使用阳离子交换树脂的掺合物的糖类色谱分离的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用离子交换介质的糖类色谱分离。
【背景技术】
[0002] 离子交换树脂通常用于在含糖液体进料混合物内色谱分离糖类。参见例如US 5176832、US 5221478和SU 1507799。商业上更加重要的一种分离涉及从果糖/葡萄糖混合 物分离果糖以便增加果糖浓度，例如从小于50重量％的纯度增加到大于90重量％。传统上， 已在所述分离中使用其钙离子形式的凝胶型强酸阳离子交换树脂。
【发明内容】
[0003] 本发明包括一种从含糖液体进料混合物分离糖类的色谱方法，其通过:使液体进 料混合物与包含用磺酸基官能化的交联共聚物基质的阳离子交换树脂层接触，并且从所述 层回收第一产物流，与液体进料混合物中所存在的糖类相比，第一产物流的糖类纯度更高。 所述方法的特征在于阳离子交换树脂层包括：i)至少80重量％包括碱土金属反离子的阳离 子交换树脂，和ii)至少5重量％包括碱土金属反离子的阳离子交换树脂。在一优选的实施 例中，液体进料混合物包括分离成独立产物流的多种糖类，与包括碱土金属或碱土金属反 离子的阳离子交换树脂层相比，所述产物流的糖类分辨率程度更高(例如，至少提高10% )。
【附图说明】
[0004] 图1是来自展示糖类(葡萄糖-果糖)分辨率的实例的数据图，所述糖类分辨率取决 于与本发明方法中所使用的钙离子形式的阳离子交换树脂合并的钠形式的阳离子交换树 脂的重量百分比。
【具体实施方式】
[0005] 本发明包括一种从含糖液体进料混合物分离第一糖类的色谱方法，其包括以下步 骤:使进料混合物与阳离子交换树脂层接触，和回收与进料混合物相比第一糖类纯度更高 的第一产物流。还可以回收其它产物流，包括纯度相对较高的次要组分(例如，不同糖类）。 次要组分可以选自以下化合物中的一个或多个:不同于第一糖类组分的第二糖类组分，和 非糖组分，如无机盐、氨基酸、醇类、有机酸和有机酸盐。在优选实施例中，液体进料混合物 包括至少两种糖类组分。备受关注的糖类包括葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、半 乳糖、山梨糖、木糖、甘露糖、异麦芽糖、水苏糖、阿拉伯糖、塔格糖、棉籽糖和低聚糖。备受关 注的是包含果糖和葡萄糖的液体混合物。
[0006] 非糖组分是在液体进料混合物中实质上不干扰糖类或糖类容器的分离的化合物。
[0007] 合适的无机盐是可以溶于液体混合物的那些无机盐，并且优选地选自碱金属或碱 土金属卤化物。合适无机盐的实例是氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化镁、硫酸钾和碳酸钠。
[0008] 合适氨基酸是可以溶于液体混合物的含碳化合物，并且具有至少一个氨基(-NH2) 和一个羧基(COOH)。合适氨基酸的实例是甘氨酸、丙氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸和苯丙氨酸。优 选氨基酸的碳原子含量是10或小于10、并且更优选是7或小于7。合适的醇类在本质上可以 是单羟基或多羟基醇类，并且优选地具有10个碳原子或小于10个的碳原子。优选的醇类具 有一个到约7个碳。合适醇类的实例是甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、 正己醇、环己醇和正辛醇。特别优选的醇类包括多元醇。
[0009] 合适的有机酸具有至少一个羧基并且碳原子含量是10个或小于10个。优选的有机 酸具有一个到7个碳。合适有机酸的实例是苯甲酸、柠檬酸、乙酸、甲酸、丙酸、丁酸和所述酸 的盐。当酸是其盐形式时，反离子优选是碱金属或碱土金属离子，如钠离子、钾离子或钙离 子。
[0010] 本发明方法中所使用的阳离子交换树脂优选地以珠粒形式提供。可应用树脂包括 交联共聚物基质，其衍生自使包括单亚乙烯基单体(如苯乙烯)和交联剂(如二乙烯基苯）的 单体混合物聚合，例如通过使包含苯乙烯连同其它任选单亚乙烯基单体、交联单体(包括二 乙烯基苯）、自由基引发剂和任选地相分离稀释剂的细微粉碎有机相悬浮聚合。虽然交联共 聚物可以是大孔型或凝胶型，但凝胶型共聚物为优选的。术语"凝胶型"和"大孔型"在所属 领域中众所周知并且一般描述共聚物珠粒孔隙度的性质。如所属领域中所常用，术语"大孔 型"意谓共聚物具有大孔和中孔。术语"微孔"、"胶状(gellular)"、"凝胶"和"凝胶型"是同 义语，描述孔径小于约20埃(Angstroms) (A)的共聚物，而大孔型共聚物珠粒具有约20 A到 约500 A的中孔和大于约50:0 A的大孔。凝胶型和大孔型共聚物珠粒以及其制备进一步描 述于US 4,256,840和US 5,244,926中，其全部内容以引入的方式并入本文中。交联共聚物 树脂珠粒的中值珠粒直径优选地是1〇〇到1000微米。珠粒可以具有高斯(Gaussian)粒度分 布，但优选地具有相对均匀的粒度分布，也就是"单分散"，也就是说，至少90体积％的珠粒 的粒径是体积平均粒径的约0.9到约1.1倍。
[0011] 共聚物珠粒可以使用所属领域中众所周知的技术转化成磺化的阳离子交换树脂。 举例来说，可以使用例如美国专利第3266007号、第2500149号、第2631127号、第2664801号 和第2764564号所描述的方法由交联共聚物珠粒制备磺化树脂，所述专利的相关教示以引 入的方式并入本文中。一般来说，磺化的阳离子交换树脂通过在一温度下使交联共聚物珠 粒与磺化剂反应足以获得所需磺化程度的时间来制备，所述磺化剂如浓硫酸（以总重量计 硫酸至少约95重量百分比的酸）、发烟硫酸、氯磺酸或三氧化硫。优选的磺化剂是浓硫酸。浓 硫酸的量应足以在反应期间提供适当混合，约6:1到约20:1的酸与珠粒的重量比一般是足 够的。典型地，在约〇°C到约200°C的温度下将酸和共聚物珠粒维持足以获得干重能力是至 少约0.5毫当量每克(meq/g)的树脂的时间。本发明还可以采用仅特定的共聚物区域经官能 化的树脂。如欧洲专利申请ΕΡ-Α-0 361 685中所描述，所述树脂的实例是仅外部部分或壳 经官能化的那些树脂。
[0012] 磺化后，树脂可以通过用水洗涤来水解并且转化成碱(alkali or alkaline)金属 盐。首先优选地将树脂用一系列硫酸水溶液洗涤，所述溶液中的每一个连续地比前述酸洗 中所使用的硫酸溶液更稀，并且最后用水洗涤。其后，可以将经洗涤树脂通过与具有所需金 属反离子的水溶性金属盐或碱的饱和水溶液接触来将经洗涤树脂转化成所需金属盐形式。 举例来说，可以将树脂通过与氯化钙或氢氧化钙溶液接触来将其转化成其钙离子形式。可 以使用合适的所需金属的水溶性盐以类似方式将树脂转化成其它形式。
[0013] 用于制备可应用阳离子交换树脂的方法描述于US 5176832和US 5221478中，两个 专利的全部内容均并入本文中。
[0014] 本发明中所使用的阳离子交换树脂层优选地包括i)至少75重量％ (并且更优选至 少80重量％ )的包含碱土金属反离子(优选地至少一个而且选自钙离子、锶离子和钡离子的 组合)的阳离子交换树脂，和ii)至少5重量％包含碱土金属反离子(优选地选自至少一个而 且锂离子、钠离子和钾离子的组合）的阳离子交换树脂。在一更优选实施例中，阳离子交换 树脂层包含：i)80到95重量％包含碱土金属反离子的阳离子交换树脂，和ii)5到20重量％ 包含碱土金属反离子的阳离子交换树脂。呈碱金属和碱土金属形式的阳离子交换树脂组合 在液体进料混合物内的成分之间，尤其在如葡萄糖和果糖的糖类之间，提供改良的分辨率。 可应用市售阳离子交换树脂包括DOWEX M0N0SHERE99Ca310以及其经钠离子转化的对应树 月旨。在形成层并且经冲洗前，优选地将碱(alkaline and alkali)金属形式的树脂掺合，掺 合时间后反离子将达到平衡分布。
[0015] 待处理的含糖液体进料混合物在以下条件下与阳离子交换树脂层接触:使得第一 糖类组分以不同于液体混合物的次要组分(例如，第二糖类组分）的速率的速率通过层。所 述层宜为如色谱柱的提供于填充容器内的树脂柱或树脂床，其具有足以引起所需组分分离 的树脂量。液体进料混合物与所述层接触后，使用用于混合物组分的溶剂以已知方式洗脱 液体进料混合物。以此方式，从所述层洗脱的产物包含富含第一糖类组分的第一可回收产 物流和至少一个缺乏第一糖类组分的第二可回收产物流。优选地，所述方法产生至少两个 可回收产物流，相对于其它可回收产物流，其中的每一个的既定糖类或非糖组分相对纯。使 用离子交换树脂的色谱分离方法已知，并且通过例如万卡特(Wankat)，《大规模吸附色谱 法》（Large-Scale Adsorption and Chromatog