1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.1木糖醇母液

木糖母液是生产结晶D-木糖时，糖膏经离心分离得到的液体，主要成分为D-木糖、L-阿拉伯糖、D-葡萄糖、D-半乳糖，经过生物转化法将木糖母液中的木糖转化为木糖醇，形成了木糖醇母液，其中含有木糖醇和L-阿拉伯糖以及其它一些杂糖和杂醇。通过对木糖醇母液的分离、结晶得到木糖醇和L-阿拉伯糖这两种工业产品。

木糖醇是一种外观呈白色、颗粒状的晶体，为天然存在的多羟基化合物，是一个五羟基的糖醇，密度为1.52g/cm3，熔点在 92-96#176;C。木糖醇的主要功能包括用做糖尿病人的甜味剂、营养补充剂和辅助治疗剂；用于改善肝功能；防龋齿功能；减肥功能。其价格大约在26000--28000/每吨左右。

L-阿拉伯糖是一种戊醛糖，熔点在155.5-166.5℃,密度为1.757g/cm3。易溶于水，在甲醇或乙醇溶液中能得到结晶,不溶于乙醚、乙酸,对热和酸的稳定性高。L-阿拉伯糖的主要功能包括改变蔗糖的吸收方式；促进乙醇在体内的代谢，实现解酒；有助于运动减肥；降低肠道尿酸；清除血液中的脂肪；预防便秘。其价格大约在300000/每吨左右。

1.2 单糖分离方法

1.2.1 化学法

化学法就是利用各种糖之间的化学性质来分离。通过单糖对酸、碱不同的反应效果，进行分解或者合成，得到想要的产品。有研究报道：在D-木糖和L-阿拉伯糖的混合糖液中，加入酸性的丙酮反应，搅拌后加入碳酸钾中和，浓缩，再加入酸性甲醇溶液，然后再加入氢氧化钠中和，上层溶液用正己烷萃取后用硫酸钠干燥，下层溶液浓缩后加入四氢呋喃，反应后将四氢呋喃蒸掉，浓缩得到1,2-单乙缩醛,然后通过水解得到L-阿拉伯糖[1]。

1.2.2 色谱分离法

利用各待分离组分在固定相间的吸附、分配系数的差异、离子交换平衡值的区别进行分离。由于离子交换树脂分离效率高，成本低，环境污染小，通常选用离子交换树脂来实现各分离组分之间的分离。有研究表明：在浓度为50%的D-木糖醇和L-阿拉伯糖的混合溶液中，利用PCR-642钙型树脂进行分离，分离效果较好,分离纯度能够达到90%以上[2]。在单糖混合物中使用钙型X-分子筛或Y-分子筛选择性吸附L-阿拉伯糖,然后用水或乙醇作为洗脱剂,从而将L-阿拉伯糖从中分离出來[3]。在含镁废液中利用Mg2 和Na 的阳离子交换树脂分离出了木糖和木质酸，分离效果令人满意,虽然此方法对于分离含有木糖的单糖混合液效果不是太理想，但是效果显示二价离子分离效果优于一阶离子分离效果[4]。在单糖混合溶液中用强酸型阳离子交换树脂分离出了鼠李糖，用乙醇作为洗脱剂,鼠李糖的保留时间比其他醛糖和酮糖短,得到有效的分离[5]。

1.2.3 模拟移动床技术

模拟移动床是一种利用吸附原理进行液体分离操作的传质设备。它是以逆流连续操作方式，通过变换固定床吸咐设备的物料进出口位置，产生相当于吸附剂连续向下移动，而物料连续向上移动的效果，产生一种循环的分离效果，由于其高效的分离效率，较强的吸附能力，现在已经成为工业上最重要的分离手段。有研究表明：在木糖醇母液中用模拟移动床上成功实现了木糖和木糖醇组分的分离提纯，利用乙醇作为洗脱剂，DTF-01树脂作为吸附剂，系统温度控制在62-65℃，色谱中的温度控制在45-50℃，以产品纯度和收率为系统分离性能的优化指标，能使分离的纯度达到90%以上[6]。

1.2.4 膜分离法

膜分离法就是利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程。主要是利用分子排阻效应进行分离,分子量的差异影响分离效果。膜分离法具有能量转化效率高，应用范围广，装置简单，易操作，易控制的特点。有研究表明：在阿拉伯糖和鼠李糖的混合溶液中用AFT-60和Desal-5DK膜成功分离出阿拉伯糖和鼠李糖,由于五碳糖阿拉伯糖比六碳糖鼠李糖的滞留率低,表明可实现阿拉伯糖的分离[7]。在浓缩单糖溶液中选用Desal-5nK,Desal-5DL和NF270三种膜做分离木糖和葡萄糖的试验,得出Desal-5DL膜的分离效果较好[8]。

1.2.5 微生物法

微生物法针对性强，只能用合适的微生物和酶才能实现糖之间的分离。通过特定的微生物和酶能够与糖组分进行反应，使之进行降解或者合成，得到想要的产物。有研究表明：在L-阿拉伯糖和D-木糖混合溶液中用酵母吸收D-木糖,从而得到L-阿拉伯糖的纯净溶液[9]。在木糖醇母液中用活性干酵母将其中的葡萄糖降解掉，酿酒酵母降解掉半乳糖等一些杂糖，剩下L-阿拉伯糖和木糖醇。用酵母发酵掉由阿拉伯糖基木聚糖水解产生的D-木糖,留下的L-阿拉伯糖和木糖醇可以结晶析出得到晶体[10]。

1.3 糖醇分离方法

1.3.1 色谱分离法

有研究表明：在木糖醇与阿拉伯糖醇的混合溶液中用 SM -19 阳离子交换树脂，实现了木糖醇与阿拉伯糖醇的有效分离,木糖醇先被洗脱下来，得到的纯度能达到90%以上[11]。

1.3.2 模拟移动床

有实验表明：在麦芽糖醇、多元醇和山梨醇的混合溶液中使用三元分离的顺序模拟移动床技术，成功将麦芽糖醇分离出,试验可得出,麦芽糖醇液经顺序式模拟移动床分离后,可使麦芽糖醇含量由75%提高到95%以上,分离收率在85%以上。在木糖醇与阿拉伯醇的混合溶液中使用钙型阳离子交换树脂DTF-01的模拟移动床技术成功实现二者的分离，可使木糖醇含量从75%提高到90%以上,分离收率达到90%以上[12]。

1.3.3 结晶法

结晶法就是根据L-阿拉伯糖和木糖醇不同的结晶曲线，通过控制不同的结晶条件，例如促进剂，温度等，来实现L-阿拉伯糖和木糖醇的结晶分离。有研究表明：先将木糖醇母液用减压法浓缩脱水，放置晶种，加入乙醇搅拌，将沉降分离的木糖醇乙醇液再减压蒸馏，一部分得到二次母液，一部分经结晶孕育后分离出木糖醇晶体[13]。在混合溶液中可将木糖降解为相应的酸和盐，再浓缩结晶得到木糖醇的晶体，纯度能够达到98.61%[14]。

1.3.4 微生物法

有研究表明：利用酵母发酵的方法，采用半连续培养的方式，通过木糖醇转化酶将木糖转化成木糖醇，由于木糖醇含量增加，分离效率提高，纯度能够达到85.66%。

1.4 L-阿拉伯糖和木糖醇的结晶方法

1.4.1 真空干燥法

将物料置于真空负压条件下，使水的沸点降低，水能够在低温度下快速蒸发，以此达到产物的溶解度点，使物质能够结晶析出。有研究表明：使用带式真空干燥机设备对预浓缩的木糖醇母液进行干燥处理，在20℃，4mPa条件下，将其水分蒸发掉，同时得到木糖醇结晶[15]。

1.4.2 冷却法

将溶液加热到一定温度，通过逐渐降低温度，物质达到此温度下的溶解度点，溶质被析出，得到结晶。

表1 L-阿拉伯糖和木糖醇溶解度（纯水）

1.4.3 界面扩散法

界面扩散法就是选择合适的扩散池组合、温度、流速，物质能够从一个相扩散到另一个相，产生液-液相反应，有研究表明：利用L-阿拉伯糖能在乙醇溶液中得到结晶的特性，在结晶实验中可以加入乙醇溶液，加快得到结晶的速率和纯度。

1.5 评价指标

1.5.1 水合特性的测量

测量方法：取一定量的产品（M1）放入烧杯中，加入一定量的蒸馏水，在固定温度下静置一段时间，用纱布过滤，直到没有水再滴下，将纱布上残留的提取物放到天平上称重（M2），然后将残留物干燥至恒重，并称重（M3）。持水力=(M2-M1)/M1，结合水力为(M2-M3)/M3，单位：g/g。

1.5.2 黏度的测定

相同温度下，用品氏粘度计进行测量，并以同体积蒸馏水进行对照。相对粘度=L-阿拉伯糖（木糖醇）溶液通过毛细管所需时间/蒸馏水通过毛细管所需时间。

表2 不同浓度木糖醇水溶液在不同温度下的黏度（单位：mPa.S）

1.5.3 旋光性

旋光性是指物质使平面偏振光的振动平面发生旋转的特性。除二羟基丙酮外，其余的单糖都具有旋光性，常与旋光度一起作为糖的一种鉴定指标。所谓比旋光度是指浓度为1g/ml的糖溶液在其透光层为1dm时使偏振光旋转的角度。测定时通常采用钠光灯作为偏振光源，环境温度一般为20℃。L-阿拉伯糖的比旋光度为 104.5。，木糖醇无旋光性。

1.5.4 薄层层析

薄层层析法又称”薄层色谱分析法”。把吸附剂和支持剂均匀涂布在玻璃或塑料板上形成薄层后进行色层分离的分析方法。将材料中不同种类的化合物分离后，根据分离的各组分的Rf值或荧光特性可确定各组分的种类。根据斑点的面积，配合薄层扫描仪可测定各组分含量。有实验表明，正丁醇：冰乙酸：水以4:1:1的比例作为展开剂，在浸入硝酸银-氢氧化钠显色剂的容器中，显色后通过测量Rf值定性了赤藓糖醇、甘油、阿拉伯糖醇、山梨醇、甘露醇、木糖醇这些物质成分[16]。乙酸乙酯：乙酸：甲醇：水以60:15:15:10的比例作为洗脱液，然后用5%硫酸氢盐，5%乙酸，0.5%茴香醛的去离子水对测试样品进行染色，在120℃加热10min,定性了葡萄糖，果糖，蔗糖，鼠李糖和海藻糖[17]。

1.6 本实验研究目的及意义

本实验对L-阿拉伯糖和木糖醇这两种产品进行了研究，通过对木糖醇母液中的L-阿拉伯糖和木糖醇研究实验，如何能够将木糖醇母液中的L-阿拉伯糖和木糖醇进行有效的分离，分离后又通过何种结晶方式能够得到纯度高的L-阿拉伯糖和木糖醇，经过实验研究，希望得到最优化的分离和结晶方式，同时能够对现在L-阿拉伯糖和木糖醇的生产环境能够有所改善，生产对环境友好，价格合理，性价比高的L-阿拉伯糖和木糖醇产品。

参考文献

[1]R.I.HhLLingsworth , M.I.Haslett. Proeess for the preparation and separation of arabinose and xylose from a mixture of saceharides[p]. US 20060100423Al.200-05-11.

[2]贺东海,赵光辉,王关斌.液相色谱技术分离木糖醇母液中吸附剂的选择.食品科技,2005,(10):16-18.

[3]C-H.Chang.Proeess for separating arabinose from a pentose or hexose mixture[P]. US4664718.1987-05-12.

[4]H.Heikkila,O.PuuPPo,M.Tylli,H.Nikander,J.Nygren,M.Lindroos,O-P,Eroma.Method for producing xylitol [P]. US005998607A. 1999-12-07.

[5]O.Samuelson.Chromatography on ion-exchange resins[J]. Methods in Carbohydrate Chemistry, 1972,6:65-75.

[6]彭奇均,徐玲,蔡宇杰,等.木糖醇母液色谱分离性能优化.高校化学工程学报,2003,16(3):270-274.

[7]H.HeikkiLa,M.Manttari.M.Nystrom,M.indroos,H.paananen,O`PuuPPo,H.Koivikko.SeParationProeess[P]. W002053781.2002-07-11.

[8]E.Sjoman, M.Manttari, M.Nystrom, H.Koivikko, H.HeikkiLa.SeParation of xylose from glueose by nanofiltration from concentrated monosaeeharid solutions[J].JournaL of Membrane Seienee, 2007, 292: 106-115

[9]I.Kusakabe, S.Yoshida,N.H.Park. Method for isolating L-arabinose[P]. JP2002262899 (A). 2002-09-17.

[10]N.H.Park, S.Yoshida, A.Takakashi, Y.Kawabata, H.J.Sun, I.Kusakabe. A new method for the Preparation of crystalline L-arabinose from arabinoxylan by enzymatic hydrolysis and selective fermentation with yeast [J]. Biotechnology letters, 2001,23(5): 411-416.

[11]张锁秦,马秀俐,罗旭阳,等.木糖与阿拉伯糖以及相应糖醇的色谱分离和色谱行为.吉林大学自然科学学报，2001,(4):100-102.

[12]王成福,赵光辉,周娟.气相色谱毛细管柱对木糖醇产品的测定.中国食品添加剂,2005,(13):104-107.

[13]许勇,梁伟光.从木糖醇母液中回收结晶木糖醇工艺研究.河北化工,2003,(3):33.

[14]应国清,王普,张峰,等.发酵法生产木糖醇的分离纯化工艺.中国医药工业杂志,2002,33(3):117-123.

[15]王成福，王星云，田强，等，一种结晶木糖醇粉的制备方法.CN;1903866A,2007.

[16]刘俊梅，胡耀辉，薄层层析在多元醇检测中的应用，食品科技，2007,(6):224-226.

[17]Manuela Caprioli, Agnete Krabbe Katholm, Giulio Melone,Hans Ramlbv,Claudia Ricci, Nadia Santo,Trehalose in desiccated rotifers: a comparison between a bdelloid and a monogonont species,Comparative Biochemistry and Physiology,Part A 139 (2004) 527 #8211; 532.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1. 设计任务：木糖醇母液中的l-阿拉伯糖和木糖醇的分离、结晶

2. 研究问题：

（1）l-阿拉伯糖和木糖醇的溶解曲线。