CN102321688A

CN102321688A - 一种分离葡萄糖的方法

Info

Publication number: CN102321688A
Application number: CN201110166357A
Authority: CN
Inventors: 赵黎明; 纪念; 蒋丽华; 胡二宝
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明涉及一种分离葡萄糖的方法，将含葡萄糖原料和水混合后，加入葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，用碱中和得到葡萄糖酸盐，然后利用离子交换器树脂和离子膜电渗析装置相结合方式、或双极膜电渗析装置对葡萄糖酸盐进行分离去除。与现有技术相比，本发明过程简单，设备投资小，生产成本相对较低，具有广泛的应用前途。

Description

一种分离葡萄糖的方法

技术领域

本发明涉及葡萄糖的分离，具体涉及一种分离去除产品中葡萄糖，实现联产葡萄糖酸内酯的方法。

背景技术

葡萄糖是生命的最基本能源单元，同时也是重要的工业生产原料；但是在一些工业产品中，葡萄糖含量是制约和影响产品品质的重要因素。如高果糖浆生产中，葡萄糖含量的高低决定着产品的品质，需要对果葡糖浆中的葡萄糖进行分离去除，从而提高产品中的果糖含量；另外也如木糖醇的生产中，由于葡萄糖的高热值，不利于糖尿病患者，所以要获得高质量的木糖醇，必须降低水解液或结晶母液中的葡萄糖。除这两个例子外，在工业应用中，还有许多产品都需要对葡萄糖含量进行降低、或者去除。

目前工业上对葡萄糖进行去除的方法主要有两种，一种是发酵方法，利用微生物如酵母等发酵消耗掉葡萄糖，一方面，微生物只能在稀溶液中生长，生长会产生各种代谢产物和菌丝体，这些都会影响最终产品的品质；另一方面，葡萄糖被消耗掉，也造成了资源的浪费，特别是对一些含有葡萄糖比较高的产品，这种方法往往不适用；另外一种方法是模拟移动床方法，这种方法也是目前工业上广泛应用的方法之一，如果葡糖浆中果糖的纯化等；但是这种模拟移动床价格昂贵，投资大，一些中小企业往往对此无力承受；另外洗脱还要耗费大量的洗脱液；因此其生产成本也比较高。

针对葡萄糖的分离去除，研究者对此也做了很多研究：范家恒等研究了用20％的氢氧化钙溶液和果糖进行反应，得到果糖钙沉淀，然后用15％的Na₂CO₃溶液使果糖从果糖钙沉淀中双方出来，其果糖得率92.3％，果糖纯度95.6％(甘蔗糖业，2007年第1期)，但该研究一方面是实验室规模，另一方面高浓度的碱的加入，对产品的品质也会产生影响。在郑喜群等的研究中，以酸法水解蔗糖糖浆为原料，利用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的作用制备葡萄糖酸钙，然后利用葡萄糖酸钙的结晶沉淀，来达到葡萄糖和果糖的分离(中国甜菜糖业，2001年第2期)，但研究主要集中在酶制剂的条件摸索上，对葡萄糖酸钙的结晶效果没有介绍。所有这些研究都局限于实验室规模，其采用的各种分离途径的分离效率也没有得到有效证明，其分离效果也很难应用到工业化的生产中。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种投资小、效率高、经济性高的分离葡萄糖的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种分离葡萄糖的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将原料和水混合，制成葡萄糖浓度在1wt％-40wt％的溶液；

(2)在步骤(1)所述溶液中加入葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶进行酶反应，以含葡萄糖重量计，加入量分别为溶液的0.01-3wt％，反应温度控制在25-50℃，快速搅拌，使溶液与葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶充分接触，反应1-40小时得到反应液；

(3)将步骤(2)得到的反应液用阳离子交换树脂吸附除去阳离子，得到含葡萄糖酸的混合液，然后将该混合液由离子膜电渗析装置进行分离，得到葡萄糖酸溶液；

或者，将步骤(2)得到的反应液通过双极膜电渗析设备进行分离，得到葡萄糖酸溶液。

步骤(1)所述原料为42型的果葡糖浆、低聚果糖料液、木糖母液或低聚异麦芽糖。

步骤(2)所述酶反应过程中可通入压缩空气或氧气，增加反应压力来加快反应的过程。

步骤(2)所述酶反应过程中用中和剂对产生的酸进行中和，控制反应的pH在4.0-7.5之间，所述的中和剂为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化镁溶液、碳酸钠溶液、氧化镁或碳酸钙。

步骤(3)所述的离子膜电渗析装置是由阳离子和阴离子交换膜组成的离子膜电渗析装置，该离子膜电渗析装置采用直流电为驱动力。

步骤(3)所述的双极膜电渗析设备使金属阳离子和葡萄糖酸根离子在直流电场作用下分别经过阳膜和阴膜进入碱室和酸室，和双极膜水解离出的OH^-离子和H⁺离子形成碱和葡萄糖酸溶液。

步骤(3)得到的葡萄糖酸溶液经过减压浓缩，浓缩后静止结晶，分离得到葡萄糖内酯。

与现有技术相比，本发明将含葡萄糖原料和水混合后，加入葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，用碱中和得到葡萄糖酸盐，然后利用离子交换器树脂和离子膜电渗析装置相结合方式、或双极膜电渗析装置对葡萄糖酸盐进行分离去除。过程简单，设备投资小，生产成本相对较低，具有广泛的应用前途。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

在10升的反应罐中，42型的果葡糖浆用水稀释到20Brix左右，料液重量约为7000克左右，加入2％的葡萄糖氧化酶和2％的过氧化氢酶(以含葡萄糖重量计算)，搅拌速度为200转/分钟，通气量为1vvm；过程中用40wt％氢氧化钠溶液作为中和剂，使反应pH维持在5.5-6.5之间；同时，反应过程中监控葡萄糖含量，当葡萄糖含量降至大约一半左右停止反应，得到反应液；将反应液通过732强酸型阳离子交换柱(直径120×高1500)脱去钠离子，然后，将脱钠后的溶液进入离子膜电渗析进行分离，分别得到葡萄糖酸溶液和果糖含量在55左右的果葡糖浆。

实施例2：

在10升的反应罐中，加入浓度20wt％的低聚果糖料液(低聚糖含量在55％左右)7升左右，加入2％的葡萄糖氧化酶和2％的过氧化氢酶(以含葡萄糖重量计算)，搅拌速度200转/分钟，通气量为1vvm；过程中用30wt％氢氧化钾溶液作为中和剂，使反应pH维持在5.5-6.5之间，反应过程中监控葡萄糖含量，当葡萄糖含量降低至0.5wt％时，停止反应，得到反应液；将反应液用二隔室双极膜电渗析对其进行分离，分别得到氢氧化钾溶液，葡萄糖酸溶液和除去葡萄糖的低聚果糖溶液。

实施例3：

在10升的发酵罐中，加入木糖母液，调整浓度，使葡萄糖浓度大约为15％，总的液体体积为7升左右，加入2％的葡萄糖氧化酶和2％的过氧化氢酶(以葡萄糖重量计算)，搅拌速度为200转/分钟，通气量1vvm；过程用过量碳酸钙作为中和剂，过程中监控葡萄糖含量，当葡萄糖含量降低至0.5％以下时，停止反应，得到反应液，将反应液通过732强酸型阳离子交换柱脱去钙离子，然后混合液用离子膜电渗析装置进行分离，处理后木糖母液中的葡萄糖含量低于0.5％。

实施例4：

在10升的发酵罐中，加入低聚异麦芽糖(IMO-500)，浓度调整为35％左右，总的液体体积为7升左右，加入2％的葡萄糖氧化酶和2％的过氧化氢酶(以含葡萄糖重量计算)，搅拌速度200转/分钟，通气量为1vvm；过程中用30wt％氢氧化钾溶液作为中和剂，使反应pH维持在5.5-6.5之间，反应过程中监控葡萄糖含量，当葡萄糖含量降低至0.5wt％时，停止反应，得到反应液；将反应液用二隔室双极膜电渗析对其进行分离，分别得到氢氧化钾溶液，葡萄糖酸溶液和除去葡萄糖的低聚异麦芽糖溶液。

实施例5：

在10升的发酵罐中，加入低聚异麦芽糖(IMO-500)，加入去离子水调整葡萄糖浓度为1wt％，总的液体体积为7升左右，加入总的液体重量的0.01％-0.02％的葡萄糖氧化酶和0.01％的过氧化氢酶(以含葡萄糖重量计算)，搅拌速度200转/分钟，使溶液与葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶充分接触，通入压缩空气加速反应，通气量为1vvm；过程中用30wt％氢氧化钾溶液作为中和剂，使反应pH维持在4-5之间，控制反应温度在25-30℃，反应过程中监控葡萄糖含量，当葡萄糖含量降低至0.5wt％时，停止反应，控制反应时间为1-5小时得到反应液；将反应液用二隔室双极膜电渗析对其进行分离，分别得到氢氧化钾溶液，葡萄糖酸溶液和除去葡萄糖的低聚异麦芽糖溶液。将得到的葡萄糖酸溶液经过减压浓缩，浓缩后静止结晶，分离得到葡萄糖内酯。

实施例6：

在10升的发酵罐中，加入木糖母液，调整浓度，使葡萄糖浓度大约为40％，总的液体体积为7升左右，加入总的液体重量的2％-3％的葡萄糖氧化酶和2％-3％的过氧化氢酶(以葡萄糖重量计算)，搅拌速度为200转/分钟，通入压缩氧气加速反应，通气量1vvm；过程用过量碳酸钙作为中和剂，使反应pH维持在7-7.5之间，过程中监控葡萄糖含量，当葡萄糖含量降低至0.5％以下时，停止反应，控制反应温度在45-50℃，反应时间为35-40小时得到反应液，将反应液通过732强酸型阳离子交换柱脱去钙离子，然后混合液用离子膜电渗析装置进行分离，处理后木糖母液中的葡萄糖含量低于0.5％。

Claims

1.一种分离葡萄糖的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将原料和水混合，制成葡萄糖浓度在1wt％-40wt％的溶液；

2.根据权利要求1所述的一种分离葡萄糖的方法，其特征在于，步骤(1)所述原料为42型的果葡糖浆、低聚果糖料液、木糖母液或低聚异麦芽糖。

3.根据权利要求1所述的一种分离葡萄糖的方法，其特征在于，步骤(2)所述酶反应过程中可通入压缩空气或氧气，增加反应压力来加快反应的过程。

4.根据权利要求1所述的一种分离葡萄糖的方法，其特征在于，步骤(2)所述酶反应过程中用中和剂对产生的酸进行中和，控制反应的pH在4.0-7.5之间，所述的中和剂为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、氧化镁、氢氧化镁或碳酸钙。

5.根据权利要求1所述的一种分离葡萄糖的方法，其特征在于，步骤(3)所述的离子膜电渗析装置是由阳离子和阴离子交换膜组成的离子膜电渗析装置，该离子膜电渗析装置采用直流电为驱动力。

6.根据权利要求1所述的一种分离葡萄糖的方法，其特征在于，步骤(3)所述的双极膜电渗析设备使金属阳离子和葡萄糖酸根离子在直流电场作用下分别经过阳膜和阴膜进入碱室和酸室，和双极膜水解离出的OH^-离子和H⁺离子形成碱和葡萄糖酸溶液。

7.根据权利要求1所述的一种分离葡萄糖的方法，其特征在于，步骤(3)得到的葡萄糖酸溶液经过减压浓缩，浓缩后静止结晶，分离得到葡萄糖内酯。