CN115838390A - 一种利用三组分色谱分离技术制备高含量2′-岩藻糖基乳糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功能糖的制备技术领域，具体涉及一种利用三组分色谱分离技术制备高含量2'‑岩藻糖基乳糖的方法。方法为三组分色谱分离装置按照分离周期对料液中2'‑岩藻糖基乳糖进行循环分离纯化；其中每个分离周期的总时间为10000‑20000s，包括如下步骤：（1）料液、洗脱剂同时进入装置中，快组分从第一出料口出料，中间组分从第二出料口出料；（2）料液单独进入装置中，第二出料口出料；（3）洗脱剂单独进入装置中，第一出料口出料；（4）洗脱剂单独进入装置中，慢组分从第三出料口出料；（5）循环，物料不进不出；（6）重复步骤（3）‑（5）五次。本发明操作简单，最终产品质量高，有较大的工业化生产和应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及功能糖的制备技术领域，具体涉及一种利用三组分色谱分离技术制备高含量2'-岩藻糖基乳糖的方法。
背景技术
母乳低聚糖（HMO）的含量是5-15g/L，在母乳中仅次于乳糖和脂质，是第三丰富的固体成分。在结构组成上，HMO由200多种不同的糖化合物组成，主要由葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、半乳糖、岩藻糖和N-乙酰基神经氨酸（唾液酸）组合形成，在还原端具有乳糖单元，其中含量最高的是2'-岩藻糖基乳糖，占比超过30%。2'-岩藻糖基乳糖有着重要的有益作用，一方面，在婴儿的肠道健康和免疫系统中发挥着重要作用，2'-岩藻糖基乳糖可特异性刺激肠道双歧杆菌的生长，预防婴儿腹泻，调节免疫反应；另一方面，2'-岩藻糖基乳糖具有肠道微生物群的修饰、抗粘附抗菌作用、调节肠道上皮细胞反应、刺激大脑发育和认知的作用。添加2'-岩藻糖基乳糖的婴儿配方奶粉在免疫发育和调节方面具有与母乳相似的效果。因此，由于2'-岩藻糖基乳糖在食品和制药工业中的潜在应用，廉价高效的2'-岩藻糖基乳糖生产越来越受到关注。
2'-岩藻糖基乳糖最初是从母乳中提取的，有限的物质来源使其无法实现大规模生产，因此为大规模生产2'-岩藻糖基乳糖建立了多种方法，包括化学合成法和生物合成法。化学合成法因为复杂的多重保护和脱保护步骤以及较低的产率，不能满足2'-岩藻糖基乳糖生产需求。生物合成方法更有利于大规模生产2'-岩藻糖基乳糖，被认为是满足工业需求的可行性选择。
中国专利申请CN115260255A公开一种利用模拟移动床分离纯化2'-岩藻糖基乳糖的方法，所述模拟移动床由4根以上树脂柱串联而成，每根树脂柱中装填特异性吸附树脂，包括吸附段、洗杂段、解吸段和再生段，按顺序依次切换，连续生产得到的2'-岩藻糖基乳糖收率和纯度均高达99%，进一步验证了色谱分离技术可以很好的得到高收率和高含量的2'-岩藻糖基乳糖，但是该技术方案是对实验室复配的含有2'-岩藻糖基乳糖和2,3-双岩藻糖基乳糖的料液进行分离，组分简单且进料浓度较低易分离，适合实验室纯化阶段，较难应用到工业化生产上。
发明内容
针对生物合成方法得到的2'-岩藻糖基乳糖发酵液组分复杂、分离难度高的问题，本发明提供一种利用三组分色谱分离技术制备高含量2'-岩藻糖基乳糖的方法，本发明从工业化生产角度出发，利用高效三组分色谱分离技术提纯2'-岩藻糖基乳糖料液，操作简单，可以较大限度的保持产品的稳定性，得到高质量的最终产品，有较大的工业化生产和应用价值。
本发明通过以下技术方案实现：
一种利用三组分色谱分离技术制备高含量2'-岩藻糖基乳糖的方法，三组分色谱分离装置按照分离周期对料液中2'-岩藻糖基乳糖进行循环分离纯化；其中每个分离周期的总时间为10000-20000s，包括如下步骤：
（1）料液、洗脱剂同时进入三组分色谱分离装置中，控制快组分从第一出料口出料，中间组分从第二出料口出料；
（2）料液单独进入三组分色谱分离装置中，控制中间组分从第二出料口出料；
（3）洗脱剂单独进入三组分色谱分离装置中，控制快组分从第一出料口出料；
（4）洗脱剂单独进入三组分色谱分离装置中，控制慢组分从第三出料口出料；
（5）动力泵控制色谱柱内物料循环，物料不进不出，推动色谱柱内已有物料前进与固定相作用，从而形成分离效应；
（6）重复步骤（3）-步骤（5）五次。
进一步的，料液中2'-岩藻糖基乳糖占干基的质量百分比为75%-85%；洗脱剂为水，优选为电导率≤10us/cm的去离子水。
进一步的，料液浓度为50%-60%。
进一步的，料液为2'-岩藻糖基乳糖发酵液。
进一步的，三组分色谱分离装置的色谱柱数量为至少8个，色谱柱内填充阳离子交换树脂。
进一步的，三组分色谱分离装置的操作温度为60-65℃。
进一步的，三组分色谱分离装置的进料速率为0.01-0.05kg/h/L树脂，进洗脱剂速率为0.02-0.1kg/h/L树脂。
进一步的，分离纯化后得到的中间组分出料中，2'-岩藻糖基乳糖的含量>95%，二岩藻糖基乳糖含量≤2%，D-乳糖含量<3%。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的利用三组分色谱分离技术制备高含量2'-岩藻糖基乳糖的方法，通过控制走料时间（分离周期总时间）可得到高含量的2'-岩藻糖基乳糖产品，对比其他色谱技术来说，节约了成本，生产流程更加流畅，同时提升了产品品质，具有较高的工业化生产和应用研究价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是具体实施方式使用的三组分色谱分离装置的结构示意图。
图中，1-三组分移动床色谱装置，2-第一阀门，3-第二阀门，4-第三阀门。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种浓度为52%的2'-岩藻糖基乳糖的发酵液，发酵液中2'-岩藻糖基乳糖占干基的质量百分比为79%。采用12柱模式的三组分移动床色谱装置1，色谱柱内装填阳离子交换树脂（钾型），控制操作温度为62℃，进料速率为0.03kg/h/L树脂，进水速率为0.04kg/h/L树脂，周期性循环对发酵液中2'-岩藻糖基乳糖进行处理，直至分离纯化结束，最后得到2'-岩藻糖基乳糖产品。
一个分离周期的总时间为10800s，具体步骤如下：
（1）发酵液从进料口进入三组分移动床色谱装置1中，同时去离子水（电导率4.2us/cm）从进洗脱剂口进入三组分移动床色谱装置1中，打开第一阀门2，使快组分从第一出料口出料，打开第二阀门3，使中间组分从第二出料口出料；
（2）发酵液单独从进料口进入三组分移动床色谱装置1中，打开第二阀门3，使中间组分从第二出料口出料；
（3）去离子水（电导率4.2us/cm）单独从进洗脱剂口进入三组分移动床色谱装置1中，打开第一阀门2，使快组分从第一出料口出料；
（4）去离子水（电导率4.2us/cm）单独从进洗脱剂口进入三组分移动床色谱装置1中，打开第三阀门4，使慢组分从第三出料口出料；
（5）色谱柱内物料循环，物料不进不出，推动色谱柱内已有物料前进与固定相作用，从而形成分离效应；
（6）重复步骤（3）-步骤（5）五次。
经液相色谱仪检测，中间组分出料中2'-岩藻糖基乳糖含量为96%，二岩藻糖基乳糖含量为1.5%，D-乳糖含量为2.5%。
实施例2
一种浓度为55%的2'-岩藻糖基乳糖的发酵液，发酵液中2'-岩藻糖基乳糖占干基的质量百分比为82%。采用12柱模式的三组分移动床色谱装置1，色谱柱内装填阳离子交换树脂（钾型），控制操作温度为65℃，进料速率为0.01kg/h/L树脂，进水速率为0.02kg/h/L树脂，周期性循环对发酵液中2'-岩藻糖基乳糖进行处理，直至分离纯化结束，最后得到2'-岩藻糖基乳糖产品。
一个分离周期的总时间为11800s，具体步骤如下：
（1）发酵液从进料口进入三组分移动床色谱装置1中，同时去离子水（电导率3.5us/cm）从进洗脱剂口进入三组分移动床色谱装置1中，打开第一阀门2，使快组分从第一出料口出料，打开第二阀门3，使中间组分从第二出料口出料；
（2）发酵液单独从进料口进入三组分移动床色谱装置1中，打开第二阀门3，使中间组分从第二出料口出料；
（3）去离子水（电导率3.5us/cm）单独从进洗脱剂口进入三组分移动床色谱装置1中，打开第一阀门2，使快组分从第一出料口出料；
（4）去离子水（电导率3.5us/cm）单独从进洗脱剂口进入三组分移动床色谱装置1中，打开第三阀门4，使慢组分从第三出料口出料；
（5）色谱柱内物料循环，物料不进不出，推动色谱柱内已有物料前进与固定相作用，从而形成分离效应；
（6）重复步骤（3）-步骤（5）五次。
经液相色谱仪检测，中间组分出料中2'-岩藻糖基乳糖含量为98.5%，二岩藻糖基乳糖含量为0.5%，D-乳糖含量为1%。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用三组分色谱分离技术制备高含量2'-岩藻糖基乳糖的方法，其特征在于，三组分色谱分离装置按照分离周期对料液中2'-岩藻糖基乳糖进行循环分离纯化；其中每个分离周期的总时间为10000-20000s，包括如下步骤：
（1）料液、洗脱剂同时进入三组分色谱分离装置中，控制快组分从第一出料口出料，中间组分从第二出料口出料；
（2）料液单独进入三组分色谱分离装置中，控制中间组分从第二出料口出料；
（3）洗脱剂单独进入三组分色谱分离装置中，控制快组分从第一出料口出料；
（4）洗脱剂单独进入三组分色谱分离装置中，控制慢组分从第三出料口出料；
（5）动力泵控制色谱柱内物料循环，物料不进不出，推动色谱柱内已有物料前进与固定相作用，从而形成分离效应；
（6）重复步骤（3）-步骤（5）五次。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，料液中2'-岩藻糖基乳糖占干基的质量百分比为75%-85%；洗脱剂为水。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，色谱进料浓度为50%-60%。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，料液为2'-岩藻糖基乳糖发酵液。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，三组分色谱分离装置的色谱柱数量为至少8个，色谱柱内填充阳离子交换树脂。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，三组分色谱分离装置的操作温度为60-65℃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，三组分色谱分离装置的进料速率为0.01-0.05kg/h/L树脂，进洗脱剂速率为0.02-0.1kg/h/L树脂。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分离纯化后得到的中间组分出料中，2'-岩藻糖基乳糖的含量>95%，二岩藻糖基乳糖含量≤2%，D-乳糖含量<3%。
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