以環(huán)糊精為基質(zhì)的擴張床吸附劑的制備及銀杏黃酮的分離

以環(huán)糊精為基質(zhì)的擴張床吸附劑的制備及銀杏黃酮的分離擴張床吸附(expandedbedadsorption,EBA)技術(shù)是一種集成化分離技術(shù),它將固液分離、富集濃縮和初期純化融合于一個新的單元操作中,能直接從含有固體顆粒的料液中捕獲目標產(chǎn)物,縮短分離流程,提高分離效率。目前擴張床吸附技術(shù)主要應(yīng)用于蛋白質(zhì)的分離純化。開發(fā)新型的吸附劑,并應(yīng)用于其他生物活性物質(zhì)的分離,是拓展擴張床吸附技術(shù)應(yīng)用范圍的有益嘗試。本論文開發(fā)出一種新型的以環(huán)糊精為基質(zhì)的擴張床吸附劑,圍繞吸附劑的制備、性質(zhì)和應(yīng)用等內(nèi)容展開,并對其在銀杏黃酮分離純化中的應(yīng)用進行初探。首先以環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)的β-環(huán)糊精聚合物為骨架材料,以碳化鎢粉為增重劑,通過β-環(huán)糊精預(yù)聚、反相懸浮成球及交聯(lián)固化等步驟,制備出具有良好球形度的CroCD-TuC吸附劑,其粒徑分布為80μm～320μm?？疾炝朔聪鄳腋∵^程的工藝條件,對影響微球粒徑分布和形貌的關(guān)鍵參數(shù)進行分析,提出了優(yōu)化的工藝參數(shù)：油相為液體石蠟和真空泵油GS-1按質(zhì)量比5：7混合；油水比4：1(w/w)；分散劑吐溫-80占油相質(zhì)量的1.0%；攪拌轉(zhuǎn)速350rpm～400rpm。通過5個批次重復(fù)實驗所得微球的物性數(shù)據(jù)對比,發(fā)現(xiàn)工藝具有良好的重現(xiàn)性。對吸附劑的物性、孔結(jié)構(gòu)、機械強度和化學穩(wěn)定性等基本性質(zhì)進行了表征,重點考察碳化鎢的用量對吸附劑性質(zhì)的影響。實驗發(fā)現(xiàn),所有吸附劑的粒徑均呈對數(shù)正態(tài)分布,且受碳化鎢用量的影響較小,其平均粒徑一般在150μm至170μm之間。此外碳化鎢粉的用量對吸附劑的孔度和平均孔徑的影響亦較小,表明β-環(huán)糊精聚合物骨架的結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯的改變。然而,摻入了碳化鎢粉的吸附劑的密度和機械強度有了明顯的提高,因此通過控制原料的配比可以制得適應(yīng)不同需要的吸附劑。測定了吸附劑在擴張床中的流體力學性質(zhì)。采用Richardson-Zaki方程擬合實驗結(jié)果,得到終端沉降速率和擴張指數(shù),并結(jié)合Stokes方程和Martin方程的計算、比較對計算值進行了修正。采用停留時間分布法測定擴張床內(nèi)的流體流動特性,引入Bodenstein準數(shù)、床層軸向擴散系數(shù)和理論等板高度等參數(shù)進行分析討論。結(jié)果發(fā)現(xiàn),流體的黏度和流速是影響吸附劑擴張?zhí)匦院土黧w混合性質(zhì)的主要因素,而吸附劑的密度通過流速一擴張率之間的關(guān)系,間接影響了其擴張?zhí)匦院土黧w混合性質(zhì)。論文還比較了幾種吸附劑/基質(zhì)的流體力學性質(zhì),發(fā)現(xiàn)CroCD-TuC3的表現(xiàn)較出色,是用于擴張床操作的理想吸附劑。本文改變以往擴張床多用于蛋白質(zhì)的做法,把目標物定為生物活性小分子物質(zhì),作一個新的嘗試。以蘆丁為模型化合物,考察CroCD-TuC3吸附劑對蘆丁的吸附性質(zhì)。研究表明,CroCD-TuC3對蘆丁的吸附等溫線遵循Langmuir吸附模型,且吸附量隨溫度和溶液pH值的升高而減小,隨溶劑極性的增強而增大。以結(jié)構(gòu)相近的SephadexTMG-15葡聚糖凝膠為參照物,比較了等量吸附焓和吸附劑表面不均勻度參數(shù),體現(xiàn)出CroCD-TuC3吸附劑骨架中β-環(huán)糊精/蘆丁包結(jié)復(fù)合物的形成對吸附過程的重要貢獻。采用孔擴散模型擬合吸附動力學實驗數(shù)據(jù),得到蘆丁在吸附劑內(nèi)的有效孔擴散系數(shù)約為3.8×10-11m2·s-1,遠小于蘆丁在稀溶液中的分子擴散系數(shù),揭示了吸附質(zhì)在內(nèi)孔中的擴散是整個吸附過程的限速步驟。此外,分別在固定床和擴張床中測定了CroCD-TuC3對蘆丁的動態(tài)吸附情況,發(fā)現(xiàn)其動態(tài)吸附效率受流速和料液濃度的影響較大。在了解吸附劑性質(zhì)的基礎(chǔ)上,本文將CroCD-TuC3吸附劑進行應(yīng)用嘗試,以擴張床吸附法分離銀杏黃酮。采用水提液直接上柱的擴張床操作方式,通過水洗、50%(w/w)乙醇洗脫等一系列步驟,使得產(chǎn)物中黃酮的純度達到36.5%,純化倍數(shù)為20.8,回收率36.1%,實驗證明采用擴張床吸附技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)銀杏