[0001] 本发明属于再生资源和环境领域，涉及一种分离生物基材料水解液中糖、酸的方法。

[0002] 随着人类文明的发展，日益枯竭的化石资源使得资源短缺的问题日益凸显。面临日渐枯竭的化石资源问题，我们必须找出能够替代化石资源的新型能源来保证社会的继续发展和进步。同时，化石资源的炼制和消耗产生大量工业废气、废水、废渣，对人类生活和健康造成了极大的影响。因此，无论是从社会的可持续发展还是对环境保护和人类生命健康负责，开发可持续利用、环境友好的清洁能源是当前社会研究热点和必然趋势。

[0003] 糖是一种重要的能源物质，也是人体新陈代谢过程中具有重要功能的碳水化合物。且广泛用于食品、化工、药品及发酵等领域。糖多存在于植物体内，农产品废料中。目前多用酸催化水解植物或农作物废料提取。糖与酸的有效分离是水解液后续处理精制与酸回用的基础，工业上多用中和法降低水解液的酸度，中和法最大的弊端是无法回收酸且大大增加了后续提纯工艺的工作负荷。尽管有电渗析、膜分离等技术用于糖与酸的分离，但是实际应用时仍有很多关键点需要突破且运行成本相对较高。模拟移动床是目前工业开发及应用相对成熟的技术，但是其工艺和设备的复杂性及消耗使其具有一定的局限性。离子排斥色谱(酸阻滞)是分离糖酸较为合适的方法，将其放大至制备色谱具有一定的挑战性。因此探索并完善植物提取糖的色谱工艺，可以为糖产业的可持续发展做好技术储备。

[0004] 专利CN117482576A公开了一种利用八区模拟移动床分离糖和酸的工艺使用八区模拟移动床系统由16根填充H型阳离子交换树脂的色谱柱分离硫酸、单糖、有机酸体系；专利CN 114432739A公开了一种生物基材料水解液中的糖、酸高效分离纯化的方法使用苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物的末端为季铵和羧酸贯穿式两性基团两性固相分离材料(酸阻滞)实现糖‑有机酸‑无机酸中糖的回收。

[0046] 根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

[0047] 下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

[0048] 1、以下实施例中，糖、酸的检测方法为：

[0049] (1)木糖、葡萄糖检测：高效液相色谱法；

[0050] 其中，液相色谱条件为：检测器：Waters 410示差折光检测器；色谱柱：伯乐Aminex HPX‑87P(7.8×300mm)；柱温：40℃；流动相A：0.005M的硫酸水溶液；流动相B：乙腈；等梯度洗脱，流动相A：流动相B＝30：70；流速：0.6mL/min；保留时间3.3min。

[0051] (2)酸检测：中和滴定法。

[0052] 2、以下实施例中，糖、酸回收区的定义为：1/5BV—2/5BV为木糖回收区，2/5BV—2/3BV为葡萄糖回收区，洗脱过程为酸回收区(即从色谱分离装置流出的流出液中，流出的大于等于第1/5BV、小于第2/5BV的流出液为木糖回收区，流出的大于等于第2/5BV、小于等于第2/3BV的流出液为葡萄糖回收区)。

[0053] 3、以下实施例中，糖、酸回收率的计算方法为：

[0054] 木糖回收率＝1‑(葡萄糖回收区的木糖量+酸回收区的木糖量)/总木糖量；

[0055] 葡萄糖回收率＝1‑(木糖回收区的葡萄糖量+酸回收区的葡萄糖量)/总葡萄糖量；

[0056] 酸回收率＝1‑(木糖回收区的酸量+葡萄糖回收区的酸量)/总酸量。

[0057] 4、本发明实施例中所述膜过滤所使用的膜均为商业可购买得到的常规滤膜，例如PP过滤膜等；所述脱色树脂吸附所使用的树脂也为商业可购买得到，例如脱色树脂D201。本发明实施例中的步骤(1)中，采用膜过滤和/或脱色树脂吸附进行前处理，主要是为了去除生物基材料水解液中的悬浮物、灰尘、色素等物质。

[0058] 5、本发明实施例中从生物基材料水解液(糖酸混合液)中直接回收木糖、葡萄糖、酸的方法如图1所示，生物基材料水解液(糖酸混合液)A0经前处理系统(主要处理方式为膜过滤和脱色树脂吸附)处理后得到前处理后废液A1；前处理后废液A1经含有两性固相分离材料的分离主机系统(即常规酸色谱分离装置，如酸色谱分离往复流动矮床)分离后，分两段回收流出液，1/5BV—2/5BV为木糖回收区B1，2/5BV—2/3BV为葡萄糖回收区B2；随后用纯水A2进样分离主机系统进行洗脱酸，回收酸流出液B3，酸回到生物基材料水解液中；重复循环分离和洗脱步骤直至固相分离材料无分离作用时停止；本发明实施例中所用的分离装置为酸色谱分离装置。

[0059] 实施例1：两性固相分离材料的合成

[0060] 以下实施例中，所述的两性固相分离材料合成方法如下：

[0061] (1)通过热敏性种子溶胀法制备聚苯乙烯‑二乙烯苯大孔微球；

[0062] (2)将步骤(1)中得到的聚苯乙烯‑二乙烯苯大孔微球使用三氧氯磷在氮气保护下进行氯化和磷酸化；

[0063] (3)将步骤(2)得到的的磷酸化后的固相分离材料使用四甲基乙二胺进行胺化和交联后得到最终的两性固相分离材料。其中，两性固相分离材料中，碱性基团交换量≥5mmol/g。

[0064] 实施例2：

[0065] (1)上样：将生物基材料水解液(糖酸混合液)经膜过滤和/或脱色树脂吸附初步前处理后，以6BV/h的上样流速上样2/3BV至含有两性固相分离材料的往复流动矮床中进行分离，分两段回收流出液，分别为木糖回收区、葡萄糖回收区；其中，1/5BV—2/5BV为木糖回收区、2/5BV—2/3BV为葡萄糖回收区。

[0066] 其中，往复流动矮床的高径比为1：2.5；生物基材料水解液(糖酸混合液)中木糖占2wt％，葡萄糖占4wt％，甲酸占0.5wt％，乙酸占0.75wt％，硫酸占10wt％。两性固相分离材
2
料：比表面积：1240m/g，粒径为85μm，并且粒径的分布差为±10μm。两性固相分离材料为苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物为骨架结构，末端修饰为磷酸‑季胺结构，碱性基团交换量：
5.6mmol/g，酸性基团交换量：2.76mmol/g。

[0067] (2)洗脱：从往复流动矮床另一端用纯水洗脱，洗脱液为回收的酸，回收的酸直接回生物基材料水解液中。其中，所述的洗脱液为纯水，洗脱液的流速为6BV/h，上样量与生物基材料水解液的上样量相同，均为2/3BV。

[0068] (3)重复循环步骤(2)和步骤(3)直至两性固相分离材料无分离作用时停止循环。

[0069] 所得的木糖纯度：99.5％，回收率99.8％；所得的葡萄糖回收率99.7％；所述的酸回收率：99.8％。

[0070] 回收得到的木糖的液相色谱图如图4所示，从图中可知，木糖的纯度可达99.5％。

[0071] 所用的两性固相分离材料典型扫描电镜图及孔结构示意图如图2所示；其中，图2A为两性固相分离材料扫描电镜图，图2B为两性固相分离材料的孔结构示意图。从图中可知，两性固相分离材料的结构为孔道结构，主要为介孔‑大孔叠加成类核‑壳结构。

[0072] 本发明实施例中样品分离图谱如图3所示，其中，1/5BV—2/5BV为木糖回收区、2/5BV—2/3BV为葡萄糖回收区；酸流出液为酸回收区(即从色谱分离装置流出的流出液中，流出的大于等于第1/5BV、小于第2/5BV的流出液为木糖回收区，流出的大于等于第2/5BV、小于等于第2/3BV的流出液为葡萄糖回收区)。

[0073] 实施例3：

[0074] (1)上样：将生物基材料水解液(糖酸混合液)经膜过滤和/或脱色树脂吸附初步前处理后，以1BV/h的上样流速上样2/3BV至含有两性固相分离材料的往复流动矮床中进行分离，分两段回收流出液，分别为木糖回收区、葡萄糖回收区；其中，1/5BV—2/5BV为木糖回收区、2/5BV—2/3BV为葡萄糖回收区。

[0075] 其中，往复流动矮床的高径比为1：2.5；生物基材料水解液(糖酸混合液)中木糖占2wt％，葡萄糖占4wt％，甲酸占0.5wt％，乙酸占0.75wt％，硫酸占10wt％。两性固相分离材
2
料：比表面积：1280m/g，粒径为40μm，并且粒径的分布差为±10μm。两性固相分离材料为苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物为骨架结构，末端修饰为磷酸‑季胺结构，碱性基团交换量：
6.2mmol/g，酸性基团交换量：3.09mmol/g。

[0076] (2)洗脱：从往复流动矮床另一端用纯水洗脱，洗脱液为回收的酸，回收的酸直接回生物基材料水解液中。其中，所述的洗脱液为纯水，洗脱液的流速为6BV/h，上样量与生物基材料水解液的上样量相同，均为2/3BV。

[0077] (3)重复循环步骤(2)和步骤(3)直至两性固相分离材料无分离作用时停止循环。

[0078] 所得的木糖纯度：99.2％，回收率99.6％；所得的葡萄糖回收率：99.5％；所得的酸回收率：99.7％。

[0079] 实施例4：

[0080] (1)上样：将生物基材料水解液(糖酸混合液)经膜过滤和/或脱色树脂吸附初步前处理后，以10BV/h的上样流速上样2/3BV至含有两性固相分离材料的往复流动矮床中进行分离，分两段回收流出液，分别为木糖回收区、葡萄糖回收区；其中，1/5BV—2/5BV为木糖回收区、2/5BV—2/3BV为葡萄糖回收区。

[0081] 其中，往复流动矮床的高径比为1：2.5；生物基材料水解液(糖酸混合液)中木糖占2wt％，葡萄糖占4wt％，甲酸占0.5wt％，乙酸占0.75wt％，硫酸占10wt％。两性固相分离材
2
料：比表面积：1220m /g，粒径为100μm，并且粒径的分布差为±10μm。两性固相分离材料为苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物为骨架结构，末端修饰为磷酸‑季胺结构，碱性基团交换量：
5.1mmol/g，酸性基团交换量：2.45mmol/g。

[0082] (2)洗脱：从往复流动矮床另一端用纯水洗脱，洗脱液为回收的酸，回收的酸直接回生物基材料水解液中。其中，所述的洗脱液为纯水，洗脱液的流速为6BV/h，上样量与生物基材料水解液的上样量相同，均为2/3BV。

[0083] (3)重复循环步骤(2)和步骤(3)直至两性固相分离材料无分离作用时停止循环。

[0084] 所得的木糖纯度：99.2％，回收率99.6％；所得的葡萄糖回收率：99.5％；所得的酸回收率：99.5％。

[0085] 对比例1：采用专利CN 114432739 A中的两性固相分离材料

[0086] 制备方法同实施例2，不同的是，所用的两性固相分离材料为专利CN 114432739 A中实施例1中所用的两性固相分离材料，该材料以苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物为骨架结构，苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物的末端为季铵和羧酸贯穿式两性基团，该材料的比表面积：2
1600m/g，粒径为85μm，并且粒径的分布差为±10μm，两性固相分离材料的末端为季铵和羧酸贯穿式两性基团，碱性基团交换量：2.8mmol/g，酸性基团交换量：2.4mmol/g。来源为南京大学环境学院制备。

[0087] (1)上样：将生物基材料水解液(糖酸混合液)经膜过滤和/或脱色树脂吸附初步前处理后，以6BV/h的上样流速上样2/3BV至含有两性固相分离材料的往复流动矮床中进行分离，分两段回收流出液，分别为木糖回收区、葡萄糖回收区；其中，1/5BV—2/5BV为木糖回收区、2/5BV—2/3BV为葡萄糖回收区。

[0088] 其中，往复流动矮床的高径比为1：2.5；生物基材料水解液(糖酸混合液)中木糖占2wt％，葡萄糖占4wt％，甲酸占0.5wt％，乙酸占0.75wt％，硫酸占10wt％。两性固相分离材料为专利CN 114432739 A中实施例1中所用的两性固相分离材料。

[0089] (2)洗脱：从往复流动矮床另一端用纯水洗脱，洗脱液为回收的酸，回收的酸直接回生物基材料水解液中。其中，所述的洗脱液为纯水，洗脱液的流速为6BV/h，上样量与生物基材料水解液的上样量相同，均为2/3BV。

[0090] (3)重复循环步骤(2)和步骤(3)直至两性固相分离材料无分离作用时停止循环。

[0091] 所得的木糖纯度：60.2％，总糖回收率：99.5％；所得的酸回收率：99.5％。

[0092] 由实施例2和对比例1的实验可知，专利CN 114432739 A中的两性固相分离材料不能实现葡萄糖、木糖的单一回收，而本发明中提供的以苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物为骨架结构，末端修饰为磷酸‑季胺结构的两性固相分离材料可以有效实现葡萄糖、木糖的单一回收，且葡萄糖、木糖的回收率均不低于99.5％，木糖产品纯度高于99.0％。

[0093] 本发明提供了一种分离生物基材料水解液中糖、酸的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。