CN103990440A - 一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，包括以下步骤：将葡聚糖加入水中加热搅拌溶解后，加入氢氧化钠水溶液得到碱性葡聚糖溶液；将交联剂加入油相中加热搅拌溶解；将碱性葡聚糖溶液快速加入所述油相中，加热并剧烈搅拌得到粒径为20～120um，尺寸均一的乳滴，将环氧氯丙烷缓慢滴加入乳液中反应后，快速冷却降温后用甲苯和甲醇清洗，得到葡聚糖分离纯化介质。本发明只需一步反应，显著减少影响因素，反应过程容易控制，提高了介质的多孔性和粒度的均一性，增加了静态吸附载量，加快了传质速率从而提高了纯化分离效率；且质的制备工艺简单稳定，适合大规模生产；本发明制备方法采用的介质的制备所需原材料更少更便宜，大降低了生产成本。

Description

一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法

技术领域

本发明涉及一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，属于生物分离纯化领域。

背景技术

目前在生物分离纯化领域，生物分离纯化介质严重依靠国外引进，我国生物产业却面临着受制于国外厂商的尴尬局面，这意味着我国具有战略意义的生物产业，其命脉却掌握在别国手中，因此发展产业化的生物分离纯化技术和产品具有必要性和迫切性。而分离纯化技术中，介质是影响纯化分离结果的根本因素。介质的优化设计通常需要兼顾静态吸附能力、传质速率和流动特性。然而，在多种情况下，固定相特性以相反的方式影响着这些性质，葡聚糖介质是由直链的葡聚糖分子和环氧丙烷交联而成的具有多孔网状结构的高分子珠状物化合物，含有大量的羟基,亲水性强。

现有技术中生产葡聚糖介质是利用反相悬浮聚合法制备具有凝胶孔、珠状结构的壳聚糖骨架，包括以下反应步骤：第一步反应：在搅拌下，将壳聚糖的乙酸溶液分散于液体石蜡中，在制孔剂环己烷和少许span80存在下，形成壳聚糖微粒；然后在交联剂戊二醛的作用下，壳聚糖微粒进一步交联形成壳聚糖骨架；第二步骤反应：再将壳聚糖骨架进行溶胀处理；然后在DMSO/NaOH混合液中，壳聚糖骨架上的羟基与环氧氯丙烷反应，在壳聚糖骨架上引入环氧基，得到接枝后的壳聚糖骨架的分离介质。

上述技术的缺点是上述的制备方法分两步反应，反应过程繁琐复杂，各物质浓度、温度、PH、搅拌时间、清洗溶液等影响因素过多，无法得到高多孔性和高粒度均一性的介质，且所需原材料过多且昂贵，严重增加了生产成本，现有技术中油相为:液体石蜡9300元/吨、环己烷11500元/吨、戊二醛28000元/吨、二甲基亚砜10800元/吨。该反应过程对设备及过程控制较为严格，只适合实验室级别制备，不易放大至生产线规模生产等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，克服现有技术中反应过程复杂，影响因素过多，难以得到高多孔性数据，高粒度均一性的葡聚糖分离纯化介质，且制备成本较高。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，将葡聚糖加入水中加热搅拌溶解后，加入氢氧化钠水溶液得到碱性葡聚糖溶液；

步骤(2)，将交联剂加入油相中加热搅拌溶解；

步骤(3)，将碱性葡聚糖溶液快速加入所述油相中，加热并剧烈搅拌得到粒径为20～120um，尺寸均一的乳滴，将环氧氯丙烷缓慢滴加入乳液中反应后，快速冷却降温后用甲苯和甲醇清洗，得到葡聚糖分离纯化介质。

本发明的有益效果是：本发明只需一步反应过程，显著减少影响因素，反应过程容易控制，提高了介质的多孔性和粒度的均一性，增加了静态吸附载量，加快了传质速率从而提高了纯化分离效率；且质的制备工艺简单稳定，适合大规模生产；本发明制备方法采用的介质的制备所需原材料更少更便宜(二氯乙烷3800元/吨左右)，大大降低了生产成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤(1)及步骤(2)所述加热搅拌的加热温度为50～100℃，搅拌速度为200～500rpm。

进一步，所述一种氢氧化钠水溶液浓度为50％。

进一步，步骤(1)所述葡聚糖：水：50％NaOH质量比范围1:1:1～100:100:1。

进一步，步骤(2)所述交联剂：油相质量比范围1:1～1:100。

进一步，步骤(3)所述环氧氯丙烷：油相质量比范围1:1～1:100。

进一步，步骤(3)所述加热搅拌的加热温度为50～100℃，搅拌速度为700～1000rpm。

进一步，所述葡聚糖：油相：交联剂：环氧氯丙烷质量比为1:1:1:1～100:1000:10:10。所述葡聚糖：油相：交联剂：环氧氯丙烷最佳质量比例范围为1:10:1:1～50:100:1:10。

采用上述进一步方案的有益效果是提高了葡聚糖介质的粒度的均一性和孔径数量及孔径大小，加快了传质速率从而提高了纯化分离效率。

进一步，所述油相为二氯乙烷、环己烷、甲苯等。

进一步，所述交联剂为纤维素酯和/或纤维素醚。优选羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、丁酸纤维素、丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、甲基纤维素等

附图说明

图1为葡聚糖生物分离纯化介质的制备流程；

图2为葡聚糖生物分离纯化介质的扫描电镜图；

图3为实施例1制备的葡聚糖生物分离纯化介质的粒度分析照片；

图4为实施例1制备的葡聚糖生物分离纯化介质的高聚光镜数码显微镜照片；

图5为实施例1制备的葡聚糖生物分离纯化介质的低聚光镜数码显微镜照片；

图6为实施例2制备的葡聚糖生物分离纯化介质的粒度分析照片；

图7为实施例2制备的葡聚糖生物分离纯化介质的高聚光镜数码显微镜照片；

图8为实施例2制备的葡聚糖生物分离纯化介质的低聚光镜数码显微镜照片；

图9为实施例3制备的葡聚糖生物分离纯化介质的粒度分析照片；

图10为实施例3制备的葡聚糖生物分离纯化介质的高聚光镜数码显微镜照片；

图11为实施例3制备的葡聚糖生物分离纯化介质的低聚光镜数码显微镜照片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，如图1所示，具体步骤说明如下：

(1)称取一定量的葡聚糖加入到去离子水中，加热至50～100℃，200～500rpm搅拌溶解16～24h，加入50％NaOH溶液250g，200～500rpm搅拌1h，所述葡聚糖：水：50％NaOH质量比范围1:1:1～100:100:1；

(2)称取交联剂加入到的油相中，交联剂：油相质量比范围1:1～1:100，加热至50～100℃，200～500rpm搅拌溶解16～24h，将步骤(1)中碱性葡聚糖溶液快速加入至上述的油相中，称取环氧氯丙烷向油相中缓慢滴加2～5h，其中环氧氯丙烷：油相质量比范围1:1～1:100，加热至50～100℃，700～1000rpm剧烈搅拌2～5h，取样放入4℃～8℃冰水中凝固成型，在粒度分析仪和数码显微镜下分别检测葡聚糖介质粒度观察外观圆度及孔径，介质粒度要求范围为20～120um。停止加热，降低转速为100～200rpm，用4～8℃冰水在油相反应器外壁快速冷却降温至23℃以下，将葡聚糖介质转移至微孔玻璃漏斗中用真空泵抽滤，分别用10～20升的甲苯和甲醇溶液清洗，在真空旋转蒸馏器中加热抽干后得到干粉状态的葡聚糖生物分离纯化介质，筛分后分别于干净瓶装室温避光保存。分开液体蒸馏回收油相、甲苯和甲醇溶液，方便下次重复利用，具体蒸馏参数：温度为50～90℃，旋转转速为20～100转/分钟，循环水温为4～8℃，蒸馏时间为30～600分钟。扫描电镜图如图2所示，说明本发明的葡聚糖分离纯化介质的高度多孔性，有着较高的静态吸附载量、较快传质速率和流动特性。

实施例1

称取3000g的葡聚糖加入到4000g的去离子水中，加热至50℃，400rpm搅拌溶解20h，加入50％NaOH溶液250g，500rpm搅拌1h；称取70g的乙酸纤维素入到6000g的二氯乙烷中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解20h，将葡聚糖溶液快速加入至二氯乙烷中，称取600g的环氧氯丙烷溶液向二氯乙烷中缓慢滴加3h，加热至50℃，900rpm剧烈搅拌3h，取样放入4℃冰水中凝固成型，在粒度分析仪和数码显微镜下分别检测葡聚糖介质粒度和外观圆度及孔径等。停止加热，降低转速为200rpm，用4℃冰水在油相反应器外壁快速冷却降温至23℃以下，将葡聚糖介质转移至微孔玻璃漏斗中用真空泵抽滤，分别清洗10～20升的甲苯和甲醇溶液，真空旋转蒸馏器中加热抽干后得到干粉状态的葡聚糖生物分离纯化介质，筛分后分别于干净瓶装室温避光保存。分开液体蒸馏回收油相、甲苯和甲醇溶液，方便下次重复利用。

实施例1制备的葡聚糖生物分离纯化介质，其粒度分析检测的结果如图3所示，主峰宽为18～100um，小峰为8～18um，平均粒度为39.43um，峰值为43um，线性流速检测结果为35ml/min。

实施例2

称取1500g的葡聚糖加入到3000g的去离子水中，加热至50℃，400rpm搅拌溶解20h，加入50％NaOH溶液250g，500rpm搅拌1h；称取70g的乙酸纤维素加入到3500g的二氯乙烷中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解20h，将葡聚糖溶液快速加入至二氯乙烷中，称取350g的环氧氯丙烷溶液向二氯乙烷中缓慢滴加3h，加热至50℃，900rpm剧烈搅拌3h，取样放入4℃冰水中凝固成型，在粒度分析仪和数码显微镜下分别检测葡聚糖介质粒度和外观圆度及孔径等。停止加热，降低转速为200rpm，用4℃冰水在油相反应器外壁快速冷却降温至23℃以下，将葡聚糖介质转移至微孔玻璃漏斗中用真空泵抽滤，分别清洗10～20升的甲苯和甲醇溶液，真空旋转蒸馏器中加热抽干后得到干粉状态的葡聚糖生物分离纯化介质，筛分后分别于干净瓶装室温避光保存。分开蒸馏回收油相、甲苯和甲醇溶液，方便下次重复利用。

实施例2制备的葡聚糖生物分离纯化介质，其粒度分析检测的结果如图6所示，有且仅有一个主峰，宽为24～120um，平均粒度为65.63um，峰值为78um，线性流速检测结果为43ml/min。

实施例3

称取100g的葡聚糖加入到200g的水中，加热至50℃，400rpm搅拌溶解20h，加入50％NaOH溶液250g，500rpm搅拌1h；称取70g的乙酸纤维素加入到1000g的二氯乙烷中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解20h，将葡聚糖溶液快速加入至二氯乙烷中，称取100g的环氧氯丙烷溶液向二氯乙烷中缓慢滴加3h，加热至50℃，900rpm剧烈搅拌3h，取样放入4℃冰水中凝固成型，在粒度分析仪和数码显微镜下分别检测葡聚糖介质粒度和外观圆度及孔径等。停止加热，降低转速为200rpm，用4℃冰水在油相反应器外壁快速冷却降温至23℃以下，将葡聚糖介质转移至微孔玻璃漏斗中用真空泵抽滤，分别清洗10～20升的甲苯和甲醇溶液，真空旋转蒸馏器中加热抽干后得到干粉状态的葡聚糖生物分离纯化介质，筛分后分别于干净瓶装室温避光保存。分开蒸馏回收油相、甲苯和甲醇溶液，方便下次重复利用。

实施例3制备的葡聚糖生物分离纯化介质，其粒度分析检测的结果如图9所示，有且仅有一个主峰，峰宽为20～120um，平均粒度为61.79um，峰值为71um，线性流速检测结果为38ml/min。

通过对实施例1、2、3的图3、图6、图9粒度分布图的分析，制备的葡聚糖介质粒度主峰的峰窄、峰高尖且对称性高，表明粒度均一性高，对实施例1、2、3的图4、5、7、8、10、11的数码显微镜照片的分析，可以直观看到介质内部的孔径及其大小，外观圆度规则，表面孔径凹凸多，表明介质的高多孔性和传质速率。且从实施例结果显现实施例2制备的葡聚糖介质粒度均一性、多孔性和最传质速率显著优于实施例1和实施例3。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，将葡聚糖加入水中加热搅拌溶解后，加入氢氧化钠水溶液得到碱性葡聚糖溶液；

步骤(2)，将交联剂加入油相中加热搅拌溶解；

步骤(3)，将碱性葡聚糖溶液快速加入所述油相中，加热并剧烈搅拌得到粒径为20～120um，尺寸均一的乳滴，将环氧氯丙烷缓慢滴加入乳液中反应后，快速冷却降温后用甲苯和甲醇清洗，得到葡聚糖分离纯化介质。

2.根据权利要求1所述一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)及步骤(2)所述加热搅拌的加热温度为50～100℃，搅拌速度为200～500rpm。

3.根据权利要求1一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠水溶液质量浓度为50％。

4.根据权利要求2一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述葡聚糖：水：50w％NaOH质量比范围1:1:1～100:100:1。

5.根据权利要求1一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述交联剂：油相质量比范围1:1～1:100。

6.根据权利要求1一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述环氧氯丙烷：油相质量比范围1:1～1:100。

7.根据权利要求1一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述加热搅拌的加热温度为50～100℃，搅拌速度为700～1000rpm。

8.根据权利要求1一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，所述葡聚糖：油相：交联剂：环氧氯丙烷质量比为1:1:1:1～100:1000:10:10。

9.根据权利要求1至8任一项一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，所述油相为二氯乙烷、环己烷、甲苯。

10.根据权利要求1至8任一项一种葡聚糖生物分离纯化介质的制备方法，其特征在于，所述交联剂为纤维素酯和/或纤维素醚。