CN105461761B - 一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法。该方法先将全脱乙酰化壳寡糖进行醇沉、溶解过滤；之后用离子交换色谱柱SP Sepharose HP以0‑3M浓度的NaCl溶液在2‑8mL/min的流速下进行分离，同时进行紫外在线检测，按紫外吸收峰收集组分，最后用凝胶柱Sephadex G10以去离子水为缓冲液进行脱盐，通过紫外吸收和电导率在线检测收集无盐组分，冷冻干燥，即得到产品，所制备的全脱乙酰化壳单体纯度均大于90％。本发明首次采用紫外检测器对壳寡糖的分离过程进行在线监测，配合采用离子交换色谱分离，节省时间，减少人力物力投入，有利于进一步放大生产，使用凝胶柱对组分进行脱盐处理，在线检测寡糖与盐含量，具有流速快、步骤简单、效率高等特点。

Description

一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备 方法

技术领域

本发明涉及壳寡糖制备领域。更具体地，涉及一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法。

背景技术

壳聚糖由氨基葡糖或乙酰氨基葡萄糖残基通过β-1,4糖苷键连接而成，是一种天然存在的线性多糖，由于其安全性、生物相容性、可降解性等优良性能，目前已被广泛应用于食品、医药、农业、废水处理、生物材料等领域。壳寡糖是壳聚糖的降解产物，聚合度在2-20范围内，由于分子量低，水溶性大大增加，更易被生物体吸收，因而表现出比壳聚糖更优越的生理活性。2014年4月16日国家卫生计生委将壳寡糖列为新的食品添加剂。近年来，壳寡糖及其衍生物被报道具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、增强免疫、抗炎止血、增强骨骼等多种生理作用，有很大的潜在药物应用价值。

迄今为止，报道的壳寡糖的生物活性实验大部分都是采用壳寡糖混合物进行的，很难明确具体是哪个或哪些壳寡糖分子在生物活性试验中起作用。因此，为了进一步研究壳寡糖的生物活性，从壳寡糖混合物中分离得到带有单一聚合度和确定脱乙酰度的壳寡糖是十分必要的。目前，有多种方法分离壳寡糖得到不同聚合度的壳寡糖单体，如凝胶色谱[CN 102174064 A]，离子交换色谱[CN 102653569 A]，亲和色谱等，然而无论哪种分离方式，洗脱曲线的绘制均通过小体积收集组分，添加化学试剂显色，测定吸光度来确定寡糖含量或者通过TLC点板显色，然后合并组分，进行后续处理。整个过程一需要接数百个组分，进行数百个显色反应，过程繁琐，方式僵硬，浪费时间，人力和物力；另一方面，在扩展到不同的批次的分离生产时，则不能保证准确度，不能实现连续生产，生产速率低，影响后续实验进程。故快速、简便、易于扩大生产的壳寡糖的分离技术对于推动壳寡糖行业的基础研究和应用研究有着重要意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法。

本发明还提供了一种采用上述方法制备得到的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体。采用本发明方法得到的壳寡糖利用HPLC检测其纯度，其中全脱乙酰化壳二糖至壳六糖纯度大于90％。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，包括如下制备步骤：

1)选取分子量<1000的全脱乙酰化壳寡糖进行醇沉、冷冻干燥、溶解过滤处理；

2)将溶解过滤处理后的全脱乙酰化壳寡糖用离子交换色谱柱SP Sepharose HP以0-3M浓度的NaCl溶液在2-8mL/min的流速下进行分离，进行紫外吸收在线检测，按峰值小体积收集组分，合并峰尖位置收集的组分并进行浓缩；

3)将浓缩后的组分用凝胶柱Sephadex G10以去离子水为缓冲液在4-12ml/min的流速下进行脱盐，通过紫外在线检测糖含量，通过电导在线检测脱盐程度，收集脱盐组分，将组分冷冻干燥，即得到单一聚合度的全脱乙酰化壳寡糖。

优选地，步骤1)中，醇沉处理是指将全脱乙酰化壳寡糖溶于去离子水，加入乙醇进行沉淀，沉淀后过滤，去除聚合度>6的高聚合度壳寡糖(离子交换色谱柱对高聚合度壳寡糖分离效果不好)，提高分离效率。将滤液冷冻干燥待用。

优选地，步骤1)中，醇沉处理过程加入的乙醇体积为全脱乙酰化壳寡糖溶液的3-5倍。

优选地，步骤1)中，溶解过滤处理是指将醇沉处理后的全脱乙酰化壳寡糖在酸性缓冲液中溶解，而后用微孔滤膜过滤除菌后待用。

优选地，步骤1)中，所述缓冲溶液的pH为3-6的醋酸-醋酸钠溶液。壳寡糖在酸性条件下，氨基带正电荷，使其能被阳离子交换柱吸附。

优选地，步骤1)中，所述微孔滤膜的孔径为0.45μm。

优选地，步骤2)及步骤3)中，所述紫外吸收在线检测的检测波长为190-220nm。选择此波长范围，是因为壳寡糖在这个范围内存在较强的吸收峰。

优选地，步骤3)中，所述单一聚合度的全脱乙酰化壳寡糖的结构式如式(1)所示，其中，n为2、3、4、5或6。

进一步地，本发明还公开了采用上述的制备方法制备得到的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体，所述单体的纯度大于90％。

现有技术中，中国专利CN 102653569 A公开的内容与本申请最为接近。但是，与CN102653569 A相比，本申请首次采用紫外检测器对壳寡糖的分离过程进行在线监测，仪器显示的紫外吸收曲线图谱即为洗脱曲线，根据曲线收集组分，直观精准，方便灵活且节省时间。无需像以往方法，对全部分离溶液进行小体积收集，然后每一小管取少量样品添加显色试剂，在沸水浴中加热显色，测紫外吸收。用得到的数百个紫外吸收数值，绘制洗大致的脱曲线，最后根据洗脱曲线，合并峰尖位置收集管内组分。同理，使用凝胶脱盐处理时，亦可简单直观的知道糖组分出现的时间和脱盐状况。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用离子交换色谱分离得到高纯度的单一聚合度系列壳寡糖(二糖至六糖)，具有流速快、分辨率高、分离步骤少等特点。

2、本发明首次采用紫外检测器对壳寡糖的分离过程进行在线监测，方便灵活，节省时间，减少人力物力投入，有利于进一步放大生产。

3、本发明使用凝胶柱对组分进行脱盐处理，同时检测寡糖与盐含量，具有流速快、步骤简单、效率高等特点。

4、本发明采用本发明方法得到的壳寡糖利用HPLC检测其纯度，其中全脱乙酰化壳二糖至壳六糖纯度均大于90％。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例1中阳离子交换色谱柱的洗脱曲线。

图2示出五个分离组分与壳寡糖标准样品的HPLC对比图。

图3A-E示出本发明实施例方法制备得到的分离组分单一聚合度的全脱乙酰化壳寡糖的HPLC谱图，其中图3A为组分1的谱图，主要成分为壳二糖，图3B为组分2的谱图，主要成分为壳三糖，图3C为组分3的谱图，主要成分为壳四糖，图3D组分4的谱图，主要成分为壳五糖,图3E组分4的谱图，主要成分为壳六糖。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

取10g全脱乙酰化壳寡糖(分子量<1000)溶于去离子水150ml，加入4倍体积的乙醇进行沉淀，沉淀后过滤，滤液浓缩后进行冷冻干燥得到粉体。

将所得到的粉体用pH为4的醋酸缓冲液溶解后，经孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤后，用阳离子交换色谱柱SP Sepharose HP在AKTA avant 150蛋白分离系统上进行分离，以1M浓度的NaCl溶液，在2mL/min的流速下进行洗脱，通过在线检测190nm处的紫外吸收，按峰收集组分：峰值>100mAU，每只收集管的收集体积为2ml。根据曲线图合并在峰尖附近的组分，具体洗脱位置分别为9.84cV、11.83cV、14.36cV、17.10cV和19.74cV。

将所得组分依次浓缩后，用凝胶柱Sephadex G10以去离子水为缓冲液在5ml/min的流速下依次进行脱盐，通过190nm紫外吸收在线检测糖含量，通过电导率在线检测脱盐程度，按峰收集：峰值>150mAU，每只收集管的收集体积为1ml。合并峰尖处的收集管组分，最后将组分依次冷冻干燥，即得到单一聚合度全脱乙酰化壳寡糖，其结构如下所示，n为2、3、4、5或6。

实施例2

取15g全脱乙酰化壳寡糖(分子量<1000)溶于去离子水150ml，加入5倍体积的乙醇进行沉淀，沉淀后过滤，滤液浓缩后进行冷冻干燥得到粉体。

将所得到的粉体用pH为5的醋酸缓冲液溶解后，经孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤后，用阳离子交换色谱柱SP Sepharose HP在AKTA avant 150蛋白分离系统上进行分离，以2M浓度的NaCl溶液，在5mL/min的流速下进行洗脱，通过在线检测200nm处的紫外吸收，按峰收集组分：峰值>120mAU，每只收集管的收集体积为1.5ml。根据曲线图合并在峰尖附近的组分，具体洗脱位置分别为10.12cV、12.77cV、15.41cV、18.36cV和21.55cV。如附图1所示，为该实施例阳离子交换色谱柱的洗脱曲线。

将所得组分依次溶缩后，用凝胶柱Sephadex G10以去离子水为缓冲液在9ml/min的流速下依次进行脱盐，通过210nm紫外吸收在线检测糖含量，通过电导率在线检测脱盐程度，收集无盐组分：峰值>150mAU，每只收集管的收集体积为1ml。合并峰尖处的收集管组分，最后将组分依次冷冻干燥，即得到单一聚合度全脱乙酰化壳寡糖，其结构如下所示，n为2、3、4、5或6。

实施例3

取20g全脱乙酰化壳寡糖(分子量<1000)溶于去离子水200ml，加入3倍体积的乙醇进行沉淀，沉淀后过滤，滤液浓缩后进行冷冻干燥得到粉体。

将所得到的粉体用pH为6的醋酸缓冲液溶解后，经孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤后，用阳离子交换色谱柱SP Sepharose HP在AKTA avant 150蛋白分离系统上进行分离，以3M浓度的NaCl溶液，在8mL/min的流速下进行洗脱，通过在线检测220nm处的紫外吸收，按峰收集组分：峰值>140mAU，每只收集管的收集体积为1.0ml。根据曲线图合并在峰尖附近的组分，具体洗脱位置分别为9.57cV、11.93cV、14.17cV、16.32cV和19.03cV。

将所得组分依次溶缩后，用凝胶柱Sephadex G10以去离子水为缓冲液在10ml/min的流速下依次进行脱盐，通过220nm紫外吸收在线检测糖含量，通过电导率在线检测脱盐程度，收集无盐组分：峰值>150mAU，每只收集管的收集体积为1ml。合并峰尖处的收集管组分，最后将组分依次冷冻干燥，即得到单一聚合度全脱乙酰化壳寡糖，其结构如下所示，n为2、3、4、5或6。

实施例4

取10g全脱乙酰化壳寡糖(分子量<1000)溶于去离子水150ml，加入4倍体积的乙醇进行沉淀，沉淀后过滤，滤液浓缩后进行冷冻干燥得到粉体。

将所得到的粉体用pH为5的醋酸缓冲液溶解后，经孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤后，用阳离子交换色谱柱SP Sepharose HP在AKTA avant 150蛋白分离系统上进行分离，以1M浓度的NaCl溶液，在2mL/min的流速下进行洗脱，通过在线检测220nm处的紫外吸收，按峰收集组分：峰值>150mAU，每只收集管的收集体积为0.5ml。根据曲线图合并在峰尖附近的组分。

将所得组分依次溶缩后，用凝胶柱Sephadex G10以去离子水为缓冲液在10ml/min的流速下依次进行脱盐，通过220nm紫外吸收在线检测糖含量，通过电导率在线检测脱盐程度，收集无盐组分：峰值>150mAU，每只收集管的收集体积为1ml。合并峰尖处的收集管组分，最后将组依次分冷冻干燥，即得到单一聚合度全脱乙酰化壳寡糖，其结构如下所示，n为2、3、4、5或6。

实施例5

将本发明实施例1所制备的单一聚合度全脱乙酰化壳寡糖分别利用HPCL检测其纯度，其检测结果如图2和图3A-E所示。图2示出五个分离组分与壳寡糖标准样品的HPLC对比图。图3A-E示出本发明实施例方法制备得到的分离组分单一聚合度的全脱乙酰化壳寡糖的HPLC谱图，其中图3A为组分1的谱图，主要成分为壳二糖，图3B为组分2的谱图，主要成分为壳三糖，图3C为组分3的谱图，主要成分为壳四糖，图3D组分4的谱图，主要成分为壳五糖,图3E组分4的谱图，主要成分为壳六糖。

将本申请的技术方案与现有技术中相关的对比文件进行比较，其分离方法和效果的对比如表1所示：

表1 本发明与对比文件的分离方法及效果对比

表中的文件出处如下：

[1]Ji,Z.；Jiang,X.；Li,X.；Li,Y.；Chen,S.,Preparation of pentamer-to-heptamer chitooligosaccharides by hydrochloric acidic degradation ofchitosan.Journal of Shanghai Ocean University 2013,22(4),634-640.

[2]Wei,X.L.；Wang,Y.F.；Xiao,J.B.；Xia,W.S.,Separation ofchitooligosaccharides and the potent effects on gene expression of cellsurface receptor CR3.International Journal of Biological Macromolecules 2009,45(4),432-436.

[3]Li,K.C.；Xing,R.G.；Liu,S.；Li,R.F.；Qin,Y.K.；Meng,X.T.；Li,P.C.,Separation of chito-oligomers with several degrees of polymerization andstudy of their antioxidant activity.Carbohydrate Polymers 2012,88(3),896-903.

[4]Li,K.C.；Liu,S.；Xing,R.G.；Yu,H.H.；Qin,Y.K.；Li,R.F.；Li,P.C.,High-resolution separation of homogeneous Chitooligosaccharides series from2-mersto 7-mers by ion-exchange chromatography.J.Sep.Sci.2013,36(7),1275-1282.

[5]Le Devedec,F.；Bazinet,L.；Furtos,A.；Venne,K.；Brunet,S.；Mateescu,M.A.,Separation of chitosan oligomers by immobilized metal affinitychromatography.J.Chromatogr.A2008,1194(2),165-171.

[6]李鹏程，李克成，邢荣娥等，一种单一聚合度壳寡糖制备方法，中国专利CN102653569 A。

通过表1的比较可以得出，本申请采用紫外检测器对壳寡糖的分离过程进行在线监测，直观精准，方便灵活且节省时间。仪器显示的紫外吸收曲线图谱即为洗脱曲线，分离过程根据曲线收集组分。无需像以往方法，必须对全部分离溶液进行小体积收集，然后每一小管取少量样品添加显色试剂，在沸水浴中加热显色，测紫外吸收。用得到的数百个紫外吸收数值，绘制洗大致的脱曲线，最后根据洗脱曲线，合并峰尖位置收集管内组分。同理，使用凝胶脱盐处理时，亦可简单直观的知道糖组分出现的时间和脱盐状况。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

1）选取分子量<1000的全脱乙酰化壳寡糖进行醇沉、冷冻干燥、溶解过滤处理；

2）将溶解过滤处理后的全脱乙酰化壳寡糖用离子交换色谱柱SP Sepharose HP 以0-3M 浓度的NaCl溶液在2-8 mL/min 的流速下进行分离，进行紫外吸收在线检测，按峰值小体积收集组分，合并峰尖位置收集的组分并进行浓缩；

3）将浓缩后的组分用凝胶柱Sephadex G10以去离子水为缓冲液在4-12 ml/min的流速下进行脱盐，通过紫外在线检测糖含量，通过电导在线检测脱盐程度，收集脱盐组分，将组分冷冻干燥，即得到单一聚合度的全脱乙酰化壳寡糖。

2.根据权利要求1所述的一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，其特征在于：步骤1）中，醇沉处理是指将全脱乙酰化壳寡糖溶于去离子水，加入乙醇进行沉淀，沉淀后过滤，将滤液冷冻干燥待用。

3.根据权利要求2所述的一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，其特征在于：步骤1）中，醇沉处理过程加入的乙醇体积为全脱乙酰化壳寡糖溶液的3-5倍。

4.根据权利要求1所述的一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，其特征在于：步骤1）中，溶解过滤处理是指将醇沉处理后的全脱乙酰化壳寡糖在缓冲溶液中溶解，而后用微孔滤膜过滤后待用。

5.根据权利要求4所述的一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述缓冲溶液为pH为 3-6的醋酸-醋酸钠溶液。

6.根据权利要求4所述的一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述微孔滤膜的孔径为0.45μm。

7.根据权利要求1所述的一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，其特征在于：步骤2）及步骤3）中，所述紫外吸收在线检测的检测波长为190-220nm。

8.根据权利要求1所述的一种可在线检测的全脱乙酰化壳寡糖不同聚合度单体的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述单一聚合度的全脱乙酰化壳寡糖的结构式如式（1）所示，其中，n为2、3、4、5或6；

式（1）。