CN104611475B - 一种果糖分离的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离子交换纤维作为色谱填料用于果糖分离的方法，采用离子交换纤维作为色谱分离填料，用于果葡糖浆等混合糖液中分离制备高纯度果糖；所述混合糖液，是包含果葡糖浆F42或其他浓度的果糖的混合液；所述的离子交换纤维，是一种强酸性离子交换纤维，干燥状态下直径为8～170μm，阳离子交换容量为2.0～4.3mmol/g，在用于果糖分离之前，需要预先进行钙离子的置换，完成从氢型到钙型的转化。与离子交换颗粒树脂色谱柱相比，强酸性离子交换纤维表现出更优异的分离精度和更高的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用强酸性离子交换纤维作为色谱新型填料，从果葡糖浆中分离制取高纯度果糖的工艺方法，属于色谱分离技术领域。
背景技术
果糖具有甜度高、口感好、抗龋齿、食用后不引起血糖波动等优良特性，被大量应用于食品、药品和保健品的生产中，市场需求日益增大。由于果糖和葡萄糖是同分异构体，理化性质相近，分离非常困难，如何实现果糖和葡萄糖的高效分离是果糖生产中亟需解决的问题。果糖和葡萄糖的分离方法主要有结晶法、复盐法、色谱分离法、化学分离法、反渗透法、液～液萃取分离法和离子交换树脂吸附法等，目前国内外大多数企业主要采用色谱分离法，用球形钙型离子交换树脂作为色谱填料，从果葡糖浆中分离出果糖。
球形颗粒树脂由于其材料比表面积和吸附容量有限，工业生产中的色谱柱普遍存在装填量大而载料量小、吸附洗脱周期长、柱体长径比要求高等缺点，进而导致生产装置如模拟移动床的效率不高而且流程复杂。另一方面，与球形颗粒离子交换树脂相比，离交纤维的许多优点已经得到科研技术人员的广泛认可，包括比表面积大，吸附容量大，交换速度和洗脱速度快，易再生，填柱后床体均匀度和流场分布更好等等。但是到目前为止，使用离子交换纤维作为色谱填料用于果糖分离的技术应用，尚没有公开的文献和专利报道。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新型的色谱分离生产果糖方法，尤其是采用离子交换纤维作为色谱分离填料，用于果葡糖浆等混合糖液中分离制备高纯度果糖的方法。
本发明的技术方案是：一种色谱分离果糖方法，采用离子交换纤维作为色谱分离填料，用于果葡糖浆等混合糖液中分离制备高纯度果糖的方法。所述混合糖液，是包含果葡糖浆F42或其他浓度的果糖的混合液；所述的离子交换纤维，其特征是一种强酸性离子交换纤维，干燥状态下直径为8～170μm，阳离子交换容量为2.0～4.3mmol/g，在用于果糖分离之前，需要预先进行钙离子的置换，完成从氢型到钙型的转化。
本发明提供的采用离子交换纤维作为色谱填料的果糖分离方法，其实施过程包括以下主要步骤：
a）离子交换纤维柱装填：将上述已经转化为钙型的短纤或无纺布形态的离交纤维，用纯净水完全浸润后采用柱长压缩方式装柱。装填密度为200～600g/L，装填径高比为1:5～70。
b）载料吸附：将上述混合糖液以填料体积的0.1～0.4倍量，维持恒定的分离温度，按0.35～2.5BV/h流速，从柱体进料口恒速注入充满水的色谱柱。
c）洗脱：停止注入糖液后，随即在柱体进料口水做流动相，按照糖液体积的4～8倍水量，0.35～3.5BV/h流速对填料进行洗脱。
d）上述步骤a)～c)为一个载料洗脱周期，在一个周期内按照面积法计算，果糖纯度90%时，果糖的回收率为40～70%。
上述步骤a)～c)，可以采用多柱串并联结合的方式连续运行，也可以采用模拟移动床方式连续运行。
优选步骤a)中的装填密度为250～550g/L。
优选步骤b)中的分离温度为35～60℃。
优选步骤c)中的洗脱速度为1～2BV/h。
本发明的有益效果：通过本发明的实施，从果葡糖浆中分离制取高纯度果糖的色谱分离，与离交树脂法比较，离交纤维法是首次提出的，特别是提供了采用强酸性离子交换纤维作为色谱填料，能够大幅提升果糖和葡萄糖分离的生产的效率，处理负荷相同的条件下，可以减少色谱床填料体积，降低设备造价；在相同床体大小和工艺流程条件下，可以提高处理量，产品纯度更好。把果葡糖浆注入转型为钙型的阳离子交换纤维色谱柱，用水洗脱，可以用于生产纯度为90%以上的果糖。本发明的工艺条件较宽，使用寿命延长，效果更好。
具体实施方式
以下所给实施例并非构成对本发明权利要求范围的限制，而是对本发明进行进一步的描述。
实施例1
1）离子交换纤维准备：选用干燥状态下直径为33～40μm、交换容量为3.3mmol/g的强酸性离子交换纤维，剪成3～10mm左右的短纤，用纯净水浸透。采用过量的钙离子使之置换，完成从氢型到钙型的转化。尤其是采用中国专利201310533240.3提出的聚苯乙烯基处理后的功能纤维基材，经过交联反应和功能化改性制备得到离子交换纤维，其它若达到此功能纤维材料亦可。处理过程可以参考现有技术，典型的参考资料如：F.and J.Homogeneous and Heterogeneous Sulfonation of Polymers:AReview.Polym.Eng.Sci.1998,38(5),783-792。
2）离子交换纤维装填：用纯净水浸泡已经转化为钙型的离子交换纤维，采用柱长压缩方式装柱，纤维装填密度为500g/L，装填径高比为1:70。
3）果葡糖浆分离：果葡糖浆总糖浓度为50%，果糖含量42%，葡萄糖含量58%。取填料体积8.5%的糖液，以流速0.5BV/h经过26℃离子交换纤维柱进行吸附，随即用糖液5.8倍体积的水洗脱。待糖液流出收集洗脱样品，用HPLC分析洗脱液组成。果糖和葡萄糖分离度为0.89，果糖纯度90%时，果糖的回收率为67%。
4）上述步骤3）的吸附于洗脱过程，可以采用多柱串并联结合的方式连续进行，也可以采用模拟移动床方式连续进行。
实施例2
1）离子交换纤维准备：选用干燥状态下直径为33～40μm、交换容量为3.3mmol/g的强酸性离子交换纤维，剪成3～10mm左右的短纤，用纯净水浸透。采用过量的钙离子使之置换，完成从氢型到钙型的转化。采用实施例1离子交换纤维材料。
2）离子交换纤维装填：用纯净水浸泡已经转化为钙型的离子交换纤维，采用柱长压缩方式装柱，纤维装填密度为500g/L，装填径高比为1:70。
3）果葡糖浆分离：果葡糖浆总糖浓度为50%，果糖含量42%，葡萄糖含量58%。取填料体积量8.5%的糖液以流速1.5BV/h，经过26℃离子交换纤维柱进行吸附，随即用糖液6.7倍体积的水洗脱。待糖液流出收集洗脱样品，用HPLC分析洗脱液组成。果糖和葡萄糖分离度为0.91，果糖纯度90%时，果糖的回收率为53%。
4）上述步骤3）的吸附于洗脱过程，可以采用多柱串并联结合的方式连续进行，也可以采用模拟移动床方式连续进行。
实施例3
1）离子交换纤维准备：选用干燥状态下直径为33～40μm、交换容量为3.3mmol/g的强酸性离子交换纤维，剪成3～10mm左右的短纤，用纯净水浸透。采用过量的钙离子使之置换，完成从氢型到钙型的转化。采用实施例1离子交换纤维材料。
2）离子交换纤维装填：用纯净水浸泡已经转化为钙型的离子交换纤维，采用柱长压缩方式装柱，纤维装填密度为500g/L，装填径高比为1:70。
3）果葡糖浆分离：取稀释至总糖浓度50%的商品F42果葡糖浆，体积为填料体积量8.5%，以流速1.5BV/h经过26℃离子交换纤维柱进行吸附，随即用糖液7.2倍体积的水洗脱。待糖液流出收集洗脱样品，用HPLC分析洗脱液组成。果糖和葡萄糖分离度为0.88，果糖纯度90%时，果糖的回收率为61%。
4）与球形颗粒树脂的对比：将色谱柱中的纤维填料更换为同样体积的钙型颗粒树脂，树脂平均直径约为300μm，交换容量1.5mol/L，用纯水浸泡后湿法装柱。树脂装填密度为790g/L，装填径高比为1:70。在各项参数与装填离子交换纤维完全相同的条件下，洗脱水量为糖液体积的8倍。用HPLC分析洗脱液组成。果糖和葡萄糖分离度为0.52，果糖纯度90%时，果糖的回收率为23%。
通过对离交纤维的颗粒树脂分离结果的对比分析可以发现，为了获得相同的分离效果，颗粒树脂填料用于果糖的色谱分离，需要更大的长径比和更慢的洗脱速度。而采用离子交换纤维作为色谱填料，在果糖分离中能够获得更高的分离精度，并且相同条件下的分离效率远高于颗粒树脂填料。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (5)
1.一种离子交换纤维作为色谱填料用于果糖分离的方法，其特征是采用离子交换纤维作为色谱分离填料，用于果葡糖浆混合糖液中分离制备高纯度果糖；所述混合糖液，是包含果葡糖浆F42的混合液；所述的离子交换纤维，是一种强酸性离子交换纤维，干燥状态下直径为8~170μm，阳离子交换容量为2.0~4.3 mmol/g，在用于果糖分离之前，需要预先进行钙离子的置换，完成从氢型到钙型的转化；
离子交换纤维作为填料，离子交换纤维采用长度为5~100 mm的短纤形态进行装填，然后进行装填；
步骤如下：
a） 离子交换纤维柱装填：将所述的短纤或无纺布形态的离交纤维，用纯净水完全浸润后采用柱长压缩方式装柱；装填密度为200~600 g/L，装填径高比为1:5~70；
b）载料吸附：将上述25~60 °C的混合糖液以填料体积的0.1~0.4倍量，按0.35~2.5 BV/h流速，从柱体进料口恒速注入充满水的色谱柱；
c） 洗脱：停止注入糖液后，随即在柱体进料口用水做流动相，按照糖液体积的4~8倍水量，0.35~3.5 BV/h流速对填料进行洗脱。
2.如权利要求1所述的离子交换纤维作为色谱填料用于果糖分离的方法，其特征在于上述步骤a) ~ c)采用多柱串并联结合的方式连续运行，或采用模拟移动床方式连续运行。
3.如权利要求1所述的离子交换纤维作为色谱填料用于果糖分离的方法，其特征在于步骤a)中的装填密度为250~550 g/L。
4.如权利要求1所述的离子交换纤维作为色谱填料用于果糖分离的方法，其特征在于步骤b)中的分离温度为35~60 °C。
5.如权利要求1所述的离子交换纤维作为色谱填料用于果糖分离的方法，其特征在于步骤c)中的洗脱速度为1~2 BV/h。
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- 2013-11-04 CN CN201310538665.3A patent/CN104611475B/zh active Active
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