纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用研究

熊永正

(湖北第二师范学院，湖北 武汉 430205)

1 纳滤膜的种类

我国纳滤膜的组成材料主要包含CA，CA-CTA S-PS S-PES和芳香聚酰胺复合物等等，由此可见其组成基本与反渗透膜材料相同。而其他国家的纳滤膜主要由醋酸纤维素、聚酰胺和硫酰化聚砜系等组成的复合膜。

2 纳滤分离机理及过程

纳滤膜与超滤膜和反渗透膜一样都是以压力驱动膜分离，但纳滤的分离精度在超滤和反渗透之间波动且其能够截获200到2000个小分子。纳滤分离机理的模型主要包括非平衡热力学模型、空间电荷模型、固定电荷模型和静电位阻模型等。其中，静电位阻模型最易理解，静电位阻模型就是假设膜的表面上有大量同等大小的微孔，这就相当于电荷均匀分布在膜表面上，纳滤膜的分离是由膜表面离子的中性位阻效应(过滤效应)和静电效应(电荷效应)共同决定的。而对于处于分离阶段的体系可以使用静电位阻模型来预测纳滤膜的结构参数和负载特性。

溶质与溶质分离、溶质与溶剂分离是功能性低聚糖的两种主要分离纯化工艺。其中溶质与溶质的分离主要包括分子量大小不同的糖和糖、糖和离子的分离，而溶质与溶剂的分离主要则是糖和水的分离。在实验过程中纳滤膜可以截留部分分子量较大的多糖留在原溶剂中，而那些分子量较小的糖和离子会与溶剂一起渗透形成渗透液。电荷效应决定了纳滤膜对离子溶质的截留率，而为了实验需要通常会降低纳滤膜的电荷效应以增加离子溶质的渗透率。此外糖溶质在纳滤膜上的截留在很大程度上取决于筛分效果，但是因糖溶质的大小差异不显著，在分离时需要使用更高精度的纳滤膜来进行。

3 纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用研究

3.1 纳滤膜在低聚异麦芽糖分离纯化中的应用

低聚异麦芽糖的活性团是由潘糖、异麦芽糖和四糖及以上的低聚糖组成，其主要机理功能促进双歧杆菌生长以改善便秘和肥胖等症状。但是使用酶法分离的低聚异麦芽糖中通常含有葡萄糖等杂质，这在对低聚糖机理功能产生影响的同时还可能对人体有害，应予以消除。我国相关研究人员以纯度为50%的低聚麦芽糖为原料，同时使用纳滤膜进行除杂质实验，结果显示低聚麦芽糖的含糖量达到了90%。由此可以得出，使用纳滤膜分离纯化低聚异麦芽糖不仅可以提高产品纯度，还能够降低试验品的湿度和热度以有效减少实验过程中的粘壁问题。

3.2 纳滤膜在低聚果糖分离纯化中的应用

作为一种常见益生元的低聚果糖具有促进代谢、促进肠道微量元素吸收、增强免疫力、降低患癌风险等功效。但通过大量的检测发现低聚果糖产品中的蛋白质和颗粒物等杂质含量较高，因此我们在对低聚果糖进行分离纯化时，可以应用纳滤技术对原料进行预处理以提高分离效率和产品纯度。例如，相关实验人员在对甘蔗中的低聚果糖进行分离纯化时使用了芳香聚酰胺卷式纳滤膜，成功地将其所含的蔗糖等杂质以渗透液的形式去除并使低聚果糖的纯度达到92%。此外研究人员通过建立芳香聚酰胺卷式渗滤模型分析了不同分子的截获率和糖的吸收率，实验结果表明该渗滤模型非常适合低聚果糖的分离纯化。

3.3 纳滤膜在低聚大豆糖分离纯化中的应用

所谓低聚大豆糖实际上就是指大豆中含有的聚糖化合物，主要成分是蔗糖和水苏糖等等。通过对大豆低聚糖使用离心法进行分离后可以发现萃取液中仍含有大量的残留蛋白，而且这些残留蛋白能够与糖发生美拉德反应生成色黑味苦的劣质低聚大豆糖。因此相关人员选取了大豆废水进行了试验，使用了超滤技术和反渗透技术将蛋白质和盐去除后使用纳滤膜来分离纯化。实验结果显示大豆废水的需氧量从8500×106-8700×106降低到了300×106-850×106，且纯度由10%提高到了30%左右。此外对低聚大豆糖进行了渗透模型试验结果显示，约八成的总糖被成功截获，其中功能性低聚糖的截获率超过九成。

4 结语

综上所述，当前的纳滤膜在分离和纯化功能性低聚糖方面取得了很大进展。实验过程中可以选择不同直径大小的纳滤膜对单糖、二糖、三糖及以上的多糖依次进行分离纯化，其在不影响物质活性的同时效果良好，因此应将纳滤膜充分应用于功能性低聚糖的分离纯化中。