CN113527377B - 由棉子低聚糖制备棉子糖的方法以及棉子糖 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法以及一种棉子糖，属于低聚糖提纯技术领域。其中，由棉子低聚糖制备棉子糖具体步骤包括：在棉子低聚糖中加入有机提取剂，在水浴条件下超声处理，以得到提取液；对提取液进行脱色处理；对脱色处理后的提取液采用模拟移动床进行分离，以得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液；对第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行过滤以除去固体杂质；对除去固体杂质后的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行结晶，离心分离，干燥，混料，筛分处理，以得到第一产物、第二产物以及第三产物。本发明的方法可有效提高棉子糖的分离与纯化效率，缩短棉子糖的制备时间，以及实现对三种糖液的有效分离，提高其纯度。

Description

由棉子低聚糖制备棉子糖的方法以及棉子糖

技术领域

本发明属于低聚糖提纯技术领域，具体涉及一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法以及一种棉子糖。

背景技术

棉子糖是一种优良的双歧杆菌增值因子，具有低能量，能抑制肠内腐败产物、抵抗肿瘤等多种生理功能。目前，由于棉子粕中棉子糖含量较高，对于棉子糖的制备方法大多为从棉子粕中提取棉子糖，需要多次结晶等步骤，多次结晶会导致棉子糖的收率偏低，过程复杂且提纯时间较长，以及得到的棉子糖纯度较低。另外，采用目前棉子糖的制备方法其得到的棉子糖中掺杂有水苏糖和其他果糖等物质，纯度较低。

因此，针对上述问题，本发明提出一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，可得到高收率且高纯度的棉子糖。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法以及一种棉子糖。

本发明的一方面，提供一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，具体步骤包括：

在棉子低聚糖中加入有机提取剂，在水浴条件下超声处理，以得到提取液；

对所述提取液进行脱色处理；

对脱色处理后的提取液采用模拟移动床进行分离，以得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液；

对所述第一溶液、所述第二溶液以及所述第三溶液分别进行过滤以除去固体杂质；

对除去固体杂质后的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行结晶，离心分离，干燥，混料，筛分处理，以得到第一产物、第二产物以及第三产物。

可选的，所述在棉子低聚糖中加入有机提取剂，在水浴条件下超声处理，以得到提取液，包括：

将90%的棉子低聚糖投入溶解罐中，加入70%的乙醇进行溶解，并在水浴条件60℃~70℃下加热处理1h~3h，以得到提取液。

可选的，所述对所述提取液进行脱色处理，包括：

所述提取液经过活性炭和大孔吸附树脂中的至少一种进行脱色处理。

可选的，所述提取液经过活性炭和大孔吸附树脂中的至少一种进行脱色处理，包括：

所述提取液经过活性炭进行脱色处理时，所述活性炭的添加量为提取液质量的1/1000-3/1000，且加入一定量的酸以调节提取液的pH值范围在3~6，脱色处理时间范围50min~70min；或者，

所述提取液经过聚苯乙烯大孔吸附树脂进行脱色处理时，所述聚苯乙烯大孔树脂在提取器中装填高度范围为2米~2.5米，吸附流速范围在6米/小时~12米/小时。

可选的，所述对脱色处理后的提取液采用模拟移动床进行分离，以得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液，包括：

对脱色处理后的提取液进行酸洗、碱洗后，连同洗脱液通入模拟移动床色谱系统中，其中，提取液与洗脱剂的体积比范围为1:1~1:2，以阳离子交换树脂做分离剂，以纯化水为洗脱剂，在分离温度为50℃~75℃下，连续进料出料，重复一定周期直至分离过程达到稳态，以分别得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液。

可选的，所述阳离子交换树脂的粒径范围为30微米~100微米；和/或，

所述阳离子交换树脂的交联度为2%~6%。

可选的，所述阳离子交换树脂包括钙型、钠型阳离子交换树脂、钾型阳离子交换树脂、镁型阳离子交换树脂或多孔钙-Y型分子筛。

可选的，所述对除去固体杂质后的所述第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行结晶，离心分离，干燥，混料，筛分处理，以得到第一产物、第二产物以及第三产物，包括：

对除杂后的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行冷却结晶，以得到相应的结晶液；

将得到的结晶液进入密闭离心机进行离心分离，以得到相应的湿品；

对相应的湿品分别进行干燥，干燥温度范围为45℃~55℃，干燥0.5h~1.5h，以得到含水量为5%的相应干品；

对相应的干品进行混合1h~3h，之后过30目~50目振动筛，以得到相应的第一产物，第二产物以及第三产物。

可选的，所述第一产物为棉子糖，所述第二产物为水苏糖，所述第三产物为含二糖和单糖的果糖。

本发明的另一方面，提供一种棉子糖，所述棉子糖采用前文记载的制备方法制得。

本发明提供一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，通过溶解提取、脱色处理以及采用模拟移动床分离等步骤，采用合适的树脂可有效将棉子低聚糖中的棉子糖、水苏糖以及二糖和单糖的果糖进行分离，以获得主产物为纯度达99%的棉子糖。相对于现有技术制备棉子糖的方法来说，本发明的制备方法可有效提高棉子糖的纯度与产率，且制备工艺简单，无需多次结晶等步骤。

附图说明

图1为本发明实施例的由棉子低聚糖制备棉子糖的方法的流程框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

如图1所示，本发明的一方面，提供一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法S100，具体包括以下步骤S110~S150：

S110、在棉子低聚糖中加入有机提取剂，在水浴条件下超声处理，以得到提取液。

本实施例选择棉子低聚糖为原料，对其进行提纯分离，以得到高纯度的棉子糖。具体的，将800g的90%棉子低聚糖投入溶解罐中，加入79%乙醇3L~4L进行溶解，溶解时使用水浴加热，温度范围为60℃~70℃下加热处理1h~3h（例如，2h），以得到提取液。

S120、对提取液进行脱色处理。

需要说明的是，本实施例的提取液可以经过活性炭和大孔吸附树脂中的至少一种进行脱色处理。对于本领域技术人员来说，可以根据实际需要进行选择，对此不作具体限定。

具体的，在一些实施例中，提取液经过活性炭进行脱色处理时，活性炭的添加量为提取液质量的1/1000-3/1000，且加入一定量的酸以调节提取液的pH值范围在3~6，脱色处理时间范围50min~70min。或者，在另一些实施例中，提取液经过聚苯乙烯大孔吸附树脂进行脱色处理时，聚苯乙烯大孔树脂在提取器中装填高度范围为2米~2.5米，吸附流速范围在6米/小时~12米/小时。

S130、对脱色处理后的提取液采用模拟移动床进行分离，以得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液。

具体的，对脱色处理后的提取液进行酸洗、碱洗后，连同洗脱液通入模拟移动床色谱系统中，其中，提取液与洗脱剂的体积比范围为1:1~1:2，以阳离子交换树脂作分离剂，以纯化水为洗脱剂，在分离温度为50℃~75℃下，连续进料出料，重复一定周期直至分离过程达到稳态，以分别得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液。

需要说明的是，对于棉子糖和水苏糖仅差一个单糖分子，分子量差别小，分离难度大，目前采用的高效液相色谱法不适合大批量的规模化生产，而单柱间歇色谱法大多使用氨基功能化硅胶为填料，固定相成本高，溶剂消耗大，能耗高。值得注意的是，目前对二者的分离研究较少，对于分离上述三者（棉子糖，水苏糖以及二糖和单糖的果糖）的研究更是未见相关报道，这也导致目前生产的棉子糖中包含有水苏糖或二糖和单糖的果糖，进一步使得目前的棉子糖产品存在纯度低，收率低等问题。

基于上述问题，本发明人经过长期研究发现，利用模拟移动床色谱分离法，有实现对上述三种糖液的分离，经研究发现，其主要基于选择合适的阳离子交换树脂经离子转型后，可与棉子糖和水苏糖以及二糖和单糖的果糖中的羟基发生螯合作用，根据分子中的羟基数量多少，作用力大小不同，羟基数量多，其螯合作用强，保留时间长，羟基数量少，螯合作用弱，保留时间短，再者，不同交联度的树脂孔径不同，交联度越低，孔隙率越大，离子交换速率快，树脂粒径越细，传质快，柱效率高，筛分效果好，能够有效实现棉子糖和水苏糖以及二糖和单糖的果糖的有效分离，生产效率高且溶剂体系为纯水，绿色经济环保。

进一步需要说明的是，本实施例的阳离子交换树脂的粒径范围为30微米~100微米。以及，阳离子交换树脂的交联度为2%~6%。进一步的，阳离子交换树脂包括钙型、钠型阳离子交换树脂、钾型阳离子交换树脂、镁型阳离子交换树脂或多孔钙-Y型分子筛。

仍需要说明的是，金属离子钠离子、镁离子、钙离子、钾离子安全无毒，且和糖相邻的两个或三个羟基形成二齿或三齿螯合物，以增加吸附量。

仍需要说明的是，本实施例选择水做洗脱剂，可避免引入乙腈等有机溶剂，提升安全性。

具体的，本实施例在模拟移动床色谱分离装置中操作时，控制切换时间范围为0.9min~1min，洗脱剂流速范围为0.5ml/min~ 0.9ml/min，进料液流速范围为0.05ml/min~0.15ml/min，萃取液流速范围为0.2ml/min~0.3ml/min，粹余液流速范围为0.2ml/min~0.35ml/min。

S140、对第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行过滤以除去固体杂质。

对上述得到的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别经密闭过滤器（板框压滤机将液体和固体分离）过滤，过滤0.2h~0.7h，得到滤液。

S150、对除去固体杂质后的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行结晶，离心分离，干燥，混料，筛分处理，以得到第一产物、第二产物以及第三产物。

具体的，对除杂后的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别开启冷却水阀门，将来自过滤工序的滤液进行冷却结晶，温度降至5℃~20℃，缓慢搅拌下至少保持20h~30h，产生结晶以得到相应的结晶液。将得到的结晶液进入密闭离心机进行离心分离处理3h~5h，100mL~200mL的冷水淋洗，分离以得到相应的湿品。对相应的湿品分别进入沸腾干燥机进行干燥，使用间接蒸汽加热，其中，干燥温度范围为45℃~55℃，干燥0.5h~1.5h，以得到含水量为5%的相应干品。由于干燥后的产品颗粒大小不均匀，需要进行混匀，其中，混料机为全封闭式。具体的，对相应的干品进行混合1h~3h，之后过30目~50目振动筛，以得到相应的第一产物，第二产物以及第三产物。

需要说明的是，基于本实施例的分离方法，其得到的第一产物为棉子糖620g~695g，第二产物为水苏糖25g~35g，第三产物为含二糖和单糖的果糖5g~12g。其中，棉子糖的纯度99%，水苏糖的纯度为95%，含二糖和单糖的果糖纯度为90%。

本实施例得到的棉子糖纯度较高，高达99%，且利用本实施例的方法可有效分离棉子低聚糖中的棉子糖、水苏糖、含二糖和单糖的果糖，以得到高纯度的主产物棉子糖。

本发明的另一方面，提供一种棉子糖，其中棉子糖采用前文记载的制备方法制得。

本实施例得到的棉子糖纯度高达99%。

本发明提供一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，通过溶解提取、脱色处理以及采用模拟移动床分离等步骤，采用合适的树脂可有效将棉子低聚糖中的棉子糖、水苏糖以及二糖和单糖的果糖进行分离，以获得主产物为纯度达99%的棉子糖。相对于现有技术制备的棉子糖来说，本发明的制备方法可有效提高棉子糖的纯度与产率。

下面将结合几个具体实施例进一步说明由棉子低聚糖制备棉子糖的方法：

实施例 1

本示例中由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，包括如下步骤：

S1、溶解：将800g原料90%的棉子低聚糖投入溶解罐中，加入70%乙醇3.2L进行溶解,溶解时使用间接蒸汽加热，温度为65℃，溶解2小时，以得到提取液。

S2、提取液经过活性炭进行脱色处理时，活性炭的添加量为提取液质量的1/1000，且加入一定量的酸以调节提取液的pH值范围在3~6，脱色处理时间为60min。

S3、对脱色处理后的提取液进行酸洗、碱洗后，连同洗脱液通入模拟移动床色谱系统中，其中，提取液与洗脱剂的体积比为1:2，选择交联度为4%的强酸性钠型离子交换树脂，粒径为60微米，以纯化水为洗脱剂，在分离温度为65℃下，控制切换时间为1min，洗脱剂流速为0.6ml/min，进料液流速为0.1ml/min，萃取液流速为0.2ml/min，粹余液流速为0.2ml/min，连续进料出料，重复一定周期直至分离过程达到稳态，以分别得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液。

S4、对上述得到的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别经密闭过滤器（板框压滤机将液体和固体分离）过滤，过滤0.5h，得到滤液。

S5、对除杂后的滤液分别开启冷却水阀门，将来自过滤工序的滤液进行冷却结晶，温度降至10℃，缓慢搅拌下至少保持24h，产生结晶以得到相应的结晶液。将得到的结晶液进入密闭离心机进行离心分离处理4h，150mL的冷水淋洗，分离以得到相应的湿品。对相应的湿品分别进入沸腾干燥机进行干燥，使用间接蒸汽加热，其中，干燥温度范围为50℃，干燥1h，以得到含水量为5%的相应干品。对相应的干品进行混合2h，之后过40目振动筛，以得到相应的第一产物691g（纯度为99%），第二产物32g（纯度为95%）以及第三产物10g（纯度为90%）。

实施例 2

本示例中由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，其他步骤与实施例1相同，仅改变步骤S3中的离子交换树脂为交联度2%，粒径为40微米的树脂，以得到相应的第一产物675.5g（纯度为97%），第二产物28g（纯度为92%）以及第三产物8g（纯度为87%）。

实施例 3

本示例中由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，其他步骤与实施例1相同，仅改变步骤S3中的离子交换树脂为交联度6%，粒径为90微米的树脂，以得到相应的第一产物659.4g（纯度为95%），第二产物26g（纯度为91%）以及第三产物6g（纯度为85%）。

实施例 4

本示例中由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，其他步骤与实施例1相同，仅改变步骤S3中的分离温度为55℃的条件，以得到相应的第一产物646g（纯度为98%），第二产物26g（纯度为92%）以及第三产物5g（纯度为88%）。

实施例 5

本示例中由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，其他步骤与实施例1相同，仅去掉步骤S3，以得到相应的产物为含有水苏糖和果糖的棉子糖，即三种糖的混合物，总含量为612g，其中棉子糖的纯度为92%。

由此可见，本发明采用模拟移动床分离法对棉子低聚糖进行分离提纯，可有效提高棉子糖的产率与纯度，并且首次将棉子糖、水苏糖以及含二糖和单糖的果糖进行分离提纯。其次，本发明首次以棉子低聚糖为原料制备棉子糖，可以得到纯度为99%的棉子糖。另外，基于上述实施例可以得出，选用的离子交换树脂粒径越细，传质快，柱效率高，分离效果好，以及，树脂交联度过低会使比表面积减小，螯合位点减少，螯合作用减弱，同时交联度小，筛分作用也减弱，使得分离效果降低，而交联度过大，树脂孔道变窄，会使得三种糖分无法进入孔道，无法发挥螯合作用，也进而起不到筛分的效果，失去分离能力。进一步的，模拟移动床色谱系统中的操作温度也会影响分离效果，温度增加，分子运动能量加大，传质速率增加，理论塔板数增加，另外，高温条件有利于降低糖液的粘度，利于分离过程的进行。因此，对于分离上述三种组分来说，需要选择合适交联度与粒径的树脂至关重要。

本发明提供一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法与一种棉子糖，相对于现有技术来说，本发明首次采用棉子低聚糖为原料以制备得到棉子糖，以及采用模拟移动床色谱法对三种糖液进行分离提纯，其制备工艺简单，无需多次结晶等步骤，以及产率与分离效率较高，可有效将三种糖液进行分离，并且得到的棉子糖纯度高达99%。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种由棉子低聚糖制备棉子糖的方法，其特征在于，具体步骤包括：

在棉子低聚糖中加入有机提取剂，在水浴条件下超声处理，以得到提取液，包括：将90％的棉子低聚糖投入溶解罐中，加入70％的乙醇进行溶解，并在水浴条件60℃～70℃下加热处理1h～3h，以得到提取液；所述棉子低聚糖含有棉子糖、水苏糖以及果糖；

所述提取液经过活性炭和大孔吸附树脂中的至少一种进行脱色处理；

对脱色处理后的提取液进行酸洗、碱洗后，连同洗脱液通入模拟移动床色谱系统中，对脱色处理后的提取液采用模拟移动床进行分离，以得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液；

对所述第一溶液、所述第二溶液以及所述第三溶液分别进行过滤以除去固体杂质；

对除去固体杂质后的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行结晶，离心分离，干燥，混料，筛分处理，以得到第一产物、第二产物以及第三产物；

所述第一产物为棉子糖，所述第二产物为水苏糖，所述第三产物为果糖。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取液经过活性炭和大孔吸附树脂中的至少一种进行脱色处理，包括：

所述提取液经过活性炭进行脱色处理时，所述活性炭的添加量为提取液质量的1/1000-3/1000，且加入一定量的酸以调节提取液的pH值范围在3～6，脱色处理时间范围50min～70min；或者，

所述提取液经过聚苯乙烯大孔吸附树脂进行脱色处理时，所述聚苯乙烯大孔树脂在提取器中装填高度范围为2米～2.5米，吸附流速范围在6米/小时～12米/小时。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在模拟移动床色谱系统中，提取液与洗脱剂的体积比范围为1:1～1:2，以阳离子交换树脂做分离剂，以纯化水为洗脱剂，在分离温度为50℃～75℃下，连续进料出料，重复一定周期直至分离过程达到稳态，以分别得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阳离子交换树脂的粒径范围为30微米～100微米；和/或，

所述阳离子交换树脂的交联度为2％～6％。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阳离子交换树脂包括钙型、钠型阳离子交换树脂、钾型阳离子交换树脂、镁型阳离子交换树脂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对除去固体杂质后的所述第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行结晶，离心分离，干燥，混料，筛分处理，以得到第一产物、第二产物以及第三产物，包括：

对除杂后的第一溶液、第二溶液以及第三溶液分别进行冷却结晶，以得到相应的结晶液；

将得到的结晶液进入密闭离心机进行离心分离，以得到相应的湿品；

对相应的湿品分别进行干燥，干燥温度范围为45℃～55℃，干燥0.5h～1.5h，以得到含水量为5％的相应干品；

对相应的干品进行混合1h～3h，之后过30目～50目振动筛，以得到相应的第一产物，第二产物以及第三产物。