納濾膜在功能性低聚糖分離純化中的應(yīng)用研究

熊永正

(湖北第二師范學(xué)院，湖北 武漢 430205)

1 納濾膜的種類(lèi)

我國(guó)納濾膜的組成材料主要包含CA，CA-CTA S-PS S-PES和芳香聚酰胺復(fù)合物等等，由此可見(jiàn)其組成基本與反滲透膜材料相同。而其他國(guó)家的納濾膜主要由醋酸纖維素、聚酰胺和硫酰化聚砜系等組成的復(fù)合膜。

2 納濾分離機(jī)理及過(guò)程

納濾膜與超濾膜和反滲透膜一樣都是以壓力驅(qū)動(dòng)膜分離，但納濾的分離精度在超濾和反滲透之間波動(dòng)且其能夠截獲200到2000個(gè)小分子。納濾分離機(jī)理的模型主要包括非平衡熱力學(xué)模型、空間電荷模型、固定電荷模型和靜電位阻模型等。其中，靜電位阻模型最易理解，靜電位阻模型就是假設(shè)膜的表面上有大量同等大小的微孔，這就相當(dāng)于電荷均勻分布在膜表面上，納濾膜的分離是由膜表面離子的中性位阻效應(yīng)(過(guò)濾效應(yīng))和靜電效應(yīng)(電荷效應(yīng))共同決定的。而對(duì)于處于分離階段的體系可以使用靜電位阻模型來(lái)預(yù)測(cè)納濾膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)和負(fù)載特性。

溶質(zhì)與溶質(zhì)分離、溶質(zhì)與溶劑分離是功能性低聚糖的兩種主要分離純化工藝。其中溶質(zhì)與溶質(zhì)的分離主要包括分子量大小不同的糖和糖、糖和離子的分離，而溶質(zhì)與溶劑的分離主要?jiǎng)t是糖和水的分離。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中納濾膜可以截留部分分子量較大的多糖留在原溶劑中，而那些分子量較小的糖和離子會(huì)與溶劑一起滲透形成滲透液。電荷效應(yīng)決定了納濾膜對(duì)離子溶質(zhì)的截留率，而為了實(shí)驗(yàn)需要通常會(huì)降低納濾膜的電荷效應(yīng)以增加離子溶質(zhì)的滲透率。此外糖溶質(zhì)在納濾膜上的截留在很大程度上取決于篩分效果，但是因糖溶質(zhì)的大小差異不顯著，在分離時(shí)需要使用更高精度的納濾膜來(lái)進(jìn)行。

3 納濾膜在功能性低聚糖分離純化中的應(yīng)用研究

3.1 納濾膜在低聚異麥芽糖分離純化中的應(yīng)用

低聚異麥芽糖的活性團(tuán)是由潘糖、異麥芽糖和四糖及以上的低聚糖組成，其主要機(jī)理功能促進(jìn)雙歧桿菌生長(zhǎng)以改善便秘和肥胖等癥狀。但是使用酶法分離的低聚異麥芽糖中通常含有葡萄糖等雜質(zhì)，這在對(duì)低聚糖機(jī)理功能產(chǎn)生影響的同時(shí)還可能對(duì)人體有害，應(yīng)予以消除。我國(guó)相關(guān)研究人員以純度為50%的低聚麥芽糖為原料，同時(shí)使用納濾膜進(jìn)行除雜質(zhì)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示低聚麥芽糖的含糖量達(dá)到了90%。由此可以得出，使用納濾膜分離純化低聚異麥芽糖不僅可以提高產(chǎn)品純度，還能夠降低試驗(yàn)品的濕度和熱度以有效減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的粘壁問(wèn)題。

3.2 納濾膜在低聚果糖分離純化中的應(yīng)用

作為一種常見(jiàn)益生元的低聚果糖具有促進(jìn)代謝、促進(jìn)腸道微量元素吸收、增強(qiáng)免疫力、降低患癌風(fēng)險(xiǎn)等功效。但通過(guò)大量的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)低聚果糖產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)和顆粒物等雜質(zhì)含量較高，因此我們?cè)趯?duì)低聚果糖進(jìn)行分離純化時(shí)，可以應(yīng)用納濾技術(shù)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理以提高分離效率和產(chǎn)品純度。例如，相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員在對(duì)甘蔗中的低聚果糖進(jìn)行分離純化時(shí)使用了芳香聚酰胺卷式納濾膜，成功地將其所含的蔗糖等雜質(zhì)以滲透液的形式去除并使低聚果糖的純度達(dá)到92%。此外研究人員通過(guò)建立芳香聚酰胺卷式滲濾模型分析了不同分子的截獲率和糖的吸收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該滲濾模型非常適合低聚果糖的分離純化。

3.3 納濾膜在低聚大豆糖分離純化中的應(yīng)用

所謂低聚大豆糖實(shí)際上就是指大豆中含有的聚糖化合物，主要成分是蔗糖和水蘇糖等等。通過(guò)對(duì)大豆低聚糖使用離心法進(jìn)行分離后可以發(fā)現(xiàn)萃取液中仍含有大量的殘留蛋白，而且這些殘留蛋白能夠與糖發(fā)生美拉德反應(yīng)生成色黑味苦的劣質(zhì)低聚大豆糖。因此相關(guān)人員選取了大豆廢水進(jìn)行了試驗(yàn)，使用了超濾技術(shù)和反滲透技術(shù)將蛋白質(zhì)和鹽去除后使用納濾膜來(lái)分離純化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示大豆廢水的需氧量從8500×106-8700×106降低到了300×106-850×106，且純度由10%提高到了30%左右。此外對(duì)低聚大豆糖進(jìn)行了滲透模型試驗(yàn)結(jié)果顯示，約八成的總糖被成功截獲，其中功能性低聚糖的截獲率超過(guò)九成。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前的納濾膜在分離和純化功能性低聚糖方面取得了很大進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以選擇不同直徑大小的納濾膜對(duì)單糖、二糖、三糖及以上的多糖依次進(jìn)行分離純化，其在不影響物質(zhì)活性的同時(shí)效果良好，因此應(yīng)將納濾膜充分應(yīng)用于功能性低聚糖的分離純化中。