本發明屬于功能糖生產技術領域，涉及一種D-阿拉伯糖的純化方法。
背景技術：
D-阿拉伯糖是D-核糖的戊糖類似物，是一種重要的還原糖。在醫藥領域中，常用于合成D-核糖、脫氧核糖、核黃素（維生素B2）、阿糖胞苷、阿糖腺苷等醫藥的中間體或原料。在食品領域中，不僅可用作新型甜味劑，還可用于調制糖漿的基質、改善酒精飲料品質及合成香料等。此外，在生化領域，可用作細菌培養基和底物，如以D-阿拉伯糖為底物合成酵母中D-抗壞血酸，合成分枝桿菌細胞壁阿拉伯半乳糖。因此，近年來，D-阿拉伯糖在醫藥、食品、生化等領域的應用已受到越來越多的關注。
由于D-阿拉伯糖在自然界中很少見，僅在某些細菌多糖中存在，因此需要人工合成獲得。目前，D-阿拉伯糖的生產方法主要是化學合成法，特別是基于魯夫-芬頓醛糖降級法的化學合成法，即葡萄糖酸或葡萄糖酸鹽在鐵催化作用下，與雙氧水發生降級反應，得到少一個碳原子的D-阿拉伯糖，其理論收率約為67%，而實際收率卻遠低于此。針對D-阿拉伯糖收率低的問題，國內外報道了多種改進方法。Hocket和Hudson采用硫酸鐵和醋酸鋇共同催化葡萄糖酸鈣進行雙向分解制備D-阿拉伯糖，但其收率僅為34～40%，未達到理論收率的60%。美國專利USP3755294采用葡萄糖酸鐵作為催化劑，葡萄糖酸鈣與雙氧水反應制備D-阿拉伯糖的收率可達到理論值的60%，但此法受限于葡萄糖酸鐵的昂貴價格而未能得到推廣應用。袁淏、展現名等人將亞鐵鹽和雙氧水組成的芬頓試劑應用于葡萄糖酸鹽制備D-阿拉伯糖，收率達到理論收率的60%，中國專利CN103896993A則采用價格較低的硫酸鐵為催化劑，通過調控雙氧水流加速率以提高雙氧水的有效利用率，D-阿拉伯糖的收率達到理論收率的75～80%。中國專利CN102351916A、CN102295664A、CN102850409A分別在公開的化學法制備D-阿拉伯糖的方法中特別提出了對D-阿拉伯糖液的精制技術，其中專利CN102351916A通過加入硫酸去除鈣離子和離子交換除鹽技術，得到純度為75～80%的D-阿拉伯糖精制糖液；專利CN102295664A通過電滲析初步除鹽、活性炭脫色、離子交換反復脫色除鹽工藝，得到D-阿拉伯糖精制液；專利CN102850409A采用電滲析脫鹽、離子交換進一步除鹽脫色、濃縮、重復脫色等工藝，最終得到純度85～99%的D-阿拉伯糖精制液。由此可見，除了化學反應技術外，產物D-阿拉伯糖的純化技術對提高化學法制備D-阿拉伯糖的收率和質量、降低成本同樣重要。而純化技術的關鍵在于去除D-阿拉伯糖液中的色素、鐵、鈣及其他離子雜質，從而獲得電導率低，純度高的D-阿拉伯糖精制液。
從上述報道可知，目前化學法制備D-阿拉伯糖雖然在化學反應工藝方面取得了較大的改進效果，但是對產物純化處理技術仍然存在工藝繁瑣，效率低，產品純度低，成本高等缺點。特別地，鐵離子在現有純化處理工藝中很難的一步去除或者去除絕大部分，這往往會使樹脂中毒，糖液顏色加深、除鹽脫色困難，且易造成后續結晶產品純度低，收率低、溶解性差等問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種D-阿拉伯糖的純化方法，以解決現有技術工藝繁瑣，效率低，產品純度低，生產成本高等問題。
本發明的技術方案如下：
一種D-阿拉伯糖的純化方法，包括澄清、脫色、濃縮、除鹽，其操作步驟如下：
（1）粗液處理：D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸或葡萄糖酸鹽在二價或三價鐵鹽催化作用下，與雙氧水發生化學反應而制得，其固形物含量為5.0～20.0%，D-阿拉伯糖純度為50.0～60.0%，透光率為3～12%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，調節pH值至7.0～9.0，再加入磷酸，調節pH值至4.5～5.5，然后加熱至70～100℃，加入絮凝劑，快速攪拌使之產生絮凝現象，冷卻靜置沉降，過濾去除沉淀，得到澄清糖液；其固形物含量3.8～17.0%，D-阿拉伯糖純度60.4～69.7%，透光率50%～70%；
（3）脫色：向步驟（2）的澄清糖液中加入pH值為3.0～5.0的活性炭，在50～55℃下攪拌脫色，過濾，得到脫色糖液，透光率90～95%；
（4）濃縮：將步驟（3）的脫色糖液進行濃縮，得到固形物含量30～45%的濃縮糖液；
（5）除鹽：將步驟（4）的濃縮糖液按照以下順序進行一次除鹽：陽離子交換樹脂A、陽離子交換樹脂732、陰離子交換樹脂D315；或者采用陽離子交換樹脂A、陽離子交換樹脂732、混合樹脂的順序進行一次除鹽；得到透光率99～100%，純度96%以上的D-阿拉伯糖精制液。
作為本發明的進一步說明，所述的絮凝劑為陰離子型聚丙烯酰胺，分子量為1500～2500萬道爾頓，水解度為20～40%。
作為本發明的進一步說明，所述絮凝劑的用量為2～5mg/L。
作為本發明的進一步說明，所述活性炭用量為D-阿拉伯糖質量的0.1～0.5%。
作為本發明的進一步說明，所述脫色的時間為20～40min。
作為本發明的進一步說明，所述的陽離子交換樹脂A為大孔強酸型陽離子交換樹脂HD-8或大孔鰲合型陽離子交換樹脂HZD-401。
作為本發明的進一步說明，所述的陽離子交換樹脂A由上海華震科技有限公司生產。
作為本發明的進一步說明，所述混合樹脂為陽離子交換樹脂732與陰離子交換樹脂D315按體積比1:2～3均勻混合制得。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：
1、本發明根據D-阿拉伯糖粗液體系特性，利用石灰，將D-阿拉伯糖粗液的pH值調節呈堿性，去除D-阿拉伯糖粗液中的多余的雙氧水；通過磷酸調節D-阿拉伯糖粗液體系等電點；同時利用陰離子聚丙烯酰胺高分子吸附架橋、電荷中和及網狀交聯等作用，快速絮凝去除鐵、鈣、鋅及其他非糖分物質。通過以上幾種物質共同作用，本發明的澄清效果快速高效。
2、本發明使用陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，其分子量在1500～2500萬道爾頓、水解度在20～40%范圍內，具有良好的絮凝性、沉降速度快且易與溶液分離達到快速澄清的效果，非常適合本發明的工藝。
3、本發明使用活性炭進行脫色，脫色效果好，成本低廉。
4、本發明的方法使用少量絮凝劑和活性炭就可達到理想的澄清脫色效果，進而大幅減少后續操作負荷，加快純化速度，提高生產效率。
5、本發明將陽離子交換樹脂HD-8或HZD-401與陽離子交換樹脂732和陰離子交換樹脂D315聯用，其性能穩定，交換容量大，可以保證先去除D-阿拉伯糖溶液中的多價陽離子，避免后續其他樹脂產生中毒現象，提高純化效率。
6、本發明的濃縮糖液只需要經過一次陽陽陰離子交換樹脂，或者陽陽及陽陰混合的離子交換樹脂進行除鹽，就能得到高純度的D-阿拉伯糖精制液，降低了產品損失和生產成本，縮短了工藝流程，提高了純化效率，適合規模化生產。
7、本發明的純化方法，工藝簡單、效率高、成本低，得到的D-阿拉伯糖透光率為99～100%，純度達96%以上，品質優良，具有良好的經濟效益和社會效益。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發明。
本發明所用大孔強酸型陽離子交換樹脂HD-8和大孔鰲合型陽離子交換樹脂HZD-401由上海華震科技有限公司生產。
實施例1
一種D-阿拉伯糖的純化方法，包括澄清、脫色、濃縮、除鹽，其操作步驟如下：
（1）粗液處理：取100L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸鈣在硫酸鐵催化作用下，與雙氧水發生化學反應得到，其固形物含量為17.2%，D-阿拉伯糖純度為50.0%，透光率為7%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，調節pH值至7.0，再加入磷酸，調節pH值至5.0，然后加熱至100℃，加入分子量為1500萬道爾頓，水解度為20%的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑，用量為3mg/L，快速攪拌使之產生絮凝現象，冷卻靜置沉降，過濾去除沉淀，得到98L澄清糖液；其固形物含量14.8%，D-阿拉伯糖純度60.4%，透光率50%；
（3）脫色：向步驟（2）的澄清糖液中加入pH值為3.0～5.0的活性炭，活性炭用量為D-阿拉伯糖質量的0.2%，在50℃下攪拌脫色30min，過濾，得到97L脫色糖液，透光率90%；
（4）濃縮：將步驟（3）的脫色糖液進行濃縮，得到固形物含量40.1%的濃縮糖液35L；
（5）除鹽：將步驟（4）的濃縮糖液按照以下順序進行一次除鹽：大孔強酸型陽離子交換樹脂HD-8、陽離子交換樹脂732、陰離子交換樹脂D315；得到D-阿拉伯糖精制液40L。
本實施例的產品質量指標為：透光率100%，純度96.8%、固形物含量22.0%。
實施例2
一種D-阿拉伯糖的純化方法，包括澄清、脫色、濃縮、除鹽，其操作步驟如下：
（1）粗液處理：取150L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸鈣在硫酸亞鐵催化作用下，與雙氧水發生化學反應得到，其固形物含量為20.0%，D-阿拉伯糖純度為56.5%，透光率為3%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，調節pH值至8.0，再加入磷酸，調節pH值至4.5，然后加熱至70℃，加入分子量為1800萬道爾頓，水解度為25%的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑，絮凝劑用量為4mg/L，快速攪拌使之產生絮凝現象，冷卻靜置沉降，過濾去除沉淀，得到147L澄清糖液；其固形物含量17.0%，D-阿拉伯糖純度66.0%，透光率64%；
（3）脫色：向步驟（2）的澄清糖液中加入pH值為3.0～5.0的活性炭，活性炭用量為D-阿拉伯糖質量的0.5%，在55℃下攪拌脫色40min，過濾，得到145L脫色糖液，透光率95%；
（4）濃縮：將步驟（3）的脫色糖液進行濃縮，得到固形物含量45.0%的濃縮糖液43L；
（5）除鹽：將步驟（4）的濃縮糖液按照以下順序進行一次除鹽：大孔鰲合型陽離子交換樹脂HZD-401、陽離子交換樹脂732、陰離子交換樹脂D315；得到D-阿拉伯糖精制液54L。
本實施例的產品質量指標為：透光率99%，純度97.2%，固形物含量為29.8%。
實施例3
一種D-阿拉伯糖的純化方法，包括澄清、脫色、濃縮、除鹽，其操作步驟如下：
（1）粗液處理：取150L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸鈉在硫酸亞鐵催化作用下，與雙氧水發生化學反應得到，其固形物含量為5.0%，D-阿拉伯糖純度為51.6%，透光率為12%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，調節pH值至9.0，再加入磷酸，調節pH值至5.5，然后加熱至90℃，加入分子量為2000萬道爾頓，水解度為35%的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑，絮凝劑用量為2mg/L，快速攪拌使之產生絮凝現象，冷卻靜置沉降，過濾去除沉淀，得到147L澄清糖液；其固形物含量3.8%，D-阿拉伯糖純度69.7%，透光率70%；
（3）脫色：向步驟（2）的澄清糖液中加入pH值為3.0～5.0的活性炭，活性炭用量為D-阿拉伯糖質量的0.1%，在52℃下攪拌脫色25min，過濾，得到146L脫色糖液，透光率93%；
（4）濃縮：將步驟（3）的脫色糖液進行濃縮，得到固形物含量30%的濃縮糖液16L；
（5）除鹽：將步驟（4）的濃縮糖液按照以下順序進行一次除鹽：大孔鰲合型陽離子交換樹脂HZD-401、陽離子交換樹脂732、陽離子交換樹脂732與陰離子交換樹脂D315按體積比1:3均勻混合制得的混合樹脂；得到D-阿拉伯糖精制液25L。
本實施例的產品質量指標為：透光率99%，純度97.3%，固形物含量為17.8%。
實施例4
一種D-阿拉伯糖的純化方法，包括澄清、脫色、濃縮、除鹽，其操作步驟如下：
（1）粗液處理：取200L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸在硫酸亞鐵催化作用下，與雙氧水發生化學反應得到，其固形物含量為16.8%，D-阿拉伯糖純度為60.0%，透光率為9%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，調節pH值至8.0，再加入磷酸，調節pH值至5.5，然后加熱至90℃，加入分子量為2500萬道爾頓，水解度為40%的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑，絮凝劑用量為3.5mg/L，快速攪拌使之產生絮凝現象，冷卻靜置沉降，過濾去除沉淀，得到197L澄清糖液；其固形物含量14.8%，D-阿拉伯糖純度69.5%，透光率63%；
（3）脫色：向步驟（2）的澄清糖液中加入pH值為3.0～5.0的活性炭，活性炭用量為D-阿拉伯糖質量的0.4%，在53℃下攪拌脫色20min，過濾，得到195L脫色糖液，透光率93%；
（4）濃縮：將步驟（3）的脫色糖液進行濃縮，得到固形物含量42.4%的濃縮糖液62L；
（5）除鹽：將步驟（4）的濃縮糖液按照以下順序進行一次除鹽：大孔鰲合型陽離子交換樹脂HZD-401、陽離子交換樹脂732、陽離子交換樹脂732與陰離子交換樹脂D315按體積比1:2均勻混合制得的混合樹脂；得到D-阿拉伯糖精制液78L。
本實施例的產品質量指標為：透光率99%，純度96.3%，固形物含量為21.5%。
實施例5
一種D-阿拉伯糖的純化方法，包括澄清、脫色、濃縮、除鹽，其操作步驟如下：
（1）粗液處理：取300L D-阿拉伯糖粗液，所述D-阿拉伯糖粗液由葡萄糖酸鋅在硫酸亞鐵催化作用下，與雙氧水發生化學反應得到，其固形物含量為10.7%，D-阿拉伯糖純度為53.5%，透光率為10%；
（2）澄清：向D-阿拉伯糖粗液中加入石灰，調節pH值至9.0，再加入磷酸，調節pH值至5.0，然后加熱至95℃，加入分子量為2000萬道爾頓，水解度為35%的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑，絮凝劑用量為5mg/L，快速攪拌使之產生絮凝現象，冷卻靜置沉降，過濾去除沉淀，得到296L澄清糖液；其固形物含量8.9%，D-阿拉伯糖純度66.4%，透光率68%；
（3）脫色：向步驟（2）的澄清糖液中加入pH值為3.0～5.0的活性炭，活性炭用量為D-阿拉伯糖質量的0.4%，在51℃下攪拌脫色40min，過濾，得到293L脫色糖液，透光率95%；
（4）濃縮：將步驟（3）的脫色糖液進行濃縮，得到固形物含量39.4%的濃縮糖液56L；
（5）除鹽：將步驟（4）的濃縮糖液按照以下順序進行一次除鹽：大孔強酸型陽離子交換樹脂HD-8、陽離子交換樹脂732、陰離子交換樹脂D315；得到D-阿拉伯糖精制液67L。
本實施例的產品質量指標為：透光率100%，純度97.2%，固形物含量為23.5%。