置提純木糖母液的方法獲得較高純度的木糖溶液，但高附加值的阿拉伯糖和半乳糖仍未得到有效分離，顯著降低了木糖母液的利用價值。中國專利200910014319. 9公開了一種在木糖母液中引入去除劑除去其中的葡萄糖，該方法雖然獲得了高附加值的阿拉伯糖，但是其預處理復雜，且未能有效分離母液中的木糖和半乳糖。中國專利CN102344467A公開了一種利用木糖母液生產木糖和阿拉伯糖的方法，該方法不僅分離得到的木糖和阿拉伯糖溶液純度較低，而且未能提取木糖母液中的半乳糖，濃縮結晶過程中半乳糖等雜糖大幅降低了木糖和阿拉伯糖的結晶收率，造成了資源和能源的巨大損耗。由于采用現有的模擬移動床方法不能有效提取木糖發(fā)酵液或木糖母液中的半乳糖，導致分離得到的木糖和阿拉伯糖產品純度普遍較低，大大降低了后續(xù)結晶過程中產品的收率，并伴隨著產生了大量的結晶母液。為了充分利用木糖發(fā)酵液或木糖母液中的有效成分，提高結晶木糖、阿拉伯糖和半乳糖的產率，亟需開發(fā)具有高效分離木糖發(fā)酵液或木糖母液中木糖、半乳糖和阿拉伯糖的技術。

發(fā)明內容
針對現有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種適合工業(yè)規(guī)?；a的從木糖發(fā)酵液或木糖母液中提取木糖、阿拉伯糖和半乳糖的方法。該方法應用模擬移動床色譜分離技術，可實現木糖發(fā)酵液中三種糖分的高效分離以及自動化生產，并得到高純度的木糖、阿拉伯糖和半乳糖產品。本發(fā)明所述一種提取木糖發(fā)酵液中木糖、阿拉伯糖和半乳糖方法的主要技術方案包括I)模擬移動床色譜分離裝置為六根或六根以上的色譜柱首尾連接而成的閉合系統(tǒng)。色譜柱裝填自主研發(fā)的糖醇分離特種樹脂，中國專利200510040433. O已公開，利用該樹脂對各種糖醇的吸附親和力的差別，可實現木糖發(fā)酵液中多種糖分的分離。每根色譜柱子均有一組氣動自控閥，每組自控閥由一個進物料閥，一個進水閥，一個出富含木糖組分的閥、一個出富含阿拉伯糖組分的閥、一個出富含半乳糖組分的閥、一個出含有雜糖的閥以及一個料液循環(huán)閥組成。整套裝置的色譜柱以及管線均用夾套加熱保溫，保證色譜柱內樹脂及溶液的溫度能夠恒定在設定的溫度。模擬移動床色譜系統(tǒng)依據PLC程序控制氣動自控閥的開啟，從而實現進料和出料的同時連續(xù)運行操作，區(qū)I-區(qū)II-區(qū)III-區(qū)IV-區(qū)V-區(qū)VI的方向為液流方向，區(qū)VI-區(qū)V-區(qū)IV-區(qū)III-區(qū)II-區(qū)I為色譜柱的切換方向。2)木糖水解液發(fā)酵過程結束后，采用本領域公開的任何方法除去發(fā)酵液中的大分子物質；3)木糖發(fā)酵液經離子交換脫除鹽分得到的清液再經真空減壓濃縮，控制濃縮后的木糖發(fā)酵清液的折光濃度在30%以上；或者發(fā)酵清液脫鹽后不濃縮直接進行分離；4)將木糖發(fā)酵液或木糖母液或二者混合液調節(jié)至進料和進水溫度，即30 90°C，再進入I)中模擬移動床色譜裝置分離，整個系統(tǒng)液體的流速控制在2 50cm/min ;連續(xù) 進行進料和出料操作，同時可得到四類出料組分。第一類為富含木糖(木糖純度84% 95%，一般大于90%)的組分，第二類為富含阿拉伯糖(阿拉伯糖純度73 89%，一般大于82%)的組分，第三類為富含半乳糖(半乳糖純度55 68%，一般大于60% )的組分。富含木糖、阿拉伯糖和半乳糖的組分經進一步濃縮、結晶后得到高純度的三種產品，雜糖組分繼續(xù)返回發(fā)酵系統(tǒng)。與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點I、適用范圍廣、可操作性強，可應用于木糖發(fā)酵液、木糖母液以及二者混合液的分離提純；2、采用模擬移動床基本實現了木糖、阿拉伯糖和半乳糖的完全分離，得到高純度的木糖和阿拉伯糖溶液，同時也可得到較高純度的半乳糖溶液；3、工藝條件成熟，綠色環(huán)保，生產過程以水為樹脂的洗脫劑，成本低廉，且實現了污染物的零排放。


圖I為木糖、阿拉伯糖和半乳糖生產工藝圖2為模擬移動床色譜分區(qū)圖
具體實施例方式實施例I水解液發(fā)酵結束后，過濾去除蛋白、酵母等雜質，離子交換脫除發(fā)酵液中的鹽分，再進一步濃縮后得到折光濃度為56%的木糖發(fā)酵濃縮液(其中木糖 60% ;半乳糖 12%，阿拉伯糖 21% )，將此溶液進入模擬移動床分離，分離條件如下分離溫度控制為70°C,發(fā)酵液的進料流速為5cm/min,洗脫水的流速為20cm/min,進料運行24小時后系統(tǒng)達到平衡，三個組分的出料情況如下I)木糖部分折光濃度27% (體積為進料液的2倍)；溶液中木糖純度91 %，半乳糖純度3%，阿拉伯糖純度1% ；
2)半乳糖部分折光濃度為7% (體積為進料液的I. 5倍)；溶液中木糖純度25%，半乳糖純度62%，阿拉伯糖純度7 % ；3)阿拉伯糖部分折光濃度為11% (體積為進料液的I. 5倍)；溶液中木糖純度4 %，半乳糖純度4 %，阿拉伯糖純度85 %。其中木糖、阿拉伯糖和半乳糖的收率分別為90%、86%和80%。實施例2木糖、阿拉伯糖和半乳糖的結晶母液混合后折光濃度為68% (其中木糖 62% ；半乳糖 10%，阿拉伯糖 20% )進入模擬移動床分離，分離條件如下分離溫度控制為75°C，結晶母液的進料流速為3cm/min,洗脫水的流速為12cm/min,進料運行24小時候系統(tǒng) 達到平衡，三個組分的出料情況如下I)木糖部分折光濃度32% (體積為進料液的2倍)；溶液中木糖純度93%，半乳糖純度2%，阿拉伯糖純度1% ；2)半乳糖部分折光濃度為5% (體積為進料液的I. 5倍)；溶液中木糖純度24%，半乳糖純度65%，阿拉伯糖純度5% ；3)阿拉伯糖部分折光濃度為11% (體積為進料液的I. 5倍)；溶液中木糖純度
7%，半乳糖純度3 %，阿拉伯糖純度83 %。其中木糖、阿拉伯糖和半乳糖的收率分別為91%、87%和89%。實施例3發(fā)酵濃縮液與結晶母液分別按照體積比為3 I的比例混合，混合液的折光濃度 60 % (其中木糖 60 % ;半乳糖 11%，阿拉伯糖 22 % )進入模擬移動床，分離條件如下分離溫度控制為70°C,結晶母液的進料流速為4cm/min,洗脫水的流速為16cm/min,進料運行24小時候系統(tǒng)達到平衡，三個組分的出料情況如下I)木糖部分折光濃度30% (體積為進料液的2倍)；溶液中木糖純度90%，半乳糖純度3%，阿拉伯糖純度2% ；2)半乳糖部分折光濃度為6% (體積為進料液的I. 5倍)；溶液中木糖純度22%，半乳糖純度67%，阿拉伯糖純度4 % ；3)阿拉伯糖部分折光濃度為11% (體積為進料液的I. 5倍)；溶液中木糖純度
8%，半乳糖純度3 %，阿拉伯糖純度83 %。其中木糖、阿拉伯糖和半乳糖的收率分別為90%、85%和81%。雖然本發(fā)明已將較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明的適用范圍，任何熟悉此技術的科研或工作人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內，自當可做各種變化或潤飾，因此本范明的保護范圍應當以本申請的權力要求保護范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種從木糖發(fā)酵液或木糖母液中提取木糖、阿拉伯糖和半乳糖的方法，其特征在于將預處理過的木糖發(fā)酵液或木糖母液引入模擬移動床色譜分離裝置，以水為洗脫劑，分離溫度為30 90°C，料液流速控制在2 50cm/min，實現了木糖發(fā)酵液或木糖母液中木糖、阿拉伯糖與半乳糖的連續(xù)分離純化。
2.根據權利要求I所述的從木糖發(fā)酵液或木糖母液中提取木糖、阿拉伯糖和半乳糖的方法，其特征在于所述的預處理過的木糖發(fā)酵液須經過濾除去蛋白等大分子物質，再用離子交換脫除鹽分。
3.根據權利要求I所述的從木糖發(fā)酵液或木糖母液中提取木糖、阿拉伯糖和半乳糖的方法，其特征在于所述的模擬移動床色譜分離裝置為六根或六根以上的色譜柱首尾連接而成的閉合系統(tǒng)；色譜柱裝填的樹脂為糖醇專用分離特種樹脂；整套裝置的色譜柱以及管線均用夾套加熱保溫，系統(tǒng)依據PLC程序控制氣動自控閥的開啟，從而實現進料和出料的同時連續(xù)運行操作，區(qū)I-區(qū)II-區(qū)III-區(qū)IV-區(qū)V-區(qū)VI的方向為液流方向，區(qū)VI-區(qū)V-區(qū)IV-區(qū)III-區(qū)II-區(qū)I為色譜柱切換方向。
4.根據權利要求I所述的模擬移動床色譜分離裝置，其特征在于以水為洗脫劑，分離溫度為30 90°C，流速控制在2 50cm/min，連續(xù)進料和出料后可同時得到四類出料組分，第一類為木糖純度達84 % 95 %的組分，第二類阿拉伯糖純度達73 % 87 %的組分，第三類為半乳糖純度達55 % 68 %，第四類為雜糖組分。
5.根據權利要求3所述的模擬移動床色譜分離柱，其特征在于所述的色譜柱均有一組氣動自控閥，每組自控閥由一個進物料閥，一個進水閥，一個出富含木糖組分的閥、一個出富含阿拉伯糖組分的閥、一個出富含半乳糖組分的閥、一個出含有雜糖的閥以及一個料液循環(huán)閥組成。
全文摘要
一種從木糖發(fā)酵液或木糖母液中提取木糖、阿拉伯糖和半乳糖的方法，本發(fā)明采用裝填專用糖醇分離樹脂的模擬移動床色譜分離裝置，以水為洗脫劑，分離溫度為30～90℃，料液流速控制在2～50cm/min，實現了木糖發(fā)酵液或木糖母液中木糖、阿拉伯糖與半乳糖的連續(xù)分離純化，通過濃縮結晶得到高純度的木糖、阿拉伯糖和半乳糖產品。本方法具有適用范圍廣、分離效果好和產品純度高、對環(huán)境清潔等特點。
文檔編號C07H3/02GK102924538SQ201210427569
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權日2012年10月31日
發(fā)明者張軍偉, 劉志維, 王弦 申請人:江南大學