枸杞多糖层析脱色过程在线监控和超声强化技术研究

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枸杞功能众多,是重要的药食同源植物,枸杞多糖是其主要活性成分。枸杞多糖在提取过程中需要对其中的大分子糖蛋白、色素以及不溶于醇的小分子有机物等多种杂质进行剔除纯化,层析脱色是高品质枸杞多糖生产的纯化操作,但是传统的层析技术存在着智能化水平低、分离效果差等不足。本文拟将近红外光谱技术应用到枸杞多糖柱层析脱色吸附过程的在线实时监控,借助酸碱顺序洗脱模式和超声波强化技术,改善枸杞多糖脱色脱附过程的脱附效果,为枸杞多糖脱色的技术提升提供理论基础和工业指导。主要研究内容和结论如下:(1)吸附树脂的筛选与层析脱色吸附条件的优化。以热水浸提法提取获得的枸杞粗多糖溶液为原料,以多糖保留率、脱色率以及脱蛋白率为指标,利用静态吸附的方法筛选最优树脂,并进行静态吸附动力学、静态吸附模型及热力学参数研究。通过响应面设计,优化上样浓度、流速以及径高比等层析脱色的吸附条件。试验结果表明,六种树脂中D280树脂的脱色效果最好,通过Webber-Morris动力学模型和Boyd动力学模型,说明D280强碱性阴离子树脂吸附枸杞多糖色素的过程由液膜扩散和颗粒内部扩散两个限速步骤共同决定,比较适用于利用超声波的高频微扰动强化传质。通过响应面优化和试验验证,获得的最佳层析脱色吸附条件为:上样浓度0.4 mg/mL、层析柱径高比1:10、进样流速2BV/h,在该条件下脱色率为91.49%、多糖保留率为86.32%。(2)枸杞多糖层析脱色的吸附过程实时监测技术研究。将光纤式微型探头近红外光谱采集到的枸杞多糖层析脱色吸附过程中的光谱信息与化学计量学测得的脱色率和多糖保留率进行关联,建立一种在线实时监测枸杞多糖层析脱色吸附过程的新方法。采用SNV、SG、1st Der和2nd Der四种光谱预处理方法对层析脱色过程采集到的光谱信息进行预处理,通过PLS、iPLS和Si-PLS建立脱色率和多糖保留率的监控模型。试验结果表明,SG预处理方法效果最好,Si-PLS模型预测的精确度最高。脱色率校正模型和预测模型的相关系数分别为0.9855和0.9959,均方根误差值分别为1.49和0.79;多糖保留率校正模型和预测模型的相关系数分别为0.9790和0.9897,均方根误差值分别为5.84和4.18,说明该监测系统使用Si-PLS建模可以具有更好的预测性和更高的稳定性。(3)枸杞多糖层析脱色的脱附过程超声波强化技术研究。针对枸杞多糖层析脱色树脂的脱附再生过程,首先从单独酸洗脱、单独碱洗脱、酸碱联合洗脱中筛选最佳洗脱模式,再优化超声波改善离子吸附树脂脱附效果的最佳超声波参数,研究柱层析脱附过程的动力学模型。研究结果表明,5%HCl+0.1M NaOH酸碱顺序洗脱的效果最佳,洗脱效果是5%HCl单独酸洗的3.31倍、0.1M NaOH单独碱洗的1.52倍。超声改善脱附效果的最佳条件是:频率20kHz、功率77.81W,在该条件下使用10次树脂和未加超声条件下使用4次的效果相当。D280强碱性阴离子树脂色素脱附符合BDST/Thomas/Yoon-Nelson模型,超声条件下模型脱附常数K值比无超声提高了9.38%。
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