海藻酮糖液的制備

黃忠華，覃懷懷，梁 智，雷光鴻，劉慧霞，姜 毅，王元春，曹 敏

（1.廣西輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，廣西 南寧 530031；2.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530031）

海藻酮糖的低甜度，約為蔗糖的70%［1］，且不能被齲齒菌利用，具有非致齲齒性，符合人們的消費(fèi)觀念，是良好的蔗糖類(lèi)甜味劑替代品。但目前鮮有關(guān)于制備海藻酮糖的具體報(bào)道。

海藻酮糖和異麥芽酮糖是蔗糖的兩種同分異構(gòu)體，分子式為C12H22O11。異麥芽酮糖的生產(chǎn)工藝中采用蔗糖異構(gòu)進(jìn)而結(jié)晶生成液得到異麥芽酮糖晶體，而結(jié)晶后的母液則低價(jià)售出［2］。母液中主要含有海藻酮糖及未結(jié)晶的異麥芽酮糖，倘若采用合適的方法分離其中的海藻酮糖和異麥芽酮糖，不僅可以提高異麥芽酮糖的得率，還可以得到高純度的海藻酮糖液新產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)分離海藻酮糖和異麥芽酮糖幾乎處于空白階段，僅有李丕武等利用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離從異麥芽酮糖母液中分離海藻酮糖和異麥芽酮糖的報(bào)道［3］，但其僅限于單柱分離階段，且不適用于工業(yè)應(yīng)用。如今模擬移動(dòng)床分離技術(shù)在糖類(lèi)分離中得到越來(lái)越多的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了果糖/葡萄糖、L-阿拉伯糖/D-木糖、甘露糖/葡萄糖和甘露醇/山梨醇等組分的有效分離［4］。此技術(shù)分離效果明顯，成本低，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化控制切閥，還適用于連續(xù)性生產(chǎn)。本文研究模擬移動(dòng)床技術(shù)分離異麥芽酮糖母液中的海藻酮糖和異麥芽酮糖，探索其工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高純度海藻酮糖液的制備。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

異麥芽酮糖母液，漂萊特鈣型色譜分離型樹(shù)脂，D301陰離子交換樹(shù)脂，732強(qiáng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，活性炭。

阿貝折射儀（上海精科物理光學(xué)儀器廠），數(shù)控超聲清洗器KQ-5000D型（昆山市超聲儀器有限公司），優(yōu)普超純水機(jī)OPT-20T型（成都超純科技有限公司），高效液相色譜系統(tǒng)Agilent 1100（Agilent科技有限公司），示差檢測(cè)器RI-201H型（日本shodex公司），12柱式模擬移動(dòng)床（廣西輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院自制）。

1.2 分析檢測(cè)方法

用高壓液相色譜檢測(cè)海藻酮糖和異麥芽酮糖含量。色譜柱：Waters碳水化合物分析專(zhuān)業(yè)柱（NH3型）；流動(dòng)相：80%乙腈水溶液；流速：1.0mL/min；柱溫：35℃；檢測(cè)器溫度：40℃；進(jìn)樣量：20μL；進(jìn)樣處理：0.45μm過(guò)濾。

1.3 母液預(yù)處理

用去離子水將異麥芽酮糖母液稀釋至合適的錘度，脫色后依次通過(guò)填充有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離子交換樹(shù)脂、陰陽(yáng)混合離子交換樹(shù)脂的離子交換玻璃柱，檢測(cè)各離子交換出口液的pH和電導(dǎo)率，收集出口母液，母液留以備用。

1.4 單柱分離

分離劑：色譜分離型樹(shù)脂［5］；洗脫液：去離子水；流速：0.8mL/min；溫度：40℃；壓力：常壓；進(jìn)樣量：30mL。檢測(cè)流出液錘度為1°Bx時(shí)，開(kāi)始收集流出液，每10min收集一次，一次收集2mL，即為一個(gè)樣本，用HLPC檢測(cè)樣本中海藻酮糖和異麥芽酮糖含量，繪制流出液體積-折光濃度分離曲線。評(píng)價(jià)分離劑、柱長(zhǎng)、濃度、流速和進(jìn)樣量等不同實(shí)驗(yàn)條件下海藻酮糖和異麥芽酮糖的分離效果。

1.5 模擬移動(dòng)床分離

分離劑：漂萊特鈣型色譜分離型樹(shù)脂；洗脫液：去離子水；進(jìn)料流速：6.0mL/min；進(jìn)水流速：12.0mL/min；海藻酮糖出口流速：6.0mL/min；異麥芽酮糖出口流速：12.0mL/min；溫度：40℃；壓力：0.3MPa。取海藻酮糖和異麥芽酮糖出口液，用HLPC檢測(cè)其中組分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 母液預(yù)處理結(jié)果

2.1.1 脫色工藝結(jié)果

采用活性炭法脫色，在一定條件下加入粉末活性炭對(duì)原料異麥芽酮糖母液進(jìn)行脫色處理。通過(guò)觀察脫色后母液的顏色，考察活性炭用量1.0%～4.0%（w/v活性炭/溶液）、脫色時(shí)的溫度：40～70℃、脫色時(shí)間：20～50min三個(gè)參數(shù)，確定最佳脫色工藝?；钚蕴靠梢院芎玫娜コ庖褐械囊恍┕腆w雜質(zhì)并對(duì)水解液進(jìn)行脫色，但是在脫色過(guò)程中會(huì)有少量單糖被吸附損失。具體見(jiàn)下表1。

表1 活性炭脫色工藝參數(shù)

由上表結(jié)果發(fā)現(xiàn)，活性炭添加量達(dá)到2.0%、加熱溫度為50℃，加熱攪拌30min，即可達(dá)到較佳脫色效果，所以選用方法2的脫色工藝。

2.1.2 離子交換工藝結(jié)果

測(cè)定離子交換后異麥芽酮糖母液的錘度、pH和電導(dǎo)率，與離子交換前的參數(shù)做比較，結(jié)果如表2所示，異麥芽酮糖母液經(jīng)過(guò)離子交換處理后，其錘度下降到25.7°Bx，電導(dǎo)率降至5.99μs/cm，pH稍降。符合模擬移動(dòng)床進(jìn)料要求。

表2 離子交換前后物料pH、電導(dǎo)率比較

2.2 單柱分離結(jié)果

比較不同分離條件后（分離劑、柱長(zhǎng)、流速、進(jìn)料量、進(jìn)料濃度），得到較好的分離結(jié)果，海藻酮糖和異麥芽酮糖的最高含量分別為78%和56%，分離曲線如圖1。由此可判斷最優(yōu)單柱分離條件是：分離劑：漂萊特色譜分離型樹(shù)脂；柱長(zhǎng)：1400mm；流速：0.8mL/min；進(jìn)樣量：30mL；進(jìn)料濃度：35°Bx。

2.3 模擬移動(dòng)床分離結(jié)果

經(jīng)脫色、離子交換處理后的異麥芽酮糖母液進(jìn)入模擬移動(dòng)床連續(xù)分離，調(diào)節(jié)切閥時(shí)間、進(jìn)出口流量比，不斷優(yōu)化分離參數(shù)，表3、4列出了部分優(yōu)化結(jié)果。

圖1 海藻酮糖與異麥芽酮糖分離曲線圖

表3 不同閥門(mén)切換時(shí)間中試分離結(jié)果

表4 不同進(jìn)出口流量比中試分離結(jié)果

表3中可知，工作模式9中，切閥時(shí)間為322s，海藻酮糖和異麥芽酮糖的分離效果最好，其含量分別為70.15%、51.73%；表4中顯示進(jìn)出口流量比的分離結(jié)果，進(jìn)口（純水：料液）和出口（異麥芽酮糖：海藻酮糖）均為2.0時(shí)，海藻酮糖和異麥芽酮糖的含量分別為71.14%、47.95%。

調(diào)整模擬移動(dòng)床切閥時(shí)間為322s，進(jìn)口（純水：料液）和出口（異麥芽酮糖：海藻酮糖）均為2.0，此模式下運(yùn)行，待模擬移動(dòng)床穩(wěn)定后，分別收集出口液，檢測(cè)其組分含量，與異麥芽酮糖母液組分結(jié)果比較，如表5，海藻酮糖、異麥芽酮糖出口色譜圖如圖2、3。

表5 模擬移動(dòng)床分離前后組分比較

圖2 海藻酮糖出口液HPLC圖譜

圖3 異麥芽酮糖出口液HPLC圖譜

3 結(jié)論

一是，異麥芽酮糖母液脫色工藝最佳條件是活性炭添加量達(dá)到2.0%、加熱溫度為50℃、加熱攪拌30min。

二是，經(jīng)離子交換處理后的異麥芽酮糖母液的電導(dǎo)率為5.99μs/cm，pH4.85，達(dá)到模擬移動(dòng)床進(jìn)料要求。

三是，最優(yōu)單柱分離條件為分離劑：漂萊特色譜分離型樹(shù)脂；柱長(zhǎng)：1400mm；流速：0.8mL/min；進(jìn)樣量：30mL；進(jìn)料濃度：35°Bx。

四是，最佳模擬移動(dòng)床分離條件為322s切閥時(shí)間，進(jìn)口（純水：料液）和出口（異麥芽酮糖：海藻酮糖）均為2.0，分離得到純度分別是70.96%、53.08%的海藻酮糖液和異麥芽酮糖液。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用模擬移動(dòng)床技術(shù)分離海藻酮糖和異麥芽酮糖，由于兩者在鈣型樹(shù)脂上的出峰時(shí)間很接近，因此難以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似果糖和葡萄糖那種完美分離。利用模擬移動(dòng)床技術(shù)分離異麥芽酮糖母液以制備海藻酮糖液，開(kāi)辟了高純度海藻酮糖液制備的新領(lǐng)域，有望實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)。

［1］ 沃爾夫?qū)ね吆盏?含有海藻酮糖的組合物用途其及其制備［P］.中國(guó)專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)枺?010800238950.

［2］ 黃忠華，梁智.海藻酮糖研究進(jìn)展概述［J］.廣西糖業(yè)，2014年第2期：41～44.

［3］ 李丕武等.從異麥芽酮糖母液中分離異麥芽酮糖和海藻酮糖的方法［P］.中國(guó)專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)枺?01410284332.7.

［4］ 劉宗利，王乃強(qiáng)，王明珠等.模擬移動(dòng)床色譜分離技術(shù)在功能糖生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)食品添加劑，2012（S1）：200-204.

［5］ 覃懷懷，黃忠華，梁智.海藻酮糖及其分離方法初探［J］.輕工科技，2015，，31（194）：20-21.