一种高速逆流色谱分离纯化麦芽糖基环糊精的方法
阅读说明:本技术 一种高速逆流色谱分离纯化麦芽糖基环糊精的方法 (Method for separating and purifying maltose cyclodextrin by high-speed counter-current chromatography ) 是由 王金鹏 吴雪 邱超 金征宇 于 2020-12-23 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种高速逆流色谱分离纯化麦芽糖基环糊精的方法,属于分离纯化技术领域。本发明以膜分离纯化后的麦芽糖基环糊精制备体系为样品溶液,再以高速逆流色谱分离纯化目标产物,配合使用特点的两相溶剂体系磷酸二氢钾水溶液-丙酮-乙醇,建立了一种高效简便的麦芽糖基环糊精分离纯化方法。该方法最终结果固定相保留率为67%,所得纯度达93%。(The invention discloses a method for separating and purifying maltose-based cyclodextrin by high-speed counter-current chromatography, belonging to the technical field of separation and purification. The invention takes a maltose cyclodextrin preparation system after membrane separation and purification as a sample solution, then separates and purifies a target product by high-speed counter-current chromatography, and establishes a high-efficiency, simple and convenient method for separating and purifying maltose cyclodextrin by matching with a two-phase solvent system potassium dihydrogen phosphate aqueous solution-acetone-ethanol with use characteristics. The final result of the method is that the stationary phase retention rate is 67%, and the obtained purity reaches 93%.)
技术领域
本发明涉及一种高速逆流色谱分离纯化麦芽糖基环糊精的方法,属于分离纯化技术领域。
背景技术
环糊精(Cyclodextrin,简称CD)是由芽孢杆菌属的某些种产生的葡萄糖基转移酶(CGTase)作用于淀粉而生成的一类环状低聚糖。一般由6-13个D-吡喃葡萄糖单元通过α-(1→4)-糖苷键连接而成,其中最常见的是α-、β-、γ-环糊精,聚合度分别为6、7和8。环糊精因其独特的外亲水内疏水的空腔结构,可与不同客体分子通过分子间相互作用发生包合,形成主客体复合物,被广泛的应用在制药、化工、食品等行业。β-环糊精因其包合能力强,生产工艺简单,成本低廉,是目前工业上唯一大量生产并广泛应用的产品,但β-环糊精溶解度较小(25℃,1.8g/100mL H2O),大大限制了其应用范围。
麦芽糖基-β-环糊精是环糊精经酶改性得到的环糊精衍生物。与母体环糊精相比,麦芽糖基环糊精有水溶性更大,包埋性能更优,生物相容性好,溶血效应低等优势,在食品、药品等领域的应用前景更加广阔。但是,麦芽糖基-β-环糊精分离纯化难度非常大。目前麦芽糖基-β-环糊精主要是以麦芽糖和环糊精作为底物,通过普鲁兰酶的逆向合成作用制备得到。该法得到的产物复杂,反应体系呈高粘度、半固态,导致分离单一环糊精工艺复杂且耗时,生产成本增高,工业上无法规模化生产。
现有的分离方法主要集中色谱柱分离,如利用反相柱和石墨碳化柱分离出三甲基-β-环糊精异构体,方法过程一次制备量少、色谱柱易发生堵塞,且耗时长,仍不能满足工业化规模生产的需要。因此仍需要开发一种能实现分支环糊精单一、大量、快速分离纯化的方法。
发明内容
技术问题:针对现有技术的不足,提供了一种高速逆流色谱分离纯化麦芽糖基-β-环糊精的方法。高速逆流色谱(HSCCC)是近些年来发展起来的一种液-液色谱分离技术,固定相和流动相均为液体,无不可逆吸附,具有高效、快速、重现性好等优点,已广泛应用于天然化合物的分离纯化。目前尚无高速逆流色谱分离纯化麦芽糖基环糊精的报道。
技术方案:
本发明提供一种基于高速逆流色谱分离纯化分离麦芽糖基-β-环糊精的方法,所述高速逆流色谱的两相溶剂体系为磷酸二氢钾水溶液-丙酮-乙醇,以上相作为固定相,下相作为流动相。
在本发明的一种实施方式中,所述磷酸二氢钾水溶液为30%磷酸二氢钾水溶液;所述30%磷酸二氢钾水溶液与丙酮、乙醇的体积比为6:1.5:2。
在本发明的一种实施方式中,所述方法包括:配制上述两相溶剂体系,将麦芽糖基环糊精样品溶解在流动相中,一次泵入上下相,收集流出液。
在本发明的一种实施方式中,所述高速逆流色谱的主机转速800r/min,流动相泵入流速2mL/min。
本发明还提供了一种制备麦芽糖基环糊精的方法,所述方法包括如下过程:
(1)将麦芽糖和环糊精溶于磷酸缓冲液中,并加入普鲁兰酶进行酶促反应,反应结束后,获得反应溶液;
(2)稀释步骤(1)所得反应溶液,然后进行纳滤处理,收集截留液;
(3)将截留液进行浓缩、干燥,得到麦芽糖基环糊精粗品;
(4)将所得麦芽糖基环糊精粗品通过高速逆流色谱纯化分离,获得麦芽糖基环糊精;所述高速逆流色谱纯化分离方法为上述纯化分离方法。
在本发明的一种实施方案中,步骤(1)中所述麦芽糖和环糊精的质量比为1:(4-6)。优选1:5。
在本发明的一种实施方案中,步骤(1)中所述缓冲液的pH值为5.0,添加量为2-5mL/1g麦芽糖。优选2.5mL/g麦芽糖。
在本发明的一种实施方案中,步骤(1)中普鲁兰酶添加量为300U/gβ-CD。
在本发明的一种实施方案中,步骤(1)中酶促反应的温度为60℃;时间为60h。
在本发明的一种实施方案中,步骤(2)中所述稀释是将反应溶液稀释至固形物含量为8%-10%。
在本发明的一种实施方案中,步骤(2)中所述纳滤为间歇恒容纳滤,条件为:膜截留分子量1000Da,操作温度为40℃,操作压力为0.4MPa,体积因子比0.33,循环4-5次。
在本发明的一种实施方案中,步骤(3)中所述干燥选用喷雾干燥。
在本发明的一种实施方案中,所述制备方法具体包括如下步骤:
(1)麦芽糖基环糊精制备:称取适量麦芽糖和环糊精溶于磷酸缓冲液中,并加入普鲁兰酶反应获得麦芽糖基环糊精;
(2)纳滤:将反应溶液稀释后进行间歇恒容纳滤处理,收集截留液;
(3)干燥:将纳滤后的溶液进行干燥,得到麦芽糖基环糊精;
(4)高速逆流色谱分离麦芽糖基环糊精:选取磷酸二氢钾水溶液-丙酮-乙醇配制两相溶剂体系:依次加入磷酸二氢钾水溶液、丙酮、乙醇至分液漏斗中,充分振摇后静置12h使其分层,分离上、下相,上相作为固定相,下相作为流动相,分别超声脱气20min,备用;将麦芽糖基环糊精溶解在流动相中,一次泵入上下相,收集流出液。
有益效果:
本发明以膜分离纯化后的麦芽糖基环糊精制备体系为样品溶液,再以高速逆流色谱分离纯化目标产物,建立了一种高效简便的麦芽糖基环糊精分离纯化方法。该方法最终结果固定相保留率为67%,所得纯度为93.2%。
附图说明
图1为实施例1中步骤(1)所得麦芽糖基环糊精初始合成体系高效液相色谱图;
图2为实施例1中步骤(3)所得麦芽糖基环糊精喷干粉末的高效液相色谱图;
图3为实施例1中步骤(4)所得麦芽糖基环糊精浓缩液的高效液相色谱图;
图4为麦芽糖、环糊精、麦芽糖基环糊精标样的高速液相色谱图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作详细说明。
涉及的固定相保留率为:CCC柱中固定相所占的体积与CCC柱的体积的比值;用于反映了溶剂体系分层时间的长短。
涉及的HPLC麦芽糖基环糊精纯度测定过程:X Amide柱(2.5μm,2.1mm×75mm);检测器:RID-10A;流动相:65%乙腈(v/v);柱温:室温;流速:1mL/min;进样量:20μL
实施例1:
(1)称取4gβ-CD和20.31g麦芽糖加入到9.7ml ph5.0的醋酸缓冲液中,加入普鲁兰酶0.6ml(300μ/gβ-CD),60℃反应60h后取出,在沸水浴中灭酶15min,得到麦芽糖基环糊精反应初体系;
(2)将反应体系用纯水稀释6倍,得到物料浓度为8%的料液,在40℃、4bar纳滤膜为1000Da的条件下进行间歇恒容渗滤,当截留液体积为原液体积的1/3时,向截留液中加入与透过液相同体积的纯水,继续进行纳滤处理,如此循环8次;
(3)对纳滤过后的截留液在温度25℃、蠕动泵转速5r/min的条件下喷雾干燥,得到麦芽糖基环糊精喷干粉末;
(4)高速逆流色谱溶剂体系选用30%磷酸二氢钠:乙醇:丙酮=6:2:1.5(体积比)体系,将上述溶剂体系置于分液漏斗中,摇匀后静置分层,待平衡一段时间后将上下两相分开,上相为固定相,下相为流动相;取15mg步骤(3)所得的麦芽糖基环糊精粉末溶解于流动相中待用。采用上海同田生物技术股份有限公司生产的TBE-300A制备型逆流色谱仪,设置主机转速为800r/min,流动相流速为2ml/min,操作温度为室温,30-35min收集目标峰组分流出液得到麦芽糖基环糊精浓缩液。
通过对比图1-3的高效液相色谱图可知,麦芽糖基环糊精合成体系经过纳滤后,麦芽糖大部分被去除。进一步经过高速逆流色谱纯化,所得麦芽糖基环糊精纯度可达93.2%。固定相保留率为67%。
图3为本实施例所得麦芽糖基环糊精浓缩液的高效液相色谱图;相应的成分结果如表1所示。
表1为实施例1中所得麦芽糖基环糊精浓缩液的成分结果
组分
峰响应值
浓度(mg/mL)
纯度
β-CD
8570
0.15
6.8%
Mal-β-CD
27938
2.05
93.2%
实施例2:
(1)称取4gβ-CD和20.31g麦芽糖加入到9.7ml ph5.0的醋酸缓冲液中,加入普鲁兰酶0.6ml(300μ/gβ-CD),60℃反应60h后取出,在沸水浴中灭酶15min,得到麦芽糖基环糊精反应初体系;
(2)将反应体系用纯水稀释5倍,得到物料浓度为10%的料液,在40℃、4bar纳滤膜为1000Da的条件下进行间歇恒容渗滤,当截留液体积为原液体积的1/3时,向截留液中加入与透过液相同体积的纯水,继续进行纳滤处理,如此循环8次,;
(3)对纳滤过后的截留液在温度25℃、蠕动泵转速5r/min的条件下喷雾干燥,得到麦芽糖基环糊精喷干粉末;
(4)高速逆流色谱溶剂体系选用30%磷酸二氢钠:乙醇:丙酮=6:2:1.5(体积比)体系,将上述溶剂体系置于分液漏斗中,摇匀后静置分层,待平衡一段时间后将上下两相分开,上相为固定相,下相为流动相,取15mg麦芽糖基环糊精粉末溶解于流动相中待用。
采用上海同田生物技术股份有限公司生产的TBE-300A制备型逆流色谱仪,设置主机转速为800r/min,流动相流速为2ml/min,操作温度为室温,30-35min收集目标峰组分流出液得到麦芽糖基环糊精浓缩液。
HPLC测定麦芽糖基环糊精浓缩液,麦芽糖基环糊精纯度可达88.31%。固定相保留率为60%。
对比例1
制备工艺与实施例1相同,区别仅在于将溶剂体系改为30%磷酸二氢钠:乙醇=6:2,发现不含丙酮的溶剂体系分层时间在1min左右,进行逆流色谱分离时,在物质分离前固定相就已经几乎全部流失,不适用于高速逆流色谱分离。
对比例2
制备工艺与实施例1相同,区别仅在于将溶剂体系改为30%磷酸二氢钠:乙醇:丙酮=6:1.5:2,经测试,最终得到的麦芽糖基环糊精纯度仅有60%。
对比例3
制备工艺与实施例1相同,区别仅在于将溶剂体系改为15%磷酸二氢钠:丙酮:乙醇=6:1.5:2。经测试,无法有效分离麦芽糖、β-环糊精、麦芽糖基环糊精。
对比例4
制备工艺与实施例1相同,区别仅在于将溶剂体系改为30%硫酸铵:乙醇=6:2。经测试,麦芽糖、β-环糊精、麦芽糖基环糊精分配系数均过高,无法有效分离,不适用于高速逆流色谱。