殼寡糖分離純化裝置及其方法與流程

本發明涉及生物化工技術領域，尤其涉及一種殼寡糖分離純化裝置及其方法。

背景技術：

殼寡糖又叫殼聚寡糖、低聚殼聚糖，是指2-10個氨基葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵連接而成的低聚糖，它通常是由甲殼素脫乙酰化的產物-殼聚糖再經過物理、化學、生物學的方法降解而獲得的，因此產量巨大。殼寡糖分子量≤3200Da，是水溶性較好、功能作用大、生物活性高的低分子量產品。它具有殼聚糖所沒有的較高溶解度，全溶于水，容易被生物體吸收利用等諸多獨特的功能。

殼寡糖是自然界中唯一帶正電荷的陽離子堿性氨基低聚糖，殼寡糖對人體的免疫調節、抗腫瘤、降血脂、調節血糖、改善肝臟和心肺功能及其他多種生理功能有著重要作用。不同分子量的殼寡糖其功能各有不同，比如：大量的實驗顯示5糖、6糖具有良好抑制腫瘤的功能，因此純化的殼寡糖，能夠對人類社會的生產、生活起到更有效的作用。但是，目前通過各種工藝生產出的殼寡糖都是2-10糖的混合物甚至還有一些單糖和小分子聚糖混合其中，而現有的殼寡糖純化技術和工藝只能小批量制備較高純度的殼寡糖，難以滿足社會需求，且價格高昂。

技術實現要素：

為解決以上問題，本發明提供能夠大批量分離純化殼寡糖的裝置及其方法。

本發明實施例提供一種殼寡糖分離純化裝置，包括分離純化室、陰極、陽極和至少一張納濾膜，所述分離純化室用以容置殼寡糖溶液；所述陰極設置于所述分離純化室內；所述陽極設置于所述分離純化室內并與陰極間隔設置，所述陽極、陰極之間圍成電泳區；所述至少一張納濾膜設置于所述電泳區內以將所述電泳區分隔成至少二個子電泳區，當納濾膜數量為2張或以上時，各納濾膜孔徑自陽極向陰極方向遞減。

本發明較佳實施例中，所述殼寡糖分離純化裝置還包括防逆流擋板，所述防逆流擋板設于各納濾膜靠近陰極的一側，所述防逆流擋板距離納濾膜的距離為0.5～5cm。

本發明較佳實施例中，所述殼寡糖分離純化裝置還包括設置用以測試子電泳區內溶液電導率值的電導率儀。

本發明較佳實施例中，所述殼寡糖分離純化裝置還包括用于殼寡糖溶液流出的取液閥。

本發明實施例還提供一種殼寡糖分離純化方法，包括以下步驟：

將殼寡糖溶液注入到殼寡糖分離純化裝置中，通電純化，其中所述殼寡糖分離純化裝置包括分離純化室、陰極、陽極和至少一張納濾膜，所述分離純化室用以容置殼寡糖溶液；所述陰極設置于所述分離純化室內；所述陽極設置于所述分離純化室內并與陰極間隔設置，所述陽極、陰極之間圍成電泳區；所述至少一張納濾膜設置于所述電泳區內以將所述電泳區分隔成至少二個子電泳區，當納濾膜數量為2張或以上時，各納濾膜孔徑自陽極向陰極方向遞減。

本發明較佳實施例中，將步驟(2)得到的純化殼寡糖溶液作為殼寡糖樣品進行二次純化，并根據純化殼寡糖溶液所需要分離的不同分子量大小范圍選擇不同孔徑的納濾膜，進行進一步純化。

本發明較佳實施例中，步驟(3)中所述干燥方法包括噴霧干燥和冷凍干燥。

本發明較佳實施例中，步驟(2)中多級膜分離純化方法包括：

(21)注液：向電泳區內注入去離子水，將步驟(1)制備好的殼寡糖樣品注入靠近陽極的子電泳區內；

(22)通電：待殼寡糖母液與子電泳區內去離子水混合均勻，當溶液濃度達到預定值時，通電，所述電場強度值為20～80V/cm；

(23)斷電：觀察各子電泳區內電導率儀讀數變化，當最接近陰極的子電泳區的電導率儀讀數趨于穩定后，關閉電源；

(24)取液：收集各子電泳區內純化殼寡糖溶液。

本發明較佳實施例中，所述殼寡糖溶液濃度為0.3-15％。

本發明的有益效果如下：

1、本發明的殼寡糖分離純化裝置，結構簡單，設計合理，分離純化殼寡糖樣品收率高；

2、本發明的殼寡糖分離純化方法，操作過程安全、簡單，產品收率高，可大批量分離純化殼寡糖樣品，便于大規模生產的實現；

3、本發明的殼寡糖分離純化方法省去有機試劑的使用，減少廢棄有機試劑的排放，降低了環境污染。

附圖說明

下面結合附圖，通過對本發明的具體實施方式詳細描述，將使本發明的技術方案及其它有益效果顯而易見。

圖1為本發明實施例的殼寡糖分離純化裝置結構示意圖；

圖2為本發明實施例的殼寡糖分離純化裝置的剖視圖。

主要元件符號說明：

100、分離純化裝置；10、分離純化室；11、子電泳區；20a、陽極；20b、陰極；30、納濾膜；40、電導率儀；50、取液閥。

具體實施方式

為更進一步闡述本發明所采取的技術手段及其效果，以下結合本發明的具體實施例及其附圖進行詳細描述。

本發明實施例提供一種殼寡糖分離純化裝置100(參見圖1和圖2)，包括分離純化室10、陰極20b、陽極20a和至少一張納濾膜30，所述分離純化室10用以容置殼寡糖溶液；所述陰極20b設置于所述分離純化室10內的一端；所述陽極20a設置于所述分離純化室10內的另一端；所述陽極20a與陰極20b間隔設置，所述陽極20a和陰極20b之間圍成電泳區；所述納濾膜30設置于所述電泳區內以將所述電泳區分隔成至少二個子電泳區11，當納濾膜30數量為2張或以上時，各納濾膜30孔徑自陽極20a向陰極20b方向遞減。

本發明實施例中，從陽極20a向陰極20b方向至少設置一張納濾膜30，這樣由于殼寡糖帶正電，因此在通電后殼寡糖將向陰極20b移動，同時由于有納濾膜30的存在，因此分子量低于納濾膜30的孔徑規格的殼寡糖將穿過納濾膜30，而分子量較大的將被截留，由此將不同分子量的殼寡糖區分開。

納濾膜是一種允許溶劑分子或某些低分子量溶質或低價離子透過的功能性半透膜。它因能截留物質的大小約為納米而得名，孔徑在1nm以上，一般1-2nm。納濾膜可以針對被過濾的對象有不同的規格。

具體地，所述分離純化室10的內壁設有縱向設置的卡槽條，所述納濾膜30卡接入所述卡槽條中。可選地，納濾膜30和純化室10的內壁也可以一體成型。

對于有多個納濾膜30的情況，所述納濾膜30自陽極20a向陰極20b方向間隔設置，將電泳區分隔成多個子電泳區11。例如有5個納濾膜，則電泳區被區分成6個子電泳區。有N個納濾膜，則電泳區被區分成N+1個子電泳區。

所述殼寡糖分離純化裝置100還包括防逆流擋板，所述防逆流擋板設于各納濾膜30靠近陰極20b的一側，所述防逆流擋板距離納濾膜30的距離為0.5～5cm。防逆流擋板防止電泳液在相鄰兩子電泳區11間流通，這樣便于單獨取出各子電泳區中的殼寡糖溶液(純化液)。

所述殼寡糖分離純化裝置100還包括用以測試子電泳區11內電泳液的電導率儀40，實時監測電導率可以及時了解純化的進展，例如，電導率不再變化則表明不再有殼寡糖離子發生明顯移動。

所述殼寡糖分離純化裝置100還包括用以殼寡糖溶液流出的取液閥50。優選地，所述取液閥50間隔設置于分離純化裝置100的底部。每個子電泳區11中設置至少一個取液閥50。

本發明實施例提供一種殼寡糖分離純化方法，該純化方法利用本發明的分離純化裝置100來進行，包括以下步驟：

(1)備液：將待分離純化的殼寡糖樣品溶解于去離子水中，沉淀、過濾形成殼寡糖母液；

(2)多級膜分離純化：將殼寡糖母液注入到殼寡糖分離純化裝置100中，并通電進行電泳。

具體地，步驟(2)中多級膜分離純化方法包括：

(21)注液：向電泳區內注入去離子水，將步驟(1)制備好的殼寡糖樣品注入靠近陽極20a的第一子電泳區11內；

(22)通電：待殼寡糖母液與第一子電泳區11內去離子水混合均勻，當電泳液濃度達到預定值時，通電，所述電場強度值為20～80V/cm；

具體地，所述殼寡糖溶液濃度預定值為0.3～15％，此處為重量體積比，為g/100mL。

(23)觀察各子電泳區11內電導率儀40讀數變化，當最接近陰極20b的子電泳區11的電導率儀40讀數趨于穩定并持續至少3分鐘后，關閉電源；

(24)取液：拔掉目標子電泳區11中的取液閥50，收集各子電泳區11內純化殼寡糖溶液。

作為本發明的優選實施方式，可將步驟(2)得到的純化殼寡糖溶液作為殼寡糖樣品進行二次純化，也就是重復上述步驟(22)-(24)，并根據純化殼寡糖溶液所需要分離的不同分子量大小范圍選擇納濾膜30的孔徑，進行進一步純化。

(3)干燥(可選)：通過各子電泳區11的取液閥50取出純化殼寡糖溶液進行干燥，獲得純化殼寡糖產品。所述干燥方法包括噴霧干燥和冷凍干燥。

以下為殼寡糖聚合度與分子量對照表。

表1.殼寡糖聚合與分子量對照表

以下為具體實施例，采用的納濾膜30規格分為500型、800型、1000型和1500型，分別截留500道爾頓、800道爾頓、1000道爾頓和1500道爾頓分子量以上(含本數)的殼寡糖。

實施例1

參考圖1和圖2，在分離純化室10內設4張納濾膜30，所述納濾膜30卡接入分離純化室10內壁凹槽上，將分離純化室10分隔成5個子電泳區，所述納濾膜30分別為1500型、1000型、800型、500型，其中1500型靠近陽極一側，500型靠近陰極一側。將待分離純化的殼寡糖樣品溶解于去離子水中，沉淀、過濾，形成30％的殼寡糖母液；在靠近陽極20a的子電泳區11內加入100ml上述殼寡糖母液，然后加入9.9L去離子水，待混合均勻后，殼寡糖電泳液濃度為0.3％。其余子電泳區分別加入10L去離子水。通電，通電的電場強度為20V/cm。待待靠近陰極20b的子電泳區11的電導率趨于穩定并持續穩定3分鐘后，從各電泳區的取液閥50取出純化殼寡糖溶液，經過噴霧干燥得到殼寡糖產品，經過HPLC檢測，自陽極20a向陰極20b方向，各子電泳區11的殼寡糖產品聚合度類型和收率分別為：10-9糖94％，8-7糖95％，6-5糖94％，4-3糖92％，2糖96％。

實施例2

本實施例中利用3張納濾膜設置4個子電泳區。將待分離純化的殼寡糖樣品溶解于去離子水中，沉淀、過濾，形成1g/ml的殼寡糖母液；在靠近陽極20a的子電泳區11內加入上述母液，然后加入去離子水，使得混合均勻后，殼寡糖電泳液濃度為0.5％，溶液總體積為10L。其余子電泳區中加入去離子水，各加入10L。通電，通電的電場強度為40V/cm。在分離純化室10內設3張納濾膜30，所述納濾膜30卡接入分離純化室10內壁凹槽上，所述自陽極20a向陰極20b方向的納濾膜30的孔徑為1000型、800型、500型，待待靠近陰極20b的子電泳區11的電導率趨于穩定后，從各電泳區的取液閥50取出純化殼寡糖溶液，經過HPLC檢測，自陽極20a向陰極20b方向的各子電泳區11的殼寡糖產品聚合度類型和收率分別為：10-7糖93％，6-5糖94％，4-3糖92％，2糖96％。

實施例3

本實施例中利用3張納濾膜設置4個子電泳區。將待分離純化的殼寡糖樣品溶解于去離子水中，沉淀、過濾，形成2g/ml的殼寡糖母液；在靠近陽極20a的子電泳區11內加入上述母液，然后加入去離子水，使得混合均勻后，殼寡糖電泳液濃度為1.25％，溶液體積為10L。其余子電泳區中加入去離子水，各加入10L。通電，通電的電場強度為50V/cm。在分離純化室10內設3張納濾膜30，所述納濾膜30卡接入分離純化室10內壁凹槽上，所述自陽極20a向陰極20b方向的各納濾膜30的孔徑為1500型、800型、500型，待待靠近陰極20b的子電泳區11的電導率趨于穩定后，從各電泳區的取液閥50取出純化殼寡糖溶液，經過HPLC檢測，自陽極20a向陰極20b方向的各子電泳區11的殼寡糖產品聚合度類型和收率分別為：10-9糖94％，8-5糖94％，4-3糖92％，2糖96％。

實施例4

本實施例中利用3張納濾膜設置4個子電泳區。將待分離純化的殼寡糖樣品溶解于去離子水中，沉淀、過濾，形成3.4g/ml的殼寡糖母液；在靠近陽極20a的子電泳區11內加入上述母液，然后加入去離子水，使得待混合均勻后，殼寡糖電泳液濃度為2.72％，溶液體積為10L。其余子電泳區中加入去離子水，各加入10L。通電，通電的電場強度為60V/cm。在分離純化室10內設3張納濾膜30，所述納濾膜30卡接入分離純化室10內壁凹槽上，所述納濾膜30的孔徑為1500型、1000型、800型，待靠近陰極20b的子電泳區11的電導率趨于穩定后，從各電泳區的取液閥50取出純化殼寡糖溶液，經過噴霧干燥得到殼寡糖產品，經過HPLC檢測，自陽極20a向陰極20b方向的各子電泳區11的殼寡糖產品聚合度類型和收率分別為：10-9糖94％，8-7糖95％，6-5糖94％，4-2糖96％。

實施例5

本實施例中利用2張納濾膜設置3個子電泳區。將待分離純化的殼寡糖樣品溶解于去離子水中，沉淀、過濾，形成6g/ml的殼寡糖母液；在靠近陽極20a的子電泳區11內加入上述母液，然后加入去離子水，使得混合均勻后，殼寡糖電泳液濃度為15％，溶液體積為10L。其余2個子電泳區中加入去離子水，各加入10L。通電，通電的電場強度為80V/cm。在分離純化室10內設2張納濾膜30，所述納濾膜30卡接入分離純化室10內壁凹槽上，所述納濾膜30的孔徑為1500型、500型，待靠近陰極20b的子電泳區11的電導率趨于穩定后，從各電泳區的取液閥50取出純化殼寡糖溶液，經過噴霧干燥得到殼寡糖產品，經過HPLC檢測，自陽極20a向陰極20b方向的各子電泳區11的殼寡糖產品聚合度類型和收率分別為：10-9糖94％，8-3糖92％，2糖96％。

本發明的殼寡糖分離純化裝置，結構簡單，設計合理，分離純化殼寡糖樣品收率高；本發明的殼寡糖分離純化方法工藝簡單，產品收率高，可大批量分離純化殼寡糖樣品，便于大規模生產的實現；同時省去有機試劑的使用，減少廢棄有機試劑的排放，降低了環境污染。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。