CN109734756A

CN109734756A - 一种色谱分离麦芽糖醇的方法

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Publication number: CN109734756A
Application number: CN201910150851.7A
Authority: CN
Inventors: 王兆光
Original assignee: SHANDONG TRILLION CHROMATOGRAPHY SEPARATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG TRILLION CHROMATOGRAPHY SEPARATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-05-10

Abstract

本发明属于麦芽糖醇分离的技术领域，具体为一种色谱分离麦芽糖醇的方法。将需要分离的液体物料通过色谱分离***进行分离，使得分离后麦芽糖醇组分的浓度提至95％，然后直接浓缩进行一次结晶，得到结晶麦芽糖醇产品，并且保证总收率。本发明的方法，通过采用色谱分离***，对分离过程中的参数进行优化选择，获得了一种便于操作，成本低，产品质量高的获得麦芽糖醇的方法。

Description

一种色谱分离麦芽糖醇的方法

技术领域

本发明属于麦芽糖醇分离的技术领域，具体为一种色谱分离麦芽糖醇的方法。

背景技术

麦芽糖醇是一种新型的功能性甜味剂，由于其具有低热量、非龋齿性、难消化性、促进钙的吸收等多种生理特性，已经引起了人们的广泛关注。麦芽糖醇，又名氢化麦芽糖，化学名称为4-O-α-D-葡萄糖基-D-葡糖醇，分子式为C₁₂H₂₄O₁₁，相对分子质量为344.31。麦芽糖醇为白色结晶性粉末或无色透明的中性黏稠液体，易溶于水，不溶于甲醇和乙醇。吸湿性很强，麦芽糖醇甜度为蔗糖的90％，风味良好。麦芽糖醇热值只有2.1卡/g，能抑制体内脂肪过剩积累。麦芽糖醇不含有醛基，无还原作用，比蔗糖有更好的耐热性。麦芽糖醇比所有的糖质都难被微生物同化和利用，可大大提高食品的保存期。麦芽糖醇不直接参与代谢，不会使血糖直接上升，不增加胆固醇，为疗效食品的理想甜味剂。用于儿童食品，可防龋齿。

结晶麦芽糖醇可以应用在医药行业上，由于麦芽糖醇在体内的水解速度很慢，人体摄入麦芽糖醇后的血糖水平和血液胰岛素水平增加幅度很小，可用于像糖尿病人这种特殊人群的食品加工原料；采用结晶麦芽糖醇经过特殊处理后可加工生产注射用糖浆等医药产品；麦芽糖醇还能促进钙的吸收，可加工成饮品，专用于糖尿病、肝病、心血管病、动脉硬化、高血压、肥胖病以及骨质疏松症患者的食品需求。

麦芽糖醇还可以应用在无糖食品工业上，在月饼制造过程中，将麦芽糖醇添加其中可制成无糖月饼，作为一种保健月饼，无糖月饼甜度稍低，食用后不引起血糖升高，而且口感也有别于传统月饼。在无糖饼干、老年食品等固态食品中结晶麦芽糖醇作为甜味剂使用，不仅热量低，口感好，销量也在逐年提高。

我国麦芽糖醇的研制起步较晚，20世纪70年代开始研制，经过多年的发展，目前产量、品种、品质都得到很大的发展，随着人们生活水平的提高，人们越来越关注饮食对自身健康水平的影响，消费趋势逐渐转向具有合理营养和保健性的功能性食品，销量逐年提高，目前已经形成约6万吨/年以上的生产能力。至2013年底，麦芽糖醇市场需求总量较2009年增加了2.5倍多，而结晶麦芽糖醇以其耐储存、方便运输、产品含量高、有利于固态食品使用等优点使用量会越来越多，目前结晶产品主要用于出口，随着国内消费量的增加和生产技术的提高，生产成本会逐步降低，结晶麦芽糖醇的使用幅度会逐年增加。

麦芽糖醇的生产工艺：

麦芽糖醇是由麦芽糖经氢化还原制成的双糖醇。工业上其生产工艺可分为两大部分，第一部分是将淀粉水解制成高麦芽糖浆，第二部分是将制得的麦芽糖浆加氢还原制成麦芽糖醇。整个工艺流程：淀粉-调浆(浓度10％～20％，pH6.0～6.4)-液化(100℃，DE10～12)-糖化(45～50℃，pH5.8～6.0)-压滤-脱色(pH4.5～5.0，80℃，30rain，20～25转/分)-压滤-离子交换(流速700kg/h，40cI＝左右)-真空浓缩(0.086～0.092Mpa，50～53℃)-高麦芽糖浆-备料(浓度12％～15％)-调pH(7.5～8.0)-进料反应(温度120℃～130℃，压力8Mpa)-过滤脱色-离子交换-蒸发浓缩-成品。

在没有采用色谱分离以前，一般都通过二次结晶法来保证结晶麦芽糖的质量和收率。第一次结晶保证第二次正式结晶的底糖纯度，第二次结晶保证生产出合格的结晶麦芽糖产品。具体方法:通过强制循环连续结晶法或采用预结晶+冷却结晶法对80％麦芽糖醇进行一次结晶，湿糖可不需洗涤，先获得95％的糖膏作为底糖，然后对底糖进行加温溶解去二次结晶，再经过分离、干燥获得合格结晶产品，而分离后的母液可去生产液体麦芽糖醇产品。

二次结晶法流程如下：

二次结晶法虽然能生产出合格结晶麦芽糖醇，但工序长，质量控制点多，不但生产成本高，产品质量也不易控制。

结晶法生产结晶麦芽糖醇，有一个前提是如何获得高纯度的底糖，因为底物中的麦芽糖醇含量对结晶收率的影响比较大。我们可以通过下表1中数据对比说明。

表1底物纯度与收率关系表

产品纯度，％	底糖纯度，％	母液纯度，％	收率，％
				99.5	95.0	75.0	85.50
99.5	93.0	75.0	78.60
				99.5	91.0	75.0	71.41
99.5	89.0	75.0	63.88
				99.5	87.0	75.0	56.02
99.5	85.0	75.0	47.78
				99.5	83.0	75.0	39.14
99.5	81.0	75.0	30.08
				99.5	79.0	75.0	20.56

从表1中我们可以看出，在产品纯度和母液含量一样的情况下，底物种组分纯度对收率带来的影响非常大，如果用低纯度的底糖去结晶产品，还会产生以下情况：产品组分含量低、产品颗粒度小、母液分离困难干物收率低、运行成本高。

通过二次结晶法生产存在以下缺点，周期长、工序多、人工费用高、生产成本高等客观情况。因工序多、控制点增加，容易对产品质量带来影响。

发明内容

本发明的目的在于针对上述二次结晶法对于底糖纯度的高要求、以及产品颗粒度小的问题、工艺复杂、运行成本高等问题，提供一种色谱分离麦芽糖醇的方法。

本发明的技术方案为：

一种色谱分离麦芽糖醇的方法，将需要分离的液体物料通过色谱分离***进行分离，使得分离后麦芽糖醇组分的浓度提至95％，然后直接浓缩进行一次结晶，得到结晶麦芽糖醇产品。

本发明的特点还有：

该液体麦芽糖醇的原料组成：山梨醇2.0～5％，麦芽糖醇60～68％，麦芽三糖醇15～20％，多元醇10-11.5％。

进一步优选，该液体麦芽糖醇的原料组成：山梨醇2.0～3％，麦芽糖醇60～68％，麦芽三糖醇15～20％，多元醇10-11.5％，山梨醇在色谱浓度谱带中属于最慢组分，而麦芽糖醇也属于慢组分，要获得高纯度的麦芽糖醇产品，应控制原料中的山梨醇含量不宜过高，以低于3％为宜。

进入色谱分离***中的需要分离的液体物料的进料浓度58-60％，电导率≤20cm/s，进料温度65℃，控制***内的柱温为60-65℃，***内的压力为0.5-0.55Mpa。通过控制进料浓度、电导率、柱温、压力等参数，进一步提高了分离后得到的麦芽糖醇的含量浓度，便于洗掉杂质，从而获得高纯的提取液。

色谱分离***中，采用循环背压进料***，可实现平滑的连续进料，下面为出料***，进出料均采用气动开关阀通过程序控制进行进出料的切换。

该色谱分离***中，由4-6个连续的循环的有树脂填充的单元组成，优选为4个连续的循环的有树脂填充的单元组成，在4个单元中,需要分离的液体物料连续地从塔顶流向底部，然后再返回到下一个单元的顶部。

进一步的，所述的树脂为Ca²⁺型离子交换树脂，进料流速4.0-5.0mL/min，洗脱流速7.5mL/min，切换时间300-400s，通过选择合理的树脂类型，控制进料流速等的参数，实现对麦芽糖醇的分离制备工作，获得纯度高，质量好的产品。

进一步的，该色谱分离***中，采用脱盐水作为洗提液，脱盐水的电导率小于5cm/s。

本发明的有益效果为：

本发明的色谱分离麦芽糖醇的方法，通过色谱分离***将麦芽糖醇组分的纯度从80％一次提至95％左右，产品基本达到结晶底物的纯度要求，可以直接浓缩去结晶工序，并且保证总收率。

在上述的工艺方法中，山梨醇在色谱浓度谱带中属于最慢组分，而麦芽糖醇也属于慢组分，要获得高纯度的麦芽糖醇产品，应控制原料中的山梨醇含量不宜过高控制在2-5％，以低于3％为宜。

总之，本发明的方法，通过采用色谱分离***，对分离过程中的参数进行优化选择，获得了一种便于操作，成本低，产品质量高的获得麦芽糖醇的方法。

附图说明

图1为本发明色谱分离麦芽糖醇的方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

结合附图1可以看到，D、F为循环背压进料***，可实现平滑的连续进料，下面为出料***，进出料均采用气动开关阀通过程序控制进行进出料的切换，下面具体说明色谱分离的原理及自控运行方式。

A.顺序式模拟移动床原理

顺序式模拟移动床是一个连续的色谱分离工艺，它是由4-6个连续的循环的有树脂(固定相)填充的单元组成。由于该分离设备是通过进口和出口的周期性更替来模拟树脂更换(移动)的，所以被称作“模拟移动床”。

在4个单元中,需要分离的液体连续地从塔顶流向底部，然后再返回到下一个单元的顶部。表示***内组分浓度的色谱带与色谱柱中液体迁移的方向是一致的。当色谱带全部经过一个色谱柱的长度时,该步骤就完成了。随着色谱带在***内移动，物料进出口也随之移到下一个位置。这样，进出口的位置和***内的色谱浓度谱带保持着相对的一致。在接下来的色谱带移动的时间内进出口位置是固定的，直到下一次色谱带完全经过这段色谱柱时进出口再随之进行切换。每次切换的时间就叫做顺序时间。

连续的循环流量被称作回路流量，与这个回路流量有关的还有另外四个流量，具体如下。

进料流量:是指高麦芽糖醇浆的进料流量，这是必须在色谱分离单元内处理的。

洗提液流量:是指分离所需要的洗提液流量(在这里是指脱气的工艺水，这是该***的第二种进料)。

提取液流量:是指与固定媒介有很强亲和力的产品的出口流量(在这里是指麦芽糖醇的出口流量)。

残液流量:是指与固定媒介亲和力最弱的产品的出口流量(在这里是指山梨醇和DP3-n的出口流量)。

B.工艺运行

在SSMB(顺序式模拟移动床色谱分离工艺)工艺中,各相流不再连续,而是一个周期里的每一步都分为4个分步(A-B-C-D)。

下面是有关工艺中第一步中4个分步(A-B-C-D)的描述。

SSMB工艺一般会用到回路流量(或者洗提水流量)、进料流量,每一分步都有一个周期,共4个周期TA,TB,TC和TD。步骤C和步骤D同时开始。这样周而复始，不断的分离出提取液(富含麦芽糖醇的组分)和提余液(低含量麦芽糖醇、山梨醇/DP(3-n)的组分)。

实施例1

为了验证本发明的色谱分离麦芽糖醇的方法在分离麦芽糖醇的可行性和经济性，与山东百龙创园合作进行小工业化色谱分离试。

本发明的一种色谱分离麦芽糖醇的方法，将需要分离的液体物料通过色谱分离***进行分离，使得分离后麦芽糖醇组分的浓度提至95％，然后直接浓缩进行一次结晶，得到结晶麦芽糖醇产品。

该工艺简单采用自动化控制***，适合连续性作业。

为了验证本发明的方法在提高结晶麦芽糖醇底物纯度的可行性，我们通过小型工业化色谱***进行分离试验，得到很好的提纯效果。

1.进行的麦芽糖醇分离试验条件

⑴.小工业化色谱***规模：日处理1吨麦芽糖醇干基原料；

⑵.原料组成：山梨醇2.0％，麦芽糖醇68％，麦芽三糖醇18.7％，多元醇11.3％；

⑶.统耗水量：处理1吨干基60％的麦芽糖醇原料需耗水2.6吨脱盐水，脱盐水电导率5cm/s以内；

(4)进料浓度60％，电导率20cm/s，进料温度65℃，柱温为63-65℃，压力为0.55Mpa；

(5)4个连续的循环的有树脂填充的单元组成，树脂为Ca²⁺型离子交换树脂，进料流速5.0mL/min，洗脱流速7.5mL/min，切换时间350s。

以下表2是经过***稳定运行后，获取的每3个小时的分离数据。

表2山东百龙创园糖醇小工业化色谱分离分析记录

从该组分离结果的平均值看，平均纯度达到95％，产品纯度基本达到结晶底物的纯度要求，而且分离数据稳定可靠。

试验例1

在禹城绿健生物科技进行的糖醇分离试验情况

为验证不同产品的分离效果，本申请人在山东禹城绿健生物科技有限公司进行了麦芽糖醇分离试验。

试验条件如下：

小工业化色谱***规模：日处理1吨麦芽糖醇干基原料；

原料组成：山梨醇6.5％，麦芽糖醇67.8％，麦芽三糖醇15.5％，多元醇10.2％；

进料浓度：58％；电导率：20cm/s以内；进料温度65℃，控制***内的柱温为65℃，***内的压力为0.5Mpa；

***耗水量：处理1吨干基60％的麦芽糖醇原料需耗水2.8吨脱盐水；电导率：小于5cm/s；进料温度：675℃。

4个连续的循环的有树脂填充的单元组成，4个连续的循环的有树脂填充的单元组成，树脂为Ca²⁺型离子交换树脂，进料流速5.0mL/min，洗脱流速7.5mL/min，切换时间350s。

表3是对禹城绿健生物科技原料的小工业化分离数据

从以上数据分析，平均分离后的纯度93.48％，收率87.3％，该平均值低于实施例1，初步满足麦芽糖醇结晶工艺要求，但实施例1百龙创园获得的分离纯度和收率高于该试验例1绿健的分离效果，这是因为绿健原料中山梨醇及其他醇的含量偏高的缘故。因山梨醇在色谱浓度谱带中属于最慢组分，而麦芽糖醇也属于慢组分，要获得高纯度的麦芽糖醇产品，应控制原料中的山梨醇含量不宜过高。

通过上述的实施例和试验例1可以看到，实施例1，产品平均纯度达到95％，产品基本达到结晶底物的纯度要求，而且分离数据稳；试验例1的分离绿箭原料分离后的纯度为93.48％，收率87.3％，该平均值初步满足麦芽糖醇结晶工艺要求，这是因为绿健原料中山梨醇及其他醇的含量偏高的缘故。因山梨醇在色谱浓度谱带中属于最慢组分，而麦芽糖醇也属于慢组分，要获得高纯度的麦芽糖醇产品，应控制原料中的山梨醇含量不宜过高。

Claims

1.一种色谱分离麦芽糖醇的方法，其特征在于，将需要分离的液体物料通过色谱分离***进行分离，使得分离后麦芽糖醇组分的浓度提至95％，然后直接浓缩进行一次结晶，得到结晶麦芽糖醇产品。

2.根据权利要求1所述的色谱分离麦芽糖醇的方法，其特征在于，该液体麦芽糖醇的原料组成：山梨醇2.0～5％，麦芽糖醇60～68％，麦芽三糖醇15～20％，多元醇10-11.5％。

3.根据权利要求2所述的色谱分离麦芽糖醇的方法，其特征在于，该液体麦芽糖醇的原料组成：山梨醇2.0～3％，麦芽糖醇60～68％，麦芽三糖醇15～20％，多元醇10-11.5％。

4.根据权利要求1所述的色谱分离麦芽糖醇的方法，其特征在于，进入色谱分离***中的需要分离的液体物料的进料浓度58-60％，电导率≤20cm/s，进料温度65℃，控制***内的柱温为60-65℃，***内的压力为0.5-0.55Mpa。

5.根据权利要求1所述的色谱分离麦芽糖醇的方法，其特征在于，色谱分离***中，采用循环背压进料***，下面为出料***，进出料均采用气动开关阀通过程序控制进行进出料的切换。

6.根据权利要求1所述的色谱分离麦芽糖醇的方法，其特征在于，该色谱分离***中，由4-6个连续的循环的有树脂填充的单元组成，优选为4个连续的循环的有树脂填充的单元组成，在4个单元中,需要分离的液体物料连续地从塔顶流向底部，然后再返回到下一个单元的顶部。

7.根据权利要求1所述的色谱分离麦芽糖醇的方法，其特征在于，所述的树脂为Ca²⁺型离子交换树脂，进料流速4.0-5.0mL/min，洗脱流速7.5mL/min，切换时间300-400s。

8.根据权利要求1所述的色谱分离麦芽糖醇的方法，其特征在于，该色谱分离***中，采用脱盐水作为洗提液，脱盐水的电导率小于5cm/s。