CN102559940B

CN102559940B - 一种葡萄糖的分离纯化方法

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Publication number: CN102559940B
Application number: CN201110458777.9A
Authority: CN
Inventors: 林雄水; 林丽华; 杜明华; 方富林; 蓝伟光; 李斌; 付吉明
Original assignee: SHANDONG TIANLI PHARMACEUTICAL CO Ltd; Suntar Membrane Technology Xiamen Co Ltd
Current assignee: SHANDONG TIANLI PHARMACEUTICAL CO Ltd; Suntar Membrane Technology Xiamen Co Ltd
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN102559940A

Abstract

本发明公开了一种葡萄糖的分离纯化方法，包括(1)经过除杂的糖化液，进行移动床连续离子交换，去除盐分，获得净化液，其中所述的连续移动床设有两组交替设置的阴、阳离子交换柱；(2)离子交换后的葡萄糖液，采用可选择性的让葡萄糖透过，而多糖被截留分离的连续式设计的纳滤膜过滤，透析液直接用于生产医药级葡萄糖，而浓缩液用于生产日化醇或者多糖产品。本发明采用了连续式的离子交换，再生剂和水可以多级串联套用，可以提高再生剂和水的利用率，节省再生剂和水消耗量。本发明还采用了纳滤膜过滤取代重结晶过程，省去了要大量的结晶机和离心机，投资和占地都大为减少，***自动化程度高，所需操作人员少，工作效率高且工艺收率高。

Description

一种葡萄糖的分离纯化方法

技术领域

本发明涉及生化领域，具体地涉及一种葡萄糖的分离纯化方法。

背景技术

葡萄糖是一种重要的单糖和重要的基础化学医药品，也是多种化合物的原料。葡萄糖的生产经历了酸法、酸酶法以及双酶法等发展过程。

葡萄糖是一种重要的单糖和重要的基础化学医药品，也是多种化合物的原料。葡萄糖的生产经历了酸法、酸酶法以及双酶法等发展过程。参见图1，现有的生产葡萄糖的生产工艺如下：以淀粉为原料，通过调浆后再液化酶的作用下液化，然后再经糖化酶作用糖化，最后形成DX95％左右的葡糖糖浆，然后采用硅藻土过滤的方式进入板框或转鼓进行过滤，以去除残留的淀粉及悬浮物，接着采用固定床离子交换工艺，主要是利用大量的阴阳离子交换树脂脱除糖液中的盐分，最后用重结晶的工艺获得医药级葡萄糖。

这种生产工艺存在如下的弊端：一、树脂再生需要消耗大量的酸碱和水，同时会产生大量的酸碱废水污染严重；二、目前葡萄糖主要终端产品是果葡糖浆、结晶葡萄糖以及医药级葡萄糖，为了达到医药级葡萄糖的高纯度要求，传统工艺只能采用重结晶的方式提高纯度，因此需要大量的结晶机和离心机，投资和占地大，并且需要大量的操作人员，工作效率低且工艺收率低；三、整体上传统生产工艺是批次式操作，自动化程度低，需要大量的人力，并且产品质量和收率都比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种葡萄糖的制造方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种葡萄糖的分离纯化方法，包括：

(1)经过除杂的糖化液，进行移动床连续离子交换，去除盐分，获得净化液，其中所述的连续移动床设有两组交替设置的阴、阳离子交换柱；

(2)离子交换后的葡萄糖液，采用可选择性的让葡萄糖透过，而多糖被截留分离的连续式设计的纳滤膜过滤，透析液直接用于生产医药级葡萄糖，而浓缩液用于生产日化醇或者多糖产品。

所述的连续式设计即整个过滤***由多个膜过滤单元并联，其中一个膜过滤单元处于清洗备用状态；当工作中的某一个膜过滤单元需要洗清洗，则切换到备用的膜过滤单元工作，而需要清洗的膜过滤单元进入清洗状态，清洗完成后处于备用状态。这样整个***始终保持几个膜过滤单元处于工作状态，可以24小时不间断的生产。

在本发明的较佳实施例中，步骤(2)物料从一级阳离子交换***进入进行一级阳离子交换，然后进入一级阴离子交换***的进行一级阴离子交换；经过一级阳、阴离子交换后的物料再进入二级阳离子交换***进行二级阳离子交换，然后再进入二级阴离子交换***进行二级阴离子交换，使出料电导达到50us/cm以下。

在本发明的较佳实施例中，每级的阴离子或阳离子交换***设有2-6根并联的阴离子或阳离子交换柱。

在本发明的较佳实施例中，所述的纳滤膜进料纯度小于95％，糖度为30％或以下。

在本发明的较佳实施例中，所述的纳滤膜进料纯度为95％以上，糖度不限。

在本发明的较佳实施例中，步骤(2)进料糖度高于30％时，需要的加水量为进料量的0.2倍及以上；糖度低于30％时，需要的加水量在进料液的0.1倍以下或不加水。

在本发明的较佳实施例中，步骤(2)的纳滤温度为20-45℃。

在本发明的较佳实施例中，步骤(2)的纳滤压力为15-35bar。

在本发明的较佳实施例中，步骤(2)所述的纳滤采用的截留量为100-1000分子量的纳滤膜。更佳地，可以采用截留量为200-300分子量的纳滤膜。

参见图3，膜分离的基本工艺原理如下：在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜***都有两个出口，一是回流液(浓缩液)出口，另一是透析液出口。在单位时间(小时)单位膜面积(m2)透析液流出的量(升)称为膜通量(LMH)，即过滤速度。影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量(TDS)、料液浓度、黏度等。

本发明首先采用微滤去除杂质，之后再进行连续离子交换，再纳滤。连续纳滤膜提纯工艺采用纳滤膜选择性的让葡萄糖透过，而多糖则被截留分离，这样透析液纯度可达到99.5％以上，直接用于生产医药级葡萄糖，而浓缩液可用于生产日化醇或者多糖产品。这样可以避免大量的结晶机和离心机投资占地，亦可以节省大量的人工。

本发明优点如下：

1、针对背景技术中的弊端一，本发明采用了连续式的离子交换，在本发明的移动床***中，再生剂和水可以多级串联套用，可以提高再生剂和水的利用率，节省再生剂和水消耗量。

2、针对背景技术中的弊端二，本发明采用了纳滤膜过滤取代重结晶过程，省去了要大量的结晶机和离心机，投资和占地都大为减少，***自动化程度高，所需操作人员少，工作效率高且工艺收率高；

3、针对背景技术中的弊端三，本发明的离子交换以及纳滤都采用了连续式生产，***采用连续式设计除效率高外，还具有如下优点：(1)料液进入连续膜过滤***，通过连续进、出料来保证料液的稳定性，这样后工序得到的透析液的量是相对稳定的，可以直接进入后续的工序，有利于后工艺的开展；(2)料液在***中的循环时间短。料液进入膜***停留的时间不到十分钟，减少了过程降解；(3)膜***公共管路泵的进料量与***的处理能力相符，整个***只需匹配同等处理量的泵即可，降低泵功率，节约了动力消耗，减少了料液温升；(4)可以根据进料流量和浓度的差异，灵活调节浓缩比，来得到持续稳定的出料流量和出料浓度；(5)连续式设计时，浓缩液无须回流至循环罐中，因此传统意义的循环罐被取消，只需配备体积更小的周转罐即可。

附图说明

图1为现有技术的葡萄糖生产过程中的生产工艺流程图；

图2为本发明的葡萄糖生产过程中的生产工艺流程图；

图3为本发明膜过滤的流程示意图；

图4为本发明离子交换的示意图；

图5为膜过料通量随时间的变化趋势图。

具体实施方式

实施例1获得糖化液(现有技术)

淀粉液化：将淀粉和水混合，配制成生产葡萄糖的液态淀粉料乳液，淀粉的含量占液态淀粉料乳液总质量的20％-35％，然后进行灭菌，制备成淀粉乳液，再向淀粉乳液中加入高温淀粉酶，经液化喷射器一次高压喷射，二次加酶连续液化反应，水解成葡萄糖值在14％-25％之间的液化淀粉液；

糖化：将前面步骤所制备的葡萄糖值在14％-25％之间的液化淀粉液冷却降温到35-45℃后加入复合糖化酶并在此温度下酶解成葡萄糖糖化液。糖化液储存在高7.5m左右、体积为120m³的糖化罐中，料罐中不溶性的蛋白浮在表面上，大约有10吨左右(厚度大约在0.3-0.5m)；下层为固含量较低、透光率较高的清液。

实施例2膜过滤除杂

膜过滤除杂工艺方案设计：糖化液先经过0.9mm筛网过滤后，再过40目筛网，筛网滤液再过微滤膜达到澄清的目的。

在本实施例中，微滤膜采用旭化成中空膜UMP-153，UMP-153膜丝内径为2.6mm，孔径为0.2um。从表1可以看出，在进压为2.4bar的操作条件下，浓缩了5-7倍，膜对产品基本上没有截留，通量保持在130LMH-210LMH之间，膜运行非常稳定。

表1UMP-153膜运行数据

批次	进压(bar)	出压(bar)	温度(℃)	浓缩倍数	膜通量(LMH)
						1	2.4	2	45-62	7.9	217
2	2.4	2	49-63	4.9	137
						3	2.4	2	47-63	4.8	155

实施例3连续离子交换***

阴阳树脂脱盐过程的流程图。两套***如图4方式进行串联，葡萄糖生产过程中溶液分别两次经过阳离子交换***和阴离子交换***，其连接方式可以保证脱除盐分的效果：

在这个***中，阳离子交换***和阴离子交换***两个子分***是连接在一起共同协调运行的。物料交替的进入阳离子交换***和阴离子交换***进行阳离子和阴离子的交换，从而达到脱除盐分的目的。物料从阳离子交换***的3-8并联进入一级阳离子交换，然后进入阴离子交换***的3’-8’并联进行一级阴离子交换。经过一级的阴阳交换后可以脱除大部分的目的离子，而穿透后的物料又进入阳离子交换***的9-14进行二级阳离子交换，然后再进入阴离子交换***的9’-14’并联进行二级阴离子交换，这样经过第二级阴阳交换后基本上可以使出料电导达到100us/cm以下。这种两极阴阳床交替设计，有利于阴阳床的协调运作，又更有利于对目的离子的脱除。

而对于阳离子交换***和阴离子交换***两个子***来说，由于所采用的再生剂是不一样的，因此再生的过程是单独进行的，两个***再生互不影响。

在阳离子交换***中，从18进酸开始再生，从15进水来冲洗酸，这样16-17串联水洗可以节省洗水量，而合并17洗出来的废酸和18的废酸再进入后面的19-20进行再生，这样可以有效的利用废酸，从而节省酸的消耗。而且从20到18酸的浓度逐渐增强，这样由弱到强可以更好的保证酸的利用，并保证树脂到18位置达到完全再生。在阴离子交换***也是采用类似的设计，只是再生剂换成碱。

两套子***是作为洗料的功能，阳离子交换***从1进水洗料，从2出来的残料与一级阳离子交换后的一次交换液合并进入阴离子交换***的一级阴离子交换；而阴离子交换***从1’进水洗料，从2’出来的残料也与一级阴离子交换后的一次交换液合并进入阳离子交换***的二级阳离子交换，这样的设计可以有效解决洗水带料的问题。

两套子***都设计了15或15’的料顶水功能，有再生水洗后16或16’柱内部充满水，如果直接转过来进入出料区的14或14’则会冲下大量水，导致物料稀释。采用从15或15’把物料打进柱子顶出里面的残水，而残水从15或15’出来后可以作为其他区域洗水回用，可以节约用水，而15或15’里面充满物料再进入14或14’位置时，直接物料被冲下来就避免了稀释作用。

连续移动床替代固定床是一个大的技术跨越，主要技术难点在于：工艺设计时把固定床的几个步骤合理的安排到几个功能区，需要匹配每个功能区的树脂柱数量、流量等参数，以达到各个区可以统一协和运作的效果，要经过长期试验和核算才能得到好的参数；整个***需要做到连续自动化控制，要设计多个工艺控制点连锁控制，自动化设计与工艺控制要紧密结合，控制准确且安全可靠，而固定床一般为批次手动操作，控制不准确容易出现失误。

经设计，本发明运行稳定的离子交换***参数见表2-表5。

表2离子交换***参数

***	阳离子***	阴离子***
			树脂柱	20	20
阀口尺寸(mm)	75	75
			树脂柱直径	180cm	180cm
转盘直径	9m	9m
			树脂柱高度	240cm	260cm
柱床填充高度	192cm	192cm
			单柱树脂装填量	4883L	4883L
树脂总装填量	97.7m3	97.7m3
			转动时间间隔	48hr	46hr

表3离子交换***运行参数

***	阳离子***	阴离子***	中转罐
				洗料流量m³/hr	4.80	5.50	阴阳共用纯水罐
一级吸附流量m³/hr	165	169.80	一级吸附缓冲罐
				二级吸附流量m³/hr	175.30	172.80	二级吸附缓冲罐
料顶水流量m³/hr	1.54	2.87	阴阳共用纯水罐
				再生剂漂洗水流量m³/hr	5.20	6.00	阴阳共用纯水罐
再生剂流量m³/hr	2.50	1.80	酸碱缓冲罐
				回用再生剂流量m³/hr	7.70	7.80	酸碱中转罐

表4出料产品温度

连续离子交换工艺是采用20个小树脂柱的移动床***替代固定床的单个大柱，20个树脂柱安放在转盘上可以根据程序设计转动，工作时把固定床的吸附、水洗、再生、漂洗四个过程进行分解为吸附、水洗、再生、漂洗四个功能区，每个功能区有几个树脂柱，这样当树脂柱转到相应的功能区时就执行相应的过程，这样有的树脂柱处于过料吸附状态，有的树脂柱处于再生状态，各司其职，物料及再生剂可以连续不断的进入***，而产品及再生废液也连续不断流出***，这样可以实现24小时连续生产，改变了固定床的批次式操作，而且整个工艺是全自动的。由于树脂柱比固定床要小很多，其利用了微分的原理，这样再生和水洗的效率都提高了，而且在移动床***中，再生剂和水可以多级串联套用，可以进一步提高再生剂和水的利用率，可以节省再生剂和水消耗量。

表5离子交换***运行参数

实施例4纳滤

本实施例选择合适的纳滤膜实现料液中单糖和多糖的分离，使透析液中葡萄糖的纯度能达到99.6％以上，糖的收率能达到50-55％，浓缩液中的葡萄糖纯度在90％左右。

本实施例用的料液为糖度在30％左右的白色粘稠液体。使用两种可行性较大的膜芯S895和S897进行试验(其分子截留量范围为200-300MW，厂家Microdyn-nadir)；选择试验结束后使用选择到的膜芯进行优化及验证试验。分别使用S895和S897膜芯进行葡萄糖纳滤试验，结果表明两种膜芯均能使透析液的纯度达到99.6％以上，但是S895膜芯的通量远小于S897膜芯，于是选择S897膜芯继续考察。

在试验初始，需要优化试验的操作温度和压力，以得到较好的试验结果。

在糖液过膜时，温度越高，越有利于料液的流动和膜通量的提高，但受到膜芯耐受温度的影响，因此只能选择膜芯能耐受的最高温度45℃进行试验。

压力对通量和糖透过率的影响见表6。

表6压力对膜通量和糖透过率的影响

温度(℃)	压力(bar)	通量(LMH)	透析液糖度(％)
				44	25	10.2	19.20
44	30	13.6	18.70
				44	35	15.6	17.70

从表6中可以看出，随着过膜压力的增加，通量也随之变大，但透析液的糖度却依次降低，表明压力高并不利于葡萄糖的透过。综合考虑压力和通量这两个因素，选择30bar作为膜的操作压力。

试验料液的糖度在27.5-36.5％间，葡萄糖纯度在93.8-96.6％间。随着试验的进行，浓缩罐中的糖度在逐渐增加，导致通量也逐渐下降，当通量下降到约6LMH左右时往浓缩液中缓慢加入少量水顶洗葡萄糖，直至透析液中糖的收率达到50％以上；试验过程中分别取加水前、加水后的透析液和浓缩液进行糖度和纯度分析。本次试验使用S897膜共进行了7批试验，膜通量随时间的变化趋势见图5。

从图5中可以看出，膜通量随着实验时间延长，糖度在逐渐增加，通量在逐渐降低；试验后期由于加入了少许水，降低了糖度，结果通量没有继续下降，而略有回升的趋势。说明料液的糖度对通量的影响很显著。

各批次试验的结果见表7。

表7试验结果

从表7中可以看出，进料浓度和纯度会直接影响到透析液的纯度：进料纯度越低，得到的透析液纯度就越低；进料浓度越高，得到的透析液纯度就越低。

进料离交净化液，一般纯度94-95％，糖度30-33％，经过纳滤膜分离后，可以得到高纯度的葡萄糖液，要求葡萄糖纯度＞99.5％，而浓缩部分葡萄糖纯度相对低，纯度变化比较大，主要受进料纯度和高纯度葡萄的回收率影响，如果进料纯度低些则浓缩组分的纯度也低一些，高纯度葡萄糖回收率高一些则浓缩组分的纯度就低一些，浓缩组分的葡萄糖生产上用于生产食品醇，需要纯度＞88％。

试验中发现，在进料纯度为94％左右时，使用糖度为35％的料液进行试验，得到的透析液纯度不合格；当把糖度降低到30％及以下时，纯度和收率均能达到要求。在进料纯度为95％以上时，进料糖度不论高低，得到的透析液纯度和收率均能达到要求。

加水量方面，进料糖度高于30％时，需要的加水量为进料量的0.2倍及以上；糖度低于30Bx时，需要的加水量在进料液的0.1倍以下，甚至可以不加水就能达到目标。

在操作压力为30bar，温度为45℃的条件下，膜通量在8LMH波动；第一批试验的4.5LMH偏小，原因是料液不正常，受到污染。提高压力对通量提高不明显，并且会降低葡萄糖的透过率。

生产上，浓缩液中的葡萄糖纯度要求能保持在90-91％，从数据上分析，当进料纯度在95％以上时，收率和透析液纯度均能达到要求，浓缩液纯度在91％左右，效果很好；但是当进料的纯度在94％左右时，在保证透析液纯度和收率的条件下，浓缩液纯度只能达到88％的纯度，所以要提高浓缩液的纯度，只有降低收率。

在进料糖度高于30％时，需要的加水量为进料量的0.2倍及以上；糖度低于30Bx时，需要的加水量在进料液的0.1倍以下，甚至可以不加水就能达到目标。

Claims

1.一种葡萄糖的分离纯化方法，包括：

(1)经过除杂的糖化液，进行连续移动床连续离子交换，去除盐分，获得净化液，其中所述的连续移动床设有交替设置的两组阴、两组阳离子交换柱；物料从一级阳离子交换***进入进行一级阳离子交换，然后进入一级阴离子交换***的进行一级阴离子交换；经过一级阳、阴离子交换后的物料再进入二级阳离子交换***进行二级阳离子交换，然后再进入二级阴离子交换***进行二级阴离子交换；该连续移动床设有吸附、水洗、再生、漂洗四个功能区；每级的阴离子或阳离子交换***设有2-6根并联的阴离子或阳离子交换柱；

其中，物料从阳离子交换***的3-8号并联交换柱进入进行一级阳离子交换，然后进入阴离子交换***的3’-8’号并联交换柱进行一级阴离子交换；经过一级的阴阳交换后脱除大部分的目的离子，而穿透后的物料又进入阳离子交换***的9-14号并联交换柱进行二级阳离子交换，然后再进入阴离子交换***的9’-14’号并联交换柱并联进行二级阴离子交换，

在阳离子交换***中，从18号交换柱进酸开始再生，从15号交换柱进水来冲洗酸，16-17号交换柱串联水洗，合并17号交换柱洗出来的废酸和18号交换柱的废酸再进入后面的19-20号交换柱进行再生；在阴离子交换***中，从18’号交换柱进碱开始再生，从15’号交换柱进水来冲洗碱，16’-17’号交换柱串联水洗，合并17’号交换柱洗出来的废碱和18’号交换柱的废碱再进入后面的19’-20’号交换柱进行再生；

两套子***洗料过程中，阳离子交换***从1号交换柱进水洗料，从2号交换柱出来的残料与一级阳离子交换后的一次交换液合并，进入阴离子交换***进行一级阴离子交换；而阴离子交换***从1’号交换柱进水洗料，从2’号交换柱出来的残料也与一级阴离子交换后的一次交换液合并，进入阳离子交换***进行二级阳离子交换；两套子***都设计了15或15’号交换柱的料顶水功能，再生水洗后16或16’号交换柱内部充满水，采用从15或15’号交换柱把物料打进柱子顶出里面的残水，而残水从15或15’号交换柱出来后，作为其他区域洗水回用，以节约用水，而15或15’号交换柱里面充满物料再进入14或14’号交换柱位置时，物料直接被冲下来，避免稀释作用；

2.如权利要求1所述的一种葡萄糖的分离纯化方法，其特征在于：步骤1)物料从一级阳离子交换***进入进行一级阳离子交换，然后进入一级阴离子交换***的进行一级阴离子交换；经过一级阳、阴离子交换后的物料再进入二级阳离子交换***进行二级阳离子交换，然后再进入二级阴离子交换***进行二级阴离子交换，使出料电导达到50us/cm以下。

3.如权利要求1所述的一种葡萄糖的分离纯化方法，其特征在于：步骤(2)纳滤膜进料葡萄糖纯度小于95％，糖度为30％以下。

4.如权利要求1所述的一种葡萄糖的分离纯化方法，其特征在于：步骤(2)纳滤膜进料葡萄糖纯度为95％以上。

5.如权利要求1所述的一种葡萄糖的分离纯化方法，其特征在于：步骤(2)纳滤膜进料糖度高于30％时，加水量为进料量的0.2倍以上；糖度低于30％时，加水量为进料量的0.1倍以下或不加水。

6.如权利要求1所述的一种葡萄糖的分离纯化方法，其特征在于：步骤(2)的纳滤温度为20-45℃。

7.如权利要求1所述的一种葡萄糖的分离纯化方法，其特征在于：步骤(2)的纳滤压力为15-35bar。

8.如权利要求1所述的一种葡萄糖的分离纯化方法，其特征在于：步骤(2)的纳滤采用截留量为100-1000分子量的纳滤膜。