壳寡糖分离纯化装置及其方法与流程

本发明涉及生物化工技术领域，尤其涉及一种壳寡糖分离纯化装置及其方法。

背景技术：

壳寡糖又叫壳聚寡糖、低聚壳聚糖，是指2-10个氨基葡萄糖以β-1,4-糖苷键连接而成的低聚糖，它通常是由甲壳素脱乙酰化的产物-壳聚糖再经过物理、化学、生物学的方法降解而获得的，因此产量巨大。壳寡糖分子量≤3200Da，是水溶性较好、功能作用大、生物活性高的低分子量产品。它具有壳聚糖所没有的较高溶解度，全溶于水，容易被生物体吸收利用等诸多独特的功能。

壳寡糖是自然界中唯一带正电荷的阳离子碱性氨基低聚糖，壳寡糖对人体的免疫调节、抗肿瘤、降血脂、调节血糖、改善肝脏和心肺功能及其他多种生理功能有着重要作用。不同分子量的壳寡糖其功能各有不同，比如：大量的实验显示5糖、6糖具有良好抑制肿瘤的功能，因此纯化的壳寡糖，能够对人类社会的生产、生活起到更有效的作用。但是，目前通过各种工艺生产出的壳寡糖都是2-10糖的混合物甚至还有一些单糖和小分子聚糖混合其中，而现有的壳寡糖纯化技术和工艺只能小批量制备较高纯度的壳寡糖，难以满足社会需求，且价格高昂。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供能够大批量分离纯化壳寡糖的装置及其方法。

本发明实施例提供一种壳寡糖分离纯化装置，包括分离纯化室、阴极、阳极和至少一张纳滤膜，所述分离纯化室用以容置壳寡糖溶液；所述阴极设置于所述分离纯化室内；所述阳极设置于所述分离纯化室内并与阴极间隔设置，所述阳极、阴极之间围成电泳区；所述至少一张纳滤膜设置于所述电泳区内以将所述电泳区分隔成至少二个子电泳区，当纳滤膜数量为2张或以上时，各纳滤膜孔径自阳极向阴极方向递减。

本发明较佳实施例中，所述壳寡糖分离纯化装置还包括防逆流挡板，所述防逆流挡板设于各纳滤膜靠近阴极的一侧，所述防逆流挡板距离纳滤膜的距离为0.5～5cm。

本发明较佳实施例中，所述壳寡糖分离纯化装置还包括设置用以测试子电泳区内溶液电导率值的电导率仪。

本发明较佳实施例中，所述壳寡糖分离纯化装置还包括用于壳寡糖溶液流出的取液阀。

本发明实施例还提供一种壳寡糖分离纯化方法，包括以下步骤：

将壳寡糖溶液注入到壳寡糖分离纯化装置中，通电纯化，其中所述壳寡糖分离纯化装置包括分离纯化室、阴极、阳极和至少一张纳滤膜，所述分离纯化室用以容置壳寡糖溶液；所述阴极设置于所述分离纯化室内；所述阳极设置于所述分离纯化室内并与阴极间隔设置，所述阳极、阴极之间围成电泳区；所述至少一张纳滤膜设置于所述电泳区内以将所述电泳区分隔成至少二个子电泳区，当纳滤膜数量为2张或以上时，各纳滤膜孔径自阳极向阴极方向递减。

本发明较佳实施例中，将步骤(2)得到的纯化壳寡糖溶液作为壳寡糖样品进行二次纯化，并根据纯化壳寡糖溶液所需要分离的不同分子量大小范围选择不同孔径的纳滤膜，进行进一步纯化。

本发明较佳实施例中，步骤(3)中所述干燥方法包括喷雾干燥和冷冻干燥。

本发明较佳实施例中，步骤(2)中多级膜分离纯化方法包括：

(21)注液：向电泳区内注入去离子水，将步骤(1)制备好的壳寡糖样品注入靠近阳极的子电泳区内；

(22)通电：待壳寡糖母液与子电泳区内去离子水混合均匀，当溶液浓度达到预定值时，通电，所述电场强度值为20～80V/cm；

(23)断电：观察各子电泳区内电导率仪读数变化，当最接近阴极的子电泳区的电导率仪读数趋于稳定后，关闭电源；

(24)取液：收集各子电泳区内纯化壳寡糖溶液。

本发明较佳实施例中，所述壳寡糖溶液浓度为0.3-15％。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的壳寡糖分离纯化装置，结构简单，设计合理，分离纯化壳寡糖样品收率高；

2、本发明的壳寡糖分离纯化方法，操作过程安全、简单，产品收率高，可大批量分离纯化壳寡糖样品，便于大规模生产的实现；

3、本发明的壳寡糖分离纯化方法省去有机试剂的使用，减少废弃有机试剂的排放，降低了环境污染。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本发明实施例的壳寡糖分离纯化装置结构示意图；

图2为本发明实施例的壳寡糖分离纯化装置的剖视图。

主要元件符号说明：

100、分离纯化装置；10、分离纯化室；11、子电泳区；20a、阳极；20b、阴极；30、纳滤膜；40、电导率仪；50、取液阀。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的具体实施例及其附图进行详细描述。

本发明实施例提供一种壳寡糖分离纯化装置100(参见图1和图2)，包括分离纯化室10、阴极20b、阳极20a和至少一张纳滤膜30，所述分离纯化室10用以容置壳寡糖溶液；所述阴极20b设置于所述分离纯化室10内的一端；所述阳极20a设置于所述分离纯化室10内的另一端；所述阳极20a与阴极20b间隔设置，所述阳极20a和阴极20b之间围成电泳区；所述纳滤膜30设置于所述电泳区内以将所述电泳区分隔成至少二个子电泳区11，当纳滤膜30数量为2张或以上时，各纳滤膜30孔径自阳极20a向阴极20b方向递减。

本发明实施例中，从阳极20a向阴极20b方向至少设置一张纳滤膜30，这样由于壳寡糖带正电，因此在通电后壳寡糖将向阴极20b移动，同时由于有纳滤膜30的存在，因此分子量低于纳滤膜30的孔径规格的壳寡糖将穿过纳滤膜30，而分子量较大的将被截留，由此将不同分子量的壳寡糖区分开。

纳滤膜是一种允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的功能性半透膜。它因能截留物质的大小约为纳米而得名，孔径在1nm以上，一般1-2nm。纳滤膜可以针对被过滤的对象有不同的规格。

具体地，所述分离纯化室10的内壁设有纵向设置的卡槽条，所述纳滤膜30卡接入所述卡槽条中。可选地，纳滤膜30和纯化室10的内壁也可以一体成型。

对于有多个纳滤膜30的情况，所述纳滤膜30自阳极20a向阴极20b方向间隔设置，将电泳区分隔成多个子电泳区11。例如有5个纳滤膜，则电泳区被区分成6个子电泳区。有N个纳滤膜，则电泳区被区分成N+1个子电泳区。

所述壳寡糖分离纯化装置100还包括防逆流挡板，所述防逆流挡板设于各纳滤膜30靠近阴极20b的一侧，所述防逆流挡板距离纳滤膜30的距离为0.5～5cm。防逆流挡板防止电泳液在相邻两子电泳区11间流通，这样便于单独取出各子电泳区中的壳寡糖溶液(纯化液)。

所述壳寡糖分离纯化装置100还包括用以测试子电泳区11内电泳液的电导率仪40，实时监测电导率可以及时了解纯化的进展，例如，电导率不再变化则表明不再有壳寡糖离子发生明显移动。

所述壳寡糖分离纯化装置100还包括用以壳寡糖溶液流出的取液阀50。优选地，所述取液阀50间隔设置于分离纯化装置100的底部。每个子电泳区11中设置至少一个取液阀50。

本发明实施例提供一种壳寡糖分离纯化方法，该纯化方法利用本发明的分离纯化装置100来进行，包括以下步骤：

(1)备液：将待分离纯化的壳寡糖样品溶解于去离子水中，沉淀、过滤形成壳寡糖母液；

(2)多级膜分离纯化：将壳寡糖母液注入到壳寡糖分离纯化装置100中，并通电进行电泳。

具体地，步骤(2)中多级膜分离纯化方法包括：

(21)注液：向电泳区内注入去离子水，将步骤(1)制备好的壳寡糖样品注入靠近阳极20a的第一子电泳区11内；

(22)通电：待壳寡糖母液与第一子电泳区11内去离子水混合均匀，当电泳液浓度达到预定值时，通电，所述电场强度值为20～80V/cm；

具体地，所述壳寡糖溶液浓度预定值为0.3～15％，此处为重量体积比，为g/100mL。

(23)观察各子电泳区11内电导率仪40读数变化，当最接近阴极20b的子电泳区11的电导率仪40读数趋于稳定并持续至少3分钟后，关闭电源；

(24)取液：拔掉目标子电泳区11中的取液阀50，收集各子电泳区11内纯化壳寡糖溶液。

作为本发明的优选实施方式，可将步骤(2)得到的纯化壳寡糖溶液作为壳寡糖样品进行二次纯化，也就是重复上述步骤(22)-(24)，并根据纯化壳寡糖溶液所需要分离的不同分子量大小范围选择纳滤膜30的孔径，进行进一步纯化。

(3)干燥(可选)：通过各子电泳区11的取液阀50取出纯化壳寡糖溶液进行干燥，获得纯化壳寡糖产品。所述干燥方法包括喷雾干燥和冷冻干燥。

以下为壳寡糖聚合度与分子量对照表。

表1.壳寡糖聚合与分子量对照表

以下为具体实施例，采用的纳滤膜30规格分为500型、800型、1000型和1500型，分别截留500道尔顿、800道尔顿、1000道尔顿和1500道尔顿分子量以上(含本数)的壳寡糖。

实施例1

参考图1和图2，在分离纯化室10内设4张纳滤膜30，所述纳滤膜30卡接入分离纯化室10内壁凹槽上，将分离纯化室10分隔成5个子电泳区，所述纳滤膜30分别为1500型、1000型、800型、500型，其中1500型靠近阳极一侧，500型靠近阴极一侧。将待分离纯化的壳寡糖样品溶解于去离子水中，沉淀、过滤，形成30％的壳寡糖母液；在靠近阳极20a的子电泳区11内加入100ml上述壳寡糖母液，然后加入9.9L去离子水，待混合均匀后，壳寡糖电泳液浓度为0.3％。其余子电泳区分别加入10L去离子水。通电，通电的电场强度为20V/cm。待待靠近阴极20b的子电泳区11的电导率趋于稳定并持续稳定3分钟后，从各电泳区的取液阀50取出纯化壳寡糖溶液，经过喷雾干燥得到壳寡糖产品，经过HPLC检测，自阳极20a向阴极20b方向，各子电泳区11的壳寡糖产品聚合度类型和收率分别为：10-9糖94％，8-7糖95％，6-5糖94％，4-3糖92％，2糖96％。

实施例2

本实施例中利用3张纳滤膜设置4个子电泳区。将待分离纯化的壳寡糖样品溶解于去离子水中，沉淀、过滤，形成1g/ml的壳寡糖母液；在靠近阳极20a的子电泳区11内加入上述母液，然后加入去离子水，使得混合均匀后，壳寡糖电泳液浓度为0.5％，溶液总体积为10L。其余子电泳区中加入去离子水，各加入10L。通电，通电的电场强度为40V/cm。在分离纯化室10内设3张纳滤膜30，所述纳滤膜30卡接入分离纯化室10内壁凹槽上，所述自阳极20a向阴极20b方向的纳滤膜30的孔径为1000型、800型、500型，待待靠近阴极20b的子电泳区11的电导率趋于稳定后，从各电泳区的取液阀50取出纯化壳寡糖溶液，经过HPLC检测，自阳极20a向阴极20b方向的各子电泳区11的壳寡糖产品聚合度类型和收率分别为：10-7糖93％，6-5糖94％，4-3糖92％，2糖96％。

实施例3

本实施例中利用3张纳滤膜设置4个子电泳区。将待分离纯化的壳寡糖样品溶解于去离子水中，沉淀、过滤，形成2g/ml的壳寡糖母液；在靠近阳极20a的子电泳区11内加入上述母液，然后加入去离子水，使得混合均匀后，壳寡糖电泳液浓度为1.25％，溶液体积为10L。其余子电泳区中加入去离子水，各加入10L。通电，通电的电场强度为50V/cm。在分离纯化室10内设3张纳滤膜30，所述纳滤膜30卡接入分离纯化室10内壁凹槽上，所述自阳极20a向阴极20b方向的各纳滤膜30的孔径为1500型、800型、500型，待待靠近阴极20b的子电泳区11的电导率趋于稳定后，从各电泳区的取液阀50取出纯化壳寡糖溶液，经过HPLC检测，自阳极20a向阴极20b方向的各子电泳区11的壳寡糖产品聚合度类型和收率分别为：10-9糖94％，8-5糖94％，4-3糖92％，2糖96％。

实施例4

本实施例中利用3张纳滤膜设置4个子电泳区。将待分离纯化的壳寡糖样品溶解于去离子水中，沉淀、过滤，形成3.4g/ml的壳寡糖母液；在靠近阳极20a的子电泳区11内加入上述母液，然后加入去离子水，使得待混合均匀后，壳寡糖电泳液浓度为2.72％，溶液体积为10L。其余子电泳区中加入去离子水，各加入10L。通电，通电的电场强度为60V/cm。在分离纯化室10内设3张纳滤膜30，所述纳滤膜30卡接入分离纯化室10内壁凹槽上，所述纳滤膜30的孔径为1500型、1000型、800型，待靠近阴极20b的子电泳区11的电导率趋于稳定后，从各电泳区的取液阀50取出纯化壳寡糖溶液，经过喷雾干燥得到壳寡糖产品，经过HPLC检测，自阳极20a向阴极20b方向的各子电泳区11的壳寡糖产品聚合度类型和收率分别为：10-9糖94％，8-7糖95％，6-5糖94％，4-2糖96％。

实施例5

本实施例中利用2张纳滤膜设置3个子电泳区。将待分离纯化的壳寡糖样品溶解于去离子水中，沉淀、过滤，形成6g/ml的壳寡糖母液；在靠近阳极20a的子电泳区11内加入上述母液，然后加入去离子水，使得混合均匀后，壳寡糖电泳液浓度为15％，溶液体积为10L。其余2个子电泳区中加入去离子水，各加入10L。通电，通电的电场强度为80V/cm。在分离纯化室10内设2张纳滤膜30，所述纳滤膜30卡接入分离纯化室10内壁凹槽上，所述纳滤膜30的孔径为1500型、500型，待靠近阴极20b的子电泳区11的电导率趋于稳定后，从各电泳区的取液阀50取出纯化壳寡糖溶液，经过喷雾干燥得到壳寡糖产品，经过HPLC检测，自阳极20a向阴极20b方向的各子电泳区11的壳寡糖产品聚合度类型和收率分别为：10-9糖94％，8-3糖92％，2糖96％。

本发明的壳寡糖分离纯化装置，结构简单，设计合理，分离纯化壳寡糖样品收率高；本发明的壳寡糖分离纯化方法工艺简单，产品收率高，可大批量分离纯化壳寡糖样品，便于大规模生产的实现；同时省去有机试剂的使用，减少废弃有机试剂的排放，降低了环境污染。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。