使用陽離子交換樹脂的摻合物的糖類色譜分離的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及使用離子交換介質的糖類色譜分離。
【背景技術】
[0002] 離子交換樹脂通常用于在含糖液體進料混合物內色譜分離糖類。參見例如US 5176832、US 5221478和SU 1507799。商業上更加重要的一種分離涉及從果糖/葡萄糖混合 物分離果糖以便增加果糖濃度，例如從小于50重量％的純度增加到大于90重量％。傳統上， 已在所述分離中使用其鈣離子形式的凝膠型強酸陽離子交換樹脂。
【發明內容】
[0003] 本發明包括一種從含糖液體進料混合物分離糖類的色譜方法，其通過:使液體進 料混合物與包含用磺酸基官能化的交聯共聚物基質的陽離子交換樹脂層接觸，并且從所述 層回收第一產物流，與液體進料混合物中所存在的糖類相比，第一產物流的糖類純度更高。 所述方法的特征在于陽離子交換樹脂層包括：i)至少80重量％包括堿土金屬反離子的陽離 子交換樹脂，和ii)至少5重量％包括堿土金屬反離子的陽離子交換樹脂。在一優選的實施 例中，液體進料混合物包括分離成獨立產物流的多種糖類，與包括堿土金屬或堿土金屬反 離子的陽離子交換樹脂層相比，所述產物流的糖類分辨率程度更高(例如，至少提高10% )。
【附圖說明】
[0004] 圖1是來自展示糖類(葡萄糖-果糖)分辨率的實例的數據圖，所述糖類分辨率取決 于與本發明方法中所使用的鈣離子形式的陽離子交換樹脂合并的鈉形式的陽離子交換樹 脂的重量百分比。
【具體實施方式】
[0005] 本發明包括一種從含糖液體進料混合物分離第一糖類的色譜方法，其包括以下步 驟:使進料混合物與陽離子交換樹脂層接觸，和回收與進料混合物相比第一糖類純度更高 的第一產物流。還可以回收其它產物流，包括純度相對較高的次要組分(例如，不同糖類）。 次要組分可以選自以下化合物中的一個或多個:不同于第一糖類組分的第二糖類組分，和 非糖組分，如無機鹽、氨基酸、醇類、有機酸和有機酸鹽。在優選實施例中，液體進料混合物 包括至少兩種糖類組分。備受關注的糖類包括葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、麥芽糖、葡萄糖、半 乳糖、山梨糖、木糖、甘露糖、異麥芽糖、水蘇糖、阿拉伯糖、塔格糖、棉籽糖和低聚糖。備受關 注的是包含果糖和葡萄糖的液體混合物。
[0006] 非糖組分是在液體進料混合物中實質上不干擾糖類或糖類容器的分離的化合物。
[0007] 合適的無機鹽是可以溶于液體混合物的那些無機鹽，并且優選地選自堿金屬或堿 土金屬鹵化物。合適無機鹽的實例是氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鉀和碳酸鈉。
[0008] 合適氨基酸是可以溶于液體混合物的含碳化合物，并且具有至少一個氨基(-NH2) 和一個羧基(COOH)。合適氨基酸的實例是甘氨酸、丙氨酸、谷氨酰胺、賴氨酸和苯丙氨酸。優 選氨基酸的碳原子含量是10或小于10、并且更優選是7或小于7。合適的醇類在本質上可以 是單羥基或多羥基醇類，并且優選地具有10個碳原子或小于10個的碳原子。優選的醇類具 有一個到約7個碳。合適醇類的實例是甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、 正己醇、環己醇和正辛醇。特別優選的醇類包括多元醇。
[0009] 合適的有機酸具有至少一個羧基并且碳原子含量是10個或小于10個。優選的有機 酸具有一個到7個碳。合適有機酸的實例是苯甲酸、檸檬酸、乙酸、甲酸、丙酸、丁酸和所述酸 的鹽。當酸是其鹽形式時，反離子優選是堿金屬或堿土金屬離子，如鈉離子、鉀離子或鈣離 子。
[0010] 本發明方法中所使用的陽離子交換樹脂優選地以珠粒形式提供。可應用樹脂包括 交聯共聚物基質，其衍生自使包括單亞乙烯基單體(如苯乙烯)和交聯劑(如二乙烯基苯）的 單體混合物聚合，例如通過使包含苯乙烯連同其它任選單亞乙烯基單體、交聯單體(包括二 乙烯基苯）、自由基引發劑和任選地相分離稀釋劑的細微粉碎有機相懸浮聚合。雖然交聯共 聚物可以是大孔型或凝膠型，但凝膠型共聚物為優選的。術語"凝膠型"和"大孔型"在所屬 領域中眾所周知并且一般描述共聚物珠粒孔隙度的性質。如所屬領域中所常用，術語"大孔 型"意謂共聚物具有大孔和中孔。術語"微孔"、"膠狀(gellular)"、"凝膠"和"凝膠型"是同 義語，描述孔徑小于約20埃(Angstroms) (A)的共聚物，而大孔型共聚物珠粒具有約20 A到 約500 A的中孔和大于約50:0 A的大孔。凝膠型和大孔型共聚物珠粒以及其制備進一步描 述于US 4,256,840和US 5,244,926中，其全部內容以引入的方式并入本文中。交聯共聚物 樹脂珠粒的中值珠粒直徑優選地是1〇〇到1000微米。珠粒可以具有高斯(Gaussian)粒度分 布，但優選地具有相對均勻的粒度分布，也就是"單分散"，也就是說，至少90體積％的珠粒 的粒徑是體積平均粒徑的約0.9到約1.1倍。
[0011] 共聚物珠粒可以使用所屬領域中眾所周知的技術轉化成磺化的陽離子交換樹脂。 舉例來說，可以使用例如美國專利第3266007號、第2500149號、第2631127號、第2664801號 和第2764564號所描述的方法由交聯共聚物珠粒制備磺化樹脂，所述專利的相關教示以引 入的方式并入本文中。一般來說，磺化的陽離子交換樹脂通過在一溫度下使交聯共聚物珠 粒與磺化劑反應足以獲得所需磺化程度的時間來制備，所述磺化劑如濃硫酸（以總重量計 硫酸至少約95重量百分比的酸）、發煙硫酸、氯磺酸或三氧化硫。優選的磺化劑是濃硫酸。濃 硫酸的量應足以在反應期間提供適當混合，約6:1到約20:1的酸與珠粒的重量比一般是足 夠的。典型地，在約〇°C到約200°C的溫度下將酸和共聚物珠粒維持足以獲得干重能力是至 少約0.5毫當量每克(meq/g)的樹脂的時間。本發明還可以采用僅特定的共聚物區域經官能 化的樹脂。如歐洲專利申請ΕΡ-Α-0 361 685中所描述，所述樹脂的實例是僅外部部分或殼 經官能化的那些樹脂。
[0012] 磺化后，樹脂可以通過用水洗滌來水解并且轉化成堿(alkali or alkaline)金屬 鹽。首先優選地將樹脂用一系列硫酸水溶液洗滌，所述溶液中的每一個連續地比前述酸洗 中所使用的硫酸溶液更稀，并且最后用水洗滌。其后，可以將經洗滌樹脂通過與具有所需金 屬反離子的水溶性金屬鹽或堿的飽和水溶液接觸來將經洗滌樹脂轉化成所需金屬鹽形式。 舉例來說，可以將樹脂通過與氯化鈣或氫氧化鈣溶液接觸來將其轉化成其鈣離子形式。可 以使用合適的所需金屬的水溶性鹽以類似方式將樹脂轉化成其它形式。
[0013] 用于制備可應用陽離子交換樹脂的方法描述于US 5176832和US 5221478中，兩個 專利的全部內容均并入本文中。
[0014] 本發明中所使用的陽離子交換樹脂層優選地包括i)至少75重量％ (并且更優選至 少80重量％ )的包含堿土金屬反離子(優選地至少一個而且選自鈣離子、鍶離子和鋇離子的 組合)的陽離子交換樹脂，和ii)至少5重量％包含堿土金屬反離子(優選地選自至少一個而 且鋰離子、鈉離子和鉀離子的組合）的陽離子交換樹脂。在一更優選實施例中，陽離子交換 樹脂層包含：i)80到95重量％包含堿土金屬反離子的陽離子交換樹脂，和ii)5到20重量％ 包含堿土金屬反離子的陽離子交換樹脂。呈堿金屬和堿土金屬形式的陽離子交換樹脂組合 在液體進料混合物內的成分之間，尤其在如葡萄糖和果糖的糖類之間，提供改良的分辨率。 可應用市售陽離子交換樹脂包括DOWEX M0N0SHERE99Ca310以及其經鈉離子轉化的對應樹 月旨。在形成層并且經沖洗前，優選地將堿(alkaline and alkali)金屬形式的樹脂摻合，摻 合時間后反離子將達到平衡分布。
[0015] 待處理的含糖液體進料混合物在以下條件下與陽離子交換樹脂層接觸:使得第一 糖類組分以不同于液體混合物的次要組分(例如，第二糖類組分）的速率的速率通過層。所 述層宜為如色譜柱的提供于填充容器內的樹脂柱或樹脂床，其具有足以引起所需組分分離 的樹脂量。液體進料混合物與所述層接觸后，使用用于混合物組分的溶劑以已知方式洗脫 液體進料混合物。以此方式，從所述層洗脫的產物包含富含第一糖類組分的第一可回收產 物流和至少一個缺乏第一糖類組分的第二可回收產物流。優選地，所述方法產生至少兩個 可回收產物流，相對于其它可回收產物流，其中的每一個的既定糖類或非糖組分相對純。使 用離子交換樹脂的色譜分離方法已知，并且通過例如萬卡特(Wankat)，《大規模吸附色譜 法》（Large-Scale Adsorption and Chromatog