一種果糖分離的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用強(qiáng)酸性離子交換纖維作為色譜新型填料，從果葡糖漿中分離 制取高純度果糖的工藝方法，屬于色譜分離技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 果糖具有甜度高、口感好、抗齲齒、食用后不引起血糖波動等優(yōu)良特性，被大量應(yīng) 用于食品、藥品和保健品的生產(chǎn)中，市場需求日益增大。由于果糖和葡萄糖是同分異構(gòu)體， 理化性質(zhì)相近，分離非常困難，如何實(shí)現(xiàn)果糖和葡萄糖的高效分離是果糖生產(chǎn)中亟需解決 的問題。果糖和葡萄糖的分離方法主要有結(jié)晶法、復(fù)鹽法、色譜分離法、化學(xué)分離法、反滲透 法、液?液萃取分離法和離子交換樹脂吸附法等，目前國內(nèi)外大多數(shù)企業(yè)主要采用色譜分 離法，用球形鈣型離子交換樹脂作為色譜填料，從果葡糖漿中分離出果糖。
[0003] 球形顆粒樹脂由于其材料比表面積和吸附容量有限，工業(yè)生產(chǎn)中的色譜柱普遍存 在裝填量大而載料量小、吸附洗脫周期長、柱體長徑比要求高等缺點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)裝置如 模擬移動床的效率不高而且流程復(fù)雜。另一方面，與球形顆粒離子交換樹脂相比，離交纖維 的許多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到科研技術(shù)人員的廣泛認(rèn)可，包括比表面積大，吸附容量大，交換速度和 洗脫速度快，易再生，填柱后床體均勻度和流場分布更好等等。但是到目前為止，使用離子 交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的技術(shù)應(yīng)用，尚沒有公開的文獻(xiàn)和專利報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種新型的色譜分離生產(chǎn)果糖方法，尤其是采用離子交 換纖維作為色譜分離填料，用于果葡糖漿等混合糖液中分離制備高純度果糖的方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種色譜分離果糖方法，采用離子交換纖維作為色譜分離 填料，用于果葡糖漿等混合糖液中分離制備高純度果糖的方法。所述混合糖液，是包含果葡 糖漿F42或其他濃度的果糖的混合液；所述的離子交換纖維，其特征是一種強(qiáng)酸性離子交 換纖維,干燥狀態(tài)下直徑為8?170 μ m,陽離子交換容量為2. 0?4. 3mmol/g,在用于果糖 分離之前，需要預(yù)先進(jìn)行鈣離子的置換，完成從氫型到鈣型的轉(zhuǎn)化。
[0006] 本發(fā)明提供的采用離子交換纖維作為色譜填料的果糖分離方法，其實(shí)施過程包括 以下主要步驟：
[0007] a)離子交換纖維柱裝填：將上述已經(jīng)轉(zhuǎn)化為鈣型的短纖或無紡布形態(tài)的離交纖 維，用純凈水完全浸潤后采用柱長壓縮方式裝柱。裝填密度為200?600g/L，裝填徑高比為 1:5 ?70。
[0008] b)載料吸附：將上述混合糖液以填料體積的0. 1?0. 4倍量，維持恒定的分離溫 度，按0. 35?2. 5BV/h流速，從柱體進(jìn)料口恒速注入充滿水的色譜柱。
[0009] C)洗脫：停止注入糖液后，隨即在柱體進(jìn)料口水做流動相，按照糖液體積的4?8 倍水量，〇. 35?3. 5BV/h流速對填料進(jìn)行洗脫。
[0010] d)上述步驟a)?c)為一個(gè)載料洗脫周期，在一個(gè)周期內(nèi)按照面積法計(jì)算，果糖純 度90%時(shí)，果糖的回收率為40?70%。
[0011] 上述步驟a)?c)，可以采用多柱串并聯(lián)結(jié)合的方式連續(xù)運(yùn)行，也可以采用模擬移 動床方式連續(xù)運(yùn)行。
[0012] 優(yōu)選步驟a)中的裝填密度為250?550g/L。
[0013] 優(yōu)選步驟b)中的分離溫度為35?60°C。
[0014] 優(yōu)選步驟c)中的洗脫速度為1?2BV/h。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：通過本發(fā)明的實(shí)施，從果葡糖漿中分離制取高純度果糖的色 譜分離，與離交樹脂法比較，離交纖維法是首次提出的，特別是提供了采用強(qiáng)酸性離子交換 纖維作為色譜填料，能夠大幅提升果糖和葡萄糖分離的生產(chǎn)的效率，處理負(fù)荷相同的條件 下，可以減少色譜床填料體積，降低設(shè)備造價(jià)；在相同床體大小和工藝流程條件下，可以提 高處理量，產(chǎn)品純度更好。把果葡糖漿注入轉(zhuǎn)型為鈣型的陽離子交換纖維色譜柱，用水洗 脫，可以用于生產(chǎn)純度為90%以上的果糖。本發(fā)明的工藝條件較寬，使用壽命延長，效果更 好。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下所給實(shí)施例并非構(gòu)成對本發(fā)明權(quán)利要求范圍的限制，而是對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一 步的描述。
[0017] 實(shí)施例1
[0018] 1)離子交換纖維準(zhǔn)備：選用干燥狀態(tài)下直徑為33?40 μ m、交換容量為3. 3mmol/ g的強(qiáng)酸性離子交換纖維，剪成3?IOmm左右的短纖，用純凈水浸透。采用過量的鈣離子使 之置換，完成從氫型到鈣型的轉(zhuǎn)化。尤其是采用中國專利201310533240. 3提出的聚苯乙烯 基處理后的功能纖維基材，經(jīng)過交聯(lián)反應(yīng)和功能化改性制備得到離子交換纖維，其它若達(dá) 到此功能纖維材料亦可。處理過程可以參考現(xiàn)有技術(shù)，典型的參考資料如：F. Kufcra and J. Jancaf5Homogeneous and Heterogeneous Sulfonation of Polymers:A Review. Polym. Eng. Sci. 1998, 38 (5)，783-792。
[0019] 2)離子交換纖維裝填：用純凈水浸泡已經(jīng)轉(zhuǎn)化為鈣型的離子交換纖維，采用柱長 壓縮方式裝柱，纖維裝填密度為500g/L，裝填徑高比為1:70。
[0020] 3)果葡糖漿分離：果葡糖漿總糖濃度為50%，果糖含量42%，葡萄糖含量58%。取填 料體積8. 5%的糖液，以流速0. 5BV/h經(jīng)過26°C離子交換纖維柱進(jìn)行吸附，隨即用糖液5. 8 倍體積的水洗脫。待糖液流出收集洗脫樣品，用HPLC分析洗脫液組成。果糖和葡萄糖分離 度為0. 89,果糖純度90%時(shí)，果糖的回收率為67%。
[0021] 4)上述步驟3)的吸附于洗脫過程，可以采用多柱串并聯(lián)結(jié)合的方式連續(xù)進(jìn)行，也 可以采用模擬移動床方式連續(xù)進(jìn)行。
[0022] 實(shí)施例2
[0023] 1)離子交換纖維準(zhǔn)備：選用干燥狀態(tài)下直徑為33?40 μ m、交換容量為3. 3mmol/ g的強(qiáng)酸性離子交換纖維，剪成3?IOmm左右的短纖，用純凈水浸透。采用過量的鈣離子使 之置換，完成從氫型到鈣型的轉(zhuǎn)化。采用實(shí)施例1離子交換纖維材料。
[0024] 2)離子交換纖維裝填：用純凈水浸泡已經(jīng)轉(zhuǎn)化為鈣型的離子交換纖維，采用柱長 壓縮方式裝柱，纖維裝填密度為500g/L，裝填徑高比為1:70。
[0025] 3)果葡糖漿分離：果葡糖漿總糖濃度為50%，果糖含量42%，葡萄糖含量58%。取填 料體積量8. 5%的糖液以流速I. 5BV/h，經(jīng)過26°C離子交換纖維柱進(jìn)行吸附，隨即用糖液6. 7 倍體積的水洗脫。待糖液流出收集洗脫樣品，用HPLC分析洗脫液組成。果糖和葡萄糖分離 度為〇. 91，果糖純度90%時(shí)，果糖的回收率為53%。
[0026] 4)上述步驟3)的吸附于洗脫過程，可以采用多柱串并聯(lián)結(jié)合的方式連續(xù)進(jìn)行，也 可以采用模擬移動床方式連續(xù)進(jìn)行。
[0027] 實(shí)施例3
[0028] 1)離子交換纖維準(zhǔn)備：選用干燥狀態(tài)下直徑為33?40 μ m、交換容量為3. 3mmol/ g的強(qiáng)酸性離子交換纖維，剪成3?IOmm左右的短纖，用純凈水浸透。采用過量的鈣離子使 之置換，完成從氫型到鈣型的轉(zhuǎn)化。采用實(shí)施例1離子交換纖維材料。
[0029] 2)離子交換纖維裝填：用純凈水浸泡已經(jīng)轉(zhuǎn)化為鈣型的離子交換纖維，采用柱長 壓縮方式裝柱，纖維裝填密度為500g/L，裝填徑高比為1:70。
[0030] 3)果葡糖漿分離：取稀釋至總糖濃度50%的商品F42果葡糖漿，體積為填料體積 量8. 5%，以流速I. 5BV/h經(jīng)過26°C離子交換纖維柱進(jìn)行吸附，隨即用糖液7. 2倍體積的水 洗脫。待糖液流出收集洗脫樣品，用HPLC分析洗脫液組成。果糖和葡萄糖分離度為0.88， 果糖純度90%時(shí)，果糖的回收率為61%。
[0031] 4)與球形顆粒樹脂的對比：將色譜柱中的纖維填料更換為同樣體積的鈣型顆粒樹 月旨，樹脂平均直徑約為300 μ m，交換容量I. 5mol/L，用純水浸泡后濕法裝柱。樹脂裝填密度 為790g/L，裝填徑高比為1:70。在各項(xiàng)參數(shù)與裝填離子交換纖維完全相同的條件下，洗脫 水量為糖液體積的8倍。用HPLC分析洗脫液組成。果糖和葡萄糖分離度為0. 52,果糖純度 90%時(shí)，果糖的回收率為23%。
[0032] 通過對離交纖維的顆粒樹脂分離結(jié)果的對比分析可以發(fā)現(xiàn)，為了獲得相同的分離 效果，顆粒樹脂填料用于果糖的色譜分離，需要更大的長徑比和更慢的洗脫速度。而采用離 子交換纖維作為色譜填料，在果糖分離中能夠獲得更高的分離精度，并且相同條件下的分 離效率遠(yuǎn)高于顆粒樹脂填料。
[0033] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種離子交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的方法，其特征是采用離子交換纖維 作為色譜分離填料，用于果葡糖漿等混合糖液中分離制備高純度果糖；所述混合糖液，是包 含果葡糖漿F42或其他濃度的果糖的混合液；所述的離子交換纖維，是一種強(qiáng)酸性離子交 換纖維，干燥狀態(tài)下直徑為8?170 ii m,陽離子交換容量為2. 0?4. 3mmol/g,在用于果糖 分離之前，需要預(yù)先進(jìn)行鈣離子的置換，完成從氫型到鈣型的轉(zhuǎn)化。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種離子交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的方法，其特征 在于離子交換纖維作為填料，離子交換纖維采用長度為5?100mm的短纖形態(tài)進(jìn)行裝填，或 預(yù)成型為體積密度在100?500g/L的無紡布或毛氈形態(tài)，然后進(jìn)行裝填。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的離子交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的方法，其特征 在于實(shí)施過程包括以下步驟： a) 離子交換纖維柱裝填：將所述的短纖或無紡布形態(tài)的離交纖維，用純凈水完全浸潤 后采用柱長壓縮方式裝柱；裝填密度為200?600g/L，裝填徑高比為1:5?70 ; b) 載料吸附：將上述25?60°C的混合糖液以填料體積的0. 1?0. 4倍量，按0. 35? 2. 5BV/h流速，從柱體進(jìn)料口恒速注入充滿水的色譜柱； c) 洗脫：停止注入糖液后，隨即在柱體進(jìn)料口用水做流動相，按照糖液體積的4?8倍 水量，0. 35?3. 5BV/h流速對填料進(jìn)行洗脫。
4. 如權(quán)利要求3所述的離子交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的方法，其特征在于 上述步驟a)?c)采用多柱串并聯(lián)結(jié)合的方式連續(xù)運(yùn)行，或采用模擬移動床方式連續(xù)運(yùn)行。
5. 如權(quán)利要求3所述的離子交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的方法，其特征在于 步驟a)中的裝填密度為250?550g/L。
6. 如權(quán)利要求3所述的離子交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的方法，其特征在于 步驟b)中的分離溫度為35?60°C。
7. 如權(quán)利要求3所述的離子交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的方法，其特征在于 步驟c)中的洗脫速度為1?2BV/h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種離子交換纖維作為色譜填料用于果糖分離的方法，采用離子交換纖維作為色譜分離填料，用于果葡糖漿等混合糖液中分離制備高純度果糖；所述混合糖液，是包含果葡糖漿F42或其他濃度的果糖的混合液；所述的離子交換纖維，是一種強(qiáng)酸性離子交換纖維，干燥狀態(tài)下直徑為8～170μm，陽離子交換容量為2.0～4.3mmol/g，在用于果糖分離之前，需要預(yù)先進(jìn)行鈣離子的置換，完成從氫型到鈣型的轉(zhuǎn)化。與離子交換顆粒樹脂色譜柱相比，強(qiáng)酸性離子交換纖維表現(xiàn)出更優(yōu)異的分離精度和更高的生產(chǎn)效率。
【IPC分類】C13K11-00, B01D15-36
【公開號】CN104611475
【申請?zhí)枴緾N201310538665
【發(fā)明人】林曉, 陸劍鳴, 張麗方
【申請人】南京工業(yè)大學(xué), 陸劍鳴
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2013年11月4日