CN110804078A - 一种甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法 - Google Patents

Abstract

本公开属于甘油葡萄糖苷脱色技术领域。具体涉及一种甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法。发明人在先专利提供了一种通过微藻制备甘油葡萄糖苷并进行纯化的方法，所述方法包括膜处理及深度脱色步骤，该纯化方法对于小分子色素的吸附效率较低，难以满足一定情况下的生产需求。针对该技术问题，本公开提供了一种更为高效的色素脱除方法，包括采用膜处理设备进行初步脱色及硅碳类树脂吸附材料进行深度脱色。经本公开研究表明，采用上述树脂类材料对色素进行吸附能够有效提高对小分子色素的吸附效果，通过吸附材料具有良好的回收率，应用于工业生产，具有显著的经济意义。

Description

一种甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法

技术领域

本公开属于甘油葡萄糖苷脱色技术领域，具体涉及一种对微藻低渗萃取液中的甘油葡萄糖苷进行深度脱色纯化的方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

甘油葡萄糖苷(Glucosylglycerol,GG)是一类由甘油分子和葡萄糖分子通过糖苷键连接而形成的糖苷类化合物，具有保湿、抗氧化功能，可作为化妆品添加剂使用，也可用于蛋白药物等的长期保存。自然界中的甘油葡萄糖苷根据立体构型(α和β)和糖苷键连接位置的不同，存在6种不同的立体结构。有研究证明，2-α构型GG分子在皮肤保湿、预防龋齿、α-葡萄糖苷酶抑制剂及有助于大分子稳定、抑制脂肪细胞内中性脂的累积、抗过敏及抗癌等方面有显著功效，在化妆品、医药及食品行业应用前景广阔。

传统的甘油葡萄糖苷主要生产方法为化学法及酶法，发明人研究团队提出了采用微藻生产甘油葡萄糖苷，可以实现从二氧化碳到甘油葡萄糖苷产品在同一细胞内的直接转化，具有高转化效率和低碳排放的特点，是一种高产能的生产方法。发明人研究团队已经建立了户外养殖螺旋藻生产甘油葡萄糖苷的方法，并用低渗萃取法使富集在胞内的甘油葡萄糖分泌至胞外获得萃取液。采用该方法生产得到的甘油葡萄糖苷中主要杂质成分为无机盐及色素，针对未来甘油葡萄糖苷规模化应用的纯度需要，发明人在专利CN108864218A中提供了一种纯化甘油葡糖苷的方法，通过低渗溶液萃取微藻，通过膜浓缩及树脂吸附对萃取液中的盐分及色素成分进行去除、浓缩纯化其中的甘油葡萄糖苷。通过进一步研究发明人发现，上述方法中，膜分离过程可以去除萃取液中的大分子色素(去除率99％以上)，但这一过程会造成甘油葡萄糖苷的部分损失，并且萃取液中还有部分分子量与GG相近的小分子色素杂质无法去除，会在后续浓缩过程和甘油葡萄糖苷一起富集，因此在膜处理结束后还要进行深度脱色用于小分子色素杂质去除，之前选用的深度脱色树脂对于小分子色素去除率在60％左右，所得产品有进一步纯化的潜力。另外，不同批次的微藻萃取液中杂质成分的含量不完全相同，螺旋藻的萃取液中色素为最主要的杂质，采用上述方案应用于螺旋藻萃取液脱色对小分子色素的去除效果不佳。

发明内容

针对上述研究背景，本公开提供了一种更为高效的微藻中色素杂质的去除方法，所述方案针对在先申请中的脱色工艺及深度脱色步骤进行了优化，通过优化筛选深度脱色处理填料种类，对小分子色素的去除效果可以达到80-99％，总体脱色率99％以上，并且基本不会造成甘油葡萄糖苷的损失。

基于以上技术效果，本公开提供以下技术方案：

本公开第一方面，提供一种甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，所述脱色方法包括采用膜超滤对微藻低渗萃取液进行脱色及浓缩得到初步脱色液，以及采用脱色填料对初步脱色液进行深度脱色，所述脱色填料采用石墨化碳吸附材料。

优选的，所述膜超滤的操作中，选用膜孔径为1500-2000Da(道尔顿)的膜元件进行脱色，采用膜孔径为200-250Da的膜元件进行浓缩。

本公开提供的方案中，通过膜元件对萃取原液进行两次处理，其中采用膜孔径为1500-2000Da的膜元件主要用于对大分子量色素进行处理，而孔径为200-250Da的膜元件主要用于浓缩，经测定该步骤并没有脱色效果。相比在先专利，本公开提供的方案中选用了更大孔径的膜元件对大分子色素进行脱色，虽然初步脱色率不高，但是萃取液中的甘油葡萄糖苷基本不会损失。经过浓缩后得到的初步脱色液再经石墨化碳类的填料进行吸附，经验证能够获得良好的脱色效果，不仅对大分子色素能够去除，对小分子色素的去除率也显著提高。

优选的，所述石墨化碳吸附材料粒径为1～30μm，包括但不限于GCB填料、11021-U填料及PC-0100填料。

进一步的优选的，采用GCB填料。

通过本公开研究表明，该类型的吸附填料对小分子色素的去除率可以达到80～99％，同时GG的回收率达到97-99％以上。其中，GCB填料对萃取液中的色素吸附效果最好，并且洗脱后甘油葡萄糖苷回收率高达99％，几乎没有损失。

本领域公知，树脂材料的吸附作用包括两部分，物理吸附及化学吸附作用。物理吸附作用为分子间引力，化学吸附作用表现为化学键合力。在先专利中采用苯乙烯型大孔树脂材料，主要体现为物理吸附作用。本公开提供的方法中更换了石墨化碳填料，研究结果证明，更换材料后其对色素的吸附作用有明显改善。

进一步优选的，所述深度脱色通过吸附罐进行。

优选的，所述初步脱色液与吸附填料的比例为2.5-3(料液中GG含量，单位：g):1(填料用量，单位：g)。

进一步优选的，所述初步脱色液与吸附填料搅拌2-3min，至物料均匀后静置脱色，静置脱色时间为5～10min。

优选的，所述脱色方法包括以下步骤：深度脱色完成后离心获取上清进行除菌澄清。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1.发明人的在先专利中提供了一种获取富含甘油葡萄糖苷微藻并进行纯化的方法，上述方法中提供的纯化方法为初步的纯化方法。发明人在进一步的研究过程中发现，不同藻类的中所含的杂质含量不完全相同，例如螺旋藻中色素杂质含量较高，开发一种针对性的去除色素杂质的方法具有重要的生产意义。由微藻生产提纯甘油葡萄糖苷为本公开研究团队研发的技术，本领域内同类研究研究较为空白。本公开针对该技术问题，提供了一种更为高效的脱色方法，不仅能够充分去除萃取液中的色素杂质，并且基本不影响甘油葡萄糖苷的收率，为相似技术问题的解决提供了借鉴的经验。

2.本公开提供的色素吸附方法，通过调整膜元件孔径、吸附填料的尺寸及材质，不仅有效提高对小分子色素的吸附作用，缩短了纯化所需时间，同时还具有良好的回收效果。该方法应用于工业生产在获取高纯度甘油葡萄糖苷的同时，吸附材料的回收简便，且回收率高，具有良好的经济效益。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为实施例4中不同填料的吸附后萃取液吸光度折线图；

图2为实施例4中不同填料吸附后回收率直方图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，在先技术方案中对微藻萃取液中小分子色素成分去除的不足，为了解决如上的技术问题，本公开提出了一种甘油葡萄糖苷深度脱色方法。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本公开的技术方案。

实施例1

采用专利CN108864218A中[0145-0161]段落记载的培养方法获得GG含量32％(w/w)以上的螺旋藻细胞。并按照上述专利中[0162-0169]段落记载的方法将利用所述富含GG的螺旋藻，获得低渗萃取原液产品。将所述低渗萃取原液产品进行脱色纯化，所述方法包括以下步骤：

(1)将得到的萃取液使用膜分离设备，采用超滤的方式进行初步脱色处理，采用的膜元件的孔径为1500Da，过膜后再次加入膜分离设备中，采用孔经为200Da的膜进行浓缩，获得初步脱色液，该孔径膜元件处理可保证在不损失GG的前提下去除大分子色素。经检测，该步骤能够去除萃取液中大部分大分子色素，并且不会造成甘油葡萄糖苷的损失。

(2)将步骤(1)初步脱色后的萃取溶液泵送至搅拌罐中进行深度脱色，所述搅拌罐中采用的填料为GCB填料，孔径为10～20μm。将初步脱色液与吸附填料以料液比2.5:1投入搅拌罐中，加入物料后开启搅拌罐进行搅拌，使吸附填料与初步脱色液充分接触，关闭搅拌罐进行静置脱色，脱色时间为10min。

(3)脱色完成后将混合物泵入离心机中进行离心，收集上清液运送至除菌设备进行除菌澄清。

(4)将步骤(3)除菌后的萃取液继续深度脱盐及浓缩，冻干处理。

实施例2

采用实施例1记载的方法获取低渗萃取原液进行脱色纯化，所述脱色纯化步骤如下：

(1)将得到的萃取液使用膜分离设备，采用超滤的方式进行初步脱色处理，采用的膜元件的孔径为2000Da，该孔径膜元件处理可保证在不损失GG的前提下去除大分子色素过膜后再次加入膜分离设备中，采用孔经为250Da的膜进行浓缩，获得初步脱色液。

(2)将步骤(1)初步脱色后的萃取溶液泵送至搅拌罐中进行深度脱色，所述搅拌罐中采用的填料为GCB填料，粒径为20～30μm。将初步脱色液与吸附填料以料液比3:1投入搅拌罐中，加入物料后开启搅拌罐进行搅拌，使吸附填料与初步脱色液充分接触，关闭搅拌罐进行静置脱色，脱色时间为5min。

(3)脱色完成后将混合物泵入离心机中进行离心，收集上清液运送至除菌设备进行除菌澄清。

(4)将步骤(3)除菌后的萃取液继续深度脱盐及浓缩，冻干处理。

实施例3

采用实施例1记载的方法获取低渗萃取原液进行脱色纯化，所述脱色纯化步骤如下：

(1)将得到的萃取液使用膜分离设备，采用超滤的方式进行脱色处理，采用的膜元件的孔径为1800Da，过膜后再次加入膜分离设备中，采用孔经为230Da的膜进行浓缩，获得初步脱色液。

(2)将步骤(1)初步脱色后的萃取溶液泵送至搅拌罐中进行深度脱色，所述搅拌罐中采用的填料为GCB填料，粒径为20～30μm。将初步脱色液与吸附填料以料液比2.7:1投入搅拌罐中，加入物料后开启搅拌罐进行搅拌，使吸附填料与初步脱色液充分接触，关闭搅拌罐进行静置脱色，脱色时间为8min。

(3)脱色完成后将混合物泵入离心机中进行离心，收集上清液运送至除菌设备进行除菌澄清。

(4)将步骤(3)除菌后的萃取液继续深度脱盐及浓缩，冻干处理。

实施例4

为了考察吸附填料的色素吸附效果，本实施例针对GCB、KA1、PC-0100三种吸附填料的效果进行考察。分别采用实施例1中获取的低渗萃取原液及脱色条件，采用上述三种吸附填料进行脱色获得脱色液，分别对原液、GCB填料吸附后脱色液、11021-U填料吸附后脱色液、PC-0100填料吸附后脱色液进行200～800nm范围内的吸光度检测，结果如图1所示，从图1中可以看出，GCB树脂吸附后的脱色液OD值更低，证明该方法处理后的脱色液中色素成分最少。

分别通过纯水及乙醇溶液对吸附后的吸附填料进行洗脱处理，结果如图2所示。大分子色素吸收波长范围500nm-700nm，小分子色素吸收波长范围250nm-500nm，从图2中可以看出，相同洗脱条件下，GCB的洗脱效果最好，300nm以上基本不存在吸收，甘油葡萄糖苷回收率可以高达99％，几乎没有损失。采用GCB填料对色素成分进行脱色处理，脱色效果好并且回收率高，可以重复多次利用，具有良好的经济意义。

实施例5

本实施例中，为了对比本公开脱色方法与在先专利中方法的脱色效果，采用同一批低渗萃取原液分别按照实施例1中方法及专利CN108864218A中[0170-0175](对比例1)段落记载的方法进行纯化脱色，对比结果如下表1所示：

表1

	小分子色素脱除率(％)	GG回收率(％)	脱色时间(h)
				实施例1	80-99	99	0.2
对比例1	60	90-95	1

从表1中可以看出，本公开提供的方法相对于之前二级脱色处理方式脱色时间节省80％-90％，总体脱色率99％以上，可用于GG的规模化生产，生产成本较低。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，所述脱色方法包括采用膜超滤对微藻低渗萃取液进行脱色及浓缩得到初步脱色液，以及采用脱色填料对初步脱色液进行深度脱色，所述脱色填料采用粒径为1～30μm的树脂吸附材料。

2.如权利要求1所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，选用膜孔径为1500-2000Da的膜元件进行脱色。

3.如权利要求1所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，采用膜孔径为200-250Da的膜元件进行浓缩。

4.如权利要求1所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，所述树脂吸附材料采用硅碳类树脂材料。

5.如权利要求4所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，所述树脂吸附材料包括但不限于GCB填料、11021-U填料及PC-0100填料。

6.如权利要求5所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，采用GCB填料。

7.如权利要求1所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，所述深度脱色通过吸附罐进行。

8.如权利要求1所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，所述初步脱色液与树脂材料的比例为2.5-3:1。

9.如权利要求8所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，所述初步脱色液与树脂材料搅拌均匀后静置脱色，静置脱色时间为5～10min。

10.如权利要求1所述甘油葡萄糖苷深度脱色纯化方法，其特征在于，所述脱色方法包括以下步骤：深度脱色完成后离心获取上清进行除菌澄清。

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