納濾膜在功能性低聚糖分離純化中的應用研究

熊永正

(湖北第二師范學院，湖北 武漢 430205)

1 納濾膜的種類

我國納濾膜的組成材料主要包含CA，CA-CTA S-PS S-PES和芳香聚酰胺復合物等等，由此可見其組成基本與反滲透膜材料相同。而其他國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合膜。

2 納濾分離機理及過程

納濾膜與超濾膜和反滲透膜一樣都是以壓力驅動膜分離，但納濾的分離精度在超濾和反滲透之間波動且其能夠截獲200到2000個小分子。納濾分離機理的模型主要包括非平衡熱力學模型、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膜的表面上有大量同等大小的微孔，這就相當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(過濾效應)和靜電效應(電荷效應)共同決定的。而對于處于分離階段的體系可以使用靜電位阻模型來預測納濾膜的結構參數和負載特性。

溶質與溶質分離、溶質與溶劑分離是功能性低聚糖的兩種主要分離純化工藝。其中溶質與溶質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，而溶質與溶劑的分離主要則是糖和水的分離。在實驗過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與溶劑一起滲透形成滲透液。電荷效應決定了納濾膜對離子溶質的截留率，而為了實驗需要通常會降低納濾膜的電荷效應以增加離子溶質的滲透率。此外糖溶質在納濾膜上的截留在很大程度上取決于篩分效果，但是因糖溶質的大小差異不顯著，在分離時需要使用更高精度的納濾膜來進行。

3 納濾膜在功能性低聚糖分離純化中的應用研究

3.1 納濾膜在低聚異麥芽糖分離純化中的應用

低聚異麥芽糖的活性團是由潘糖、異麥芽糖和四糖及以上的低聚糖組成，其主要機理功能促進雙歧桿菌生長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，這在對低聚糖機理功能產生影響的同時還可能對人體有害，應予以消除。我國相關研究人員以純度為50%的低聚麥芽糖為原料，同時使用納濾膜進行除雜質實驗，結果顯示低聚麥芽糖的含糖量達到了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品純度，還能夠降低試驗品的濕度和熱度以有效減少實驗過程中的粘壁問題。

3.2 納濾膜在低聚果糖分離純化中的應用

作為一種常見益生元的低聚果糖具有促進代謝、促進腸道微量元素吸收、增強免疫力、降低患癌風險等功效。但通過大量的檢測發現低聚果糖產品中的蛋白質和顆粒物等雜質含量較高，因此我們在對低聚果糖進行分離純化時，可以應用納濾技術對原料進行預處理以提高分離效率和產品純度。例如，相關實驗人員在對甘蔗中的低聚果糖進行分離純化時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以滲透液的形式去除并使低聚果糖的純度達到92%。此外研究人員通過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，實驗結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用

所謂低聚大豆糖實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。通過對大豆低聚糖使用離心法進行分離后可以發現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生美拉德反應生成色黑味苦的劣質低聚大豆糖。因此相關人員選取了大豆廢水進行了試驗，使用了超濾技術和反滲透技術將蛋白質和鹽去除后使用納濾膜來分離純化。實驗結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。此外對低聚大豆糖進行了滲透模型試驗結果顯示，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九成。

4 結語

綜上所述，當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展。實驗過程中可以選擇不同直徑大小的納濾膜對單糖、二糖、三糖及以上的多糖依次進行分離純化，其在不影響物質活性的同時效果良好，因此應將納濾膜充分應用于功能性低聚糖的分離純化中。