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1、模拟移动床色谱分离技术在功能糖生产中的应用 纸色谱分离糖 色谱分离技术又称层析分离技术或色层分离技术，是种分离复杂混合物中各个组分的有效方法。它是利用不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质随流动相起运动，并在两相间进行反复多次的分配，从而使各物质达到分离。色谱分离技术能够分离物化性能差别很小的化合物，当混合物各组成部分的化学或物理性质十分接近，而其他分离技术很难或根本无法应用时，色谱技术便显示出其实际有效的优越性。因而在医药、生物和精细化工工业中，发展色谱分离技术进行大规模纯物质分离提取的重要性日益增加。 传统色谱分离技术采用固定的色谱塔进行，先
2、进入定量物料，然后采用洗脱剂不断洗脱，在同 出口在不同时问段就可接到不同的产品组分，此过程分离效率低，分离效果差。目前工业上采用的色谱分离技术多为模拟移动床色谱分离技术(SimulatlonMovingBed)，简称SMB技术。SMB技术最早出现于上世纪六十年代，Broughton的专利中利用阀切换技术改变进样、流动相注入点及分离物收集点的位置来实现逆流操作，产生相当于吸附剂连续向下移动，而物料连续向上移动的效果。这种设备的生产能力和分离效率比固定吸附床高，又可避免移动床吸附剂磨损、碎片或粉尘堵塞设备或管道以及固体颗粒缝问的沟流，操作连续化，总柱效高，流动相消耗量少，在工业上得到了广泛应用。但
3、SMB分离技术只能够进行二元组分的分离，应运而生的SSMB(顺序式模拟移动床色谱分离)技术则有效解决了这难题。SSMB是一种间歇顺序操作的模拟移动床，增加了可以供分离中间组分流出的出口，并采用了间歇进料、间歇出料的不同顺序、不同程序的运行模式，传统sMB的每步均被分为3-4个子步骤进行，实现了三种不同组分的分离，大大提高了产品纯度，同时得到高纯度副产物，有效降低了成本。 功能性低聚糖是指对人、动物、植物等具有特殊生理作用的单糖数在210之间的一类寡糖，主要包括低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、水苏糖、棉子糖、低聚木糖等。其甜度般只有蔗糖的3050，具有低热量、抗龋齿、防治糖尿病、改善肠道菌落
4、结构等生理作用，在功能性食品的配料中十分重要，正日益受到消费者的青昧。功能性低聚糖的生产般是以淀粉或蔗糖为原料利用糖苷酶的糖基转移作用进行的。由于糖苷酶对底物专性要求不高的催化特性，功能性低聚糖的转化率较低，产品中除含有目标产品功能性低聚糖外，随产品种类不同还含有大量的葡萄糖、蔗糖、麦芽低聚糖等副产物。这些副产物的存在，在很大程度上降低了功能性氐聚糖的生理功能。因此，功能性低聚糖的分离纯化已成为生产厂家亟待解决的研究课题。然而，由于功能性低聚糖产品成分复杂且往往性质较为接近，其分离纯化就变得比较困难，常规分离法如结晶法难以适用。目前虽已有数种功能性低聚糖产品的纯度达到90以上，但由于生产成本高
5、而影响其生产和使用。因此，开发功能性低聚糖的新型低成本分离方法将大有前途。 目前，SMB和ISSMB技术已广泛应用于医药、生物、精细化工工业中，显示出良好的应用优势。在功能性低聚糖的分离纯化中也表现出了良好的应用特性和成本优势，现就模拟移动床色谱分离技术在几种主要功能性低聚糖生产中的应用进行介绍。 色谱分离技术在低聚异麦芽糖产品分离纯化中的应用 低聚异麦芽糖是2-8个葡萄糖分子以-1，6糖苷键连接起来的寡糖。通常情况下，低聚异麦芽糖不被酵母所发酵，系非发酵性低聚糖。低聚异麦芽糖能有效的促进入体内有益细菌一双歧杆菌的生长繁殖，故又称为“双歧杆菌生长促进因子”，简称“双歧因子”。经多年临床与实际应
6、用表明，双歧杆菌有许多保健功能，而作为双歧杆菌促进因子的低聚异麦芽糖自然就受到了人们的关注。 目前生产低聚异麦芽糖最常用的方法是利用-D葡萄糖苷酶的糖基转移作用。在生产过程中，由于转苷酶的转化率较低，粗产品中含有大量的葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖等非功能性糖，同时还含有大量聚合度4以上的糖类，大大影响了产品的功能性。目前使用较为广泛的低聚异麦芽糖500产品，功能性三糖(异麦芽糖+异麦芽三糖+潘糖)含量仅在3538，经过发酵精制后的900产品中功能性三糖的含量也只有4549，且发酵过程中葡萄糖全部被微生物消耗，不能得到有效利用，提高了产品成本。 传统的模拟移动床应用于低聚异麦芽糖的分离，由于只能实现
7、两种组分的分离，使得最终产物中还含有很多的葡萄糖以及四糖以上的聚合糖类，因此采用顺序式模拟移动床用于低聚异麦芽糖产品的分离纯化，取得了良好效果。 (1)树脂选型 采用强酸性聚苯乙烯大孔树脂对低聚异麦芽糖进行分离，首先用不同金属阳离子对树脂进行改型后，按照普通树脂的一般承受温度60，料液浓度浓缩至50，流速15BV，测定三种树脂的分离效果。结果表明，相对于钙型树脂和钾型树脂，钠型树脂具有最好的分离效果，单柱分离低聚异麦芽糖中功能性三糖含量显著高于其他两种书时脂(见表1)。 (2)分离参数优化 选用钠型树脂作为分离用树脂，树脂装填内径为140mm，装填高度为360mm，在此条件下对其他分离参数(进
8、料浓度、分离温度、分离pH等)进行优化，各参数对分离结果的影响如下：由图1可以看出，低聚异麦芽糖色谱分离的各最优参数分别为柱温70，pH值5.8，进料浓度60。在此工艺条件下，进行放大生产，最终确定采用顺序式模拟移动床分离低聚异麦芽糖的最佳参数为：采用钠离子改型的强酸性聚苯乙烯的大孔树脂，分离条件为料液浓度5863，柱温6575，分离pH为5.56.0，切换时间为15-25min，所得到的低聚异麦芽糖产品中功能性三糖的含量可占总重量的80以上，葡萄糖含量和四糖以上聚合糖类含量显著降低，大大提高了产品纯度，增加了产品的功能性。此外，分离过程中收集到的高纯度葡萄糖可以直接用于工业化生产四糖以上的聚
9、合糖类则可以返回至低聚异麦芽糖前期生产工艺重新进行酶解，提高低聚异麦芽糖得率的同时，也大大降低了成本。图2为采用顺序式模拟移动床分离到的低聚异麦芽糖组分检测结果。色谱分离技术在低聚果糖产品分离纯化中的应用 低聚果糖又称蔗果低聚糖，是由1-3个果糖基通过(2-1)糖苷键与蔗糖中的果糖基结合生成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖等的混合物。低聚果糖甜味柔和清爽，热量值低，且具有良好的生理活性，得到了广泛认可与应用。 采用酶法生产低聚果糖，产品中除含有蔗果三糖、四糖、五糖等功能性成分以外，还含有较高含量的单糖(葡萄糖、果糖)和双糖(蔗糖)，产品的次转化率仅能够满足50型产品的指标要求。在目前所采用的分离
10、方法中，色谱分离是最有效的方法，同时具有较好的成本优势。 采用上述方法对低聚果糖色谱分离条件进行优化，得到低聚果糖色谱分离的最佳条件为：采用钠型分离棚旨，柱温5070、分离pH值5.56.5，进料浓度浓度55-70，所得产品中低聚果糖纯度在95以上，其中蔗果三糖含量超过55，葡萄糖含量在1以下，大大增强了产品的功效性。图3为SSMB技术分离纯化得到的低聚果糖HPLC检测图。 色谱分离技术在低聚半乳糖产品分离纯化中的应用 低聚半乳糖是一种具有天然属性的功能性低聚糖，其分子结构般是在半乳糖或葡萄糖分子上连接1-7个半乳糖基，即Gal-(Gal)n-GlcGal(n为0-6)。在自然界中，动物的乳汁
11、中存在微量的GOS，而人母乳中含量较多，婴儿体内的双歧杆菌菌群的建立很大程度上依赖母乳中的GOsA分，因此，低聚半乳糖是功能性低聚糖中令人瞩目的种，具有很多的生理活性。商业GOS般采用乳糖为原料生产产品中含有大量葡萄糖、半乳糖和乳糖，而目的产品低聚半乳糖的含量则较低。由于产品中含有较多的乳糖，会引起人群的乳糖不耐症反应，葡萄糖的存在则使产品不能够作为糖尿病患者的食品，大大限制了其适用范围，因此市场上急需种高纯度低聚半乳糖来突破这一瓶颈，也成为各生产厂家的努力方向。 同样采用顺序式模拟移动床色谱分离技术纯化低聚半乳糖，并采用上述方法和步骤对各项工艺参数进行优化，得到低聚半乳糖分离纯化最佳工艺条件
12、为：采用钠型改型树脂进行分离，进料浓度5065，柱温5575、pH5.06.5，切换时间1230min，在此条件下，反应液被分为单糖、双糖及低聚半乳糖三种组分，其中低聚半乳糖有效组分最高可达95以上，葡萄糖和乳糖含量大大降低，提高了产品功能性的同时，也扩大了产品应用范围。此外，分离出来的二糖组分为高纯度乳糖，可以作为原料乳糖循环使用，提高了产品产率。采用该技术分离纯化后的低聚半乳糖HPLC组分检测结果如图4所示。 色谱分离技术在其他功能糖和糖醇产品分离纯化中的应用 除了上述3种功能性低聚糖之外，色谱分离技术在其他功能糖生产和功能糖醇领域也得到了广泛应用。在低聚木糖、海藻糖以及麦芽糖醇、木糖醇的分离纯化中，都取得了良好的应用效果。 总之，在功能糖及相关领域产品的生产过程中，模拟移动床色谱分离技术是种非常有发展前景的纯化技术，其分离效果好、能耗低，且对环境无污染。但目前的应用过程中还存在些难题，如设备成本高、洗脱剂消耗量高等，此外在应用于不同种类产品时，工艺条件还需经过较为复杂的探索和优化过程。如何破解这些技术难题，并对模拟移动床色谱分离设备和技术不断进行升级和优化，同时将色谱分离与其他分离方法联用，将对提高功能糖产品附加值以及整个功能糖领域的进步发展有重要意义。 第 8 页 共 8 页