模拟流动床及其在功能生物质上的应用0808

模拟流动床及功能性生物制品上的应用中国淀粉工业协会糖醇专业委员会金树人模拟流动床是一种现代化分离设备,它与适当的吸附分离剂结合,可以高效、廉价地分离许多用一般方法很难分离的物质，因而从上世纪六十年代问世以来，很快在化工，食品等行业得到应用。

模拟流动床的基本功能与原理，我已经在“模拟流动床在轻工业上的应用”（1983年“广西轻工业”），“模拟流动床与功能糖醇生产上的应用”（2006年11月中国淀协淀粉糖专业委员会第六次生产技术研讨会），以及最近出版的“糖醇生产技术与应用”（2008年，中国轻工业出版社出版）一书中有详细的叙述，这里不再详述。

值得提出的是，模拟流动床作为一种新型的分离技术，对现代功能性生物制品的制备与提纯起到重要作用。

由于大部分功能性生物制品，包括功能糖与功能糖醇的制造过程中，都需要将其与分子量及结构十分相近的其他物质进行分离、提纯。

常规的分离手段，如过滤、盐析、结晶、蒸发、甚至膜分离有时都很难达到目的。

模拟流动床则由于其特有的分离性质，常常可以在此充当关键角色。

一，模拟流动床在功能糖类的制备与分离中的作用作为一种高效低能耗的分离设备, 模拟流动床在果糖分离及其他糖类的分离应用是相当成功的,显示出巨大的生命力；1, F55与F90果葡糖浆的制造：F55与F90果葡糖浆的制造，工艺上必须将果糖、葡萄糖进行分离，上世纪七十年代前，这是一个十分困难的技术。

曾提出过不少方法,但都无法达到工业化要求。

上世纪七十年代美国采用模拟流动床,用分子筛或离子交换树脂作吸附分离剂,达到了连续、大规模工业生产的目的。

分离成本相当低，仅相当于果葡糖成本的25%,产品纯度达到90%,收率达到92%以上,这就为第三代果葡糖浆及结晶果糖的发展开辟了道路。

我们也于1980年起研究模拟流动床模拟流动床分离果糖与葡萄糖，在1986年通过国家组织的鉴定。

近年来，此项技术又有新的发展。

按目前的技术水平，从F42糖制备F55糖，在一定规模下，新增成本不到250元/吨，具有强大的生命力。

如果液体葡萄糖的成本（干计）为2200元/吨,则F55糖的成本不到2500元/吨，在目前蔗糖价格高达4500元/吨的情况，具有相当的竞争力。

我国人均食糖消耗量只有世界平均水平的三分之一强，约为亚洲平均水平的一半。

目前我国白糖年产1000万吨左右，如果达到亚洲平均水平，就需要增加1000万吨白糖，如果达到世界平均水平，市场容量就高达2000万吨。

由于我国宜种植甘蔗的地区很小，仅靠南方广西、广东、云南与海南种植甘蔗，远远不能满足要求。

而我国年产1.35亿吨玉米，可加工量至少在5000万吨以上，利用淀粉原料生产F55糖，满足人民对甜味剂的要求，将是下一步淀粉加工的重要方向。

2，结晶果糖的制造：模拟流动床在果糖与葡萄糖的分离上，不仅为用淀粉原料制造F55与F90糖打下了基础，而且为用淀粉原料生产结晶果糖创造了条件。

相对于蔗糖而言，F90与结晶果糖，绝不是简单的代糖品，而是一种更具功能性的甜味剂。

大家知道，果糖进入人体后的第一步代谢，可以绕过必需胰岛素的1－磷酸葡萄糖与1，6－磷酸葡萄糖途径，直接从果糖生成1－磷酸果糖，再生成1，6－二磷酸果糖，然后经过磷酸丙糖途径，进入三羧酸循环。

而后者则不需要胰岛素的直接参与。

这样，对于胰岛素代谢异常的患者，如糖尿病患者，饭后低血糖患者，肥胖病患者等，食用果糖，就不会引起血糖波动。

所以它是国际糖尿病协会认可的糖尿病患者可以放心食用的功能性糖。

纯果糖具有良好的甜味，是天然营养甜味剂中风味最好，甜度最高的一种糖，其甜度为葡萄糖的1.8倍，相对热值比较低，加上其不会引起口腔中的右旋糖酐菌的生长，不易引起儿童龉齿等，理所当然应当成为现代人群最佳的代糖品。

但是，由于果糖的吸湿性非常强，长期以来，果糖的结晶一直是工业界的一大难题，上世纪九十年代，我们采用酒精溶剂结晶的方法，在年产1000吨规模下，成功地生产出结晶果糖，但溶剂法工艺，不仅成本很高，生产安全性差，而且成品果糖含有一股酒精味，影响了果糖的使用。

近年来，由于模拟流动床技术的发展，配合结晶技术的发展，在水溶液中结晶果糖的技术已经成熟并进入工业化。

从目前我们在广东湛江成功投产的结晶果糖生产线看，采用水溶液结晶方法得到的结晶果糖，结晶颗粒可以达到0.3－0.5毫米，干燥后的结晶果糖吸湿性可以达到普通精制白砂糖的水平。

这就为结晶果糖进入百姓人家创造了条件。

目前，山东西王集团、河北石家庄华旭制药公司及广东湛江宝富力结晶果糖公司生产的结晶果糖已经投放市场，为人民创造美好生活加上了彩色的一笔。

水溶液结晶果糖生产中，关键的技术仍然是模拟流动床分离，它要求在葡萄糖与果糖分离时，果糖和分离纯度必须达到92%以上，越高越好，越高，结晶收率就越高，结晶成本就越低。

所以从经济角度一般要求模拟流动床的果糖分离纯度达到94%左右，此时，一次结晶收率可以达到50%以上，接近葡萄糖与蔗糖的收率水平。

可以预计，随着模拟流动床分离水平的提高与生产规模的扩大，结晶果糖成本与蔗糖成本的差距将越来越小，结晶果糖进入百姓餐桌，已经不是幻想了。

3，木糖母液中的木糖与L－阿拉伯糖的分离：我国是木糖生产大国，我国用玉米芯酸水解制造木糖，已经达到相当的规模。

但是我国的木糖生产，收率极低。

一吨木糖消耗玉米芯最少8.5吨，多的达到10吨。

玉米芯中聚戊糖含量一般为30－34%。

如果我们以玉米芯原料中的聚戊糖计，到成品木糖，理论收率不到三分之一。

其原因，一是目前的酸水解工艺不完全，边水解边分解造成损失，这部分占三分之一，另外，则由于木糖水解液中的大量杂质，木糖结晶困难，大量木糖进入母液，无法结晶出来。

这一部分，要占20%以上。

因此，如何从木糖母液中回收木糖，是提高木糖收率的一个重要途径。

山东福田药业研发中心，采用模拟流动床，将木糖母液中的木糖与阿拉伯糖进行分离，不仅可以将木糖回收，而且可以得到十分贵重的L-阿拉伯糖。

在木糖生产中，每吨木糖有相应木糖母液近一吨，其中木糖含量高达60%以上，通过模拟流动床分离，可以将母液中木糖回收，一吨木糖的母液，理论上就可以回收木糖近350公斤，可以使木糖收率提高35%。

木糖母液中含L-阿拉伯糖20－22%，通过模拟流动床分离，可以回收相当一部分。

由于L-阿拉伯糖具有抑制人们对蔗糖吸收的功能，深受减肥与美容者的青睐。

这种阿拉伯糖的市场价格非常高。

如果我们将木糖母液中的L-阿拉伯糖全部回收，那么，可以说，对木糖或木糖醇生产厂来说，木糖或木糖醇就会变成副产品。

二，模拟流动床在糖醇的制备与分离中的作用由于糖醇的特殊性质，几乎所有的糖醇在人体的代谢中都具有一定的功能。

在前苏联与匈牙利，山梨醇曾批准为糖尿病人可以服用的甜味剂；木糖醇的保健与防龋齿作用已经人所共知；甘露醇具有特殊的利尿脱水作用，并有利于心血管系统健康等等。

模拟流动床在糖醇的制备与提纯上，具有重要意义。

1，合成法甘露醇生产上，模拟流动床的应用，已经实现工业化。

合成法生产甘露醇，可以采用果糖加氢，果糖加氢时，甘露醇的转化率为50%，也可以采用甘露糖加氢，此时转化率可以达到100%。

无论是果糖还是甘露糖，本身都很贵，而且制造时，它们总是与葡萄糖共同混合在一起。

为提高甘露醇的收率，必须努力将果糖与葡萄糖分离，或者将甘露糖与葡萄糖分离。

果糖与葡萄糖的分离，我们可以通过模拟流动床分离葡萄糖F90糖的制造，得到含果糖90%的果葡糖浆，再通过加氢，可以得到含甘露醇45%的加氢液。

也可以将结晶果糖加氢，得到50%甘露醇的加氢液。

这样，经过结晶，甘露醇对原料糖的收率可以达到40－45%，这一收率，已经远远高于原来工艺的18.5－25%，使甘露醇的生产成本有了大幅度下降。

葡萄糖通过差相异构，可以得到30－32%的甘露糖，再通过模拟流动床分离，可以得到含量90%以上的甘露糖，再通过加氢，就可以得到90%的甘露醇，总收率可以达到85%以上。

这一工艺，不仅可以大大提高甘露醇对原料糖的收率，而且可以大大简化合成法甘露醇的结晶工艺。

国内已经有二家企业采用自主开发的工艺，使用国产模拟流动床设备与技术，使甘露醇对葡萄糖的收率达到65－75%，达到世界先进水平。

使得甘露醇生产成本大大降低，生产工艺大大简化。

合成法甘露醇生产，最后需要通过结晶制得纯品甘露醇，而结晶母液中，主要是山梨醇，同时也含有10%以上的甘露醇。

甘露醇在母液中的存在，不仅降低了甘露醇的收率，而且使结晶母液制备的山梨醇使用价值大大为降低。

为此，我们通过模拟流动床从甘露醇结晶母液中将甘露醇与山梨醇分离，使得甘露醇结晶母液中的甘露醇含量从10%左右下降到2%左右，不仅使甘露醇收率大大提高，副产物山梨醇也可以达到山梨醇一般市售质量要求。

2,从结晶母液中回收功能糖醇功能糖与功能糖醇生产中，常常要采用结晶方法进行最后精制。

结晶母液中含有大量的功能糖醇。

这一部分有时要占到总产量的20－40%。

不仅使收率大为降低，而且使成本大为提高。

在糖醇的母液中，目的物糖醇常常占到50%以上，由于它与其他杂糖与杂醇混合在一起，用其他办法都很难分离。

采用模拟流动床，选用适当的分离剂，在大部分情况下，都可以将其分开。

除甘露醇生产母液中的甘露醇与山梨醇分离外，其他糖醇生产中，也有许多地方可以应用，例如，木糖醇与阿拉伯糖醇的分离、卫茅醇与阿拉伯糖醇的分离、麦芽糖醇结晶母液中麦芽糖醇与葡萄糖、麦芽三糖醇的分离，赤藓糖醇母液的分离，海藻糖与麦芽糖的分离，都可以借助模拟流动床，达到提高收率，降低成本的作用。

海藻糖是一种重要的功能糖，其被誉为“生命之糖”。

海藻糖的生产，是以麦芽糖为原料，通过葡萄糖转苷酶的作用，生成海藻糖。

由于转苷酶的作用转化率一般只能达到80%左右，剩余的麦芽糖不仅不能利用，反而在母液中使得相同比例的海藻糖无法结晶出来。

海藻糖与麦芽糖在结构、性能方面极为相似，甚至在色谱分离上都极为相似，用普通分离方法根本无法分离。

极大地影响了海藻糖的收率与生产成本。

福田药业研发中心经过研究，首先采用加氢技术，将海藻糖－麦芽糖混合物中的麦芽糖，还原生成麦芽糖醇。

麦芽糖醇与海藻糖在色谱上就很容易分离。

然后采用模拟流动床，将二者分离。

实验结果证明，这种方法，可以使海藻糖的收率提到三分之一。

3, 麦芽糖醇的精制:我国自2003年河南英糖药业首先研发结晶麦芽糖醇成功以来，结晶麦芽糖醇的纯度始终在98%左右，难以突破99%的关。

这是因为在结晶麦芽糖醇的生产中，麦芽糖加氢后得到的产品中，除含有麦芽糖醇、麦芽三糖醇及麦芽多糖醇外，还含有山梨醇及其他杂醇，形成三种以上的糖醇。

而结晶时，由于麦芽三糖醇、麦芽四糖醇等结构与麦芽糖醇十分相似，极易与麦芽糖醇极易形成混晶，纯度难以提高。

为此，山东绿健采用了模拟流动床分离工艺分离麦芽多糖醇，获得成功。