[发明专利]从椰子硬壳酸水解液中分离提纯D-木糖与木寡糖的方法

说明书

本发明所属领域

本发明采用离子交换层析，实现椰子硬壳酸水解液脱盐与除杂、冷冻结晶分离D-木糖与木寡糖。属食品工业和精细化工领域。

发明的技术背景

自然界不存在游离的D-木糖与木寡糖，而多以木聚糖的形式存在于植物细胞中，如玉米芯、甘蔗、秸杆、棉子等。目前生产D-木糖与木寡糖主要采用玉米芯、秸秆等为原料，酸或酶水解方法制备。无论采用哪种方法，水解液化学成分都十分复杂，有D-木糖、木寡糖、低聚木糖、聚木糖、各种有机酸、色素、木质素与盐等。因此分离提纯D-木糖与木寡糖是制备工艺中关键步骤之一。包括脱色、脱盐、除杂等过程。常用的分离提纯方法有凝胶过滤层析法、吸附层析法、生物分离法、膜分离法、离子交换层析法。

凝胶过滤层析分离技术是分离低聚糖最有效的方法之一。例如，以葡聚糖凝胶Sephadex G10层析柱，以蒸馏水为流动相，流速为10mL/h，柱温为30℃，分离低聚木糖溶液7h后，能够很好地分离木二糖和木糖，但不能分离木四糖至木八糖的混合糖液，说明Sephadex G10能分离的低聚木糖相对分子量范围为0～700。Havliceker等研究表明采用聚丙烯酰胺凝胶(BioGel P-4)为吸附介质的层析柱，对木聚糖酶水解玉米芯木聚糖所得的低聚木糖液进行分离提纯，可得到纯度大于98％的低聚木糖单一组分。Jin Sun等将D-木糖和DP值2～15的低聚木糖通过BioGel P-4柱与Toyopearl HW-40F柱组成的双联层析柱、BioGel P-4柱与BioGel P-2柱组成的双联层析柱进行分离，并将其结果进行对比，表明两者都能分离低聚木糖，但后者分离能力略低于前者。Toyopearl HW-50层析柱和Toyopearl HW-40层析柱仅能分离DP值为8的低聚木糖。使用BioGel P-4和Toyopearl HW-40的双层析柱，以蒸馏水为洗脱液分离低聚木糖，可得到令人满意的结果。然而由于凝胶价格昂贵，脱盐和再生困难，目前仅用于实验室研究，很难应用于规模化生产。

吸附层析：采用活性炭、酸性粘土、活性白土、二氧化硅、多孔合成材料等吸附剂的层析柱，分离提纯含低聚木糖液体，可获得低聚木糖的单组分，分离效果良好，但单组分收率不高。Pellerin等用活性炭吸附层析柱，用30％乙醇为洗脱液梯度洗脱，可根据分子量差异、对不同DP值的低聚木糖进行分离，活性炭可再生重复使用。Whistler等采用活性炭-硅藻土或活性炭-Al₂O₃层析柱，以0～15％乙醇溶液梯度洗脱，能分离出D-木糖、木二糖、木三糖、木四糖和木五糖。

活性炭不仅可分离不同DP值的低聚木糖，还可用于脱色，HAC型活性炭对酶解的低聚木糖液进行吸附脱色，以2.5g/L活性炭吸附16.0g/L酶解的低聚木糖溶液，色素吸附率可达89.9％，低聚木糖的吸附率为14.7％，继续增加活性炭的用量并不能明显提高对色素的吸附，而对低聚木糖的吸附率却持续上升。HAC型活性炭对低聚木糖的吸附能力与分子量呈正相关。优先吸附木五糖、木四糖，活性炭用量较大时，对木二糖、D-木糖也明显吸附。选择合适孔隙分布的活性炭，使其适宜于吸附色素，木五糖、木四糖等分子量较大的糖分，可分离出D-木糖、木二糖、木三糖。然而，活性炭分离效率低，不能脱除其中的盐，再由于采用乙醇梯度洗脱，连续操作困难，酒精消耗量大，成本高。

生物法分离是通过发酵法将功能性低聚糖中的非功效成分选择性除去。Isao等利用酵母(Candida parapsilosis var.komabaensis K-75)在30℃条件下发酵木糖和木二糖的混合液60h后，可除去D-木糖，离心除去酵母后便得到纯化的木二糖溶液。

膜分离技术是一种新兴的高效分离、浓缩和提纯技术，具有常温、无相变、高效、节能、无污染等优点。用于低聚糖分离的膜技术主要有超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。根据其膜孔径的大小，可用于低聚糖的分级分离。Misturo等利用截留不同分子质量的超滤膜对低聚木糖进行分级处理，分析结果显示：截留分子质量大于500而小于1000的膜所得级分为木四糖和木五木糖，截留分子质量大于1000而小于5000的膜所得的级分主要为木七糖和木八糖。分离效果良好，但设备复杂、投资和维修费用较高。