一种木糖母液中各个糖类物质的连续色谱工业化分离提取方法与流程

本发明涉及食品生物分离，特别是涉及一种木糖母液中各个糖类物质的连续色谱工业化分离提取方法。

背景技术：

1、木糖生产过程中产生较多的母液，木糖母液中主要含有木糖、阿拉伯糖、半乳糖，还含有葡萄糖、低聚木糖、甘露糖等杂糖，由于各糖的含量较低，无法有效结晶出任何产品，只能作为低价值的混合杂糖副产品出售。其中木糖、阿拉伯糖、半乳糖作为有特殊功效的三种糖类，只有达到较高纯度后才能被结晶而分离得到相应产品体现其使用价值，因此对于木糖中的各种糖类进行分离是十分重要的生产制造环节。

2、木糖母液中富含木糖、阿拉伯糖和半乳糖这三种糖类物质，但是因为在母液中其相应的含量都无法得到使其结晶的含量和浓度，采用传统结晶工艺无法提取得到木糖、阿拉伯糖和半乳糖产品。对于此问题，目前工业上都是先对木糖母液发酵除去葡萄糖、半乳糖等杂糖，再用简单色谱分离技术提取木糖和阿拉伯糖，其它组分作为杂糖。色谱分离获得富含木糖的组分回到上游再次进行木糖结晶，富含阿拉伯糖的组分则经过精制、浓缩和结晶制得晶体物。通过此方法，能分离得到木糖和阿拉伯糖两个组分。

3、中国专利cn104086607a公开了一种从木糖母液中生产l-阿拉伯糖的方法，该方法先将木糖母液进行稀释，再用活性干酵母粉使葡萄糖、半乳糖等发酵生成二氧化碳以除去葡萄糖和半乳糖，通过脱色、离子交换、蒸发浓缩对木糖母液进一步精制，然后通过连续色谱分离获得l-阿拉伯糖组分溶液和木糖组分溶液，分别结晶获得l-阿拉伯糖产品和木糖产品。但是上述发明主要问题是需要对母液进行发酵预处理，发酵成本很高，又使占木糖母液含糖量超1/3的葡萄糖、半乳糖等变成二氧化碳挥发，而无法得到利用，最后仅分离得到l-阿拉伯糖和木糖两种产品。

4、中国专利cn111747997a公开了公开了一种利用间歇模拟移动床色谱同时制取木糖、阿拉伯糖和半乳糖的方法，首先将木糖母液进行发酵预处理，然后经过间歇模拟移动床色谱进行分离，制取木糖、阿拉伯糖和半乳糖，实现了木糖母液中高价值糖类的回收。然而，间歇模拟移动床色谱技术存在：1）设备复杂，每根色谱柱的前后都需要设有一个电机伺服的多通道旋转阀，设备投资成本高，不利于进行放大工业化生产；2）工艺条件苛刻，需要严格控制各组分在系统中的分布；3）只能实现三组分的分离，母液中的其他杂糖组分，如葡萄糖、低聚木糖等杂糖需要通过加入活性干酵母粉发酵，转化为二氧化碳挥发，而无法得到有效利用，发酵后液体中葡萄糖含量低于1％、杂糖含量低于0.5％，才能进入系统中进行分离提取，增加生产成本，损失大量的含糖量；4）系统中只能使用钙型/铅型一种类型的树脂作为固定相进行分离，不能将木糖、阿拉伯糖和半乳糖这三个产品进行完全分离。

5、综上所述，传统的色谱法只能对木糖母液中的木糖和阿拉伯糖两个组分进行分离提取；多区式（五区或五区以上）模拟移动床连续色谱，顺序式模拟移动床连续色谱，以及间歇式模拟移动床连续色谱技术等新兴色谱技术，也只能实现木糖、阿拉伯糖和半乳糖三组分的分离，母液都需要经过发酵预处理除去葡萄糖、低聚木糖等杂糖后，才能进入色谱系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种木糖母液中各个糖类物质的连续色谱工业化分离提取方法，以解决上述木糖母液提取分离方法母液需要进行发酵预处理，成本高且糖量损失大以及分离组分较少的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种木糖母液中各个糖类物质的连续色谱工业化分离提取方法，采用二维连续色谱技术对木糖母液进行分离。

3、优选的，二维色谱连续技术包括第一维连续色谱系统和第二维连续色谱系统，木糖母液经过第一维连续色谱系统分离得到阿拉伯糖组分溶液，木糖和半乳糖混合组分溶液，以及以木聚糖为主的杂糖一溶液；木糖和半乳糖混合组分溶液经过第二维连续色谱系统进行分离得到木糖组分溶液、半乳糖组分溶液和以葡萄糖为主的杂糖二溶液。

4、优选的，如果杂糖二溶液中含有较多的木糖和半乳糖（总含量>30%）时，可以由自控系统控制将全部/部分杂糖二返回第一维连续色谱系统中继续分离，以提高木糖/半乳糖的收率；也可以，合并杂糖一溶液和杂糖二溶液为一种混合杂糖溶液，如果含有较多的木糖和半乳糖（总含量>30%）时，可以由自控系统控制将全部/部分混合杂糖溶液返回木糖母液中，继续分离；如果含有少量木糖/半乳糖产品时，混合杂糖经浓缩后可以直接出售，作为生产焦糖色素等一系列产品的原料。

5、本发明中的二维色谱连续技术耦合集成了两套三组分连续色谱分离系统（第一维连续色谱系统和第二维连续色谱系统）及一套自动化控制系统。

6、优选的，如果杂糖二溶液中含有较多的木糖和半乳糖（总含量>30%）时，可以由自控系统控制将全部/部分杂糖二返回第一维连续色谱系统中继续分离，以提高木糖/半乳糖的收率。也可以，合并杂糖一溶液和杂糖二溶液为一种混合杂糖溶液，如果含有较多的木糖和半乳糖（总含量>30%）时，可以由自控系统控制将全部/部分混合杂糖溶液返回木糖母液中，继续分离；如果含有少量木糖/半乳糖产品时，混合杂糖经浓缩后可以直接出售，作为生产焦糖色素等一系列产品的原料。

7、优选的，木糖母液的主要组成为：木聚糖3%～10%，葡萄糖15%～20%，阿拉伯糖10%～25％，甘露糖3%～10%，木糖40%～50％，半乳糖5％～15％，其他杂质～5%。

8、优选的，第一维连续色谱系统分离得到70%～80%高含量阿拉伯糖组分溶液，木糖含量提升到～70%和半乳糖提升到～25%，以及以低聚木糖和葡萄糖为主的杂糖组分。

9、优选的，第二维连续色谱系统分离得到含量75%～90%的木糖组分溶液，含量60%～90%的半乳糖组分溶液以及其余以葡萄糖、甘露糖和低聚糖的混合糖杂质组分。

10、优选的，第一维连续色谱系统所用的固定相为钙、钠、钾、氢或者羟基型苯乙烯骨架树脂中的一种，第二维连续色谱系统所用的固定相为钙、钠、钾、氢或者羟基型苯乙烯骨架树脂中的一种。

11、优选的，第一维连续色谱系统所用的固定相为钙型苯乙烯骨架树脂，第二维连续色谱系统所用的固定相为钠型苯乙烯骨架树脂。

12、优选的，第一维连续色谱系统所用的固定相为钾型苯乙烯骨架树脂，第二维连续色谱系统所用的固定相为羟基型苯乙烯骨架树脂。

13、优选的，第一维连续色谱系统所用的固定相为钙型苯乙烯骨架树脂，第二维连续色谱系统所用的固定相为钙型苯乙烯骨架树脂。

14、优选的，第一维连续色谱系统包含6～8根色谱柱，第二维连续色谱系统包括6～8根色谱柱。

15、优选的，第一维连续色谱系统和第二维连续色谱系统的运行温度为60℃～85℃，色谱柱柱高为1m～3m，柱径为0.5m～4m。

16、优选的，第一维连续色谱系统和第二维连续色谱系统的上样流量为0.5bv/h～2.0bv/h，洗脱剂为水，洗脱剂的用量为0.8bv～3.0bv，洗脱剂的流量为0.5bv/h～3.5bv/h。bv代表色谱柱床层体积。

17、优选的，阿拉伯糖组分溶液中阿拉伯糖含量为70%～80%，木糖组分溶液中木糖含量为75%～90%，半乳糖组分溶液中半乳糖含量为60%～90%。

18、因此，本发明采用上述结构的一种木糖母液中糖类物质的连续色谱工业化分离提取方法，具有以下有益效果：

19、（1）本发明通过分离，将木糖母液中的高价值糖类物质进行了提取，实现了包含木糖、阿拉伯糖、半乳糖和混合杂糖等4个组分的同步分离。

20、（2）本发明的木糖母液不需要经过发酵处理，可直接进而第一维连续色谱系统和第二维连续色谱系统，降低了生产成本，避免了各种糖的损失。

21、（3）本发明的两套移动床连续色谱系统（第一维连续色谱系统和第二维连续色谱系统）使用的固定相可以是一样的，也可以是不同的，固定相搭配方便灵活，产品纯度和收率得到提升。

22、（4）第一维连续色谱系统和第二维连续色谱系统这两套色谱系统的集成，大大降低了工艺条件和设备制作的难度，系统能够长期稳定运行，满足工业化生产要求。

23、（5）如杂糖溶液中含有较多的阿拉伯糖、木糖或者半乳糖时，可以由自控系统控制，按需要将全部/部分杂糖返回母液/各维连续色谱系统。

24、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。