一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床，包括由20根旋转式色谱柱组成的五个分离区，Ⅰ区的进液口分别与进水存储罐和循环水缓冲罐相连接，Ⅰ区的出液口通过葡萄糖缓冲罐与Ⅱ区的进液口相连接，Ⅱ区的出液口和Ⅲ区的出液口通过中间料缓冲罐与Ⅳ区的进液口相连接，Ⅲ区的进液口与进料罐相连接，Ⅳ区的出液口通过海藻糖缓冲罐与Ⅴ区的进液口相连接，Ⅴ区的出液口与循环水缓冲罐相连接；10号色谱柱进液口处连续进料，在3号和19号色谱柱出液口处分别连续收集葡萄糖溶液和海藻糖溶液。本实用新型所述模拟移动床采用移动床连续色谱分离，并采用特定类型的分离树脂实现海藻糖与葡萄糖之间的完全分离，树脂利用率高。
【专利说明】一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种模拟移动床，特别涉及一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床，属于糖工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]海藻糖是由两个葡萄糖分子通过α，α -1，I键结合而成的非还原性双糖。它广泛存在于细菌、真菌、藻类、低等植物及昆虫中。经研究发现，该糖具有独特的生物学功能，有保护生物大分子，保护细胞膜，保护蛋白质免受冷冻、干燥及渗透压变化等造成的破坏，在食品、医药、化妆品、农业等领域得到广泛应用。
[0003]目前国内外市场对海藻糖的需求不断扩增，其生产技术也在不断追求进步。早期的海藻糖产品主要通过从酵母细胞中提取，产率低，成本高，工艺复杂，限制海藻糖的应用。近年来许多微生物中发现海藻糖合酶，能够一步转化麦芽糖生成海藻糖，该途径不消耗高能物质，不依赖磷酸，且底物麦芽糖价格低，便于获得，与海藻糖相比有较大的价格空间。因此该途径是一条极有工业化前景的途径。
[0004]目前，酶转化法生产海藻糖所获得的酶反应液中除了海藻糖外，还含有麦芽糖、葡萄糖等糖类，此外还有蛋白、色素和金属离子等杂质。因此需要经过系列纯化过程才能得到纯度较高的海藻糖。
[0005]模拟移动床(SMB)色谱分离技术是20世纪60年代发展起来的一种新型现代化学分离技术，在制备色谱技术中最适用于进行连续性大规模工业化生产。SMB技术应用范围也不断扩大，在糖类分离中应用不断得到企业重视。它是利用某种吸附剂对基质吸附性能的差异，通过吸附-洗脱的过程，使性质很相近的几种物质分离，而连续色谱分离技术是以层析为单元，利用逆流、回流等机制，分离效率较一般固定床技术高，此外，连续色谱分离过程能有效的利用填充剂床层，提高质量恒定的产品。
[0006]如中国专利文献CN101961564A (申请号201010255873.9)公开了一种五区模拟移动床色谱分离系统，以色谱柱为操作单元，由I区、II区、III区、IV区和V区组成，I区、
II区与III区依次连接，而IV区与V区连接，但I区与V断开，且III区与IV区断开；其中，I区位于第一个洗脱液入口与循环液出口之间，II区位于循环液出口与原料液入口之间，III区位于原料液入口与第一个产品出口之间，IV区位于第二个洗脱液入口与循环液入口之间，V区则位于循环液入口与第二个产品出口之间。但目前尚未有针对海藻糖和葡萄糖进行分离的模拟移动床。
【发明内容】
[0007]本实用新型针对现有技术的不足，提供一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床。
[0008]本实用新型的技术方案如下:
[0009]一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床，包括由20根旋转式色谱柱组成的五个分离区，I区为I?3号色谱柱串联组成，II区为4?9号色谱柱串联组成，III区为10?11号色谱柱串联组成，IV区为12?19号色谱柱串联组成，V区为20号色谱柱，20号色谱柱采用反接方式，I区的进液口分别与进水存储罐和循环水缓冲罐相连接，I区的出液口通过葡萄糖缓冲罐与II区的进液口相连接，II区的出液口和III区的出液口通过中间料缓冲罐与IV区的进液口相连接，III区的进液口与进料罐相连接，IV区的出液口通过海藻糖缓冲罐与V区的进液口相连接，V区的出液口与循环水缓冲罐相连接；10号色谱柱进液口处连续进料，在3号和19号色谱柱出液口处分别连续收集葡萄糖溶液和海藻糖溶液。
[0010]所述I?20号色谱柱内填充钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂。
[0011]所述I?19号色谱柱转动方向为按进料口视角的顺时针方向转动，20号色谱柱为按进料口视角的逆时针方向转动。
[0012]有益效果
[0013]1、本实用新型所述模拟移动床采用移动床连续色谱分离，并采用特定类型的分离树脂实现海藻糖与葡萄糖之间的完全分离，树脂利用率高；
[0014]2、本实用新型所述模拟移动床可实现生产过程全自动化，劳动强度低，生产场地小，并且生产成本低，分离每立方米混合糖液，仅需要1.8?3立方米水和少量电，生产过程中不需要使用化学品，环境友好。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为模拟移动床的结构示意图；
[0016]其中:1?20为色谱柱，21、葡萄糖缓冲罐，22、中间料缓冲罐，23、海藻糖缓冲罐，24、进料罐，25、循环水缓冲罐，26、进水存储罐。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步阐述，但本实用新型所保护范围不限于此。
[0018]实施例1
[0019]如图1所示的一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床，包括由20根旋转式色谱柱组成的五个分离区，I区为色谱柱1、色谱柱2和色谱柱3串联组成，II区为色谱柱4、色谱柱5、色谱柱6、色谱柱7、色谱柱8和色谱柱9串联组成，III区为色谱柱10、色谱柱11和色谱柱12串联组成，IV区为色谱柱12、色谱柱13、色谱柱14、色谱柱15、色谱柱16、色谱柱17、色谱柱18和色谱柱19串联组成，V区为色谱柱20，色谱柱20采用反接方式，I区的进液口分别与进水存储罐26和循环水缓冲罐25相连接，I区的出液口通过葡萄糖缓冲罐21与II区的进液口相连接，II区的出液口和III区的出液口通过中间料缓冲罐22与IV区的进液口相连接，III区的进液口与进料罐24相连接，IV区的出液口通过海藻糖缓冲罐23与V区的进液口相连接，V区的出液口与循环水缓冲罐25相连接；色谱柱10进液口处连续进料，在色谱柱3和色谱柱19出液口处分别连续收集葡萄糖溶液和海藻糖溶液。
[0020]所述色谱柱I?色谱柱20内均填充钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂，该钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂购自Finex Oy公司。
[0021 ] 所述色谱柱I?色谱柱19转动方向为按进料口视角的顺时针方向转动，色谱柱20为按进料口视角的逆时针方向转动。
[0022]实施例2
[0023]一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床，包括由20根旋转式色谱柱组成的五个分离区，I区为色谱柱1、色谱柱2和色谱柱3串联组成，II区为色谱柱4、色谱柱5、色谱柱6、色谱柱7、色谱柱8和色谱柱9串联组成，III区为色谱柱10、色谱柱11和色谱柱12串联组成，IV区为色谱柱12、色谱柱13、色谱柱14、色谱柱15、色谱柱16、色谱柱17、色谱柱18和色谱柱19串联组成，V区为色谱柱20，色谱柱20采用反接方式，I区的进液口分别与进水存储罐26和循环水缓冲罐25相连接，I区的出液口通过葡萄糖缓冲罐21与II区的进液口相连接，II区的出液口和III区的出液口通过中间料缓冲罐22与IV区的进液口相连接，III区的进液口与进料罐24相连接，IV区的出液口通过海藻糖缓冲罐23与V区的进液口相连接，V区的出液口与循环水缓冲罐25相连接；色谱柱10进液口处连续进料，在色谱柱3和色谱柱19出液口处分别连续收集葡萄糖溶液和海藻糖溶液。
[0024]所述色谱柱I?色谱柱20内均填充钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂，该钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂购自pisolite公司。
[0025]所述色谱柱I?色谱柱19转动方向为按进料口视角的顺时针方向转动，色谱柱20为按进料口视角的逆时针方向转动。
[0026]实施例3
[0027]一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床，包括由20根旋转式色谱柱组成的五个分离区，I区为色谱柱1、色谱柱2和色谱柱3串联组成，II区为色谱柱4、色谱柱5、色谱柱6、色谱柱7、色谱柱8和色谱柱9串联组成，III区为色谱柱10、色谱柱11和色谱柱12串联组成，IV区为色谱柱12、色谱柱13、色谱柱14、色谱柱15、色谱柱16、色谱柱17、色谱柱18和色谱柱19串联组成，V区为色谱柱20，色谱柱20采用反接方式，I区的进液口分别与进水存储罐26和循环水缓冲罐25相连接，I区的出液口通过葡萄糖缓冲罐21与II区的进液口相连接，II区的出液口和III区的出液口通过中间料缓冲罐22与IV区的进液口相连接，III区的进液口与进料罐24相连接，IV区的出液口通过海藻糖缓冲罐23与V区的进液口相连接，V区的出液口与循环水缓冲罐25相连接；色谱柱10进液口处连续进料，在色谱柱3和色谱柱19出液口处分别连续收集葡萄糖溶液和海藻糖溶液。
[0028]所述色谱柱I?色谱柱20内均填充钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂，该钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂购自山东鲁抗立科药物化学有限公司。
[0029]所述色谱柱I?色谱柱19转动方向为按进料口视角的顺时针方向转动，色谱柱20为按进料口视角的逆时针方向转动。
[0030]实验例I
[0031]实验方法如下:
[0032](I)将用海藻糖合酶转化法制得的海藻糖酶反应液加热至100°C，保温10分钟，降温，然后加入糖化酶，糖化酶加入量为24U/ml，调pH4.5，控制糖化温度为60°C，酶解时间8h，然后升温至100°C，保温10分钟，过滤，制得海藻糖粗液；
[0033]海藻糖酶反应液采用中国专利文献CN101831474A (申请号201010137964.2)中的方法制备的发酵液经高压细胞破碎仪破碎、过滤后制得。海藻糖酶反应液中糖成分为麦芽糖、葡萄糖和海藻糖。糖化酶购自诺维信(中国)生物技术有限公司。
[0034](2)向步骤(1)制得的海藻糖粗液中按重量百分比3%的添加量添加活性炭，脱色20分钟，过滤，制得混合液；
[0035](3)将步骤(2)制得的混合液经过离子交换树脂，所述离子交换树脂为阴离子交换树脂(201X7)柱和阳离子交换树脂(001X7)柱以串联的方式分离糖液中的金属离子，糖液在45~50°C，pH4.5~5.5进入离子交换柱，其流速控制在每小时流过树脂的量为树脂体积的3~4倍，当出口液体的电导率大于50 μ s/cm、阳离子交换树脂柱出口液体的pH值恢复到4.0、阴离子交换树脂柱出口液体的pH值降至6~6.5时或阴离子交换树脂柱出口液体透光小于98%时，停止进料，进行再生操作。除去糖液中的金属离子，得到电导率
<50 μ s/cm的葡萄糖海藻糖糖液；
[0036]经检测，葡萄糖海藻糖糖液中总糖浓度为10wt%，其中海藻糖含量占总糖含量的59wt%,葡萄糖占 总糖含量的41wt%。
[0037]所述001\7阳离子树脂购自口111'01;^6公司；201 X 7阴离子树脂购自purolite公司。
[0038](4)步骤(3)制得的葡萄糖海藻糖糖液通过实施例1所述的模拟移动床进行连续色谱分离，流动相为水，分离树脂为钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂。
[0039]模拟移动床操作条件如下:分离温度60°C，系统压力< 0.5Mpa，料液进料量为15.7mL/min，洗脱水进料量为25.5mL/min，步进时间llmin，进料2小时后达到平衡。
[0040]经检测，所得海藻糖溶液中的海藻糖纯度为99wt%，平均质量浓度为43.2g/L ;所得葡萄糖溶液中的海藻糖含量仅为5.4wt%。
[0041]由上述结果可以看出，经过本实用新型模拟移动床分离后，转化糖中的海藻糖与葡萄糖组分得到有效分离。
[0042]试验例2
[0043]实验方法如下:
[0044](I)将用海藻糖合酶转化法制得的海藻糖酶反应液加热至100°C，保温10分钟，降温，然后加入糖化酶，糖化酶加入量为24U/ml，调pH4.2，控制糖化温度为63°C，酶解时间8h，然后升温至100°C，保温10分钟，过滤，制得海藻糖粗液；
[0045]海藻糖酶反应液采用中国专利文献CN101831474A (申请号201010137964.2)中的方法制备的发酵液经高压细胞破碎仪破碎、过滤后制得。海藻糖酶反应液中糖成分为麦芽糖、葡萄糖和海藻糖。糖化酶购自诺维信(中国)生物技术有限公司。
[0046](2)向步骤(1)制得的海藻糖粗液中按重量百分比1%的添加量添加活性炭，脱色20分钟，过滤，制得混合液；
[0047](3)将步骤(2)制得的混合液经过离子交换树脂，所述离子交换树脂为阴离子交换树脂(201X7)柱和阳离子交换树脂(001X7)柱以串联的方式分离糖液中的金属离子，糖液在45~50°C，pH4.5~5.5进入离子交换柱，其流速控制在每小时流过树脂的量为树脂体积的3~4倍，当出口液体的电导率大于50 μ s/cm、阳离子交换树脂柱出口液体的pH值恢复到4.0、阴离子交换树脂柱出口液体的pH值降至6~6.5时或阴离子交换树脂柱出口液体透光小于98%时，停止进料，进行再生操作。除去糖液中的金属离子，得到电导率
<50 μ s/cm的葡萄糖海藻糖糖液；[0048]经检测，葡萄糖海藻糖糖液中总糖浓度为30wt%，其中海藻糖含量占总糖含量的62wt%,葡萄糖占总糖含量的38wt%。
[0049]所述001 X 7阳离子树脂购自purolite公司；201 X 7阴离子树脂购自purolite公司。
[0050](4)步骤(3)制得的葡萄糖海藻糖糖液经真空旋转薄膜蒸发浓缩至糖液质量体积浓度35%，单位g/ml，浓缩温度为110°C，然后通过实施例2所述的模拟移动床进行连续色谱分离，流动相为水，分离树脂为钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂。
[0051]模拟移动床操作条件如下:分离温度60°C，系统压力< l.0Mpa，料液进料量为13.8mL/min,洗脱水进料量为29.9mL/min,步进时间llmin,进料2小时后达到平衡。
[0052]经检测，所得海藻糖溶液中的海藻糖含量为97.6wt%，平均质量浓度为58.lg/L ；所得葡萄糖溶液中的海藻糖含量仅为4wt%。
[0053]实验例3
[0054]一种海藻糖的分离纯化方法，包括如下步骤:
[0055](I)将用海藻糖合酶转化法制得的海藻糖酶反应液加热至100°C，保温10分钟，降温，然后加入糖化酶，糖化酶加入量为24U/ml，调pH4.5，控制糖化温度为65°C，酶解时间8h，然后升温至100°C，保温10分钟，过滤，制得海藻糖粗液；
[0056]海藻糖酶反应液采用中国专利文献CN101831474A (申请号201010137964.2)中的方法制备的发酵液经高压细胞破碎仪破碎、过滤后制得。海藻糖酶反应液中糖成分为麦芽糖、葡萄糖和海藻糖。糖化酶购自诺维信(中国)生物技术有限公司。
[0057](2)向步骤(I)制得的海藻糖粗液中按重量百分比3%的添加量添加活性炭，脱色20分钟，过滤，制得混合液；
[0058](3)将步骤(2)制得的混合液经过离子交换树脂，所述离子交换树脂为阴离子交换树脂(201X7)柱和阳离子交换树脂(001X7)柱以串联的方式分离糖液中的金属离子，糖液在45?50°C，pH4.5?5.5进入离子交换柱，其流速控制在每小时流过树脂的量为树脂体积的3?4倍，当出口液体的电导率大于50 μ s/cm、阳离子交换树脂柱出口液体的pH值恢复到4.0、阴离子交换树脂柱出口液体的pH值降至6?6.5时或阴离子交换树脂柱出口液体透光小于98%时，停止进料，进行再生操作。除去糖液中的金属离子，得到电导率
<50 μ s/cm的葡萄糖海藻糖糖液；
[0059]经检测，葡萄糖海藻糖糖液中总糖浓度为30wt%，其中海藻糖含量占总糖含量的63wt%,葡萄糖占总糖含量的37wt%。
[0060]所述001 X 7阳离子树脂购自purolite公司；201 X 7阴离子树脂购自purolite公司。
[0061](4)步骤(3)制得的葡萄糖海藻糖糖液经真空旋转薄膜蒸发浓缩至糖液质量体积浓度55wt%，单位g/ml，浓缩温度为110°C，然后通过模拟移动床进行连续色谱分离，流动相为水，分离树脂为钙离子型聚体乙烯系凝胶型强酸阳离子交换树脂。
[0062]模拟移动床操作条件如下:分离温度60°C，系统压力< l.0Mpa，料液进料量为
11.6mL/min,洗脱水进料量为25.lmL/min,步进时间llmin,进料2小时后达到平衡。
[0063]经检测，所得海藻糖溶液中的海藻糖含量为89wt%，平均质量浓度为143g/L，所得葡萄糖溶液中的海藻糖含量为9wt%。
【权利要求】
1.一种分离纯化海藻糖与葡萄糖的模拟移动床，其特征在于，包括由20根旋转式色谱柱组成的五个分离区，I区为I?3号色谱柱串联组成，II区为4?9号色谱柱串联组成，III区为10?11号色谱柱串联组成，IV区为12?19号色谱柱串联组成，V区为20号色谱柱，20号色谱柱采用反接方式，I区的进液口分别与进水存储罐和循环水缓冲罐相连接，I区的出液口通过葡萄糖缓冲罐与II区的进液口相连接，II区的出液口和III区的出液口通过中间料缓冲罐与IV区的进液口相连接，III区的进液口与进料罐相连接，IV区的出液口通过海藻糖缓冲罐与V区的进液口相连接，V区的出液口与循环水缓冲罐相连接；10号色谱柱进液口处连续进料，在3号和19号色谱柱出液口处分别连续收集葡萄糖溶液和海藻糖溶液。
2.如权利要求1所述的模拟移动床，其特征在于，所述I?19号色谱柱转动方向为按进料口视角的顺时针方向转动，20号色谱柱为按进料口视角的逆时针方向转动。
【文档编号】B01D15/36GK203483914SQ201320504144
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】王腾飞, 王瑞明, 李丕武 申请人:齐鲁工业大学