Способ разделения полиолов, таких, как сахара

 

Сущность изобретения: разделение полиолов и сахаров путем обработки их слабой кислотой с последующим разделением смеси связанных и несвязанных в комплекс полиолов и сахаров путем электродиализа в присутствии ионообменной смолы. Выделяют лактозу, лактулозу, глюкозу, фруктозу. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. 5 табл.

Изобретение относится к новому способу разделения полиолов и сахаров.

Выделение по меньшей мере одного органического соединения из смеси может быть осуществлено за счет использования свойства этого соединения образовывать предпочтительно обратимый комплекс со слабой кислотой. Различные полиолы и сахара образуют комплексы различной прочности со слабой кислотой. Поэтому эти комплексы обладают различными электростатическими и/или электродинамическими свойствами. Способ разделения полиолов и сахаров может основываться на выделении этих комплексов из смеси с помощью ионообменного хроматографического разделения, как это описано в патенте [1] По этому способу раствор смеси комплексов полигидроксидных соединений с борат-ионом пропускают через колонку, заполненную основной ионообменной смолой. После этого осуществляют элюирование комплексов органических соединений с помощью подходящего элюента.

В соответствии с изобретением полиолы и сахара, могут быть разделены электродиализом.

Разделение смеси путем электродиализа основано на перемещении ионов под действием постоянного тока через одну или несколько ионообменных мембран. Используемые для этой цели мембраны могут быть катионоселективными или анионоселективными. Можно использовать и биполярные мембраны, через которые в основном могут проходить только протоны и гидроксильные ионы. В каждом конкретном случае электродиализная ячейка может состоять из катодного и анодного и при желании нескольких чередующихся пространств, разделенных указанными ионоселективными мембранами. При этом ионоселективные мембраны, которые могут быть армированными, пространственно разделены, как правило с помощью прокладок, за счет чего образуются камеры, заполненные жидкостью.

Несколько таких ячеек могут быть объединены в один ряд, образуя так называемый пакет электродиализатора.

В типичном электродиализаторе, который может использоваться для разделения по способу в соответствии с изобретением, две электродных камеры разделены камерами, содержащими разделяемую смесь (дилюат) и выходящий раствор (концентрат). Эти камеры отделены друг от друга и от электродных камер ионоселективными мембранами.

Для того, чтобы предупредить образование в отдельных камерах электродиализатора застойных зон, можно осуществлять циркуляции соответствующих растворов через внешнюю емкость.

Пакет электродиализатора может содержать, например, до нескольких сот чередующихся камер дилюата и концентрата, расположенных между электродными камерами, и потоки растворенного вещества, проходящие через камеры дилюата и концентрата, могут соответственно объединяться.

По предпочтительному варианту осуществления изобретения разделение производится в электродиализаторе или пакете электродиализатора, в по меньшей мере одной из камер которого, находящихся между электродными камерами, содержится макромолекулярный заряженный материал, например, полиэлектролит или ионообменная смола (анионообменная или катионообменная смола или смешанный слой). Целью изобретения является также электродиализное устройство, содержащее ионообменную смолу.

В качестве слабой кислоты для осуществления изобретения можно использовать кислоту, способную образовывать обратимые комплексы с разделяемым органическим соединением или соединениями.

Подходящими для использования при осуществлении предлагаемого способа слабыми кислотами являются, например, неорганические слабые кислоты, такие как борная, германиевая, кремниевая кислоты, алюминаты, плюмбаты и станнаты.

Разделение полиолов и сахаров по способу в соответствии с изобретением наиболее эффективно протекает в условиях, в которых образование заряженных комплексов со слабой кислотой зависит от природы соединения.

Для повышения степени разделения различных полиолов и сахаров можно варьировать составы растворов в камерах электродиализатора. Так, например, для того чтобы создать условия для связывания слабой кислотой определенного можно изменять значение рН.

Наиболее подходящим он является для разделения полиолов, например сахаров. Примерами сахаров, которые могут быть разделены с помощью предлагаемого способа, являются 1,2-диолы, такие как маннит, глюкоза, фруктоза, мальтулоза, и 1,3-диолы, такие как 2,2-диметил-1,3-гександиол. Он может использоваться также для разделения фракций сахаров или смесей сахаров, образующихся, например, при получении лактулозы из лактозы или конверсии глюкозы в фруктозу.

Другая возможность использования предлагаемого способа состоит в удалении примеси слабой кислоты из смеси ее с полиолами и сахарами за счет связывания части полиолов и сахаров в комплекс со слабой кислотой. Удаление при этом происходит за счет отделения указанного комплекса со слабой кислотой от свободных полиолов и сахаров.

П р и м е р 1. Разделение лактулозы и лактозы с помощью электродиализа.

Лактулозу и лактозу разделяют в трехкамерном электродиализаторе.

В среднюю камеру заливают слабоосновной ионообменный материал. МР 62 фирмы Bayer в катодную камеру 0,1 М NaOH, а в анодную 0,1 М Na₂SO₄. Катодная камера отделена от средней катионообменной, а анодная анионообменной мембранами.

Через среднюю камеру пропускают смесь лактозы, лактулозы и борной кислоты.

Регистрируют изменение тока при постоянном напряжении во времени. Полученная зависимость представлена в табл. 1.

В начале опыта соотношение между лактозой и лактулозой в средней камере равнялось 1:1.

После электродиализа в течение 4,5 ч соотношение между лактозой и лактулозой в дилюате равнялось 3:1, а в концентрате 1:1,5.

Степень разделения можно повысить путем повторного электродиализа полученного раствора.

П р и м е р 2. Удаление борной кислоты с помощью электродиализа.

Для отделения борной кислоты в виде ее комплекса с органическим соединением можно использовать электродиализатор, описанный в примере 1.

Для демонстрации возможности осуществления предлагаемого способа в среднюю камеру заливали исходный раствор, содержащий 0,59 г/мл борной кислоты и 4,26 г/100 мл дисахарида.

Через 15 ч электродиализа содержание борной кислоты в растворе составляло менее 100 ррм (ниже предела обнаружения с помощью высокопроизводительной жидкостной хроматографии).

П р и м е р 3. Разделение лактозы и лактулозы при различных значениях рН.

Смесь лактозы и лактулозы пропускали через электродиализатор, схематично изображенной на чертеже. Расход смеси составлял 1,4-1,8 л/мин.

В камере 1 осуществляли циркуляцию разделяемого раствора. Концентрируемый компонент собирался в камере II. Камера А и С представляют собой соответственно анодную и катодную камеры (электродные камеры).

Камеры I и II были разделены анионообменной (тип Nepton serva), а камеры С, I, A и II катионообменной (тип Nafion Berghof) мембранами.

В этих опытах в камеру I или в обе камеры I и II загружали основную ионообменную смолу (МР62).

Использовавшиеся в различных опытах исходные соединения перечислены в табл. 2. Концентрации в камере 1 приведены в г/100 мл.

На анод и катод подавали различное напряжение. Ток поддерживали постоянным и равным I, II A.

Полученные в четырех опытах результаты представлены в табл. 3.

П р и м е р 4. Разделение глюкозы и фруктозы.

Смесь глюкозы и фруктозы обрабатывали в электродиализаторе таким же образом, как это описано в примере 3.

Исходные условия приведены в табл. 4. Концентрации в камере 1 приведены в г/100 мл.

Результаты двух опытов приведены в табл. 5.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОЛИОЛОВ, ТАКИХ, КАК САХАРА, включающий образование комплекса с по крайней мере одним полиолом и использование ионообменного материала добавлением комплексообразующего вещества к смеси полиолов и последующим разделением связанных в комплекс от не связанных в комплекс полиолов, отличающийся тем, что в качестве комплексообразователя используют слабую кислоту и разделение смеси ведут путем электродиализа в присутствии ионообменного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве слабой кислоты используют борную кислоту.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что разделяют два или более полиолов, имеющих различную комплексную прочность со слабой кислотой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4