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    使用模擬移動床色譜純化中性人乳寡糖的方法技術

    技術編號:13419770 閱讀:91 留言:0更新日期:2016-07-27 20:12
    本申請公開用于純化中性人乳寡糖(中性HMO)的方法。所述方法使用模擬移動床色(SMB)譜,允許連續純化大量具有高純度的HMOs。與中性HMOs的化學合成途徑及其隨后的純化不同,本發明專利技術的方法允許提供不含有害化學物質如微量的重金屬或有機溶劑的HMOs。單獨的中性HMO產物可以通過噴霧干燥以固體形式獲得或以濃縮漿的形式獲得。提供的中性HMO是非常適用于在食品應用中使用。

    【技術實現步驟摘要】
    【國外來華專利技術】
    本申請公開了一種純化中性人乳寡糖(中性HMO)的方法。所述方法使用模擬移動床(SMB)色譜,允許連續純化大量具有高純度的HMOs。與中性HMOs的化學合成路徑及其后續的純化相反,本專利技術的方法允許提供不含有害化學物質,例如微量的重金屬或有機溶劑的HMOs。單獨的中性HMO產物可以通過噴霧干燥以固體形式獲得或作為濃縮漿獲得。所提供的中性HMO非常適合在食品應用中使用。
    技術介紹
    人乳是碳水化合物,脂肪,蛋白質,維生素,礦物質和微量元素的復合混合物。到目前為止,最主要的成分是由碳水化合物,該主要成分可以進一步被劃分為乳糖和更復雜的寡糖。與乳糖能被用作能量源相反,復雜的寡糖不能被嬰兒代謝。復雜的寡糖部分的比例達到總碳水化合物的1/10,且該部分由大概多于150個的不同的寡糖組成。這些復雜的寡糖的存在和濃度是人類特定的,且因此不能從其它哺乳動物例如馴養的產奶動物的乳汁中大量獲取。已知這些復雜的寡糖在人乳中存在已經很長一段時間,且這些寡糖的生理功能已經經歷了幾十年的醫學研究。對于一些較為豐富的人乳寡糖,特定的功能已經被鑒定。有限的供應和獲取單獨HMOs的純化成分的困難,導致了將化學途徑用到這些復雜分子中的一些的發展。然而,通過化學合成,酶促合成或發酵合成而合成HMOs已被證明是具有挑戰性的。至今還未能提供至少大規模的產量以及足以用于食品應用的質量。在這方面,特定的HMOs(例如HMO2'-巖藻糖基乳糖;參見WO2010/115935A1)的具體化學合成路徑包含多個有害的化學物質,其包含最終產物污染的風險。由于人乳寡糖的化學合成中包含挑戰,已經開發出多種酶方法和發酵方法。然而,這些方法產生復雜的寡糖混合物,即所需的產物被初始材料例如乳糖、生物合成的中間體以及底物例如個別的單糖和多肽等污染。本領域中從這些復雜的混合物中純化單獨的寡糖產物的方法是技術上復雜的,且對于食品應用也是不經濟的。對于從復雜的混合物例如乳清和糖蜜中純化二糖乳糖或蔗糖,已經開發出包含多個結晶過程的具有工業規模的方法。所述方法的缺點在于,方法是復雜的,并且產量低。對于復雜的寡糖例如某些HMOs的純化,直到現在凝膠過濾色譜一直是所選用的方法。凝膠過濾色譜的缺點在于其不能有效地擴大規模,并因此不適合連續的操作。因此,凝膠過濾色譜是不經濟的,且不能以用于人類的食物中的合理的產量和質量提供某些HMOs,如HMO2'-巖藻糖基乳糖。模擬移動床(SMB)色譜法起源于石油化工和礦產行業。現在,SMB色譜法被制藥工業所使用,用于從外消旋混合物中分離對映體。SMB色譜法已被用于從果糖-葡萄糖溶液中分離單糖果糖,以及從甜菜或甘蔗糖漿中大規模的分離二糖蔗糖。然而,SMB色譜尚未用于從發酵物中純化HMOs,或任何其他復雜的寡糖。模擬移動床(SMB)色譜法發展為連續分離方法,與連續化學分離方法例如精餾類似。在精餾中,在液相和氣相之間建立逆流,其允許隨后產物的進料和取出的連續應用。此外,理論上的逆流色譜法的操作實現的分離應優于傳統的交叉流操作的分離。然而,色譜逆流操作需要移動相和固定相以相反的方向移動。因此,SMB色譜法發展為解決連續色譜分離過程中的移動固體色譜材料相關的困難的實用性方案。標準的SMB理論包含具有四個外部施用的流的不同區域:包含待分離組分的進料流,解吸劑或流動相流,提取物和殘液流(殘液流代表不保留的成分)。這些液流將SMB系統化分為具有以下功能的四個不同區域(每個區域或部分可以包括一個柱子或多個柱子):區域I用于固定相的再生,區域II的目的是解吸弱解吸材料(lessstronglydesorbedmaterial),區域III的功能是吸附強吸附材料,最后的區域IV的功能是吸附不易吸附的材料。因此,較強吸附材料在區域II建立濃度波,且被轉移到提取物出口,而不太強的吸附成分朝著殘液口轉移。原則上,區域I和區域IV用于固定相(再生區域)的再生,而區域II和區域III可以視為該系統的實際分離區(分離區)。除了四個液流和所得的區域,該系統包括(用于閉合環路操作)用于流動相(解吸劑)的循環泵,使流動相在一個方向上流經固定的區域。然后通過在系統中順序從一個柱子到下一個柱子的周期性地轉換和連續地供應或移去進料、解吸劑以及產物,以實現逆流流動。除了標準的閉合環路,可以使用4個區域的SMB系統,開放環路,3個區域的系統。3個區域的開放環路系統在新溶劑非常廉價的情況下是經濟的,例如使用水/乙醇作為流動相的情況下。通過使用3個區域的開放環路配置,無需液體相的再生,從而不再需要區域IV。除了用于分離兩個組分的混合物的標準SMB系統,用于分離兩個以上組分的8個區域的閉合環路SMB系統或5個區域的開放環路SMB系統也已經開發。由于操作的連續方式,以及可使用相當大的柱尺寸以及可回收流動相,原則上,SMB系統可以放大到數百噸的生產量。
    技術實現思路
    從現有技術出發,技術問題是提供一種新的提供大量的具有高純度且不含有害化學物質的中性HMO的方法。所述技術問題是通過根據權利要求1的方法,根據權利要求14的中性HMO和根據權利要求18的中性HMO的應用而解決的。從屬權利要求表示有益的實施方式。本專利技術提供了一種用于在連續(或連續的)色譜中,從含有中性HMO(例如,2'-巖藻糖基乳糖)和污染物的粗溶液中純化中性HMO(例如,2'-巖藻糖基乳糖)的方法,其中所述含有中性HMO(例如,2'-巖藻糖基乳糖)和污染物的粗溶液包含選自微生物發酵提取物,生物催化的反應溶液,化學合成的溶液,及其組合的溶液,或者由選自微生物發酵提取物,生物催化的反應溶液,化學合成的溶液,及其組合的溶液組成,且其中所述中性HMO(例如2'-巖藻糖基乳糖)在所述溶液中的純度為<80%。所述方法的特征在于,將粗溶液應用到至少一個使用模擬床色譜的純化步驟。以這種方式,提供含有具有≥80%純度的所需的中性HMO(例如2'-巖藻糖基乳糖)的純化溶液。在連續色譜中純化中性HMO的方法可以是以連續方式純化中性HMO的方法。在這方面,中性HMO可以是2'-巖藻糖基乳糖或乳糖基-N-四糖。本申請人已發現,使用所開發的含有使用模擬移動床色譜的純化步驟的方法,可以連續的方式提供不含重金屬污染物且高純度的HMOs。因此,可以以非常方便和經濟的方式例如從微生物發酵的粗溶液中提供大量高品質的HMOs。即使在模擬移本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種用于在連續色譜中從含有中性人乳寡糖和污染物的粗溶液中純化中性人乳寡糖的方法,其中所述的含有中性人乳寡糖和污染物的粗溶液包含選自微生物發酵提取物,生物催化反應溶液,化學合成溶液,及其組合的溶液,或者由選自微生物發酵提取物,生物催化反應溶液,化學合成溶液,及其組合的溶液組成,其中所述溶液中的中性人乳寡糖的純度<80%,其特征在于,將所述粗溶液應用到至少一個使用模擬移動床色譜的純化步驟,提供其中含有具有≥80%純度的所述中性人乳寡糖的純化溶液。

    【技術特征摘要】
    【國外來華專利技術】2013.10.04 EP 13187369.71.一種用于在連續色譜中從含有中性人乳寡糖和污染物的粗溶液中純
    化中性人乳寡糖的方法,
    其中所述的含有中性人乳寡糖和污染物的粗溶液包含選自微生物發酵提
    取物,生物催化反應溶液,化學合成溶液,及其組合的溶液,或者由選自微
    生物發酵提取物,生物催化反應溶液,化學合成溶液,及其組合的溶液組成,
    其中所述溶液中的中性人乳寡糖的純度<80%,
    其特征在于,將所述粗溶液應用到至少一個使用模擬移動床色譜的純化
    步驟,提供其中含有具有≥80%純度的所述中性人乳寡糖的純化溶液。
    2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,所述粗溶液中的中性人乳
    寡糖的純度為≤70%,≤60%,≤50%,≤40%,≤30%,≤20%,≤10%或≤5%
    和/或純化溶液含有具有≥85%的純度,優選≥90%的純度的所述中性人乳寡糖。
    3.根據權利要求1或2中所述的方法,其特征在于,至少一個模擬移動
    床色譜具有
    i)至少4個柱子,優選至少8個柱子,更優選至少12個柱子,其中至
    少一個柱子包括弱的或強的陽離子交換樹脂,優選H+形式或Ca2+形式的陽離
    子交換樹脂;和/或
    ii)具有不同流速的四個區域I,II,III和IV;
    iii)洗脫液,包含水,優選乙醇和水,更優選5-15體積%的乙醇和85-95
    體積%的水,最優選9-11體積%的乙醇和89-91體積%的水,或由水,優選乙
    醇和水,更優選5-15體積%的乙醇和85-95體積%的水,最優選9-11體積%
    的乙醇和89-91體積%的水組成,其中,所述洗脫液可選地進一步包含硫酸,
    優選≤10mM或更少的硫酸;和/或
    iv)操作溫度為15℃至60℃,優選20℃至55℃,更優選25℃至50℃。
    4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法,其特征在于,將所述純化
    溶液應用到至少一個進一步的使用模擬移動床色譜的純化步驟,提供其中含
    有具有≥92%純度的所述中性的人乳寡糖的純化溶液。
    5.根據權利要求4所述的方法,其特征在于,進一步的模擬移動床色譜
    具有
    i)至少4個柱子,優選至少8個柱子,更優選至少12個柱子,其中至

    \t少一個柱子包括弱的或強的陽離子交換樹脂,優選H+形式或Ca2+形式的陽離
    子交換樹脂;和/或
    ii)具有不同流速的四個區域I,II,III和IV;
    iii)洗脫液,包含水,優選乙醇和水,更優選5-15體積%的乙醇和85-95
    體積%的水,最優選9-11體積%的乙醇和89-91體積%的水,或由水,優選乙
    醇和水,更優選5-15體積%的乙醇和85-95體積%的水,最優選9-11體積%
    的乙醇和89-91體積%的水組成,其中,所述洗脫液可選地進一步包含硫酸,
    優選≤10mM或更少的硫酸;和/或
    iv)操作溫度為15℃至60℃,優選20℃至55℃,更優選25℃至50℃。
    6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法,其特征在于,所述含有中
    性人乳寡糖和污染物的粗溶液包含微生物發酵提取物或由微生物發酵提取物
    組成,其中所述微生物發酵提取物是在至少一個微生物發酵步驟獲得的,優
    選在其后進行以下至少一個步驟
    a)對溶液,優選對所述粗溶液進行過濾,以在微生物發酵后將可溶性物
    質與不溶性物質分離;
    b)對溶液,優選對步驟a)中獲得的溶液進行離子交換色譜,優選陽離
    子交換色譜,更優選在進行陽離子交換色譜后進行陰離子交換色譜;
    c)對溶液,優選對在步驟b)中獲得的溶液進行濃縮,更優選通過水的
    蒸發和/或通過納濾進行濃縮,可選的進行多于一次濃縮;
    d)對溶液,優選對在步驟c)中獲得的溶液進行滲析,更優選進行電滲
    析和/或滲濾,最優選用納濾膜進行滲濾,可選的進行多于一次滲析;
    e)使用模擬移動床色譜對溶液,優選對在步驟d)中獲得的溶液進行色
    譜分離;
    f)對溶液,優選對在步驟e)中獲得的溶液進行過濾,以將中性人乳寡
    糖與有色污染物分離,更優選通過穿過活性炭的過濾進行分離;以及
    g)對含有所述中性人乳寡糖的純化溶液,優選對在步驟f)中獲得的純
    化溶液進行噴霧干燥;
    其中最優選,所有步驟a)至g)以連續方式實施。
    7.根據權利要求1至6中的任一項所述的方法,其特征在于,在將所述
    溶液應用到所述至少一個模擬床移動色譜步驟之前,將所述含有中性人乳寡

    \t糖的溶液
    i)進行過濾以去除任何不溶物質,優選用活性炭、木炭和/或硅藻土過濾
    以去除任何不溶物質和有機污染物,更優選的通過交叉流過濾進行過濾,最
    優選的通過使用微濾膜的交叉流過濾進行過濾;和/或
    ii)應用到至少一個使用陽離子和/或陰離子交換色譜的純化步驟,優選
    先應用到至少一個陽離子交換色譜步驟然后應用到至少一個陰離子交換色譜
    ...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:斯特凡·詹尼文馬庫斯·海福力克
    申請(專利權)人:詹尼文生物技術有限公司
    類型:發明
    國別省市:德國;DE

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