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CN112646052A - 一种高结晶度水不溶性右旋糖酐及其制备和应用 - Google Patents

一种高结晶度水不溶性右旋糖酐及其制备和应用 Download PDF

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CN112646052A CN202011526633.8A CN202011526633A CN112646052A CN 112646052 A CN112646052 A CN 112646052A CN 202011526633 A CN202011526633 A CN 202011526633A CN 112646052 A CN112646052 A CN 112646052A
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Abstract

本发明公开了一种高结晶度水不溶性右旋糖酐及其制备方法和应用。制备方法如下：使用右旋糖酐蔗糖酶合成5000‑10000分子量的右旋糖酐再进行膜分离，收集截留液，对截留液进行干燥处理。将干燥得到的右旋糖酐溶解在去离子水中，控制pH至7.0‑8.0，加入极少量果糖和蔗糖，通过旋转蒸发的方法浓缩体积至40‑50mL，将浓缩液置于4ºC下放置30小时，取出后离心，获得的沉淀烘干即为高结晶度水不溶性右旋糖酐。本方法操作简单，产品纯度较高，原料成本低，整个过程不涉及有害物质，制备所得右旋糖酐以α（1,6）键为主链，高结晶度且不溶于水，在医学和生物材料化学方面都巨大的应用潜力。

Description

一种高结晶度水不溶性右旋糖酐及其制备和应用
技术领域
本发明涉及医药技术及日化产品领域，具体涉及一种高结晶度水不溶性右旋糖酐及其制备方法和应用。
背景技术
葡聚糖是以葡萄糖为单体的聚合物总称，制糖工艺过程出现的葡聚糖主要为高分子粘性多糖。其中右旋糖酐是一种主链主要由α-（1,6）糖苷键链接的D-吡喃葡萄糖残基组成的右旋糖酐。右旋糖酐的侧链上还可能有α-（1,4）、α-（1,3）或α-（1,2）分支键，一般情况下，右旋糖酐的水溶性随着α-（1,6）糖苷键增多而增大，随着支链增加而降低。
右旋糖酐及其衍生物在医药行业应用广泛，104<Mw<105 Da 的分子量片段的右旋糖酐最适合在临床上用作血浆替代品；在食品工业中，右旋糖酐常用作保湿剂、 赋形剂、稳定剂和增稠剂等，高分子量的右旋糖酐 （Mw= 1×106～2×106 Da）可以作为食品添加剂添加到面包中，增加面包的柔软度和体积并改善面包的质地；还可用于果糖糖浆和糖果中，以阻止蔗糖结晶；在碱性溶液中，大分子量右旋糖酐（Mw> 106 Da）与环氧氯丙烷反应可以生成交联葡聚糖，用于分子筛， 作为色谱柱的填充剂，分离和纯化生物大分子物质。
不溶性右旋糖酐大多含有较多的以α（1,3）键为主的支链，医学上，通过化学处理改善水溶性的右旋糖酐，有着抗细胞毒性，免疫调节的作用。部分不溶性右旋糖酐也可作为酶的诱变剂和重金属吸附剂，在生物材料化学方面都有着较广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种以α-（1,6）键为主链的高结晶度不溶性右旋糖酐及其制备方法。本发明方法操作简单，可以获得较高纯度的α-（1,6）不溶性右旋糖酐。包括如下步骤：
1）使用右旋糖酐蔗糖酶催化蔗糖合成5000-10000分子量的右旋糖酐；
2）膜分离：将右旋糖酐溶解进行膜分离，收集截留液，得到水溶性5000-10000分子量右旋糖酐，通过膜分离去除溶液中残留的酶蛋白与果糖；
3）将膜分离获得的截留液进行干燥处理，干燥的粉末状态利于右旋糖酐的长期保存；
4）配制右旋糖酐溶液：将右旋糖酐粗溶解在pH7.0-8.0的水溶液中，加入果糖和蔗糖，添加极少量的果糖和蔗糖配制pH中性的右旋糖酐溶液利于其结晶的生成；
5）升温浓缩处理：将步骤4）得到的右旋糖酐溶液使用旋转蒸发仪加热溶液并通过减压蒸发浓缩液体体积至40-50mL，体积越低，其结晶速度越快，但不宜低于40mL；
6）降温结晶处理：将步骤5）得到的浓缩溶液置于低温中冷却结晶30小时，离心收集沉淀，高温烘干沉淀后得到高结晶度右旋糖酐。
取少量获得的右旋糖酐固体，加入50倍质量的水，振荡发现固体难以溶解，因此制备所得右旋糖酐为高结晶度水不溶性右旋糖酐。
所述步骤1）中，右旋糖酐蔗糖酶作用的pH值为5-6，温度为20-40ºC，优选温度为25-35ºC，作用的浓度为1-3U/mL，作用时间为3-18h，优选时间为4-6h。
所述步骤2）中，膜分离截留分子量为3000-10000。
所述步骤3）中，干燥处理采用冷冻干燥或喷雾干燥。
所述步骤4）中，右旋糖酐于水溶液中的质量体积分数为15%，果糖质量体积分数为0.1%，蔗糖质量体积分数为0.05%。
所述步骤5）中，旋转蒸发仪蒸发温度为60 ºC，旋转蒸发仪压力为0.09-0.1MPa。
所述步骤6）中，放置右旋糖酐浓缩液的温度为4ºC，离心转速为8000 rpm/min，离心温度为10ºC，离心时间10分钟，沉淀烘干温度为90 ºC，烘干时间为2小时。
本发明的有益支出在于： 所述制备方法操作简单，产品纯度较高，设备投资少，原料成本低，整个过程不涉及有害物质，可避免生产过程中对人体和设备的损害。本方法通过右旋糖酐蔗糖酶催化生产低分子量右旋糖酐，再对低分子量右旋糖酐溶液中加入极低量的果糖和蔗糖，再经过浓缩至高浓度后冷却结晶的方法，具有较高的纯度和得率。制备所得右旋糖酐以α（1,6）键为主链，可用于制备抗细胞毒性药物、免疫调节药物，还可以作为酶的诱变剂、重金属吸附剂等生物材料，应用前景广阔。
附图说明
图1：高结晶度右旋糖酐的红外吸收图谱。
图2：喷雾干燥获得的右旋糖酐的红外吸收图谱。
图3：高结晶度右旋糖酐的X射线衍射图谱。
图4：喷雾干燥获得的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术进一步说明。
实施例1
准备蔗糖200g溶于0.8L去离子水中，加入200mL 1U/mL右旋糖酐蔗糖酶液。调节转化反应体系pH至5.3，温度设置为30ºC，反应4h。反应结束使用1000和3000分子量膜纯化转化液，收集得到的截留液，使用喷雾干燥获得5000-10000分子量右旋糖酐，进行红外及X射线衍射分析，图谱如图2、图4。喷雾干燥获得的右旋糖酐红外谱图上3300~3400cm-1处和2800~2900cm-1处的峰证明该样品是右旋糖酐，916cm-1和857cm-1处的峰则表明其糖苷键主要为α（1,6）键。XRD的谱图显示喷雾干燥获得的右旋糖酐整体无强吸收峰，主要为无定形形态。称量15g 可溶于水的右旋糖酐溶解在100mL去离子水中，测量溶液pH为7.2，称量果糖0.1g，蔗糖0.05g，加入到右旋糖酐溶液中搅拌至全部溶解。右旋糖酐溶液使用旋转蒸发仪加热溶液并通过减压蒸发浓缩液体体积至45mL，旋转蒸发仪蒸发温度设定为60ºC，压力为0.09MPa。
将蒸发浓缩后的溶液置于4 ºC冰箱中，3小时后观察到有晶体生成，30小时后晶体生成量较多，从冰箱中取出，10 ºC下8000rpm/min离心10分钟，倒出上清液收集沉淀，将沉淀放置烘箱中90ºC烘干2小时获得右旋糖酐固体。
称量获得的右旋糖酐固体2g，放入100mL纯水中，振荡发现固体难以溶解。对样品进行红外及X射线衍射分析，图谱如图1、图3。结果表明其红外光谱与标准α（1,6）右旋糖酐相似，成品特征峰说明其糖苷键为α（1,6）构型，产品主要为α（1,6）右旋糖酐。X射线衍射谱图中出现多个高强度结晶峰，表明产生的右旋糖酐固体具有很高的结晶度。该高结晶度右旋糖酐的形成过程中较高的浓度和温度条件证明以氢键为主要驱动力而发生的自组装现象是其形成的主要原因。
实施例2
准备蔗糖200g溶于0.8L去离子水中，加入200mL 1.5U/mL右旋糖酐蔗糖酶液。调节转化反应体系pH至5.5，温度设置为30 ºC，反应4h。反应结束使用10000和3000分子量膜纯化转化液，收集得到的截留液，使用喷雾干燥获得5000-10000分子量右旋糖酐。称量15g 可溶于水的右旋糖酐溶解在100mL去离子水中，测量溶液pH为7.5，称量果糖0.1g，蔗糖0.05g，加入到右旋糖酐溶液中搅拌至全部溶解。右旋糖酐溶液使用旋转蒸发仪加热溶液并通过减压蒸发浓缩液体体积至50mL，旋转蒸发仪蒸发温度设定为60 ºC，压力为0.09MPa。
将蒸发浓缩后的溶液置于4ºC冰箱中，3.5小时后观察到有晶体生成，30小时后晶体生成量较多，从冰箱中取出，10 ºC下8000rpm/min离心10分钟，倒出上清液收集沉淀，将沉淀放置烘箱中90 ºC烘干2小时获得右旋糖酐固体。
称量获得的右旋糖酐固体2g，放入100mL纯水中，振荡发现固体难以溶解。对样品进行红外图谱及X射线衍射图谱分析。结果表明其红外光谱与标准α（1,6）右旋糖酐相似，成品特征峰说明其糖苷键为α（1,6）构型，产品主要为α（1,6）右旋糖酐。X射线衍射谱图中出现多个高强度结晶峰，表明产生的右旋糖酐固体具有很高的结晶度。
实施例3
准备蔗糖200g溶于0.8L去离子水中，加入200mL 3U/mL右旋糖酐蔗糖酶液。调节转化反应体系pH至6，温度设置为35ºC，反应6h。反应结束使用10000和3000分子量膜纯化转化液，收集得到的截留液，使用喷雾干燥获得5000-10000分子量右旋糖酐。称量30g 可溶于水的右旋糖酐溶解在200mL去离子水中，测量溶液pH为7.5，称量果糖0.2g，蔗糖0.1g，加入到右旋糖酐溶液中搅拌至全部溶解。右旋糖酐溶液使用旋转蒸发仪加热溶液并通过减压蒸发浓缩液体体积至50mL，旋转蒸发仪蒸发温度设定为60 ºC，压力为0.1MPa。
将蒸发浓缩后的溶液置于4ºC冰箱中，3.5小时后观察到有晶体生成，30小时后晶体生成量较多，从冰箱中取出，10 ºC下8000rpm/min离心10分钟，倒出上清液收集沉淀，将沉淀放置烘箱中90 ºC烘干2小时获得右旋糖酐固体。
称量获得的右旋糖酐固体放入纯水中，振荡发现固体难以溶解。对样品进行红外图谱及X射线衍射图谱分析。结果表明其红外光谱与标准α（1,6）右旋糖酐相似，成品特征峰说明其糖苷键为α（1,6）构型，产品主要为α（1,6）右旋糖酐。X射线衍射谱图中出现多个高强度结晶峰，表明产生的右旋糖酐固体具有很高的结晶度。

Claims (10)

1.一种高结晶度水不溶性右旋糖酐，其特征在于，所述右旋糖酐以α（1,6）键为主链，高结晶度且不溶于水。
2.权利要求1所述的高结晶度水不溶性右旋糖酐的制备方法，包括如下步骤:
1）使用右旋糖酐蔗糖酶催化蔗糖合成5000-10000分子量的右旋糖酐；
2）膜分离：将右旋糖酐溶解进行膜分离，收集截留液，得到水溶性5000-10000分子量右旋糖酐；
3）将获得的截留液进行干燥处理；
4）配制右旋糖酐溶液：将干燥得到的右旋糖酐溶解在pH7.0-8.0的水溶液中，加入果糖和蔗糖；
5）升温浓缩处理：将步骤1）得到的右旋糖酐溶液使用旋转蒸发仪加热溶液并通过减压蒸发浓缩液体体积至40-50mL；
6）降温结晶处理：将步骤2）得到的浓缩溶液置于低温中冷却30小时结晶，离心收集沉淀，高温烘干沉淀后得到高结晶度水不溶性右旋糖酐。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中，右旋糖酐蔗糖酶作用的pH值为5-6；温度为20-40 ºC，优选温度为25-35ºC；右旋糖酐蔗糖酶作用的浓度为1-3U/mL，作用时间为3-18h，优选时间为4-6h。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中，膜分离截留分子量为3000-10000。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤3）中，干燥处理采用冷冻干燥或喷雾干燥。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中，右旋糖酐于水溶液中的质量体积分数为15%，果糖质量体积分数为0.1%，蔗糖质量体积分数为0.05%。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤5）中，旋转蒸发仪蒸发温度为60ºC，压力为0.09-0.1MPa。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤6）中，放置右旋糖酐浓缩液的温度为4 ºC。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤6）中，离心转速为8000rpm/min，离心温度为10ºC，离心时间10分钟，烘干温度为90 ºC，烘干时间为2小时。
10.权利要求1所述高结晶度水不溶性右旋糖酐的应用。
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