D-阿洛酮糖、阿洛醇和D-塔罗糖醇都是重要的稀有糖,分别少量存在于蔬菜和水果、鼠刺属植物Iteavirginica L和褐藻Himanthaliaelongata的营养、生殖组织中。它们都具有重要的生理功能,且部分稀有糖已经投入实用,创造了巨大经济价值。D-阿洛酮糖可作为摄入后不产能的甜味剂、降血糖药物和抗氧化剂;阿洛醇可作药物、低能量甜味剂和其它物质的合成原料;D-塔罗糖醇在实验条件下具有抑制癌症细胞增殖的作用,同时还具有抗氧化的功能。因此,近二十年来稀有糖的生产方法研究一直都是热点,并且已经取得了很多成果。但是,无论是化学合成法还是生物转化法,稀有糖的规模化生产都面临着后期分离纯化的问题,传统的结晶、萃取等分离纯化方法已经难以满足现代工业化生产需求,如何创新技术以获得大量高纯度的物质,同时符合经济性要求成为亟待深入研究的问题。基于稀有糖规模化生产实际,本文综合利用色谱学、数学模型理论、微生物学和化学等多门学科技术手段,形成了从填料筛选、制备柱装填到稀有糖制备分离单柱模型和模拟移动床色谱多柱模型建立的整套方法体系,再经过程优化,实现目标物质的高效生产和分离纯化。在保证D-阿洛酮糖高纯的前提下,全部回收了未利用反应底物D-果糖,同时首次建立了阿洛醇和D-塔罗糖醇的模拟移动床色谱分离技术,为未来工艺进一步的优化奠定了基础。一、化学转化法高效生产阿洛醇和D-塔罗糖醇:系统优化硼氢化钠(NaBH4)还原D-阿洛酮糖条件,得到了 NaBH4和D-阿洛酮糖最适反应摩尔比为1:1,最适反应时间为4 h。然后用最适条件还原D-阿洛酮糖生产阿洛醇和D-塔罗糖醇。二、文献查阅比对、单柱实验分别确定D阿洛酮糖、阿洛醇和D-塔罗糖醇制备分离填料:系统性查阅、比对近80年糖水化合物分离填料文献,通过单柱模型实验,分别测定相应填料的D-阿洛酮糖、阿洛醇和D-塔罗糖醇分离度,确定了 D-阿洛酮糖制备分离填料为ZG SPC 106(Ca2+)离子交换树脂,阿洛醇和D-塔罗糖醇制备分离填料为Dowex 50WX4(H+,200-400 mesh)离子交换树脂。三、液压匀浆装柱法装填稀有糖制备分离色谱柱,探究装柱机匀浆装柱最适条件:Dowex 50WX4(H+,200-400 mesh)和 Dowex 1X8(Cl-,200-400 mesh)离子交换树脂制备柱最适装柱压力为20 MPa,最适装柱时间为20 min,最适单次装柱树脂使用量为100 ml。ZG SPC 106(Ca2+)离子交换树脂制备柱最适装柱压力为20 MPa,装柱时间为10 min,单次装柱树脂使用量为100 ml。四、利用TMB模型、平衡理论和三角理论分离D-阿洛酮糖:测定并计算D-阿洛酮糖制备分离的热力学和动力学参数。计算D-阿洛酮糖SMBC分离的多柱模型参数,利用SMBC分离D-阿洛酮糖并进行分离优化,D-阿洛酮糖纯度为99.30%,回收率99.99%,D-果糖回收率为99.95%。五、利用TMB模型、平衡理论和三角理论分离阿洛醇和D-塔罗糖醇:分别测定计算阿洛醇和D-塔罗糖醇热力学和动力学参数,其中吸附等温线用前沿分析法测定。计算阿洛醇和D-塔罗糖醇SMBC分离的多柱模型参数,利用SMBC分离阿洛醇和D-塔罗糖醇,阿洛醇纯度为93.47%,回收率为96.31%,D-塔罗糖醇纯度为88.79%,回收率为67.33%。