一种低pKa型苯硼酸基载体及其在中性条件下吸附糖类物质的应用

本发明涉及一种低pka型苯硼酸基载体及其在中性条件下吸附糖类物质的应用，属于分离纯化领域。

背景技术：

1、糖类化合物作为自然界中含量最丰富、同样也最为重要的一类化合物，几乎参与到生命体维持正常生理功能的各个方面，作为日常生活中一种重要的能量来源，糖类化合物目前已广泛应用于食品、医药以及生物质燃料等领域。目前，含糖食品已经成为人们生活中一日三餐必不可少的一部分。然而近些年来，由于过度摄入糖类化合物所引起的问题，如2型糖尿病、龋齿、肥胖等，严重影响了人们的生活质量。

2、近些年来，酮糖类化合物(如塔格糖、山梨糖和乳果糖)已经开始作为传统糖类(葡萄糖、蔗糖)的替代品应用于食品加工行业。相比之下，酮糖类化合物具有甜度高、热量低和低升糖指数等特性，因而备受青睐。大部分酮糖(除果糖外)在自然界中含量极低，无法通过提取手段获得。以醛糖为底物，在化学催化剂或生物酶制剂的催化下，通过醛糖-酮糖异构化反应是制备酮糖的主要方法。通过化学法制备酮糖操作简便，但由于生产过程中需要添加大量的碱催化剂和盐类物质，对环境造成一定的污染的同时，由此所制得的酮糖类化合物风味较差，限制其在食品加工行业的广泛应用。而通过生物酶法催化制备酮糖，其反应条件更为温和，反应特异性更强且更为安全，同时更符合环境友好的概念，因此在制备酮糖中具有更大的潜力。

3、目前，通过利用离子交换树脂、活性炭以及膜分离等手段可对反应产物酮糖进行分离。然而，此类技术仅能实现对酮糖类化合物的初步分离纯化，且分离选择性较差，对酮糖的纯化效率较低。近些年来，硼亲和材料在特异性分离酮糖中表现出良好的潜力，可有效分离酮糖产物，大幅度提高其纯度。然而，硼亲和材料普遍具有较高的pka值，这使其目前仅适用于化学法催化制备酮糖的分离纯化过程中。而对于酶法制备酮糖类化合物来说，由于反应溶液ph接近于中性，目前仍缺乏可直接在中性条件下高效分离酮糖产物的手段。因此，开发开在中性条件下选择性分离酮糖的新型分离方法，对促进酮糖的生物制备、高效分离以及开发新型低糖产品具有重要意义。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、生物酶法制备酮糖后，高纯度酮糖的分离纯化工艺效率低、成本高、时间长以及操作复杂；

3、缺乏可直接在中性条件下高效分离酮糖产物的载体。

4、[技术方案]

5、为了解决上述问题，本发明先对于d380树脂(d380大孔弱碱性阴离子交换树脂)进行溶胀，之后负载2,4-二氟-3-甲酰基苯硼酸(dffpba)单体，再通过戊二醛去除d380树脂多余的氨基，最后加入氰基硼氢钠，对席夫碱结构进行还原，得到低pka型苯硼酸基载体。本发明制备的低pka型苯硼酸基载体能在中性条件下高效分离纯化酮糖(塔格糖、乳果糖等)，同时低pka型苯硼酸基载体能循环再生使用。

6、本发明的第一个目的是提供一种制备低pka型苯硼酸基载体的方法，包括如下步骤：

7、(1)将d380树脂置于n,n-二甲基甲酰胺中进行溶胀处理，分离，得到溶胀处理后的d380树脂；

8、(2)将溶胀处理后的d380树脂、2,4-二氟-3-甲酰基苯硼酸(dffpba)单体加入甲醇中进行反应，反应结束后，分离，得到负载有dffpba的树脂载体；

9、(3)将负载有dffpba的树脂载体、戊二醛加入甲醇中进行反应；

10、(4)反应结束后，在反应体系中加入氰基硼氢钠，对席夫碱结构进行还原，分离，得到低pka型苯硼酸基载体。

11、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中d380树脂是除杂之后的d380树脂，具体是将d380树脂依次采用酸溶液、碱溶液进行洗涤，酸溶液为hcl溶液，溶剂为水，浓度为0.1m；碱溶液为naoh溶液，溶剂为水，浓度为0.1m。

12、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中d380树脂和n,n-二甲基甲酰胺的用量比为3-8g：50ml。

13、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中溶胀处理是20-30℃(常温)下溶胀处理15-30h。

14、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中分离是抽滤分离。

15、在本发明的一种实施方式中，d380树脂、2,4-二氟-3-甲酰基苯硼酸(dffpba)、步骤(2)中甲醇的用量比为1g：1-5mmol：25-50ml。

16、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中反应是20-30℃(常温)、100-200rpm下反应20-30h。

17、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中分离是抽滤分离。

18、在本发明的一种实施方式中，d380树脂、戊二醛、步骤(3)中甲醇的用量比为50g：50-200ml：1-3l。

19、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中反应是20-30℃(常温)下反应10-15h。

20、在本发明的一种实施方式中，d380树脂、氰基硼氢钠的质量比为3：3-6。

21、在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中氰基硼氢钠分2次加入，两次加入的量一样。

22、在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中还原反应是20-30℃(常温)下反应10-15h。

23、在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中分离是抽滤分离。

24、本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的低pka型苯硼酸基载体。

25、本发明的第三个目的是本发明所述的低pka型苯硼酸基载体在分离纯化酮糖中的应用。

26、在本发明的一种实施方式中，酮糖包括塔格糖、乳果糖等。

27、本发明的第四个目的是提供一种在中性条件下选择性分离糖类物质的方法，其采用了本发明所述的低pka型苯硼酸基载体。

28、在本发明的一种实施方式中，在中性条件下选择性分离糖类物质的方法包括如下步骤：

29、在溶解有待分离酮糖的中性溶液中加入低pka型苯硼酸基载体进行吸附；吸附结束后，分离低pka型苯硼酸基载体，置于酸溶液解吸，得到解离酸性溶液；解吸之后，将低pka型苯硼酸基载体分离、洗涤，继续重复使用；

30、其中，溶解有待分离酮糖的中性溶液中酮糖的浓度为0.01-40mg/ml；ph为6-8；

31、溶解有待分离酮糖的中性溶液、低pka型苯硼酸基载体、酸溶液的用量比为5-100ml：1g：3-10ml；

32、吸附是20-30℃(常温)、100-300rpm下吸附90-200min；

33、分离是抽滤分离；

34、酸溶液是ph为1-6的酸溶液，酸为盐酸、醋酸、柠檬酸等；

35、解吸是20-30℃(常温)、100-200rpm下解吸30-90min；

36、解离酸性溶液可以经过喷雾干燥或真空干燥，得到高纯度糖类粉末产品；

37、洗涤是采用中性溶液进行洗涤。

38、在本发明的一种实施方式中，在中性条件下选择性分离糖类物质的方法包括如下步骤：

39、将低pka型苯硼酸基载体装入填料柱，连接恒流泵及溶解有待分离酮糖的中性溶液；

40、调整恒流泵的流速，将溶解有待分离酮糖的中性溶液泵入填料柱中，经过填料柱后重新流回到原料池中，并不断循环；

41、排空填料柱中溶液，用中性溶液洗涤后，将酸溶液泵入填料柱中并进行循环，收集洗脱液；

42、排空填料柱中酸性溶液，将中性溶液泵入填料柱进行洗涤，完成后可对新一批溶液进行分离；

43、其中，溶解有待分离酮糖的中性溶液中酮糖的浓度为1-20mg/ml；ph为6-8；

44、酸溶液是ph为1-6的酸溶液，酸为盐酸、醋酸、柠檬酸等；

45、洗脱液可以经过喷雾干燥或真空干燥，得到高纯度糖类粉末产品。

46、本发明的第五个目的是提供一种高效分离酶法催化乳糖异构化反应溶液中酮糖的方法，其采用了本发明所述的低pka型苯硼酸基载体。

47、[有益效果]

48、(1)本发明制备的低pka型苯硼酸基载体对于酮糖表现出较高的纯化效率和负载量。

49、(2)在乳果糖、半乳糖、乳糖和木糖的多元混合溶液中，低pka型苯硼酸基载体对乳果糖的吸附载量达到95.12mg/ml，而对乳糖、半乳糖和木糖的总吸附载量仅为9.37mg/ml，对乳果糖的吸附选择性达到91.03％。

50、(3)在乳糖-乳果糖二元混合溶液中，低pka型苯硼酸基载体对乳果糖表现出较高的纯化效率。