径向流色谱过程动力学模型的建立及其在灵芝多糖分离纯化中的应用研究

论文摘要

径向流色谱作为一种新型色谱分离纯化技术,相较于传统轴向色谱具有洗脱流速高、样品处理量大等突出优势,更适于工业制备。随着多糖类物质日益受到重视,如何利用新型色谱分离技术来解决多糖规模化分离中存在的问题亟待深入研究。本文旨在以径向流色谱分离技术为主要分离手段,辅以其他预处理提取技术,建立一套适合于工业化生产灵芝子实体多糖的方法。主要研究内容及结果如下：（1）径向流色谱过程动力学的研究：基于纵向扩散理论推导出径向流色谱过程动力学方程,应用MATLAB仿真软件讨论体积流速、色谱柱高、扩散系数及容量因子等因素对色谱流出曲线及色谱柱效的影响；研究表明体积流速F和色谱柱高h的比值（F/h）需要达到10时柱效才会稳定并且高效；且当G/h为定值时,柱效保持不变,径向流色谱在增加柱长的同时正比增加流速,即可以线性增大样品处理量,样品规模可在保持相似的色谱条件下直接放大。通过利用径向流色谱分离灵芝子实体多糖的试验对所建立的模型进行验证表明径向流色谱过程动力学仿真模型具有较高的通用性和仿真精度,其误差率低于8.8%；将模型应用于径向流色谱试验的操作参数选择上,确定径向流色谱纯水洗脱流速为50mL/min。（2）以复合酶解法作为预处理方法提取灵芝子实体多糖的研究：将复合酶法（木瓜蛋白酶和纤维素酶）作为预处理技术提取灵芝子实体多糖,分别研究提取液pH值、提取温度、提取时间、料液比、酶质比（加酶质量比原料质量）、复合酶比等因素对提取得率的影响,并对提取工艺进行响应面优化,获得最佳提取工艺：酶解液pH值为7,酶解温度为56℃,复合酶比为2：1,酶解时间1.5h,料液比1：20,酶质比3%,在此条件下多糖得率达到3.15%；通过对比研究,沸水回流提取得率2.07%,微波提取得率2.54%,超声提取得率2.61%。（3）切向流过滤系统耦合径向流色谱分离纯化多糖的研究：利用切向流超滤系统处理酶解液,对超滤膜分子量、超滤时间、超滤浓缩倍数、料液体积流量等进行研究,选取100KD超滤膜,最终确定超滤工艺参数为：室温、压力小于30psi、料液体积流量为500mL/min,浓缩倍数为15-17倍,其多糖截留率为63.32%,蛋白去除率为82.21%。将不同工艺路线进行对比研究,确定了适合工业化大规模生产灵芝子实体多糖的工艺路线：复合酶解预处理提取灵芝子实体多糖,通过径向流色谱耦合切向流过滤系统对酶解液进行分离纯化,浓缩后冷冻干燥或喷雾干燥即可得最终产品。该工艺路线可使灵芝子实体粗多糖中蛋白脱除率达到99.24%,优于单独使用径向流色谱80.35%的蛋白脱除率以及单独使用切向流过滤82.21%的蛋白脱除率。该工艺具有环保、高效的特点,适用于大规模生产,彻底摆脱了传统灵芝多糖的生产工艺,并不涉及醇沉、有机溶剂脱蛋白、单元脱色等高耗能、耗料的过程,在降低成本的同时快速高效地制备灵芝子实体多糖。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 引言
• 1 径向流色谱研究进展
• 1.1 径向流色谱的流型及柱结构
• 1.2 径向流色谱的特点
• 1.3 径向流色谱过程动力学研究现状
• 1.4 径向流色谱的应用
• 2 灵芝多糖的研究现状
• 2.1 灵芝子实体多糖的生物活性及药理研究
• 2.2 灵芝子实体多糖的提取
• 2.3 灵芝子实体多糖的浓缩、分离及纯化
• 2.4 灵芝子实体多糖的应用及发展前景
• 3 本文的研究意义及主要内容
• 3.1 本文的研究意义
• 3.2 本文研究的主要内容
• 第二章 径向流色谱过程动力学的研究
• 引言
• 1 径向流色谱过程动力学模型的建立
• 1.1 纵向扩散理论模型的建立
• 1.2 平衡色谱理论模型的建立
• 1.3 两种模型的对比分析及验证
• 2 纵向扩散模型的分析与研究
• 2.1 体积流速对流出曲线和柱效的影响
• 2.2 径向流色谱柱高对流出曲线和柱效的影响
• 2.3 容量因子对流出曲线和柱效的影响
• 2.4 扩散系数对流出曲线和柱效的影响
• 2.5 纵向扩散动力学模型的验证
• 3 本章小结
• 第三章 复合酶解法预处理提取灵芝子实体多糖的条件优化
• 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 总糖标准曲线
• 2.2 还原糖标准曲线
• 2.3 单因素试验结果及分析
• 2.4 响应面试验结果及分析
• 2.5 不同方法提取灵芝子实体多糖的对比研究
• 3 本章小结
• 第四章 切向流过滤耦合径向流色谱分离纯化多糖的研究
• 引言
• 1 切向流过滤试验及结果
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 结果与讨论
• 1.4 小结
• 2 切向流过滤耦合径向流色谱试验及结果
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验思路及方法
• 2.3 结果与讨论
• 3 不同方法脱蛋白效果的比较
• 3.1 试验材料
• 3.2 试验方法
• 3.3 检测方法
• 3.4 结果与讨论
• 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 2.1 径向流色谱过程动力学模型的完善
• 2.2 不同填料在径向流色谱柱中的应用
• 2.3 切向流过滤滤过液的研究利用
• 2.4 灵芝子实体的综合利用
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文