木糖醇联产L-阿拉伯糖纯化和结晶工艺的研究

摘要

木糖醇是一种有较高能量和甜度的糖醇，能预防龋齿、改善糖尿病、肝功能及血酮症等特殊生理功能。而L-阿拉伯糖是一种与木糖醇结构相似、分子量相近的还原糖，其甜度与蔗糖相当，能非竞争性的抑制小肠对蔗糖的吸收，被广泛的应用在减肥和“三高”领域。近年来，木糖醇和L-阿拉伯糖的高附加值引起了人们的广泛关注。目前大规模生产木糖醇和L-阿拉伯糖的工艺主要是化学合成法，其纯化成本较高并对环境带来了较大的损害。相对于化学合成法，微生物法具有低污染、低成本及高效性的特点而成为人们研究的热点。微生物法生产木糖醇，其成分较复杂，产物含量较低，因而，为了获得木糖醇和L-阿拉伯糖产品就需要一定分离纯化手段。本研究就是通过对木糖醇发酵液利用分离纯化工艺来获得木糖醇的同时也得到L-阿拉伯糖。
　　 第一，对木糖醇发酵液初步纯化处理，去除发酵液中细胞及蛋白，并利用超滤、离子交换树脂脱色及脱盐，电导低于0.03ms/cm，吸光度低于0.009Abs。
　　 其次，利用钙型阳离子交换树脂DTF-01分离木糖醇发酵液中的L-阿拉伯糖及木糖醇，确定上样量为1BV，上样流速为2BV/h，洗脱剂为2BV的去离子水，洗脱流速为3BV/h。经过优化的分离工艺，得到了前馏分L-阿拉伯糖的含量由25％提高至70％，分离回收率为42.5％;收集后馏分是纯度较高的木糖醇，其含量由75％提高至89.8％，分离的回收率为69.2％。然后根据参考单根色谱柱静态动态吸附解吸实验，利用了较大规模的模拟移动床色谱来分离L-阿拉伯糖和木糖醇的混合溶液。在固形物含量为45％，settime为300 s时提取液出口收集到纯度由81.24％提高至96.66％的木糖醇，提余液出口收集到纯度由19％提高至44.51％的L-阿拉伯糖。
　　 最后，通过结晶的方法制得木糖醇和L-阿拉伯糖晶体。其中，木糖醇结晶工艺参数:初始浓度750 g/L，冷却温度为-8℃，结晶时间为24 h，加入1‰的晶种，其结晶得率为66.78％，纯度为97.37％。L-阿拉伯糖的结晶工艺参数:初始浓度900 g/L，冷却温度-5℃，结晶时间48 h，1‰晶种，其结晶得率为40.7％，纯度为99.23％。木糖醇发酵液经结晶后，前馏分中木糖醇含量由26.878％降至4.546％，L-阿拉伯糖含量由70％提高至83.68％;后馏分中L-阿拉伯糖含量由9.173％降至5.189％，木糖醇含量为93.92％，最终实现了木糖醇和L-阿拉伯糖的分离。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 木糖醇

1．1．1 木糖醇理化性质

1．1．2 木糖醇的功能及应用

1．1．3 木糖醇的制备方法研究现状

1．2 L-阿拉伯糖

1．2．1 L-阿拉伯糖的理化性质

1．2．2 L-阿拉伯糖的应用及功能

1．2．3 L-阿拉伯糖的制备方法研究现状

1．3 木糖醇发酵液的前处理

1．3．1 木糖醇发酵液中糖醇组分的检测方法

1．3．2 发酵液的脱色脱盐及蛋白检测去除

1．4 木糖醇与L-阿拉伯糖的色谱分离

1．5 模拟移动床在分离糖及糖醇的应用

1．6 木糖醇及L-阿拉伯糖的纯化

1．6．1 结晶的原理及进展

1．6．2 影响结晶的因素

1．6．3 重结晶

1．7 本实验的研究思路

1．7．1 研究的目的

1．7．2 研究内容

第二章 木糖醇、L-阿拉伯糖及木糖含量检测

2．1 实验耗材及器材

2．1．1 实验耗材

2．1．2 实验器材

2．2 实验内容

2．2．1 木糖醇标准液的制备

2．2．2 阿拉伯糖标准溶液的制备

2．2．3 木糖标准溶液的制备

2．2．4 标准品母液的制备

2．2．5 木糖醇结晶母液含量测定方法

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 HPLC-RI法数据和标准曲线的绘制

2．3．2 HPLC-RI方法的精密度实验

2．3．3 高效液相-示差检测方法的稳定性实验

2．4 小结

第三章 木糖醇发酵液的初步纯化

3．1 实验耗材及器材

3．1．1 实验耗材

3．1．2 实验器材

3．2 实验内容

3．2．1 树脂的活化

3．2．2 木糖醇发酵液的预处理

3．2．3 木糖醇发酵液中可溶性蛋白的去除

3．2．4 木糖醇发酵液的脱色及脱盐

3．3 实验结果

3．3．1 BCA法-蛋白标准曲线绘制

3．3．2 静态树脂脱色效果比较

3．3．3 WK40L和D296R串联脱色及脱盐

3．3．4 001*7和D301R串联脱色及脱盐

3．3．5 001*7和D296R串联脱色及脱盐

3．3．6 001*7和D296R配比控制脱盐后PH

3．4 小结

第四章 木糖醇发酵液中组分的色谱分离

4．1 实验耗材及器材

4．1．1 实验耗材

4．1．2 实验器材

4．2 实验内容

4．2．1 木糖醇发酵液的制备

4．2．2 HPLC法检测木糖醇发酵液

4．2．3 强酸性阳离子交换树脂的预处理

4．2．4 树脂的选择

4．2．5 动态吸附解吸实验

4．2．6 DTF-01树脂分离的有效性实验

4．2．7 木糖醇和阿拉伯糖吸附量、吸附率以及解吸率计算公式

4．2．8 强酸性阳离子交换树脂DTF-01动态实验

4．3 模拟移动床色谱的应用

4．3．1 模拟移动床色谱分离葡萄糖和果糖

4．3．2 模拟移动床色谱分离木糖醇和L-阿拉伯糖

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 静态吸附实验

4．4．2 DTF-01吸附分离木糖醇发酵液

4．4．3 放大DTF-01吸附分离木糖醇发酵液验证分离有效性

4．4．4 DTF-01树脂的穿透曲线和吸附饱和曲线的确定

4．4．5 上样浓度对DTF-01树脂吸附分离的影响

4．4．6 上样流速对DTF-01树脂对吸附的影响

4．4．7 洗脱剂对吸附分离的影响

4．4．8 洗脱速度对吸附分离的影响

4．4．9 层析柱径高比对吸附分离的影响

4．4．10 模拟移动床色谱分离糖及糖醇

4．5 小结

第五章 木糖醇及L-阿拉伯糖的结晶

5．1 实验材料与仪器

5．1．1．实验材料

5．1．2 实验仪器

5．2．实验方法

5．2．1 木糖醇的结晶

5．2．2 L-阿拉伯糖的结晶

5．2．3 木糖醇晶体的鉴定及表征

5．2．4 L-阿拉伯糖晶体的鉴定及表征

5．3 实验结果

5．3．1 木糖醇的结晶

5．3．2 L-阿拉伯糖的结晶

5．4 木糖醇晶体的鉴定及表征

5．4．1 HPLC

5．4．3 核磁

5．4．4 X-光粉末衍射

5．4．5 电镜观察晶体的表面形态

5．5 L-阿拉伯糖晶体的鉴定及表征

5．5．1 HPLC

5．5．2 红外

5．5．3 核磁

5．6 小结

第六章 结论与展望

6．1 全文结论

6．2 展望和建议

参考文献

附录一 实验材料

附录二 实验仪器

研究成果及发表的学术论文

致谢

作者和导师简介