一種魔芋葡甘聚糖凝膠微球及其製備方法

2023-10-04 05:34:44 3

專利名稱：一種魔芋葡甘聚糖凝膠微球及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種魔芋葡甘聚糖凝膠微球，更具體地說，本發明涉及一種大孔型魔芋葡 甘聚糖凝膠微球及魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備方法。
背景技術：
魔芋是天南星科植物Amorpho phallus konjac K. Koch為球莖物。其中主要成分是多聚
糖，是由葡萄糖和甘露糖經ei, 4—糖苷鍵連接的多聚糖，分子鏈中甘露糖和葡萄糖的比例
是2: 1。葡聚糖作為天然多糖層析介質已經得到廣泛的應用，魔芋葡甘聚糖與葡聚糖結構 非常相似，它具備了葡聚糖作為理想介質的許多特性高親水性、含有較多的活化羥基、不 與生物大分子發生非特異性吸附，因此製備葡甘聚糖凝膠微球可應用於層析介質。由於葡甘 聚糖分子含有較多的活性羥基，可以在一定的條件下進行功能基化反應引入不同的配基，形 成親和層析、疏水以及離子交換色譜介質，葡甘聚糖凝膠己用於分離蛋白質等水溶性生化物 質。隨著對分離介質的研究和應用的不斷深入，凝膠型的魔芋葡甘聚糖微球已不能滿足現在 的分離需求，為分離更大的分子，要求這類介質應具有更大的孔隙，以利於擴大蛋白質的應 用範圍。
日本學者[JP昭62—236839， JP平1—94949]曾採用魔芋葡甘聚糖合成了層析介質， 但是工藝路線兀長，生產周期約為五、六天的時間，且消耗大量的溶劑，不但成本昂貴，還 難以工業生產。化工工業部晨光化工研究院成都分院[CN 1078724A研究出了一種可用作 凝膠過濾介質的珠狀交聯葡聚糖的製備方法，此法雖然可進行工業生產，但是此方法反應設 備複雜，反應過程操作複雜且要求嚴格，不利於工業化大規模生產，而且生產產品為凝膠型 結構，僅研究了含有通過交聯形成的化學孔的凝膠介質，致使分子量大於IO萬的生物大分 子分離受到限制。隨著對魔芋葡甘聚糖作為凝膠介質深入研究，有必要對以往的工藝路線進 一步的提高、改進，並開發魔芋葡甘聚糖新的系列產品，克服以往傳統製備方法的不足以及 由此帶來應用受限等缺陷。

發明內容
本發明的目的在於提供了一種大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球，以用於蛋白的分離純化。 本發明的另一目的在於提供一種魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備方法，釆用成球、交聯一
步反應，縮短反應時間，簡化成球工藝，僅用簡單反應器裝置即可生產。
本發明所提供的大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球，其比表面積為5 15 m2/g,孔容為0.1
0.8 ml/g。
優選的大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球比表面積為5 10m2/g，孔容為0.15 0.5 ml/g。 本發明提供的魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備方法步驟如下
(1) 將魔芋葡甘聚糖降解成小分子鏈的葡甘聚糖，過濾雜質，得到魔芋葡甘聚糖水溶
液；
(2) 將所得的魔芋葡甘聚糖水溶液在50'C 95'C溫度下加入到含有油相乳化劑的油性 物質中，同時滴加交聯劑，在攪拌成球的同時發生交聯反應，得到凝膠微球；
(3) —步交聯成球形成的凝膠微球，洗滌、收集，即可得到魔芋葡甘聚糖凝膠微球。 魔芋是天然的複合多糖，分子量約80 100萬左右，通常1%的葡甘聚糖在水中為膠凍
狀，難以攪拌，沒有任何流動性，這樣的粘稠態是無法在油性物質中分散，所以必須先將大 分子的葡甘聚糖降解為小分子，得到易流動的液體。通常多糖的降解有酸解和酶解兩種方法。 為了簡便操作，多採用化學降解法。可使用的酸有醋酸、醋酸酐、丙酸、硝酸、鹽酸等任意 的有機酸以及無機酸。
通常採用的方法是將一定量的魔芋精粉溶於酸中，充分攪拌形成膠凍狀，然後放入高壓 鍋內高溫降解，再將降解物取出降至室溫，加入鹼液溶解降解物，充分攪拌使其全部溶解， 然後過濾雜質得澄清液體即魔芋葡甘聚糖水溶液。
本發明提供的製備方法中優選的魔芋葡甘聚糖水溶液的濃度為5% 20% (w/w)。 魔芋葡甘聚糖大分子水溶液，要選以油性物質為分散介質進行反相成球工藝。本發明提
供的製備方法中油性物質可選用氯代環氧丙垸、醋酸丁酯、透平油、煤油、機油、烴類及囟 代烴，如二氯乙烷、液體石蠟、四氯化碳、環己烷、環已烷/四氯化碳等，芳香化合物及其 滷代物，如甲苯、二甲苯、二氯苯等溶劑。優選的油性物質為液體石蠟或者二甲苯。
為了製備出光圓的凝膠微球，油相乳化劑的選擇至關重要， 一般來說，需要選擇即能溶 於分散介質中，又可以形成穩定分散效果的物質。油相乳化劑可以單獨使用，也可以兩種或 兩種以上配合使用。在本發明提供的製備方法中的油相乳化劑可選司班類乳化劑、吐溫類
乳化劑、油酸、油酸鈉、甲基纖維素、乙基纖維素、鋰基脂中的一種或者幾種。
在製備凝膠微球過程中，魔芋葡甘聚糖水溶液在攪拌狀態下，倒入油性物質中分散，同
時滴加交聯劑，交聯反應與攪拌成球同時發生，邊成球，邊交聯，成球、交聯同時完成。交
聯溫度為10°C 95°C，優選的溫度為50'C 8(TC，交聯反應時間為4 24h，優選反應時間
為5 12h。反應完畢後，經過多次洗滌，過濾，即可得到魔芋葡甘聚糖凝膠微球。
本發明提供的製備方法中交聯劑可選用環氧氯丙垸、環氧氯丙烷一多元醇衍生物、二環 氧丁烷、1,4-丁二醇醚及含有活潑滷素化合物等多官能團化合物中的一種或幾種。
在上述提供的製備方法中，在所述的魔芋葡甘聚糖水溶液中還可以添加致孔劑，用於制 備大孔型的魔芋葡甘聚糖凝膠微球，並且可通過調節致孔劑的用量來控制魔芋葡甘聚糖凝膠 微球的孔容。
致孔劑應選擇不參與交聯反應，也不溶於油性物質的惰性試劑作為填充劑，在凝膠微球 製備過程中，致孔劑佔據凝膠微球內的部分空間，交聯反應成球後除去致孔劑，由致孔劑形 成的孔隙為物理孔，由交聯劑交聯分子鏈形成的網絡結構中的孔隙為化學 L，添加致孔劑後 製備的凝膠微球就是既有物理孔又有化學孔的大孔凝膠微球。
致孔劑種類可以是無機鹽類、多羥基的醇或其聚合物的一種或幾種，優選的致孔劑有 NaCl、 Na2C03、丙三醇及PEG中的一種或幾種。
優選的致孔劑用量為魔芋葡甘聚糖水溶液的2% 20% (w/w)。
本發明解決了製備魔芋葡甘聚糖凝膠微球傳統工藝中工序繁多、生產周期長、反應設 備複雜等問題。本發明具有如下優點
(1) 在製備魔芋葡甘聚糖凝膠微球工藝中採用成球、交聯一步反應，縮短生產周期， 簡化成球工藝步驟，僅用5 12 h和簡單反應器裝置即可生產；
(2) 首創製備大孔型的魔芋葡甘聚糖凝膠微球，並且可通過調節致孔劑的用量來控制 魔芋葡甘聚糖凝膠微球的孔容大小，製備多種類型的魔芋葡甘聚糖凝膠微球，擴大了魔芋葡 甘聚糖凝膠微球的分離範圍，適用性更廣。


圖l魔芋葡甘聚糖凝膠徼球的制各流程圖。
圖2實施例二中製備的魔芋葡甘聚糖凝膠微球的光學顯微鏡照片。 圖3實施例六中製備的魔芋葡甘聚糖凝膠微球的光學顯微鏡照片。 圖4實施例六中製備的魔芋葡甘聚糖凝膠微球表面的掃描電鏡照片。 圖5實施例七中製備的魔芋葡甘聚糖凝膠微球表明的掃描電鏡照片。 圖6實施例八中製備的魔芋葡甘聚糖凝膠微球的柱效分析圖
具體實施例
下面結合實施例對本發明作進一步的描述，但是本發明並不局限於實施例中的描述。
實施例一
魔芋葡甘聚糖水溶液的製備。
在1000ml反應器中，將45.6ml 0.5M的HC1與272.7 g的水混合均勻，將市售魔芋精粉 56.7084g倒入混合液中，並攪拌均勻，溶脹5min後成膠凍狀，然後用紗布密封反應器，放 入高壓滅菌鍋中，在113'C降解40min,降解完畢後取出反應器，溫度降至室溫後，倒入 125g40% NaOH，使其溶解，過濾雜質後即可得到澄清微黃的10%固含量的魔芋葡甘聚糖 水溶液。依照此法可以製備6%、 15%固含量的魔芋葡甘聚糖水溶液備用。
實施例二
二甲苯體系魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有1.67g乙基纖維素和0.83g司班60的二甲 苯235ml，升溫至50'C，在攪拌狀態下加入濃度為6%的葡甘聚糖水溶液100g，滴加交聯 劑環氧氯丙烷50ml，滴加2小時。滴加完畢，升溫至60'C，持續8個小時，微球固化。濾 出微球，回收分散介質，微球用大量水反覆洗滌。粒徑200 300um的光圓微球。凝膠微球 的光學顯微鏡照片如圖2所示。
實施例三
液體石蠟體系魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有1.5g司班80的液體石蠟150ml，升溫至 50'C'在攪拌狀態下加入濃度為6%的葡甘聚糖水溶液50g，滴加交聯劑環氧氯丙烷25ml，
滴加1小時，滴加完畢，升溫至60'C，持續8小時，微球固化，濾出微球，微球用大量的 水反覆的洗滌，即得到粒徑120 200um之間的微球。
實施例四
液體石蠟體系魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有l.Og司班80的液體石蠟120ml，升溫至 60°C,在攪拌狀態下加入濃度為6X的葡甘聚糖水溶液50g，其中混有0.2§吐溫80，滴加交 聯劑環氧氯丙烷25mh滴加1.5小時，滴加完畢，升溫至7(TC,持續反應攪拌8小時，微 球固化，濾出微球，用大量的水反覆洗滌，即得到粒徑200 300um凝膠微球。
實施例五
液體石蠟體系魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有1.3g司班80的液體石蠟100ml,升溫至60 °C，在攪拌狀態下加入濃度為10%的葡甘聚糖水溶液50g，滴加交聯劑25ml環氧氯丙烷 和5gl，4-丁二醇二縮水甘油醚的混合物，滴加2h,完畢後，升溫至7(TC，反應持續8小時， 微球固化，濾出微球，微球用大量的水反覆洗，即得到粒徑為110 200um的凝膠微球。
實施例六
液體石蠟體系大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有1.2g司班80和0.36g的鋰基酯的液體石 蠟120ml,升溫至6(TC,在攪拌狀態下加入濃度為10%的葡甘聚糖水溶液60g，其中混有 6gNaCl，滴加交聯劑30ml環氧氯丙垸和6g 1，4-丁二醇二縮水甘油醚的混合物，滴加2小時， 滴加完畢後，升溫至7(TC，反應持續8小時，微球固化，濾出微球，微球用大量的水反覆 洗滌，即得到粒徑為110 160um的微球，。幹球測定比表面積為8.70m2/g，孔容為0.2ml/g。 凝膠微球的光學顯微鏡照片如圖3所示，電鏡照片如圖4所示。
實施例七
液體石蠟體系大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有1.2g司班80和0.36g的鋰基酯的液體石蠟 120ml，升溫至6(TC，在攪拌狀態下加入濃度為15%的葡甘聚糖水溶液60g，其中混有6g NaCl，滴加交聯劑30ml環氧氯丙烷和6gl，4-丁二醇二縮水甘油醚的混合物，滴加2小時， 滴加完畢後，升溫至7(TC，反應持續8小時，微球固化，濾出微球，微球用大量的水反覆 洗滌，即得到粒徑為140 160咖的微球。幹球測定比表面積為7.9m"g,孔容為0.15ml/g。 凝膠微球掃描電鏡照片如圖5所示。
實施例八
液體石蠟體系大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有1.2g司班80和0.36g的鋰基酯的液體石蠟 120ml,升溫至6(TC，在攪拌狀態下加入濃度為10%的葡甘聚糖水溶液60g，其中混有9g NaCl，滴加交聯劑30ml環氧氯丙烷和6gl,4-丁二醇二縮水甘油醚的混合物，滴加2小時， 滴加完畢後，升溫至7(TC，反應持續8小時，微球固化，濾出微球，用大量的水反覆洗滌， 即得到粒徑為120 160um的微球。幹球測定比表面積為5.90m"g，孔容為0.2ml/g。將所得 凝膠微球取100ml裝柱，取3ml濃度1%的丙酮水溶液上樣，進行理論塔板數的測定，理論 塔板數為447.48，理論塔板高度為5.494e-4，得到柱效圖如圖6所示。
實施例九
液體石蠟體系大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有1.2g司班80和0.36g的鋰基酯的液體石蠟 120ml，升溫至60'C，在攪拌狀態下加入濃度為15%的葡甘聚糖水溶液60g,其中混有9g NaCl，滴加交聯劑30ml環氧氯丙烷和6gl，4-丁二醇二縮水甘油醚的混合物，滴加2小時， 滴加完畢後，升溫至7(TC，反應持續8小時，微球固化，濾出微球，用大量的水反覆洗滌， 即得到粒徑為140 160um的微球，製成幹球為白堊態微球。
實施例十
液體石蠟體系大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有l.Og司班80和0.3g的鋰基酯的液體石蠟 100ml，升溫至6(TC，在攪拌狀態下加入濃度為10%的葡甘聚糖水溶液50g,其中混有2.5g Na2C03，滴加交聯劑25ml環氧氯丙烷，滴加2小時，滴加完畢後，升溫至7(TC，反應持續 8小時，微球固化，濾出微球，用大量的水反覆洗滌，即得到粒徑為100~200um的微球。 幹球測定比表面積為7.90m2/g，孔容為0.12 ml/g。
實施例十一
液體石蠟體系大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備。
在帶攪拌裝置的250ml反應器中，加入混有l.Og司班80和0.2g的鋰基酯的液體石蠟 100ml，升溫至6(TC,在攪拌狀態下加入濃度為15%的葡甘聚糖水溶液50g ，其中混有 2.5g丙三醇，滴加交聯劑2.5ml環氧氯丙垸和5gl,4-丁二醇二縮水甘油醚的混合物，滴加2 小時，滴加完畢後，升溫至7(TC,反應持續8小時，微球固化，濾出微球，用大量的水反 復洗滌，即得到粒徑為2Q0 300um的微球，製成幹球為白堊態微球。
權利要求
1、一種大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球，其特徵在於，所述微球的比表面積為5～15m2/g，孔容為0.1～0.8ml/g。
2、 如權利要求1所述的魔芋葡甘聚糖凝膠微球，其特徵在於，所述微球的比表面積為5 10 m2/g,孔容為0.15 0.5 ml/g。
3、 一種魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備方法，包括以下步驟(1) 將魔芋葡甘聚糖降解成小分子鏈的葡甘聚糖，過濾雜質，得到魔芋葡甘聚糖水溶液；(2) 將所得的魔芋葡甘聚糖水溶液在5(TC 95'C溫度下加入到含有油相乳化劑的油性 物質中，同時滴加交聯劑，在攪拌成球的同時發生交聯反應；(3) —步交聯成球形成的凝膠微球,經洗滌、收集，即可得到魔芋葡甘聚糖凝膠微球。
4、 如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述的魔芋葡甘聚糖水溶液的濃度為5% 20% (w/w)。
5、 如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，還可在魔芋葡甘聚糖水溶液中加入致孔劑， 以製備大孔性魔芋葡甘聚糖凝膠微球。
6、 如權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述的致孔劑可選用無機鹽類、多羥基的 或其聚合物中的一種或幾種。
7、 如權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述的致孔劑可選用NaCl、 NaC03、丙三 醇、PEG中的一種或者幾種。
8、 如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述的致孔劑用量為魔芋葡甘聚糖水溶液 的2% 20% (w/w)。9、
如權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，可以通過調節致孔劑的用量來控制魔芋葡 甘聚糖凝膠微球的孔容大小。
全文摘要
本發明公開了一種大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球，其比表面積5～15m2/g，孔容為0.1～0.8ml/g。本發明還公開了一種魔芋葡甘聚糖凝膠微球的製備方法。其中在魔芋葡甘聚糖水溶液中加入致孔劑，可通過控制致孔劑的用量來製備不同規格孔容的大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球。本發明提供的製備方法採用成球、交聯一步反應，縮短生產周期，簡化成球工藝步驟，僅5～12h和簡單反應裝置即可生產；而且本發明提供的大孔型魔芋葡甘聚糖凝膠微球更可廣泛地用於蛋白質的分離純化。
文檔編號B01J13/06GK101113180SQ20061008891
公開日2008年1月30日 申請日期2006年7月26日 優先權日2006年7月26日
發明者王佳興, 蘇志國, 葛佳麗, 馬光輝 申請人:中國科學院過程工程研究所