一种在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离提取低聚木糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离提取低聚木糖的方法。所述方法包括如下步骤：(1)粗制低聚木糖水解液经过滤除去固形物及胶体，用粉末活性炭联合离子交换树脂除去低聚木糖水解液中的色泽物及无机离子，后蒸发浓缩得到原料；(2)将步骤(1)得到的原料通过进料管线通入在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱系统，经过在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离，制取低聚木糖、木糖和杂糖；所述在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱包括1～7号色谱柱，分为分离区和在线解耦反洗区。本发明专利技术通过多柱间歇模拟移动床和色谱柱反洗的在线耦合，能高效地从低聚木糖水解液中分离低聚木糖和木糖，并回收杂糖。并回收杂糖。并回收杂糖。

【技术实现步骤摘要】
一种在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离提取低聚木糖的方法


[0001]本专利技术属于生化分离
，特别涉及一种在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离提取低聚木糖的方法。

技术介绍

[0002]低聚木糖又称木寡糖，由2～7个木糖分子以β1,4糖苷键结合而成的功能性聚合糖类，相对分子质量为300～1100。低聚木糖是一种低热量糖混合物，能调节消化道微生态平衡、增强机体免疫功能、促进营养物质的吸收，有防龋齿、防治糖尿病、调节肠道菌落结构、抗氧化等的生理功效。近年来，低聚木糖的应用已经延伸到了食品、生物技术、农业、畜牧业、医疗保健、制药、精细化工、卫生等领域。
[0003]低聚木糖组分中，木二糖在双歧杆菌增殖中具有最高的益生元活性，是目前发现的最强的双歧因子，在食品和医药领域有很好的应用。低聚木糖中木二糖和木三糖含量越高，低聚木糖的质量越好；木四糖与木五糖的生理功效比木二糖木三糖要弱。六个及以上以β1,4糖苷键结合的功能性聚合木糖的生理功效与木二糖～木五糖相比更弱。此外，构成低聚木糖的基本糖单元即木糖也具有一定的膳食纤维生理功效，在食品、发酵、制药、医疗保健、日用化工、石化、等领域都有广泛的应用。
[0004]富半纤维素的农林废弃物经过稀酸水解可以直接得到粗制低聚木糖水解液，或者经碱处理得到半纤维素再经过稀酸水解或酶解得到粗制低聚木糖水解液，随后经脱色除杂、浓缩得到浓度较高的精制低聚木糖水解液，即原料。低聚木糖水解液一般含有低聚木糖、木糖及少量杂糖，根据原料及工艺不同，组分含量略有差别，按质量分数计算，原料中低聚木糖含40％～70％(低聚木糖中木二糖～木五糖含70％～85％，木六糖及以上含15％～30％)、木糖含20％～50％、杂糖含10％～20％。在低聚木糖生产中，只有高纯度达到一定级别后才能体现商业价值，因此分离纯化低聚木糖水解液是生产低聚木糖过程中极为重要的步骤。
[0005]到目前为止，分离低聚木糖水解液木二糖～木四糖主要有膜分离、色谱分离等技术方法。分离膜是一种特殊性质的薄层聚合物，能使液体中的一种或几种物质选择性透过的功能，起到浓缩和分离纯化的作用，按照膜孔径大小分为反渗透、超滤、纳滤和微滤。专利(CN1556110A)以玉米芯为原料经过稀酸处理、蒸煮和酶解后得到低聚木糖酶解液，精制后利用超滤和纳滤技术去除酶解液中的大分子物质和小分子单糖，得到含量90％的低聚木糖糖浆。张茜等人(2013中国生物发酵产业年会论文集,2013:260
‑
264)中选用截留分子量为30kDa和150kDa的管式超滤膜对低聚木糖液进行除杂和脱色，得到了较好的效果。丁胜华等人(食品研究与开发,2010,31(4):23
‑
27)采用分子量为3000U的中空纤维超滤膜进行低聚木糖提取液的浓缩，浓缩液用清水洗反复超滤除去残余碱后获得木聚糖，经酶解后得到产量达31.13g/L，平均聚合度为2.64的低聚木糖。膜分离低聚木糖具有工艺简单和设备投资少等特点，然而膜在压力下不可避免的会出现被栓塞或被污染情况，需要定期舒塞和清理
检查，增加了后期运营成本，也容易引起二次污染。
[0006]色谱分离方法能有效的避免膜分离时出现的问题。分析级色谱分离多应用于低聚木糖组成和含量的测定。专利(CN102288688A)采用CarboPacTMPA200(3
×
250mm)色谱柱，通过醋酸钠和氢氧化钠二元梯度洗脱实现了木糖至木八糖类糖组分的快速高效定性分析和精确定量检测。甄振鹏等人(食品研究与开发，2020,41(19):157
‑
161)用AltusUPLC BEH Amide(1.7μm，2.1mm
×
100mm)柱，以乙腈
‑
氨水溶液为流动相分离测定酸奶中木糖和低聚木糖(木二糖～木六糖)的含量。范丽等人(色谱,2011,29(1):75
‑
78)采用了CarboPacA200阴离子交换柱(3mm
×
250mm)，以醋酸钠和氢氧化钠为淋洗液进行二元梯度洗脱后利用脉冲安培法进行低聚木糖样品中木二糖至木六糖的检测。上述专利只适合于实验室及工业上的少量低聚木糖的定性或定量分析，不能规模化分离低聚木糖。
[0007]制备色谱分离低聚木糖主要是工艺开发和过程优化或改进。利用传统或顺序式的模拟移动床色谱分离提取目标糖组分，回收剩余的糖组分。传统模拟移动床的系统结构对称，同步切换，适合两组分的分离，但是系统运行实际压力偏高。顺序式模拟移动床采用了间歇进料、间歇出料的模式，将单次切换过程分为2～3个子步骤，间歇性的操作模式降低了能耗和溶剂消耗，系统运行实际压力较低，但是顺序式模拟移动还仅限于两组的分离。
[0008]专利(CN101928305)公布了四区模拟移动床色谱分离从低聚木糖母液或低聚木糖水解液提取低聚木糖的方法，设吸附区、精馏区、解析区和缓冲区，采用阳离子交换树脂为吸附介质，通过旋转阀的步进，定期切换吸附柱各进出料阀门，实现每个区的切换与低聚木糖的分离。专利(CN113209670A)将顺序模拟移动床与结晶过程耦合，所述色谱柱的固定相为DOWEX MONOSPHERETM99/310钾型阳离子交换树脂，顺序式模拟移动床的色谱柱分离组件包括重组分保留区、第一轻重组分分割区、轻组分保留和第二轻重组分分割区，结晶装置以顺序式模拟移动床流出液为原料，利用结晶装置实现了低聚木糖的二次分离，得到纯度较高的低聚木糖。孟娜等人(食品工业科技,2011(10):310
‑
313)采用为四区十二柱传统模拟移动床装置，以DIAION
‑
UBK530钠型阳离子交换树脂作为固定相，高纯水作为流动相，分离预处理后的低聚木糖溶液，分离后的低聚木糖和单糖纯度均在90％以上，收率分别达到了91％和92％。然而上述专利或者存在同步切换分离区域，或者无法实现色谱柱的单柱切换，或者运行一定周期后需要停止整个系统后才能清洗色谱柱，还存在生产效率降低、减少设备使用寿命、运行压力较高等问题。
[0009]综上，膜分离低聚木糖存在分离精度低和膜栓塞或被污染的情况。传统模拟移动床能分离低聚木糖水解液中的低聚木糖，但是分离时不能同时反洗色谱柱，运行压力大。顺序模拟移动床能有效地分离低聚木糖，但是不能同时回收低聚木糖水解液中的其它糖组分。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种在线解耦多柱间歇模拟移动床分离提取低聚木糖的方法。本专利技术通过多柱间歇模拟移动床和色谱柱反洗的二者在线耦合，能高效地从低聚木糖水解液中分离低聚木糖和木糖，并回收杂糖。
[0011]本专利技术的技术方案如下：
[0012]一种在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离提取低聚木糖的方法，包括如下步
骤：
[0013](1)低聚木糖水解液预处理：粗制低聚木糖水解液经过滤除去固形物及胶体，用粉末活性炭联合离子交换树脂除去低聚木糖水解液中的色泽物及无机离子，得到透光率＞70％的糖溶液，蒸发浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)低聚木糖水解液预处理：粗制低聚木糖水解液经过滤除去固形物及胶体，用粉末活性炭联合离子交换树脂除去低聚木糖水解液中的色泽物及无机离子，得到透光率＞70％的糖溶液，蒸发浓缩，控制温度在65～80℃，将糖溶液浓缩至质量浓度为45％～60％，得精制低聚木糖水解液，即原料；(2)在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离：将步骤(1)得到的原料通过进料管线通入在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱系统，经过在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离，制取低聚木糖、木糖和杂糖；所述在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱是以钙型阳离子交换树脂为固定相，以水为洗脱剂，运行温度为60～80℃；所述固定相为钙型强酸阳离子交换树脂，交联水平4％～10％，树脂粒径为0.22～0.35mm；所述洗脱剂通过进水管线进入色谱系统；所述在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱包括1～7号色谱柱，分为分离区和在线解耦反洗区；所述在线解耦反洗区包括1根色谱柱；所述分离区包括6根色谱柱；所述在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱系统首次运行时，分离区包括依次串联的1号色谱柱、2号色谱柱、3号色谱柱、4号色谱柱、5号色谱柱和6号色谱柱；所述在线解耦反洗区包括1根7号色谱柱。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述粗制低聚木糖水解液是农林废弃物中半纤维素酸性水解的产物；所述精制低聚木糖水解液的总糖折光浓度为20％～30％，其中，按质量百分数计，含如下组分：低聚木糖40％～70％、木糖20％～40％、杂糖10％～20％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述色谱柱的高度为2～3m，色谱柱内装填有支撑层，所述支撑层由粒径为4～8mm、2～4mm和1～2mm规格的石英砂从上到下依次铺设形成；所述支撑层上设置树脂层。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述色谱柱用循环水夹套保温，温度为60～80℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离区和在线解耦反洗区的每根色谱柱前后均设有一个阀组，所述阀组包括进水阀、进料阀、出低聚木糖阀、出木糖阀、出杂糖阀、循环阀、超越管阀、手动取样阀和反洗阀；所述阀组中指定阀的开启或关闭是通过程序控制，进而实现进料、进水和出糖组分，以及固定相模拟移动和反洗系统的启闭。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离区的相邻色谱柱间通过管线依次串联，间隔两根色谱柱之间通过超越管连接；所述在线解耦反洗区的色谱柱嵌于分离区中，通过管线与分离区的色谱柱串联；所述分离区及在线解耦反洗区的每根色谱柱前后均设有一台循环泵；所述进料管线及进水管线上均设有输送泵、流量计。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在线解耦多柱间歇模拟移动床色谱分离制取低聚木糖、木糖和杂糖的每个周期内有五个子步骤，即子步骤一、子步骤二、子步骤
三、子步骤四和子步骤五，子步骤运行完毕后，各进出料位置沿液体流动方向均前移一根色谱柱，完成进出料阀运行循环后恢复至进出料的初...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军伟，董泽霄，芮昌春，刘月朗，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：