[发明专利]一种制备高纯度半乳糖二酸的方法

说明书

本发明公开了一种制备高纯度半乳糖二酸的方法，包括：1)以果胶为底物，采用果胶酶进行酶水解生产制备获得含半乳糖醛酸的溶液；2)对含半乳糖醛酸的溶液进行电渗析分离纯化，获得酸室中的溶液；3)取酸室中的溶液接入氧化葡萄糖酸杆菌进行静息细胞催化生产获得高纯度半乳糖二酸溶液。本方法不需要采用金属催化剂或苛刻的酸、碱反应条件，利用温和的酶及细胞反应，绿色友好的降解果胶并制备生产获得相应的高纯度半乳糖二酸。

技术领域

本发明涉及半乳糖二酸制备技术领域，特别涉及一种制备高纯度半乳糖二酸的方法，即“酶水解-电渗析-静息细胞催化”多步骤联合工艺制备半乳糖二酸的方法。

背景技术

糖二酸最为一个二元羧酸，由于其双羧基模块，已经成为了十分重要的平台化合物。2004年，葡萄糖二酸就被美国能源部定义为12个最具竞争力的生物质基平台化合物之一。目前，越来越多的研究报道葡萄糖二酸及其衍生物能有效预防和抑制结肠癌、乳腺癌、肺癌、肝癌、皮肤癌以及膀胱癌等癌症。此外，葡萄糖二酸还可以作为聚酰胺类聚合物的合成单体、尼龙或2，5-呋喃二甲酸的前提以及螯合物。这些潜在的应用将葡萄糖二酸定义为“最有价值的生物炼制产品”。

半乳糖二酸作为葡萄糖二酸的典型替代品，引起原料便宜、来源广泛而引起越来越多的关注和研究。目前半乳糖二酸的制备方法与葡萄糖二酸类似，主要采用化学法，包括硝酸氧化法、金属催化法、TEMPO氧化法等。然而这些化学过程并不符合绿色可持续发展，因为在半乳糖二酸制备过程中消耗了大量的试剂和昂贵的金属，并形成氮氧化物和各种副产物污染。相反，生物法具有工艺温和、选择性高、安全性好等优点，而目前采用生物法制备高纯度的半乳糖二酸还没有相关研究报道。因此，为满足工业中绿色环保地制备半乳糖二酸的技术要求，本申请选择以果胶为原材料，对其酶解、纯化以及催化技术工艺进行深化研究及针对性优化。

发明内容

针对目前工业中制备半乳糖二酸存在副产物多，污染性强以及成本昂贵等工艺技术瓶颈，本发明所要解决的技术问题是提供一种制备高纯度半乳糖二酸的方法，采用酶水解-电渗析-静息细胞催化联合工艺制备半乳糖二酸，通过三个阶段模块组合，以果胶为原料制备高纯度半乳糖二酸，可以大幅度降低原料成本，并且避免其他糖及糖酸等副产物的生成，有效地保证产品得率及纯度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种制备高纯度半乳糖二酸的方法，包括以下步骤：

1)以果胶为底物，采用果胶酶进行酶水解生产制备半乳糖醛酸；

2)实时监测反应体系中半乳糖醛酸生成量，至反应体系中半乳糖醛酸的浓度不再增加停止反应，离心酶解液后将上清液转移至双极膜电渗析系统的料室中进行分离纯化；

3)当电渗析系统盐室中电导率将至100～200μs/cm时，分离过程完成；将酸室中的溶液转移至生物反应器中，并接入氧化葡萄糖酸杆菌进行静息细胞催化生产获得高纯度半乳糖二酸溶液。

所述的制备高纯度半乳糖二酸的方法，果胶的浓度为4～5g/L。

所述的制备高纯度半乳糖二酸的方法，果胶酶的用量为底物质量的4％～5％。

所述的制备高纯度半乳糖二酸的方法，酶水解反应条件为：控制反应温度为50～55℃，pH为3.8～4.2。

所述的制备高纯度半乳糖二酸的方法，控制电渗析设备电压20～30V，电流5A以下。

所述的制备高纯度半乳糖二酸的方法，氧化葡萄糖酸杆菌的接入量为8～10g/L。

所述的制备高纯度半乳糖二酸的方法，静息细胞阶段反应条件为：控制反应温度为28～30℃，搅拌转速为500～550rpm，pH为4.0～4.5。

所述的制备高纯度半乳糖二酸的方法，包括以下步骤：