一种以红藻生物质为原料制备单糖的方法技术

本发明专利技术提供了一种生产单糖的新方法，该方法以红藻生物质为原材料，仅需一步，即直接将海洋红藻生物质加热催化反应得到包含单糖反应产物，然后利用分析提取技术得到半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、岩藻糖和鼠李糖等单糖类物质。该方法突破了现有技术中生产单糖类物质的原料制限，有效解决了半乳糖和阿拉伯糖等单糖的获取来源较为单一，产量不足的问题，同时拓展了红藻生物质的利用方式，是一种大规模、低成本、高产率和高选择性生产单糖类物质的新方法，具有很大的工业化前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种生产单糖的新方法，该方法以红藻生物质为原材料，仅需一步，即直接将海洋红藻生物质加热催化反应得到包含单糖反应产物，然后利用分析提取技术得到半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、岩藻糖和鼠李糖等单糖类物质。该方法突破了现有技术中生产单糖类物质的原料制限，有效解决了半乳糖和阿拉伯糖等单糖的获取来源较为单一，产量不足的问题，同时拓展了红藻生物质的利用方式，是一种大规模、低成本、高产率和高选择性生产单糖类物质的新方法，具有很大的工业化前景。【专利说明】
本专利技术涉及一种以红藻生物质制备单糖的方法，属海洋生物化工领域。
技术介绍
海藻作为地球上最主要的生物质之一，受到了人类的广泛关注和利用。其中海洋红藻作为人类最早开始利用的海藻之一，约占海藻总产量的三分之一，据国际粮农组织统计，2008年，全球红藻产量高达658.8万吨。但是直至今日，红藻的主要用途未发生明显变化，主要有以下三个方面:1)人类直接食用，例如紫菜和龙须菜；2)水产养殖饲料；3)提取琼胶和卡拉胶等海藻多糖。大量研究发现，红藻中单糖成分主要包括半乳糖、木糖、阿拉伯糖和葡萄糖等，并且半乳糖和阿拉伯糖含量较高，但是关于利用红藻直接提取单糖类物质却鲜有报道。目前，半乳糖和阿拉伯糖的来源相对单一，总体产量不足。其中半乳糖主要来自乳糖水解，而乳糖在自然界只存在于哺乳动物，因此，半乳糖的生产和应用受到了极大的限制，目前市场上主要以低聚半乳糖代替半乳糖。阿拉伯糖作为新兴的健康糖，可望在保健品、药品、乳制品、糕点、面包、儿童食品、冰淇淋、饮料、甜点/巧克力/家用蔗糖等食品中得到广泛应用。目前，阿拉伯糖工业产品主要有两种:D-阿拉伯糖与天然L-阿拉伯糖。其中，D-阿拉伯糖可通过降解D-葡萄糖获得，自然界较为少见，主要出现在某些细菌多糖中。天然L-阿拉伯糖可由D-木糖被尿苷二磷酸衍生物经酶促异构化反应获得，也可从玉米芯里的阿拉伯木糖中提取(CN 101475972A)。随着人类对半乳糖和阿拉伯糖特性的深入研究，其需求量正在逐步增加，仅依赖与目前的生产方法，无法满足 未来日益增加的需求量，限制了这两种单糖的后续产业快速发展。因此，探索研究以产量巨大，并且富含单糖成分的红藻生物质为原材料，获取大量半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、木糖、岩藻糖以及鼠李糖等单糖，一方面可以解决一直以来陆地植物获得有限半乳糖和阿拉伯糖的问题，同时也为人类充分利用海洋生物资源，开发新的红藻利用方式提供一条可行性较高的方案。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是针对上述技术现状，提供一种以红藻生物质为原料生产半乳糖、阿拉伯糖以葡萄糖和木糖等单糖的方法，有效解决了半乳糖和阿拉伯糖等单糖的获取来源较为单一，产量不足的问题，同时提供了一种可行性较高的红藻利用方式。本专利技术实现上述技术目的所采取的技术方案为:，包括如下步骤:以红藻生物质为原料，清洗、破碎后配制为红藻生物质溶液，在催化剂条件下加热至80~250° C发生催化反应，生成包含单糖的反应产物，将反应产物提取纯化，得到单糖类物质。红藻生物质是海藻生物质的一种，其产量巨大，据国际粮农组织统计，2008年全球红藻产量高达658.8万吨。红藻生物质中碳水化合物含量高，单糖组成与陆地植物明显不同，且所含单糖目前各种相关行业无法充分获得的原料，因此，充分利用这一巨大的海洋生物质资源可为人类提供大量的碳水化合物，用于各种以糖为原料的行业发展，例如食品、医药、化妆品、生物质能源和生物基产品等。本专利技术正是直接采用红藻生物质为原料，利用简单的降解工艺从海洋红藻中提取得到纯化单糖，例如半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、岩藻糖和鼠李糖中的一种或几种，以及它们的硫酸酯类衍生物等，从而突破了现有技术中采用乳糖水解获得半乳糖，采用D-葡萄糖降解获得D-阿拉伯糖以及采用D-木糖被尿苷二磷酸衍生物经酶促异构化反应获得天然L-阿拉伯糖等的技术方法，开辟了一条大规模、低成本生产单糖类物质的技术方法，同时拓展了海洋红藻生物质的用途。上述技术方案中:红藻生物质主要为海洋大型红藻，包括但不限于紫菜属(Porphyra)、角叉菜属(Chondrus Stackhouse)、海萝属(Gloiopeltis J.Ag.)、娱虫公藻属(Grateloupia C.Ag.)>石花菜属(Gelidium Lam)、红玲菜属(Solieria J.Ag.)、江蓠属(Gracilaria Crev.)和麒麟菜属(Eucheuma J.Ag.)；红藻生物质溶液的浓度对产率影响较大，本专利技术使用的红藻生物质浓度将根据红藻生物质多糖含量不同，优选控制在50~500g I/1。催化剂包括无机酸类，优选但不限于盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、溴酸、乙酸、甲酸、高氯酸和三氟乙酸中的一种或几种的混合酸。作为进一步优选，所述的催化剂的浓度范围控制在 0.1 ~5mol I71。作为优选，所述的加热温度为120° C~200° C。作为优选,所述的催化反应在充分搅拌的条件下,持续反应10min~24h,具体反应时间根据红藻生物质种类和催化剂种类确定。所述的催化反应完成后，采用现有技术对催化反应生成的反应产物中的单糖类物质进行鉴定与提取，鉴定方法不限，包括高压液相色谱法等；提取方法不限，包括高压液相提取法或者有机溶剂萃取法等。为了进一步提高原料利用率，将提取单糖类物质后的剩余物质代替清洗、破碎后的红藻生物质，重复本专利技术提供的生产过程数次，即将该剩余物质配制为溶液，加入催化剂，在加热条件下催化反应生成包含单糖类物质的反应产物，将反应产物提取纯化，得到单糖类物质,直至反应产物中单糖类物质生成量为0~2g I/1为止。综上所述，本专利技术提供了一种生产半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、木糖、岩藻糖以及鼠李糖等单糖类物质的新方法，与现有技术相比，具有如下优点:(I)以海洋红藻生物质为原材料，原材料来源充足，为大规模、低成本生产单糖类物质奠定了基础；(2)采用直接将海洋红藻生物质加热催化反应得到包含单糖类物质的反应产物，然后利用分析提取技术得到乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖和木糖等单糖类物质的生产过程，整个过程简单易行、仅需一步反应完成，无需中间反应过程，不仅充分利用了红藻生物质中的组分，得到了高产率的单糖类物质，而且拓展了红藻生物质的用途；因此，本专利技术是一种大规模、低成本、高产率和高选择性生产单糖类物质的物质的全新的方法，具有很大的工业化前景。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术以以红藻生物质为原料制备单糖的工艺流程图。【具体实施方式】以下结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。实施例1:本实施例中，以小石花菜(Gelidium divaricatum Mart)为原料生产半乳糖和木糖，具体过程如下:I)取小石花菜100g，清洗破碎后加去离子水500ml，配置成200g L—1小石花菜生物质溶液；2)向小石花菜生物质溶液中添加盐酸，至其终浓度为Imol L—1 ;3)利用已知的加热方式，在充分搅拌条件下，将小石花菜生物质溶液加热至180° C，催化反应6h，得到反应产物；4)待反应产物冷却后，离心处理，取上清液，上清液总体积约为400ml ；5)利用高压液相色谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以红藻生物质为原料制备单糖的方法，其特征是：以红藻生物质为原料，清洗、破碎后配制为红藻生物质溶液，在催化剂条件下加热至80～250°C发生催化反应，生成包含单糖的反应产物，将反应产物提取纯化，得到单糖类物质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚杰，杨春虹，宋庆欢，马中森，戴宁，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，中国科学院植物研究所，中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：