一种利用苯硼酸基载体柱循环制备并纯化D-塔格糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用苯硼酸基载体柱循环制备并纯化D

【技术实现步骤摘要】
一种利用苯硼酸基载体柱循环制备并纯化D
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塔格糖的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用苯硼酸基载体柱循环制备并纯化D
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塔格糖的方法，属于碳水化合物(特别是稀有糖)的制备及分离纯化


技术介绍

[0002]D
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塔格糖(D
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tagatose)属于稀有糖的一种，是一种罕见的天然己酮糖。在pH 3
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7范围内均可稳定存在。容易发生美拉德反应。甜味类似于蔗糖，而热量值只有1.5k cal/g，相当于蔗糖热量值的30％。10％(w/w)浓度D
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塔格糖甜度为蔗糖的92％，没有后味也不会产生任何不良风味，是FDA批准的5种低能量甜味剂中唯一一个口感、甜度和蔗糖最相似的甜味剂。相对而言，D
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塔格糖的甜味刺激较蔗糖快，和果糖相似。2001年美国FDA批准塔格糖添加在食品药品中。此外，D
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塔格糖具有良好的生理功能，抗糖尿病(低GI、低热值)、益生元特性(增值肠道有益菌)、控制体重、抗衰老、抗氧化、血因子调节(改善贫血、提高凝血效率)。而且由于其低GI、低热值等特点在化妆品、食品、保健品、药品当中具有很好的应用潜力，其不仅可以作为低能量的甜味剂用于食品、保健品当中，其增味特性使它成为一种可以掩盖药品不良味道的选择。
[0003]D
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塔格糖的制备技术主要包括酶法与化学法。中生物酶法制备塔格糖具有反应条件温和、副产物少、安全性高等优势，是目前的研究热点。目前一般使用L
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阿拉伯糖异构酶实现半乳糖至塔格糖的转化过程，最佳的催化效率为2014年Xu L等实现的9.3mmol/min。近年，还进行了化学试剂的应用、L
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阿拉伯糖异构酶的固定化、蛋白质工程等手段的实验，均对其催化效率的增长有所帮助，最高转化率达到了60％。但是由于酶法进行塔格糖制备时，涉及到酶的发酵、纯化等步骤，成本较高，且目前使用酶法生产转化率较低、效率慢，目前工业上仍然使用化学法进行塔格糖的生产。
[0004]目前主要使用于工业生产的是化学法，主要仍然参考1992年专利(U.S.Patent 5,078,796)，使用氢氧化钙进行催化。其原理为，在碱性条件下，氢氧化钙可以与塔格糖1：1生成不溶性复合物，且氢氧化钙不与半乳糖反应；在反应结束后进行离心，再使用酸性试剂(一般使用碳酸、磷酸等)与Ca形成磷酸钙或碳酸钙等不溶沉淀，二次离心即可得到较纯的塔格糖上清液。由于此方法反应条件温和(20℃，pH12.5)，且包含纯化过程，目前在工业上使用很广泛。
[0005]目前使用的化学法制备塔格糖虽然效率高、可以纯化塔格糖，但是氢氧化钙难以循环利用，反应后产生的磷酸钙、碳酸钙等副产品，虽然可以通过灼烧的方式生产氧化钙从而进一步制备氢氧化钙，但灼烧步骤耗能巨大，不符合绿色生产的发展方向。

技术实现思路

[0006][技术问题][0007]本专利技术要解决的技术问题是目前工业上使用的化学异构法生产塔格糖存在副产物含量多、催化剂使用量大、催化剂难以处理、产物含盐量高等问题。
[0008][技术方案][0009]本专利技术首先提供一种苯硼酸基聚合物载体，其结构如下式Ⅰ所示：
[0010][0011]其中：P代表载体的基底结构，可选择：高分子聚合物、磁性纳米粒子、大孔吸附材料等形式，P与苯硼酸基团通过共价键稳定连接，形成具有功能性的固体颗粒型载体。
[0012]本专利技术还提供所述苯硼酸基聚合物载体的制备方法，P为高分子聚合物，使用功能单体与交联剂在引发剂作用下发生聚合反应制备得到高分子苯硼酸基聚合物载体。聚合反应的形式可以为本体聚合、悬浮聚合、分散聚合等；聚合条件为氮气保护下，温度55℃～80℃。所述功能单体可以选自：3
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氨基苯硼酸、3
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甲酰基苯硼酸、3
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丙烯酰胺基苯硼酸、4
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乙烯基苯硼酸等。所述交联剂可以选自：N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、N,N
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亚苯基双丙烯酰胺、3,5
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二(丙烯酰胺基)苯甲酸等。所述引发剂可以选自：偶氮二异丁腈、二苯基乙二酮的二甲基缩醛、过氧化苯甲酰等。
[0013]在本专利技术方法的某些所述方式中，采用本体聚合，溶剂可以选自：甲醇、乙腈、二甲亚砜、甲苯等，溶质为功能单体、交联剂、引发剂。
[0014]在本专利技术的某些实施方式中，采用悬浮聚合，连续相可以选自：正己烷、环己烷、异辛烷、正庚烷、液体石蜡等；分散相中溶剂可以选自：甲醇、乙腈、二甲亚砜、甲苯等，溶质为功能单体、交联剂、引发剂；分散剂可以选择吐温80、司班80、高岭土、硅藻土、磷酸钙、碳酸镁、聚乙二醇等。
[0015]本专利技术提供利用所述苯硼酸基聚合物载体辅助催化半乳糖生成塔格糖，包括如下步骤：
[0016](1)构建半乳糖异构化体系
[0017]半乳糖异构化体系包括装有苯硼酸基聚合物载体的色谱柱和溶液池，溶液池是可盛装溶液的装置；
[0018](2)选择性吸附
[0019]将半乳糖、碱性催化剂溶解为具有合适的浓度和pH的半乳糖水溶液，半乳糖水溶液中半乳糖的质量与色谱柱吸附塔格糖达到平衡状态时吸附的塔格糖的质量的比是0.75～1.50；在30℃～80℃下，将半乳糖水溶液从色谱柱底部通入，从色谱柱顶部流出并进入溶液池顶部，恒流泵从溶液池底部将液体泵入色谱柱底部，如此循环通入、流出2～8h；然后，排空色谱柱中的液体，向排出液体中补加碱性催化剂与原料，使底物浓度与pH达到半乳糖水溶液反应前的水平，可用于下一轮循环反应；
[0020]所述碱性催化剂可选择磷酸盐、金属氢氧化物等，例如：氢氧化钠、氢氧化钙、磷酸盐、偏铝酸钠、硼酸/氢氧化钠等；
[0021]所述合适的浓度可以是10～100g/L半乳糖；
[0022]所述合适的pH可以是10～13，例如pH12；
[0023]所述恒流泵应可稳定保持1～6ml/min的流速；
[0024]所述溶液池应保持温度于0～10℃；
[0025](3)解吸
[0026]向步骤(2)排空液体的色谱柱的底部通入解吸液，从色谱柱顶部流出后再次通入色谱柱底部，如此循环通入、流出循环解吸10～60min，以对吸附有产物塔格糖的苯硼酸聚合物载体进行解吸，并收集含有塔格糖的解吸液，得到高纯度的塔格糖溶液；
[0027]所述解吸液是水溶液、醇溶液或酸性溶液；其中，醇溶液为甲醇溶液、乙醇溶液，或者甲醇与乙醇以任意比例混合的溶液等；酸性溶液的pH<7.0，是利用盐酸、醋酸、硫酸等无机酸调节得到的，或者利用乳酸、柠檬酸等有机酸调节得到；
[0028](4)载体回用
[0029]待步骤(3)解析完成后，排空色谱柱中的液体，色谱柱可回用于步骤(2)
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(4)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种苯硼酸基聚合物载体，其特征在于，其结构如下式Ⅰ所示：其中：P代表载体的基底结构，是高分子聚合物、磁性纳米粒子或大孔吸附材料，P与苯硼酸基团通过共价键稳定连接，形成载体。2.制备权利要求1所述苯硼酸基聚合物载体的方法，其特征在于，P为高分子聚合物，使用功能单体与交联剂在引发剂作用下发生聚合反应制备得到高分子苯硼酸基聚合物载体。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，聚合反应是本体聚合、悬浮聚合或分散聚合等；聚合条件为氮气保护下，温度55℃～80℃。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述功能单体选自：3
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氨基苯硼酸、3
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甲酰基苯硼酸、3
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丙烯酰胺基苯硼酸、4
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乙烯基苯硼酸等；所述交联剂选自：N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、N,N
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亚苯基双丙烯酰胺、3,5
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二(丙烯酰胺基)苯甲酸；所述引发剂选自：偶氮二异丁腈、二苯基乙二酮的二甲基缩醛、过氧化苯甲酰。5.权利要求1所述苯硼酸基聚合物载体在制备D
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塔格糖中的应用。6.利用权利要求1所述苯硼酸基聚合物载体辅助催化半乳糖生成塔格糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建包括装有苯硼酸基聚合物载体的色谱柱和溶液池的半乳糖异构化体系，所述溶液池是用于盛装溶液的装置；(2)选择性吸附将半乳糖、碱性催化剂溶解得到半乳糖水溶液，半乳糖水溶液中半乳糖的质量与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞金，王紫浩，汪明明，仝艳军，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：