用离子色谱法提纯低聚糖的研究

功能性低聚糖．例如异麦芽低聚糖和低聚果糖，具有促进双歧杆菌增殖、抑制腐败菌的生长和繁殖、调节体内微生态循环、低能量、抗龋齿抗癌等生理功能，因而在医药保健、功能性食品以及饲料添加剂等行业得到广泛应用。
由于制造工艺的原因， 以淀粉为原料经发酵法生产的低聚糖中一般都含有一定数量的葡萄糖。低聚糖组分中具有生理功能的成分主要是三糖到五糖组分，而葡萄糖的存在对低聚糖的双歧因子和抗龋齿两大生理功能会产生严重干扰，所以必须设法除去葡萄糖等成分，提高功能性低聚糖的含量。
本实验研究了用离子交换树脂分离提纯低聚糖的工艺，以D61大孔阳离子交换树脂为主要研究对象，并且在使用前将阳离子交换树脂经过钙化改性．以提高其在分离提纯过程中的效能。对工艺条件进行了优化，取得比较理想的结果。经HPLC分析．在选定的操作条件下能使低聚糖含量由60％提高到90％以上。
1 分离原理
离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应来进行分离的方法．主要应用于微量组分的富集和高纯度物质的制备。离子交换树脂对离子的亲和力反映了离子在离子交换树脂上的交换能力 水合离子的半径越小，电荷越高，极化度越大，其亲和力也越大。将几种不同的离子交换到柱上，根据树脂对它们的亲和力不同，选用适当的洗脱剂，可将它们逐个洗出来而相互分离。本实验就是利用混和物中各种糖分在树脂柱上的吸附力不同而达到彼此分离的目的。影响离子交换树脂分离的因素很多，主要是树脂类型和粒度、洗脱剂种类、pH值和洗脱速度、分离温度和分离柱长径比等。
由于多羟基化合物与钙盐和钡盐有较强的亲和力，有研究人员发展了另一种离子交换树脂法，用于糖类化合物的分离纯化。将磺化聚苯乙烯阳离子交换树脂转化为钙型，用作层析固定相，分离了葡萄糖和果糖，木糖和山梨醇等：用类似树脂从棉子糖水解液中提取分离D-果糖液．取得了令人满意的结果。
2 实验
2．1 试剂和仪器装置
本研究主要针对D61型离子交换树脂的性能。待分离的低聚糖采用酶法生产的异麦芽低聚糖浆．经HPLC分析得到的化学组成(w％)。
仪器HL-2型恒流泵(上海沪西分析仪器厂)；501型超级恒温器(上海实验仪器厂)；2WAJ型阿贝折射仪(上海光学仪器五厂)；HP1100高效液相色谱仪(美国惠普公司)。
树脂柱采用φ9x7000mm胶管．出口端装人少量玻璃棉．上面放少量玻璃珠。将预先处理过的树脂用沉降法装填到胶管中．装填高度为7m，树脂柱放人超级恒温器进行恒温。树脂柱出口端连接恒流泵，控制流速。
2.2 分离操作
树脂在使用前都要经过预处理，使树脂在使用时达到正常状态。预处理步骤为：
(1)清水浸泡，使其充分吸水膨胀，然后用倾斜法或浮选法除去细小颗粒。
(2)用0.1～lmol／L HC1浸泡24h，用水洗去酸液至中性。
(3)用0.1～1mo1]L NaOH浸泡24h．用水洗去碱液至中性。
(4)转型：用0.1～1mol／L HC1处理使树脂先转为H+型，再用0.5mol／L CaCl2，溶液处理转成Ca2+型．然后用去离子水洗至中性。
分离操作：开启超级恒温器．使离子交换树脂柱恒温于所需的温度。取一定量的待分离样品．在一定的流速下从树脂柱的上端加入。待糖浆完全进人树脂柱后．在同一流速下用蒸馏水进行洗脱。在树脂柱的出口端收集洗脱液，每20mL为一个样品，用阿贝折光仪测定折光率后换算成糖浆浓度，从有糖流出时开始记录。收集含糖分样品．用高效液相色谱仪(HPLC)测定其组成。
2．3 分析检测
使用高效液相色谱进行糖份分析。HPLC色谱柱：ZORBAX氨基柱，250x46mm；示差检测器：流动相为m（乙腈)：m(水)=70：30；流速1ml/min；柱温30℃；进料量20μL。对离子交换柱分离后的各个待测样品． 分别取lOOmL经浓缩样品，加双蒸纯水8mL。离心后进行质量百分含量分析。
3 结果与讨论
3．1 分离效果
在工作温度70℃，洗脱速度6ml／min的条件下．D61离子交换树脂的分离效果。
可以看出，低聚糖在D61树脂中移动速度较快，在分离液收集的开始阶段其质量百分含量高达92％，而葡萄糖含量只有1.6％。随着时间的推移，低聚糖的流出量逐渐减少，而且质量浓度变化较快。
IG2+P+IG3组分的变化趋势和低聚糖含量变化相似，在变化率上比较平和。
分离液在开始阶段含低聚糖的质量浓度较高，由于初始阶段的糖的总质量分数较低．收集得到的高纯度低聚糖浆的总量也相应的比较少：而流出液总糖含量最高峰附近相应的低聚糖的含量比较低，只有约65％左右。因此只要选择适当的收集时问可以得到不同规格的低聚糖产品．例如前6min的产品总糖约占整个原料液总糖的一半，而低聚糖的含量也可高达80％，可见经过钙化改性的D61大孔强酸性阳离子交换树脂对低聚糖的分离是比较成功的。
3.2 分离效果与温度的关系
分离效果与温度的关系实验数据(在开始洗脱2分钟收集分离液)。
在实验温度范围内，双歧因子(IG2+P+IG3)在70℃时达到最高值55.77％． 低聚糖总量在75℃时达到最高值93.06％。提高温度．分离效果略有提高．在70℃～75℃时双歧因子(IG2+P+IG3)和低聚糖总量都几乎同时达到最大值，随后升高温度又稍有下降。在温度偏低时两个数值都下降。70℃～75℃是较为适宜的操怍温度。
3．3 洗脱速度的影响
本研究工作考察了洗脱速度对分离效果的影响情况．在实验流速范围内洗脱速度对分离效果的影响不算大，总的趋势是流速增加分离效果下降。双歧因子IG2+P+IG3在流速为6ml/min时达到最大值55.77％，低聚糖总量相应地达到92.47％，此时葡萄糖含量只剩余1.61％．分离效果比较好。较低的流速分离效果比较好，但同时洗脱时间延长令单位树脂的生产能力也降低．效率受到影响。
4 结论
使用经过钙化改性的D61大孔离子交换树脂对发酵法制造的低聚糖进行分离提纯能够得到很好的效果。在树脂柱规格为φ9×7000mm、工作温度70℃ ，用水做洗脱剂，控制洗脱速度在6mL/min的条件下．低聚糖中大部分的葡萄糖成分可以被去除，使低聚糖含量由60％提高到90％以上，葡萄糖含量少于2％。提纯后低聚糖的组成已经被高效液相色谱证实。
参考文献
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