[发明专利]功率超声与膜分离耦合连续降解多糖的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及多糖降解，特别是涉及一种功率超声与膜分离耦合连续降解多糖的装置与方法。

背景技术

许多的天然生物多糖来自于动植物或真菌等具有显著的生物活性，但由于分子量较大，粘度大，水溶性差或不溶，影响了其应用及生物活性。如裂褶多糖，具有较好的抗肿瘤活性，但其分子量一般有几百万甚至上千万，较难溶或溶解度较小，影响其应用；壳聚糖也具有较好的生理活性，但其根本不溶于水，只能溶于醋酸等酸性溶液中，大大限制了其应用范围。

因此，需要对这些高分子量的天然多糖进行改性。最简单的方法是对其进行降解，降低其分子量。只要不改变多糖的结构，适度降低分子量，不仅可以改善溶解性，而且还可以增强生物活性。大功率超声场成为降解多糖的一种较适宜的方法。

目前超声降解多糖一般是间歇式的，即多糖经过一定强度的大功率超声场作用一定的时间后再进行必要的分离等后续操作。这种间歇式操作的存在的问题是，降解多糖的分子量分布较宽，可能还有完全没有降解的大分子，有大量降解到一定分子量的多糖，同时还有一些被过度降解成相对分了量较小的多糖或寡糖，由于分子量过小可能会让多糖失去生物活性如裂褶多糖分子量小于5万时活性就会降低，而1万以下则活性丧失。因此，需要建立一种连续且分子量可控的降解方法。

发明内容

本发明的目的是针对间歇式超声场降解多糖程存在的问题，提供一种实现降解多糖分子量可控降解、连续进料、降解和分离，降解效率高的功率超声与膜分离耦合连续降解多糖的装置与方法。

本发明将超声场与超滤分离有机结合起来，建立连续化的功率超声降解与膜分离一体化置，对降解多糖的分子量进行有效控制。利用功率超声场对难溶、溶解度小或粘度太大的天然活性大分子多糖进行降解改性，以提高其溶解性，降低粘度；同时利用膜分离，将达到降解要求的多糖及时从反应体系中分离，避免多糖被进一步降解和过度降解，对分子量实行有效控制，以获得分子量在1～500kDa之间可根据不同多糖及降解需求改变膜的截流分子量从而控制产物分子量的范围的具有良好生理活性的降解改性多糖或寡糖，并且实现连续化的功率超声降解与膜分离的一体化。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

功率超声与膜分离耦合连续降解多糖的装置，包括罐体、冷凝夹层、温度传感器、pH探头、陶瓷微滤膜、超声发生器、中央控制台、第一级超滤膜分离器、贮箱和第二级超滤膜分离器；罐体侧边设有冷凝夹层，冷凝夹层上设有冷凝水的进出口，冷凝水的进出口设有电磁阀；罐体内侧边安装温度传感器；罐体的顶部安装有超声换能器，超声换能器与超声发生器连接；罐体的顶部还安装有搅拌器，并设有进料口；罐体内的边侧与下底之间接合处安装有陶瓷微滤膜，膜孔大小为0.03～8μm；罐体的底安装有pH探头；温度传感器、电磁阀、pH探头和超声发生器都与中央控制台连接，中央控制台为单片机或者计算机；罐体的底部中央安装有出料口及阀门；

所述出料口及阀门通过一级泵与第一级超滤膜分离器连接，第一级超滤膜分离器分别与贮箱和进料口连接；贮箱通过二级泵与第二级超滤膜分离器连接；第二级超滤膜分离器还通过管道与贮箱连接；贮箱设有出料阀门。

为进一步实现本发明的目的，所述罐体优选为圆筒形空腔结构，罐体的顶部和底部为圆弧形的顶和底。

所述圆筒形空腔结构的内径优选为0.05-10m。

所述罐体的底部安装有取样口，取样口带有阀门。

所述罐体的边侧上设有多个观察视孔。

所述罐体内的边侧与下底之间接合处安装的陶瓷微孔滤膜采用螺栓及垫片连接。

应用上述装置的功率超声与膜分离耦合连续降解多糖的方法：将多糖的溶液、不溶性多糖的悬浮液或直接将多糖的固体与溶剂经进料口加入罐体中，开动搅拌器和超声发生器，对罐体内的多糖进行超声降解；开动电磁阀，冷却水经冷凝水的进出口进出；通过pH探头测定多糖降解过程体系的pH；降解设定时间后，开启出料口及阀门，并启动一级泵，降解的多糖通过陶瓷微滤膜，经出料口及阀门、一级泵进入第一级超滤膜分离器；第一级超滤膜分离器的截流液返回到罐体内，透过液进入贮罐，经二级泵进入第二级超滤膜分离器，第二级超滤膜分离器的截流液经浓缩通过出料阀门排出，得降解多糖产品。

本发明具有如下优点：