[发明专利]一种在线解耦式模拟移动床分离系统及其分离木糖和阿拉伯糖的方法

说明书

本发明公开了一种在线解耦式模拟移动床分离系统及其分离木糖及阿拉伯糖的方法。所述模拟移动床分离系统包括分离区和在线解耦离线反洗区；所述在线解耦离线反洗区包含1根色谱柱，所述分离区包含N‑1根色谱柱；N为6～11。在移动床分离系统运行中，有1根色谱柱柱前和柱后的循环阀关闭，色谱柱处于解耦离线状态，且与该根色谱柱前后相邻的两根色谱柱通过超越管串联。本发明设计的在线解耦式模拟移动床分离系统，通过分离区和反洗区的在线解耦切换，减少了模拟移动床运行中的返混现象，减缓了分离介质的性能衰减，延长了分离介质的寿命和提高了色谱系统的分离效率和产品纯度，有效地从木糖母液中分离木糖、阿拉伯糖和杂糖。

技术领域

本发明属于生化分离技术领域，尤其涉及一种在线解耦式模拟移动床分离系统及其分离木糖和阿拉伯糖的方法。

背景技术

木糖是一种重要的功能糖，在自然界中主要是以多糖的形式存在于植物体之中，例如农林废弃物玉米芯、秸秆、甘蔗渣等中含量较多。木糖能促进人体的钙吸收，由于其不被人体所消化吸收，不会提供能量和不促进肥胖。木糖多用于食品行业，其还原加氢后的产物木糖醇具有更加广泛的用途。阿拉伯糖又称果胶糖，一般与其他单糖结合后存在于植物果浆或者胶体内。阿拉伯糖一方面可以抑制蔗糖的吸收，控制血糖升高和抑制肥胖，另一方面还可以促进人体内益菌的生长，抑制人体腹部脂肪的增长，甚至有改善糖尿病的生理功效。

作为在食品和化工行业都有广泛应用的两种功能糖，木糖与阿拉伯糖的生产受到日益重视。工业上通常对农林废弃物玉米芯、秸秆、甘蔗渣等进行酸性水解后，再进行精制、浓缩、结晶来制取晶态木糖，此过程中会产生大量的木糖母液。木糖母液是木糖结晶后剩余的深色粘稠液体，含有木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖等组分。通常木糖母液中含木糖42％～55％、阿拉伯糖19％～24％、半乳糖8％～11％、葡萄糖11％～14％、其他杂糖5％～8.5％。生产企业一般以较低的价格售卖木糖母液、或将木糖母液作为制焦糖色的原料，极大地降低了产品本应该有的效益，因此分离木糖母液中的糖组分是很有必要的。

到目前为止，对木糖母液中糖组分的分离主要集中在木糖和阿拉伯糖上，采用的方法有一般性的处理分离，如将农林废弃物进行汽爆和酸化，然后再进行水提、脱色精制、结晶和离心分离，得到木糖；还有生物发酵和酶法的辅助，通过特定的微生物和酶转化杂糖，提高原料液中木糖和阿拉伯糖的含量；或者通过一些其它方法分离提取木糖与阿拉伯糖；但是较为实用的方法是用色谱分离木糖母液中的木糖和阿拉伯糖。

色谱分离中固定相是一个极其重要的部分，分离产品的不同决定了固定相种类的不同。在糖醇的分离领域内，通常使用的固定相填料为离子交换树脂，树脂的类型、粒度、分布等因素都会影响分离的效率。周强(河北工业大学硕士论文，2010)用阳离子树脂和阴离子树脂分离纯化木糖母液并优化了实验条件，最终得到阳离子树脂的分离效果好于阴离子树脂。也有研究团队使用不同的固定相，探索更合适的色谱分离填料。中国专利(CN104611476A)使用强酸性离子交换纤维作为色谱填料，分离木糖母液中的木糖和阿拉伯糖，其中强酸性离子纤维在使用前要进行钙离子的置换，将离子纤维从氢型转到钙型。然而这种方法对于色谱分离装置没有进行描述，没有说明所用模拟移动床的模式与架构。朱路甲等人(中国食品添加剂，2012(1)：144-147)研究了分散聚合法合成的钙型苯乙烯系树脂作为色谱填料分离木糖，树脂的平均孔径约50μm，比表面积32m2/g，含水量为58.2％。

使用色谱分离木糖母液中木糖和阿拉伯糖的方法，一般先对木糖母液发酵降低葡萄糖含量，再用色谱分离提取木糖和阿拉伯糖，其它组分作为杂糖。色谱分离获得富含木糖组分的糖液回到上游工段进行木糖结晶，富含阿拉伯糖组分的糖液则经过精制、浓缩和结晶制得晶体物。目前，在糖醇分离的领域之中，所用色谱分离装置多为模拟移动床。