CN101113180B - 一种魔芋葡甘聚糖凝胶微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球，其比表面积5～15m2/g，孔容为0.1～0.8ml/g。本发明还公开了一种魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备方法。其中在魔芋葡甘聚糖水溶液中加入致孔剂，可通过控制致孔剂的用量来制备不同规格孔容的大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球。本发明提供的制备方法采用成球、交联一步反应，缩短生产周期，简化成球工艺步骤，仅5～12h和简单反应装置即可生产；而且本发明提供的大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球更可广泛地用于蛋白质的分离纯化。
Description
技术领域
本发明涉及一种魔芋葡甘聚糖凝胶微球，更具体地说，本发明涉及一种大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球及魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备方法。
背景技术
魔芋是天南星科植物Amorpho phallus konjac K.Koch为球茎物。其中主要成分是多聚糖，是由葡萄糖和甘露糖经β1，4-糖苷键连接的多聚糖，分子链中甘露糖和葡萄糖的比例是2∶1。葡聚糖作为天然多糖层析介质已经得到广泛的应用，魔芋葡甘聚糖与葡聚糖结构非常相似，它具备了葡聚糖作为理想介质的许多特性：高亲水性、含有较多的活化羟基、不与生物大分子发生非特异性吸附，因此制备葡甘聚糖凝胶微球可应用于层析介质。由于葡甘聚糖分子含有较多的活性羟基，可以在一定的条件下进行功能基化反应引入不同的配基，形成亲和层析、疏水以及离子交换色谱介质，葡甘聚糖凝胶已用于分离蛋白质等水溶性生化物质。随着对分离介质的研究和应用的不断深入，凝胶型的魔芋葡甘聚糖微球已不能满足现在的分离需求，为分离更大的分子，要求这类介质应具有更大的孔隙，以利于扩大蛋白质的应用范围。
日本学者[JP昭62-236839，JP平1-94949]曾采用魔芋葡甘聚糖合成了层析介质，但是工艺路线冗长，生产周期约为五、六天的时间，且消耗大量的溶剂，不但成本昂贵，还难以工业生产。化工工业部晨光化工研究院成都分院[CN 1078724A]研究出了一种可用作凝胶过滤介质的珠状交联葡聚糖的制备方法，此法虽然可进行工业生产，但是此方法反应设备复杂，反应过程操作复杂且要求严格，不利于工业化大规模生产，而且生产产品为凝胶型结构，仅研究了含有通过交联形成的化学孔的凝胶介质，致使分子量大于10万的生物大分子分离受到限制。随着对魔芋葡甘聚糖作为凝胶介质深入研究，有必要对以往的工艺路线进一步的提高、改进，并开发魔芋葡甘聚糖新的系列产品，克服以往传统制备方法的不足以及由此带来应用受限等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球，以用于蛋白的分离纯化。
本发明的另一目的在于提供一种魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备方法，采用成球、交联一步反应，缩短反应时间，简化成球工艺，仅用简单反应器装置即可生产。
本发明所提供的大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球，其比表面积为5～15m2/g，孔容为0.1～0.8ml/g。
优选的大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球比表面积为5～10m2/g，孔容为0.15～0.5ml/g。
本发明提供的魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备方法步骤如下：
(1)将魔芋葡甘聚糖降解成小分子链的葡甘聚糖，过滤杂质，得到魔芋葡甘聚糖水溶液；
(2)将所得的魔芋葡甘聚糖水溶液在50℃～95℃温度下加入到含有油相乳化剂的油性物质中，同时滴加交联剂，在搅拌成球的同时发生交联反应，得到凝胶微球；
(3)一步交联成球形成的凝胶微球，洗涤、收集，即可得到魔芋葡甘聚糖凝胶微球。
魔芋是天然的复合多糖，分子量约80～100万左右，通常1％的葡甘聚糖在水中为胶冻状，难以搅拌，没有任何流动性，这样的粘稠态是无法在油性物质中分散，所以必须先将大分子的葡甘聚糖降解为小分子，得到易流动的液体。通常多糖的降解有酸解和酶解两种方法。为了简便操作，多采用化学降解法。可使用的酸有醋酸、醋酸酐、丙酸、硝酸、盐酸等任意的有机酸以及无机酸。
通常采用的方法是将一定量的魔芋精粉溶于酸中，充分搅拌形成胶冻状，然后放入高压锅内高温降解，再将降解物取出降至室温，加入碱液溶解降解物，充分搅拌使其全部溶解，然后过滤杂质得澄清液体即魔芋葡甘聚糖水溶液。
本发明提供的制备方法中优选的魔芋葡甘聚糖水溶液的浓度为5％～20％(w/w)。
魔芋葡甘聚糖大分子水溶液，要选以油性物质为分散介质进行反相成球工艺。本发明提供的制备方法中油性物质可选用氯代环氧丙烷、醋酸丁酯、透平油、煤油、机油、烃类及卤代烃，如二氯乙烷、液体石蜡、四氯化碳、环己烷、环己烷/四氯化碳等，芳香化合物及其卤代物，如：甲苯、二甲苯、二氯苯等溶剂。优选的油性物质为液体石蜡或者二甲苯。
为了制备出光圆的凝胶微球，油相乳化剂的选择至关重要，一般来说，需要选择即能溶于分散介质中，又可以形成稳定分散效果的物质。油相乳化剂可以单独使用，也可以两种或两种以上配合使用。在本发明提供的制备方法中的油相乳化剂可选：司班类乳化剂、吐温类乳化剂、油酸、油酸钠、甲基纤维素、乙基纤维素、锂基脂中的一种或者几种。
在制备凝胶微球过程中，魔芋葡甘聚糖水溶液在搅拌状态下，倒入油性物质中分散，同时滴加交联剂，交联反应与搅拌成球同时发生，边成球，边交联，成球、交联同时完成。交联温度为10℃～95℃，优选的温度为50℃～80℃，交联反应时间为4～24h，优选反应时间为5～12h。反应完毕后，经过多次洗涤，过滤，即可得到魔芋葡甘聚糖凝胶微球。
本发明提供的制备方法中交联剂可选用环氧氯丙烷、环氧氯丙烷-多元醇衍生物、二环氧丁烷、1，4-丁二醇醚及含有活泼卤素化合物等多官能团化合物中的一种或几种。
在上述提供的制备方法中，在所述的魔芋葡甘聚糖水溶液中还可以添加致孔剂，用于制备大孔型的魔芋葡甘聚糖凝胶微球，并且可通过调节致孔剂的用量来控制魔芋葡甘聚糖凝胶微球的孔容。
致孔剂应选择不参与交联反应，也不溶于油性物质的惰性试剂作为填充剂，在凝胶微球制备过程中，致孔剂占据凝胶微球内的部分空间，交联反应成球后除去致孔剂，由致孔剂形成的孔隙为物理孔，由交联剂交联分子链形成的网络结构中的孔隙为化学孔，添加致孔剂后制备的凝胶微球就是既有物理孔又有化学孔的大孔凝胶微球。
致孔剂种类可以是无机盐类、多羟基的醇或其聚合物的一种或几种，优选的致孔剂有NaCl、Na2CO3、丙三醇及PEG中的一种或几种。
优选的致孔剂用量为魔芋葡甘聚糖水溶液的2％～20％(w/w)。
本发明解决了制备魔芋葡甘聚糖凝胶微球传统工艺中工序繁多、生产周期长、反应设备复杂等问题。本发明具有如下优点：
(1)在制备魔芋葡甘聚糖凝胶微球工艺中采用成球、交联一步反应，缩短生产周期，简化成球工艺步骤，仅用5～12h和简单反应器装置即可生产；
(2)首创制备大孔型的魔芋葡甘聚糖凝胶微球，并且可通过调节致孔剂的用量来控制魔芋葡甘聚糖凝胶微球的孔容大小，制备多种类型的魔芋葡甘聚糖凝胶微球，扩大了魔芋葡甘聚糖凝胶微球的分离范围，适用性更广。
附图说明
图1魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备流程图。
图2实施例二中制备的魔芋葡甘聚糖凝胶微球的光学显微镜照片。
图3实施例六中制备的魔芋葡甘聚糖凝胶微球的光学显微镜照片。
图4实施例六中制备的魔芋葡甘聚糖凝胶微球表面的扫描电镜照片。
图5实施例七中制备的魔芋葡甘聚糖凝胶微球表明的扫描电镜照片。
图6实施例八中制备的魔芋葡甘聚糖凝胶微球的柱效分析图
具体实施例
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但是本发明并不局限于实施例中的描述。
实施例一
魔芋葡甘聚糖水溶液的制备。
在1000ml反应器中，将45.6ml 0.5M的HCl与272.7g的水混合均匀，将市售魔芋精粉56.7084g倒入混合液中，并搅拌均匀，溶胀5min后成胶冻状，然后用纱布密封反应器，放入高压灭菌锅中，在113℃降解40min，降解完毕后取出反应器，温度降至室温后，倒入125g 40％NaOH，使其溶解，过滤杂质后即可得到澄清微黄的10％固含量的魔芋葡甘聚糖水溶液。依照此法可以制备6％、15％固含量的魔芋葡甘聚糖水溶液备用。
实施例二
二甲苯体系魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.67g乙基纤维素和0.83g司班60的二甲苯235ml，升温至50℃，在搅拌状态下加入浓度为6％的葡甘聚糖水溶液100g，滴加交联剂环氧氯丙烷50ml，滴加2小时。滴加完毕，升温至60℃，持续8个小时，微球固化。滤出微球，回收分散介质，微球用大量水反复洗涤。粒径200～300um的光圆微球。凝胶微球的光学显微镜照片如图2所示。
实施例三
液体石蜡体系魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.5g司班80的液体石蜡150ml，升温至50℃，在搅拌状态下加入浓度为6％的葡甘聚糖水溶液50g，滴加交联剂环氧氯丙烷25ml，滴加1小时，滴加完毕，升温至60℃，持续8小时，微球固化，滤出微球，微球用大量的水反复的洗涤，即得到粒径120～200um之间的微球。
实施例四
液体石蜡体系魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.0g司班80的液体石蜡120ml，升温至60℃，在搅拌状态下加入浓度为6％的葡甘聚糖水溶液50g，其中混有0.2g吐温80，滴加交联剂环氧氯丙烷25ml，滴加1.5小时，滴加完毕，升温至70℃，持续反应搅拌8小时，微球固化，滤出微球，用大量的水反复洗涤，即得到粒径200～300um凝胶微球。
实施例五
液体石蜡体系魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.3g司班80的液体石蜡100ml，升温至60℃，在搅拌状态下加入浓度为10％的葡甘聚糖水溶液50g，滴加交联剂25ml环氧氯丙烷和5g 1，4-丁二醇二缩水甘油醚的混合物，滴加2h，完毕后，升温至70℃，反应持续8小时，微球固化，滤出微球，微球用大量的水反复洗，即得到粒径为110～200um的凝胶微球。
实施例六
液体石蜡体系大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.2g司班80和0.36g的锂基酯的液体石蜡120ml，升温至60℃，在搅拌状态下加入浓度为10％的葡甘聚糖水溶液60g，其中混有6gNaCl，滴加交联剂30ml环氧氯丙烷和6g 1，4-丁二醇二缩水甘油醚的混合物，滴加2小时，滴加完毕后，升温至70℃，反应持续8小时，微球固化，滤出微球，微球用大量的水反复洗涤，即得到粒径为110～160um的微球，。干球测定比表面积为8.70m2/g，孔容为0.2ml/g。凝胶微球的光学显微镜照片如图3所示，电镜照片如图4所示。
实施例七
液体石蜡体系大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.2g司班80和0.36g的锂基酯的液体石蜡120ml，升温至60℃，在搅拌状态下加入浓度为15％的葡甘聚糖水溶液60g，其中混有6gNaCl，滴加交联剂30ml环氧氯丙烷和6g 1，4-丁二醇二缩水甘油醚的混合物，滴加2小时，滴加完毕后，升温至70℃，反应持续8小时，微球固化，滤出微球，微球用大量的水反复洗涤，即得到粒径为140～160um的微球。干球测定比表面积为7.9m2/g，孔容为0.15ml/g。凝胶微球扫描电镜照片如图5所示。
实施例八
液体石蜡体系大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.2g司班80和0.36g的锂基酯的液体石蜡120ml，升温至60℃，在搅拌状态下加入浓度为10％的葡甘聚糖水溶液60g，其中混有9gNaCl，滴加交联剂30ml环氧氯丙烷和6g 1，4-丁二醇二缩水甘油醚的混合物，滴加2小时，滴加完毕后，升温至70℃，反应持续8小时，微球固化，滤出微球，用大量的水反复洗涤，即得到粒径为120～160um的微球。干球测定比表面积为5.90m2/g，孔容为0.2ml/g。将所得凝胶微球取100ml装柱，取3ml浓度1％的丙酮水溶液上样，进行理论塔板数的测定，理论塔板数为447.48，理论塔板高度为5.494e-4，得到柱效图如图6所示。
实施例九
液体石蜡体系大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.2g司班80和0.36g的锂基酯的液体石蜡120ml，升温至60℃，在搅拌状态下加入浓度为15％的葡甘聚糖水溶液60g，其中混有9gNaCl，滴加交联剂30ml环氧氯丙烷和6g 1，4-丁二醇二缩水甘油醚的混合物，滴加2小时，滴加完毕后，升温至70℃，反应持续8小时，微球固化，滤出微球，用大量的水反复洗涤，即得到粒径为140～160um的微球，制成干球为白垩态微球。
实施例十
液体石蜡体系大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.0g司班80和0.3g的锂基酯的液体石蜡100ml，升温至60℃，在搅拌状态下加入浓度为10％的葡甘聚糖水溶液50g，其中混有2.5gNa2CO3，滴加交联剂25ml环氧氯丙烷，滴加2小时，滴加完毕后，升温至70℃，反应持续8小时，微球固化，滤出微球，用大量的水反复洗涤，即得到粒径为100～200um的微球。干球测定比表面积为7.90m2/g，孔容为0.12ml/g。
实施例十一
液体石蜡体系大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备。
在带搅拌装置的250ml反应器中，加入混有1.0g司班80和0.2g的锂基酯的液体石蜡100ml，升温至60℃，在搅拌状态下加入浓度为15％的葡甘聚糖水溶液50g，其中混有2.5g丙三醇，滴加交联剂2.5ml环氧氯丙烷和5g 1，4-丁二醇二缩水甘油醚的混合物，滴加2小时，滴加完毕后，升温至70℃，反应持续8小时，微球固化，滤出微球，用大量的水反复洗涤，即得到粒径为200～300um的微球，制成干球为白垩态微球。
Claims (9)
1.一种光圆的大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球，其特征在于，所述的微球外观光圆，比表面积为5～15m2/g，孔容为0.1～0.8ml/g。
2.如权利要求1所述的魔芋葡甘聚糖凝胶微球，其特征在于，所述微球外观光圆，比表面积为5～10m2/g，孔容为0.15～0.5ml/g。
3.一种魔芋葡甘聚糖凝胶微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)将魔芋葡甘聚糖降解成小分子链的葡甘聚糖，过滤杂质，得到魔芋葡甘聚糖水溶液；降解方法是将一定量的魔芋精粉溶于酸中，充分搅拌形成胶冻状，然后放入高压锅内高温降解，再将降解物取出降至室温，加入碱液溶解降解物，充分搅拌使其全部溶解，然后过滤杂质得澄清液体即魔芋葡甘聚糖水溶液；
(2)将所得的魔芋葡甘聚糖水溶液在50℃～95℃温度下加入到含有油相乳化剂的油性物质中，同时滴加交联剂，在搅拌成球的同时发生交联反应；
(3)一步交联成球形成的凝胶微球，经洗涤、收集，即可得到魔芋葡甘聚糖凝胶微球。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的魔芋葡甘聚糖水溶液的浓度为5％～20％(w/w)。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，还可在魔芋葡甘聚糖水溶液中加入致孔剂，以制备大孔型魔芋葡甘聚糖凝胶微球。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的致孔剂可选用无机盐类、多羟基的醇或其聚合物中的一种或几种。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的致孔剂可选用NaCl、Na2CO3、丙三醇、PEG中的一种或者几种。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的致孔剂用量为魔芋葡甘聚糖水溶液的2％～20％(w/w)。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，可以通过调节致孔剂的用量来控制魔芋葡甘聚糖凝胶微球的孔容大小。
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