树脂在功能性低聚糖分离纯化中的应用进展*

乔威杰，孙延平，王 雨，匡海学

（黑龙江中医药大学，教育部北药基础与应用研究重点实验室，黑龙江省中药及天然药物药效物质基础研究重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150040）

功能性低聚糖由2~10个单糖分子通过糖苷键连接形成，难以被机体消化吸收，进入大肠后被有益菌利用，通过肠道菌群发挥抗氧化、提高免疫力、缓解疲劳等多种生理作用[1]。化学法、物理法和酶法等是功能性低聚糖的主要制备方法，其所制备的功能性低聚糖中往往存在非功能性糖分、色素以及无机盐等杂质，给低聚糖的结构检测带来一定的困难[2]。因此，高效分离纯化功能性低聚糖的技术引起人们的广泛重视。目前，常用的分离和纯化方法有活性炭法、有机溶剂法、树脂法和酶分离法等[3]。其中，树脂因其易再生、利用周期长、吸附量大等优点而备受关注。近年研究表明，大孔吸附树脂和离子交换树脂在功能性低聚糖分离纯化中的应用逐渐扩大。鉴于此方面的研究日益增多，本文重点介绍了树脂在低聚糖分离、脱色、脱盐过程中的应用进展状况，并简要介绍了树脂在低聚糖工业化生产中的作用，旨在为低聚糖的分离富集提供借鉴。

1 大孔吸附树脂在低聚糖分离纯化中的应用

容量大等优点，因表面具有多孔结构而具有筛选性，因分子间的氢键作用和范德华力而具备良好的吸附性能，根据低聚糖分子量的差异和吸附力的强弱可实现分离、脱色的目的[4]，大孔吸附树脂对低聚糖分离、脱色的效果见表1。

表1 大孔吸附树脂对低聚糖分离、脱色的效果Tab.1 Separation and decolorization of oligosaccharides by macroporous adsorption resin

大孔树脂具有理化性质稳定、机械强度高、吸附

1.1 分离

大豆低聚糖是一种新型功能性低聚糖，能通过人体肠道菌群有效改善血脂水平。李书海[5]比较了4种不同树脂对大豆乳清废液中低聚糖的分离效果，决定采用DSK530型大孔树脂，洗脱条件为：上样体积15mL，上样浓度15%、洗脱速度2mL·min-1，此条件下大豆低聚糖回收率达到90%以上。巴戟天低聚糖是巴戟天的主要活性成分，具有抗氧化、提高免疫、抗痴呆等作用。杨欣[6]使用大孔树脂D900制备高纯度巴戟天低聚糖，在最佳条件（树脂与样品体积比25∶1，树脂柱径高比1∶6，上样浓度0.04g·mL-1）下，洗脱率高达94.45%。异麦芽三糖具有降血脂、增强免疫、清理肠道致癌成分等作用。李湘[7]应用搭载Ca2+的D151大孔树脂分离水中的异麦芽三糖，以稀NH3·H2O为洗脱剂，在此条件下异麦芽三糖洗脱率达到90%以上。

1.2 脱色

大豆低聚糖在平衡肠道菌群、降血脂、调节血压方面表现出明显功效。王秋霜[8]对10种树脂纯化大豆低聚糖的效能进行比较，筛选出大孔吸附树脂AB-8和DM-130脱色效果最好，AB-8的脱色率为71.58%，低聚糖保留率为93.30%，DM-130的脱色率为71.97%，低聚糖保留率为94.19%。低聚半乳糖是一种新的功能性食品，在建立婴幼儿肠道双歧杆菌菌群的过程中发挥重要作用。戚克进[9]试验了5种大孔吸附树脂和5种离子交换树脂对低聚半乳糖的脱色效果，结果表明，使用非极性大孔吸附树脂Sp207，在糖溶液pH值为4.0，温度40℃，时间40min的条件下进行脱色，低聚半乳糖的脱色率达到87%。低聚木糖别称木寡糖，能显著促进肠道内双歧杆菌的丰度和活性，其增殖效果是其他低聚糖成分的10倍以上。孙军涛[10]在研究玉米芯低聚木糖脱色剂和脱色工艺时考察了5种树脂，结果显示，大孔吸附树脂AB-8脱色效果最佳，在可溶性总糖含量10.6mg·mL-1，温度40℃，时间2h的条件下，低聚木糖脱色率可达73.65%，保留率达84.81%。Liang[11]试验了5种不同性质的树脂对南瓜低聚糖脱色，结果表明，大孔树脂DM28是脱色南瓜低聚糖的最佳选择，最终脱色率达到92.6%，低聚糖损失率为18.7%。

2 离子交换树脂在低聚糖分离纯化中的应用

离子交换树脂因其交换容量大、再生简单、成本低廉、操作简便和离子专属性好等优点被广泛应用于制糖业，其原理是利用离子交换剂和溶液中的离子发生交换反应进行吸附，再通过适当的洗脱剂进行洗脱，可达到分离、脱色、脱盐的效果[12]，离子交换树脂对低聚糖分离、脱色、脱盐的效果见表2。

表2 离子交换树脂对低聚糖分离、脱色、脱盐的效果Tab.2 Effect of ion exchange resin on separation,decolorization and desalting of oligosaccharides

2.1 分离

果寡糖能改善肠道微生物的组成，增殖益生菌。Nobre[13]在分离果寡糖中含有的盐分和一些非益生元糖时，考察了多种树脂的分离效果，结果显示，Diaion UBK5335型离子交换树脂搭载Ca2+分离效果最好，在室温条件下果寡糖回收率达到92%。葡甘露低聚糖能调节机体免疫，消除霉菌毒素对机体的损害。杨伟东[14]采用001×7型阳离子交换树脂分离纯化葡甘露低聚糖，最佳条件为：上样量10mL，温度60℃，流速2mL·min-1，树脂高度60cm，此条件下葡甘露低聚糖含量达62.1%。Liu[15]等利用D354阴离子交换树脂分离废液中的低聚木糖，在温度为25℃和废液自然pH的条件下，低聚木糖的回收率达到93.09%。

2.2 脱色

张华林[16]通过静态吸附和动态吸附考察树脂对巴戟天低聚果糖脱色的效果，决定使用D941型阴离子交换树脂，确定脱色条件为：温度25℃，寡糖溶液4BV，流速4BV·h-1，树脂柱径高比1∶10，在此条件下巴戟天低聚果糖脱色率达到92.54%，保留率达到82.76%。黄海[17]从6种阴离子交换树脂筛选出阴离子树脂D301-G对低聚木糖的脱色效果最好，在脱色时间180min，脱色温度50℃的最优条件下，低聚木糖的脱色率可达68.9%，低聚木糖保留率为85%。丁胜华[18]也筛选了7种大孔离子交换树脂对低聚木糖进行脱色，结果显示，阴离子交换树脂D750对低聚木糖脱色效果最佳，脱色条件为：糖浆质量分数为4.50%，脱色180min，低聚木糖脱色率高达96.5%，糖分保留率为94%。

2.3 脱盐

低聚木糖可通过增殖双歧杆菌发挥抗癌作用，增强机体免疫。孙军涛[19]考察了5种阳离子交换树脂和7种阴离子交换树脂，结果表明，阳离子树脂001×7与阴离子树脂D301串联对玉米芯低聚木糖脱盐效果最佳，脱色条件为：pH值6.0，温度40℃，时间1h，D301树脂和001×7树脂体积比为2∶1，初始还原糖浓度为938mg·L-1，此条件下的低聚木糖脱盐率为68.1%，糖分损失率为32.7%。此外，孙军涛[20]将阴阳离子交换树脂混合后对玉米芯低聚木糖进行脱盐处理，确定最优条件为：D301阴离子交换树脂和001×7阳离子交换树脂体积比为1∶1，pH值为5.0，时间120min，温度50℃，样品浓度570mg·L-1，此条件下低聚木糖的脱盐率可达98%，保留率为65%。盛金凤[21]筛选了7种树脂选出阳离子交换树脂001×7和阴离子交换树脂D301串联，结合活性炭，对蔗渣低聚木糖进行脱盐，在阴阳离子树脂体积比1∶2、流速4.23mL·min-1的条件下脱盐效果最好，脱盐率达到79.2%。

3 树脂在低聚糖工业化生产中的应用

树脂应用于低聚糖的分离纯化，在缩短时间的同时，又能达到良好的分离、脱色、脱盐效果，已部分应用于工业化生产，具有广阔的应用前景。张国强[22]应用大孔离子交换树脂除去大豆乳清废液中的离子，采用大孔非极性树脂除去废液中的小分子蛋白和色素，经过浓缩、超滤、干燥等步骤，得到含棉子糖16%、水苏糖40%的大豆低聚糖。保龄宝生物股份有限公司专利公开了利用离子交换系统生产功能性低聚糖的方法，使用多组交错的阴阳离子树脂反复精制低聚糖，应用此系统可节约70%~75%的水耗，节约50%~70%的盐酸和液碱的单耗[23]。

4 结论

功能性低聚糖成分复杂且性质相近，不易分离纯化，目前，常用纯化方法之一的活性炭吸附法应用广泛，但难以回收利用；有机溶剂萃取法糖回收率高，但吸附容量小，且存在安全隐患；酶分离法分离效率虽高，但酶的价格昂贵且酶解条件十分严格，在实际应用中受到限制。相比于上述方法，树脂以其环保安全、可重复利用、成本低的优点受到广泛关注。本文通过整理近年来利用树脂分离纯化低聚糖的文献，发现树脂不仅除去了大部分非益生糖分、色素和无机盐等杂质，还能发挥富集作用，获得高纯度低聚糖。此外，使用不同树脂串联能同时进行多项步骤，结合活性炭等技术能显著提高低聚糖的纯化效率。简而言之，合理使用树脂能更加高效地分离纯化低聚糖，为低聚糖的结构检测和工业化生产提供前期基础。