專利名稱：一種酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用酶法降解殼聚糖與膜分離相結(jié)合生產(chǎn)高生理活性殼寡糖的技術(shù)。
殼寡糖是指在β-1,4位結(jié)合有2-10個葡糖胺的一種低聚糖，它具有抑制腫瘤生長，增強機體免疫力，降低血液中膽固醇的能力；能促進雙歧桿菌增殖，抑制腸道有害菌的生長；它還具有阻礙病原菌的生長繁殖，增強植物對病蟲害的防御能力，因而被廣泛用于醫(yī)藥，保健食品和農(nóng)業(yè)中。此外還用于化學(xué)工業(yè)作為絮凝劑、分離膜、酶固定化載體等。殼寡糖通常由殼聚糖降解而獲得，目前主要采用酸降解、氧化降解和酶降解法，殼寡糖的分離提取通常采用活性炭、硅藻土、活性炭-氟鎂石或離子交換膜電滲析技術(shù)。這些方法雖然可以實現(xiàn)活性殼寡糖的有效分離，但由于操作繁雜，污染嚴重，成本高而影響大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法，采用這種技術(shù)生產(chǎn)殼寡糖，無活性的單糖和二糖生成量低，活性寡糖收率高，污染小，生產(chǎn)成本低，實現(xiàn)反應(yīng)和分離連續(xù)操作，適合于規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明提供了一種酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法，其特征在于生產(chǎn)過程如下(1)以酶降解殼聚糖制備殼寡糖；(2)采用中空纖維或平板超濾器與降解反應(yīng)結(jié)合原位即時分離出活性寡糖；(3)再用納濾器過濾超濾液，分離出高濃度活性殼寡糖。
本發(fā)明中所述酶降解過程可以是將0.5-3.0％重量殼聚糖溶在醋酸溶液中，降解用酶是幾丁質(zhì)酶、纖維素酶、菠蘿蛋白酶、溶菌酶、脂肪酶、殼聚糖酶，或其復(fù)合物，酶相對殼聚糖的用量為0.5-3.0％重量；反應(yīng)溫度15-60℃，pH3.0-7.0。
所述超濾過程可以是當(dāng)反應(yīng)液黏度降至40～50％后，將酶解液從反應(yīng)釜泵入膜分離器中，膜分離器以超濾模式操作，膜的切割分子量為2000-10000，小于膜切割分子量的分子透過膜，未透過部分返回反應(yīng)釜繼續(xù)酶解。
所述納濾過程可以是將透過超濾器的酶解液泵入納濾器，納濾器選擇卷式平板膜，膜對MgSO4的截留率為80-95％，單糖、二糖和大量水透過膜，未透過部分為活性殼寡糖的濃縮液。
本發(fā)明的反應(yīng)分離藕合操作方式，可以是連續(xù)操作，也可以是間歇操作，原料補加方式，可以是間歇補料，也可以是連續(xù)補料，間歇補料是在膜分離器排出一定量后，向反應(yīng)釜中加入等體積的原料液，連續(xù)補料在膜分離器濾出的同時向反應(yīng)釜中滴加原料液，但補加速率須與濾出速率相等。
本發(fā)明所采用的膜超濾器可以是商用的中空纖維或平板型超濾膜分離器，也可自行構(gòu)建加工由各種材料制成的超濾膜組成的各種形式的膜分離器。膜的孔徑以透過相應(yīng)分子量的殼寡糖為準(zhǔn)則，但必須截留酶分子。通常為2000-10000。
本發(fā)明所用納濾膜分離器，可以是商用的卷式平板膜或自行設(shè)計的各種形式納濾膜器，膜的選擇以透過單糖和二糖，水和醋酸為準(zhǔn)則，通常選用對MgSO4截留率為80-95％的膜。
本發(fā)明與現(xiàn)有的批次降解后層析分離比較，具有如下優(yōu)點1、采用酶法降解殼聚糖與膜分離相藕和可以使活性殼寡糖即時得到分離，有效地抑制了它在酶作用下進一步降解為無活性殼寡糖。
2、降解酶可連續(xù)重復(fù)使用，提高了酶的使用效率。
3、通過選擇不同孔徑的膜和調(diào)控操作條件可以獲得不同聚合度的殼寡糖。
4、過程簡捷，減少了分離過程引起的污染，提高了分離效率。過程可連續(xù)進行，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
總之，本發(fā)明將膜分離技術(shù)與酶法降解殼聚糖相結(jié)合，即采用中空纖維或平板膜超濾器對降解反應(yīng)液原位分離，及時分離出具有生理活性的殼寡糖，有效地控制活性殼寡糖在酶作用下的進一步降解，也可以防止降解產(chǎn)物對反應(yīng)的抑制作用，由于實現(xiàn)連續(xù)操作，酶可重復(fù)使用，提高降解酶的使用效率。超濾膜的濾出液再經(jīng)納濾，除去低聚合度的無活性的寡糖和大量的水，使超濾液得到濃縮，獲得生理活性高的某聚合度范圍的殼寡糖產(chǎn)品。
下面通過實例對本發(fā)明的技術(shù)進一步說明實施例1殼聚糖的酶降解反應(yīng)將0.5-3.0％的殼聚糖溶于醋酸緩沖液中(pH 5.6,0.05M)，加入一定量的酶，酶∶底物=1∶20，在15-60℃下反應(yīng)，以反應(yīng)液黏度下降的百分率表征各種酶的降解活性。用平氏黏度計測定初始和降解12小時后反應(yīng)液通過測量段的下降時間t0、t，則殼聚糖黏度下降的百分率為t0-t/t0。
各種酶降解殼聚糖活性
實施例2酶降解反應(yīng)與膜分離的耦合實驗在不銹鋼反應(yīng)釜中，將1％的殼聚糖溶于20L的1％醋酸溶液中，1％(對殼聚糖)的殼聚糖酶加入到反應(yīng)體系中，40℃攪拌1小時后，黏度下降至40-60％開始超濾，超濾器為膜面積2m2的中空纖維膜濾器，切割分子2000-10000，采用間歇補料，共補料6批，超濾濾出液20L。14L超濾液用2的卷式平板膜納濾器處理，膜對MgSO4截留率為80-95％，膜面積0.5m2，得濃縮液2L，濾出液12L，濃縮液的時間飛行質(zhì)譜如附圖
所示。圖中標(biāo)記的數(shù)字峰為殼寡糖的聚合度，主要是3-8糖，10糖以上僅含微量。
實施例3 間歇補料與連續(xù)補料實驗反應(yīng)總體積20L，試驗條件與實施例2相同，投料1小時后開始超濾，同時以等速連續(xù)補加原料和醋酸，超濾濾出液60L，經(jīng)過納濾得濃縮液1.8L，在間歇補料與連續(xù)補料中，不同聚合度殼寡糖所占比例見下表，連續(xù)補料使3-4糖相對量降低，而6-8糖相對量增加。
間歇補料與連續(xù)補料中，3-10糖的相對量
權(quán)利要求
1．一種酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法，其特征在于生產(chǎn)過程如下(1)以酶降解殼聚糖制備殼寡糖；(2)采用中空纖維或平板超濾器與降解反應(yīng)結(jié)合原位即時分離出活性寡糖；(3)再用納濾器過濾超濾液，分離出高濃度活性殼寡糖。
2．按照權(quán)利1所述酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法，其特征在于所述酶降解過程是將0.5-3.0％重量殼聚糖溶在醋酸溶液中，降解用酶是幾丁質(zhì)酶、纖維素酶、菠蘿蛋白酶、溶菌酶、脂肪酶、殼聚糖酶，或其復(fù)合物，酶相對殼聚糖的用量為0.5-3.0％重量；反應(yīng)溫度15-60℃，pH3.0-7.0。
3．按照權(quán)利1所述酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法，其特征在于所述超濾過程是當(dāng)反應(yīng)液黏度降至40～50％后，將酶解液從反應(yīng)釜泵入膜分離器中，膜分離器以超濾模式操作，膜的切割分子量為2000-10000，小于膜切割分子量的分子透過膜，未透過部分返回反應(yīng)釜繼續(xù)酶解。
4．按照權(quán)利1所述酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法，其特征在于所述納濾過程是將透過超濾器的酶解液泵入納濾器，納濾器選擇卷式平板膜，膜對MgSO4的截留率為80-95％，單糖、二糖和大量水透過膜，未透過部分為活性殼寡糖的濃縮液。
5．按照權(quán)利1、2、3或4所述酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法，其特征在于反應(yīng)與分離連續(xù)操作，或者間歇操作。
6．按照權(quán)利5所述酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法，其特征在于連續(xù)操作時原料連續(xù)補料或間歇補料。
全文摘要
一種酶法降解殼聚糖與膜分離相耦合生產(chǎn)殼寡糖的方法,其特征在于生產(chǎn)過程如下:(1)以酶降解殼聚糖制備殼寡糖;(2)采用中空纖維或平板超濾器與降解反應(yīng)結(jié)合原位即時分離出活性寡糖;(3)再用納濾器過濾超濾液,分離出高濃度活性殼寡糖。本發(fā)明實現(xiàn)了反應(yīng)分離一體化,防止了活性寡糖的二次降解。由于過程實現(xiàn)連續(xù)操作,降解酶可以連續(xù)使用,提高了效率,降低了成本,有利于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號C07H3/00GK1302809SQ00110009
公開日2001年7月11日 申請日期2000年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月5日
發(fā)明者杜昱光, 張銘俊, 王毓福, 曲天明, 張虎, 白雪芳, 虞星炬 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所