Efectes del fotoperíode sobre la qualitat espermàtica de mascles porcins Sus domesticus

En el presente estudio se analizan los efectos de los fotoperiodos ambientales de otoño e invierno y los fotoperiodos experimentales de 24, 12 y 0 horas de luz artificial sobre la calidad del semen de machos reproductores porcinos de raza Landrace. El estudio se realizó sobre 30 machos postpuberales de 8 meses de edad y testados con el fin de comprobar la homogeneidad. Los machos fueron distribuidos aleatóriamente en los 3 grupos de luz artificial durante 3 meses. El tratamiento de 12 horas de luz artificial fue considerado como grupo control. Previamente al inicio de cada tratamiento, se sometió a cada grupo de machos al fotoperiodo ambiental correspondiente a la época del año; así, se caracterizó también la calidad seminal en otoño e invierno, manteniendo la temperatura constante. La nave experimental que acogió a los machos tiene una superficie de 100 m2 y una altura de 3,5 m. Un pasillo central divide la nave en dos hileras de 5 y 6 celdas respectivamente. En una de las celdas pequeñas se instaló el maniquí y fue utilizada para las extracciones de semen. La iluminación artificial se consiguió con la instalación de 6 lámparas fluorescentes en el techo del pasillo central que proporcionaron una luz homogénea superior a 200 lux. Así mismo, la nave se mantuvo en todo momento a 21±1ºC y la humedad relativa osciló entre el 60-75%. A todos los verracos se les proporcionó una dieta nutritiva y equilibrada y se les sometió a un regimen de extracciones de semen de 2 veces por semana, habiendo sido previamente entrenados en la monta del maniquí. Les muestras de semen fueron recogidas según la técnica de la mano enguantada (Martín, 1982; Daza, 1992) y se analizaron los siguientes parámetros: el volumen y el pH seminales, la concentración, la vitalidad y la motilidad espermáticas, la resistencia acrosómica de los espermatozoides, la morfología espermàtica a partir de la frecuencia de los espermatozoides maduros, inmaduros y aberrantes, la producción testicular y el número de dosis seminales. Se analizó, además, bioquímicamente el plasma seminal al principio y al final de cada tratamiento experimental de luz artificial a partir de la concentración de proteína total, de la identificación de residuos fosforilados de proteína y del contenido de azúcares. También se determinaron los índices de fertilidad y prolificidad. El volumen y el pH de los eyaculados se utilizaron como marcadores del estado funcional de las glándulas sexuales accesorias; la concentración espermàtica como un indicador de la actividad testicular (Pinart y col., 1999). La vitalidad y la motilidad espermáticas fueron estimadores del grado de diferenciación del espermatozoide tanto a nivel testicular como epididimario; la resistencia acrosómica fue utilizada para valorar el nivel de diferenciación de la membrana acrosómica durante la espermiogénesis y/o maduración epididimària (Briz i col., 1996; Pinart i col., 1999). Referente a la morfología espermática, los espermatozoides inmaduros fueron marcadores de anomalías en la maduración de éstos a lo largo del conducto epididimario y los espermatozoides aberrantes se utilizaron como marcadores de una diferenciación defectuosa a nivel de testículo (anomalías primarias) y a nivel de conducto epididimario (anomalías secundarias) (Briz i col., 1996). La concentración de proteína total se utilizó para valorar la integridad funcional de las membranas del espermatozoide y la actividad de las glándulas sexuales accesorias. La identificación de proteínas con residuos de tirosina fosforilados fue un estimador de la viabilidad celular y la actividad de las glándulas sexuales, y el contenido de azúcares como un indicador de la producción de las vesículas seminales. La determinación del volumen y el pH de los eyaculados se realizó en las instalaciones de la granja a partir de semen fresco el mismo día de la extracción. El resto de parámetros se analizaron en el laboratorio durante las 48 horas posteriores a la extracción a partir de semen diluido en BTS (diluyente de Bestville) (Daza, 1992) y transportado y conservado a 15ºC. Las muestras fueron previamente filtradas con el fin de eliminar la tapioca. El estudio estadístico de los resultados obtenidos se realizó a partir del análisis de la varianza (ANOVA) con un nivel de significación de =0,05. En cuanto al estudio comparativo de los fotoperiodos ambientales estacionales se ha observado un incremento significativo del pH del eyaculado en los machos expuestos a otoño (P0,0001), mientras que el volumen seminal se mantiene en valores similares en ambos tratamientos (P=0,1650). La concentración espermàtica, la producción espermàtica y el número de dosis seminales que se pueden preparar a partir de un eyaculado se duplica en los verracos sometidos al fotoperiodo de primavera (P0,0001). La vitalidad y la motilidad espermáticas no experimentan cambios significativos entre tratamientos (P=0,3440 y P=0,9220, respectivamente). La resistencia osmótica de los acrosomas desciende únicamente en los machos expuestos a condiciones estacionales de otoño (P0,0001). En referencia a la morfología espermàtica aunque no se observan diferencias entre primavera y otoño (P0,05), sí se detecta un incremento de los porcentajes de espermatozoides inmaduros y aberrantes en ambos fotoperiodos estacionales, y en especial en los machos expuestos a condiciones fotoperiódicas de otoño. Según los resultados obtenidos en este estudio la calidad seminal de los verracos es inferior en el fotoperiodo de otoño debido a un descenso de la concentración y la producción espermáticas, un aumento del pH seminal, una disminución de la resistencia de la membrana acrosómica y a un incremento en la frecuencia de espermatozoides inmaduros y aberrantes. Parece ser, pues, que en el otoño tiene lugar la disminución de la producción testicular, cambios en la actividad de las glándulas sexuales accesorias y disfunciones en el proceso de diferenciación testicular y epididimària de los espermatozoides y especialmente del acrosoma. En relación a los resultados obtenidos en el estudio de los diferentes fotoperiodos artificiales se observa que la iluminación continua provoca un aumento significativo del volumen del eyaculado en el primer y segundo mes de tratamiento (P0,0001), disminuyendo en el tercer mes. La oscuridad absoluta no modifica este parámetro (P0,05). En cuanto al pH seminal la iluminación continua provoca un incremento progresivo del valor del pH a lo largo del periodo experimental (P0,0001), mientras que la oscuridad absoluta tiene un efecto más irregular. La exposición de los machos a iluminación continua y a oscuridad absoluta se manifiesta en un descenso de la concentración y la producción espermáticas que se mantiene hasta el segundo mes de tratamiento (P0,0001), observándose un incremento en el tercer mes de exposición de los machos a oscuridad absoluta (P=0,1010). De todas maneras, este descenso es mas severo en los machos sometidos a iluminación continua ya que no presentan recuperación. La vitalidad y la motilidad espermáticas no se ven alteradas por la iluminación continua y la oscuridad absoluta, ni tampoco el contenido de los azúcares mayoritarios del plasma seminal (P0,005). La glucosa aparece como un azúcar minoritario y sí que presenta concentraciones inferiores en los tratamientos experimentales de luz continua y de oscuridad absoluta (P0,0001 y P=0,0002, respectivamente). La resistencia osmótica de los acrosomas desciende en ambos tratamientos artificiales extremos de luz continua y oscuridad total (P0,0001), aunque en los machos expuestos a iluminación continua se produce una recuperación a partir del segundo mes de tratamiento (P=0,4930). Dado que tampoco se han observado diferencias significativas en las concentraciones de proteína total (P0,05), es probable que las anomalías de la membrana acrosómica se originen durante el proceso de espermiogénesis y/o maduración epididimària. La exposición de los verracos a oscuridad absoluta no altera la morfología espermàtica de los eyaculados, aunque se observa un aumento de la frecuencia de espermatozoides con anomalías en la forma de la cola en el primer mes (P0,0001), y un aumento de la frecuencia de espermatozoides inmaduros con gota distal y de espermatozoides con anomalías en el número de colas en el tercer mes de experimentación (P=0,0030 y P0,0001). La luz continua, sin embargo, provoca un incremento de la frecuencia de espermatozoides inmaduros con gota distal (P0,0001) y de espermatozoides con anomalías en la forma de la cola (P=0,0040) ya en el primer mes. El fotoperiodo provoca un descenso de la fertilidad de los machos expuestos a oscuridad absoluta en el tercer mes de tratamiento (P0,0001) y un incremento de ésta en los machos sometidos a iluminación continua (P=0,0005). La prolificidad no se ve modificada por ambas condiciones extremas de luz artificial (P0,05). Así pues, los resultados obtenidos demuestran que el fotoperiodo afecta la actividad testicular, provoca alteraciones en la actividad de las glándulas sexuales accesorias, altera el proceso de expulsión de la gota citoplasmática y provoca anomalías en el proceso de diferenciación de la cola tanto a nivel testicular como epididimario, siendo los verracos expuestos a luz continua más sensibles a estos parámetros que los verracos sometidos a oscuridad absoluta. El fotoperiodo, sin embargo, no altera de forma esencial la integridad de las membranas del espermatozoide ni la capacidad fecundante de éste.

Millora de la qualitat espermàtica de dosis seminals de mascles reproductors Piétrain per filtració en diverses reïnes

En aquest treball s'ha dissenyat un mètode ràpid i fiable de tinció amb fluorocroms per a l'anàlisi de la integritat i viabilitat espermàtiques a partir del marcatge de la beina mitocondrial amb MitoTracker®Green FM, de l'acrosoma amb la lectina Trypsin inhibitor from Soybean (SBTI) conjugada amb el fluorocrom Alexa Fluor®488 específic per la proacrosina i del nucli amb els fluorocroms bis-benzimida (específic per a cèl·lules viables) i iodur de propidi (específic per a cèl·lules no viables). També s'ha determinat l'efecte de la filtració de dosis seminals de mascles astentoteratonecrospèrmics en columnes de Sephadex neutre i de dosis de mascles amb baixa qualitat espermàtica per filtració en columnes de Sephadex iònic, llana de vidre i glass beads sobre la qualitat espermàtica dels diferents grups de mascles analitzats. Els resultats obtinguts han mostrat que diversos paràmetres de qualitat espermàtica milloren després de la filtració en les diferents reïnes segons la patologia que presentin.

Estudio de otros compuestos relacionados con la presencia de olor sexual no atribuible al escatol y a la 5@-Androst-16-en-3-ona en grasa dorsal de cerdo

En el presente trabajo de tesis se evalúa la posible contribución de otros compuestos al desarrollo del olor sexual mediante la aplicación de técnicas de Head Space dinámico y cromatografía de filtración de gel. El estudio se efectuó en canales de cerdos enteros previamente clasificadas con concentraciónes bajas de escatol (<0,10 µg /g) y androstenona (0,50 µg/ g) , aunque presentaban , según las respuestas de un panel sensorial, olor sexual. La selección de muestras de grasa clasificadas sin olor sexual permitió la comparación estadística de los resultados obtenidos. El análisis de los compuestos volátiles mostró una mayor abundancia de aldehidos (hexanal, heptanal), ácidos grasos de cadena corta (hexanoico, heptanico nonanoico), 1,4-diclorobenceno y estireno en las muestras de grasa con defecto organoléptico, ue puede, debido a los atributos sensoriales de estas sustancias y sus bajos umbrales de detección, favorecer el desarrollo de aromas desagradables asociados al olor sexual por los miembros de un papel sensorial. El análisis de las fracciones obtenidas por filtración de gel mediante cromatografía de gases acoplada a la espectometría de masas permitió la identificación de la 4-fenil-3-buten-2-ona en las muestras clasificadas con olor sexual y concentraciones bajas de escatol y androstenona, que junto a los resultados obtenidos en el estudio sensorial, indican una influencia de este compuesto en el olor sexual. Por una parte la 4-fenil-3-buten-2-ona presentaría una acción sinérgica con la androstenona al potenciar su detección por parte de los panelistas a concentraciones inferiores de 0,01µg/g. Además, el olor a naftalina que presenta la 4-fenil-3-buten-2-ona puede confundir a los miembros del panel debido a que es uno de los descriptores sensoriales que se asocia con la presencia de escatol en las muestras de grasa evaluadas. Así mismo, la baja transferencia a la fase vapor del escatol y, especialmente, de la androstenona determinada mediante técnicas de Head Space estático, indica que la concentración de cada uno de los compuestos en la fase vapor no se corresponde con la concentración real en las muestras de grasa . Según estos resultados, las respuestas del panel test pueden estar influenciadas por la poca volatilidad de los compuestos implicados en el olor sexual y por la presencia en la fase vapor de otros compuestos aromáticos de mayor volatilidad. La validación de métodos de análisis para la determinación de indol-escatol y androstenona-androstenoles en grasa dorsal porcina mediante cromatografía líquida en fase normal y cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de masas, respectivamente, fue otro de los objetivos planteados del presente estudio. La simplificación del tratamiento de las muestras de grasa fue uno de los aspectos analíticos que se tuvo en mayor consideración con la finalidad de ofrecer una mayor capacidad de muestras en un intervalo de tiempo corto.

The representation of conditional expectations of non-Gaussian noise

For Wiener spaces conditional expectations and $L^{2}$-martingales w.r.t. the natural filtration have a natural representation in terms of chaos expansion. In this note an extension to larger classes of processes is discussed. In particular, it is pointed out that orthogonality of the chaos expansion is not required.

Chemical composition and in vitro fermentation of tannin-rich tree fruits

Dry and mature tree fruits are a potential source of protein for goats in the semi-arid areas of southern Africa, but their chemical composition and feeding value is largely unknown. This study presents the chemical composition and in vitro fermentation of indehiscent whole fruits and separated seed and hull fractions from Acacia nilotica, Acacia erubescens, Acacia sieberiana, Acacia erioloba, Piliostigma thonningii and Dichrostachys cinerea trees. Results indicate that the N contents of whole fruits ranged between 13.5 g/kg DM (A. nilotica) and 27.1 g/kg DM (A. erubescens). Seeds had a higher N content than hulls for all tree species. A. nilotica, D. cinerea and P thonningii fruits had high levels of extractable phenolics (758, 458 and 299 g/kg DM, respectively). Soluble phenolics (SPh) and ytterbium precipitable phenolics (YbPh) levels were negatively correlated to in vitro gas production but positively correlated to in vitro organic matter degradability (iOMD). Partition factors for whole fruits at 48 h ranged between 3.6 mg/ml for A. erioloba and 7.8 mg/ml for A. nilotica. Seeds of A. erioloba, A. erubescens and P thonningii were consistently fermented more efficiently throughout the incubation period compared to their whole fruits or hulls. Estimating in vitro degradability of phenolic-rich substrates through filtration procedures can give erroneous results due to the loss of soluble phenolics, which are not necessarily degradable. The feeding value of fruits from D. cinerea and A. nilotica tree species may be reduced due to the presence of high levels of phenolics. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Isolation and characterisation of phytase from dormant Corylus avellana seeds

Phytase (myo-inositol-1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate phosphohydrolase, EC 3.1.3.26), which catalyses the step-wise hydrolysis of phytic acid, was purified from cotyledons of dormant Corylus avellana L. seeds. The enzyme was separated from the major soluble acid phosphatase by successive (NH4)2SO4 precipitation, gel filtration and cation exchange chromatography resulting in a 300-fold purification and yield of 7.5%. The native enzyme positively interacted with Concanavalin A suggesting that it is putatively glycosylated. After size exclusion chromatography and SDS–PAGE it was found to be a monomeric protein with molecular mass 72±2.5 kDa. The hazel enzyme exhibited optimum activity for phytic acid hydrolysis at pH 5 and, like other phytases, had broad substrate specificity. It exhibited the lowest Km (162 μM) and highest specificity constant (Vmax/Km) for phytic acid, indicating that this is the preferred in vivo substrate. It required no metal ion as a co-factor, while inorganic phosphate and fluoride competitively inhibited enzymic activity (Ki=407 μM and Ki=205 μM, respectively).

Catalytic oxidation of alcohols using molecular oxygen mediated by poly(ethylene glycol)-supported nitroxyl radicals

The selective catalytic oxidation of alcohols over a mixture of copper(l) chloride and a number of linear 'linker-less' or 'branched' poly(ethylene glycol)-supported nitroxyl radicals of the 2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl (TEMPO) family as a catalyst system has been investigated in the presence of molecular oxygen in a batch reactor. It is found that the activity profile of the polymer-supported nitroxyl radicals is in good agreement with that of low-molecular weight nitroxyl catalysts, for example, allylic and benzylic alcohols are oxidised faster than aliphatic alcohols. The oxidations can be tuned to be highly selective such that aldehydes are the only oxidation products observed in the oxidation of primary alcohols and the oxidations of secondary alcohols yield the corresponding ketones. A strong structural effect of the polymeric nitroxyl species on catalytic activity that is dependent upon their spatial orientation of the nitroxyl radicals is particularly noted. The new soluble macromolecular catalysts can be recovered readily from the reaction mixture by solvent precipitation and filtration. In addition, the recycled catalysts demonstrate a similar selectivity with only a small decrease in activity compared to the fresh catalyst even after five repetitive cycles. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis of alpha-galactooligosaccharides with alpha-galactosidase from Lactobacillus reuteri of canine origin

Crude cell-free extracts from Lactobacillus reuteri grown on cellobiose, maltose, lactose and raffinose were assayed for glycosidic activities. When raffinose was used as the carbon source, alpha-galactosidase was produced, showing the highest yield at the beginning of the stationary growth phase. A 64 kDa enzyme was purified by ultra- and gel filtration, and characterized for its hydrolytic and synthetic activity. Highest hydrolytic activity was found at pH 5.0 at 50 degreesC (K-M 0.55 mM, V-max 0.80 mumol min(-1) mg(-1) of protein). The crude cell-free extract was further used in glycosyl transfer reactions to synthesize oligosaccharides from melibiose and raffinose. At a substrate concentration of 23% (w/v) oligosaccharide mixtures were formed with main products being a trisaccharide at 26% (w/w) yield from melibiose after 8 h and a tetrasaccharide at 18% (w/w) yield from raffinose after 7 h. Methylation analysis revealed the trisaccharide to be 6' alpha-galactosyl melibiose and the tetrasaccharide to be stachyose. In both cases synthesis ceased when hydrolysis of the substrate reached 50%.

Critical stages of the brewing process for changes in antioxidant activity and levels of phenolic compounds in ale

Samples were taken at each stage of brewing (malt, milling, mashing, wort separation, hop addition, boiling, whirlpool, dilution, fermentation, warm rest, chill-lagering, beer filtration, carbonation and bottling, pasteurization, and storage). The level of antioxidant activity of unfractionated, low-molecular-mass (LMM) and high-molecular-mass (HMM) fractions was measured by the 2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfortic acid) radical cation (ABTS(.+)) and ferric-reducing antioxidant power (FRAP) procedures. Polyphenol levels were assessed by HPLC. The LMM fraction (<5 kDa) was responsible for similar to80% of the level of antioxidant activity of the unfractionated malt and beer samples. In the unfractionated samples, significant decreases (P < 0.001) in antioxidant activity levels were observed after milling and beer filtration, with the decrease after beer filtration being accompanied by a significant decrease (P > 0.001) in catechin and ferulic acid levels. Increases in antioxidant activity levels were observed after mashing, boiling, fermentation, chill-lagering, and pasteurization, in line with previous studies on lager. Additionally, increases in the level of antioxidant activity occurred after wort separation and carbonation and bottling and were accompanied by increases in levels of most monitored polyphenols. Data from the ABTS(.-) and FRAP assays indicated that the compounds contributing to the levels of antioxidant activity responded differently in the two procedures. Levels of ferulic, vanillic, and chlorogenic acids and catechin accounted for 45-61% of the variation in antioxidant activity levels.

Glutathione and related thiol compounds II: the importance of protein bound glutathione and related protein-bound compounds in gluten proteins

Protein-bound glutathione (PSSG) and protein-bound related thiol compounds, i.e. cysteine (PSSCys), glutamyl-cysteine (PSSGlu-Cys) and cysteinyl-glycine (PSSCys-Gly), were analysed in proteins of Osborne fractions, i.e. gliadin, glutenin and gliadin-, glutenin-subfractions separated by gel filtration chromatography, gel protein and the total gluten proteins separated from wheat varieties with varying breadmaking performances. The results showed that PSSG and some protein-bound related thiol compounds were found in monomeric gliadins, indicating that glutathione and some related thiol compounds are able to form disulphide bonds (SS) with sulphydryl group (SH) of those proteins and the formation of those disulphide bonds may prevent those monomeric proteins from binding to other proteins. It was also observed that a larger amount of PSSG in glutenin proteins was negatively correlated with the molecular weight (M-w) distribution of glutenin polymers, suggesting that PSSG and protein-bound related thiol compounds may play an important role in controlling polymerisation of glutenin. Furthermore, it was found that the level of PSSG in gel protein from flours with poor breadmaking performances was constantly higher and significantly different (p < 0.05) from that of flours with good breadmaking performance. The same trend was observed with gluten samples from breadmaking and biscuitmaking flours. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Fecal water as a non-invasive biomarker in nutritional intervention: comparison of preparation methods and refinement of different endpoints

The assessment of cellular effects by the aqueous phase of human feces (fecal water, FW) is a useful biomarker approach to study cancer risks and protective activities of food. In order to refine and develop the biomarker, different protocols of preparing FW were compared. Fecal waters were prepared by 3 methods: (A) direct centrifugation; (B) extraction of feces in PBS before centrifugation; and (C) centrifugation of lyophilized and reconstituted feces. Genotoxicity was determined in colon cells using the Comet assay. Selected samples were investigated for additional parameters related to carcinogenesis. Two of 7 FWs obtained by methods A and B were similarly genotoxic. Method B, however, yielded higher volumes of FW, allowing sterile filtration for long-term culture experiments. Four of 7 samples were non-genotoxic when prepared according to all 3 methods. FW from lyophilized feces and from fresh samples were equally genotoxic. FWs modulated cytotoxicity, paracellular permeability, and invasion, independent of their genotoxicity. All 3 methods of FW preparation can be used to assess genotoxicity. The higher volumes of FWobtained by preparation method B greatly enhance the perspectives of measuring different types of biological parameters and using these to disclose activities related to cancer development.

Bioactive peptides from food proteins: new opportunities and challenges

Food proteins such as milk and soy are a rich source of bioactive peptides. In the last decade, research into this area has intensified and new bioactive peptide sequences have been discovered with a range of apparent biological functions; for example, antihypertensive, antioxidant, and antimicrobial effects and opiate-like qualities have been reported. These peptides could therefore lead to the development of important functional food products and ingredients for the prevention and even treatment of chronic diseases such as cardiovascular disease and cancer. Peptides can be produced by fermentation with dairy starters for instance, and by enzymatic hydrolysis with pancreatic and microbial enzymes. Further purification is typically carried out by membrane filtration and/or chromatographic methods. The production of novel bioactive peptides and their incorporation into functional food products poses several technological challenges as well as regulatory and marketing issues. Proof of efficacy is of paramount importance; this should be verified by conducting appropriate tests in vivo in animals and in humans. In addition, tests for cytotoxicity and allergenicity must be conducted. Despite all of these hurdles, scientific evidence is increasingly demonstrating the health benefits of diet-based disease prevention, and therefore new developments in this area are likely to continue both at the research and the commercialisation level.

Recovery and purification of surfactin from fermentation broth by a two-step ultrafiltration process

Surfactin is a bacterial lipopeptide produced by Bacillus subtilis and it is a powerful surfactant, having also antiviral, antibacterial and antitumor properties. The recovery and purification of surfactin from complex fermentation broths is a major obstacle to its commercialization; therefore, two-step membrane filtration processes were evaluated using centrifugal and stirred cell devices while the mechanisms of separation were investigated by particle size and surface charge measurements. In a first step of ultrafiltration (UF-1), surfactin was retained effectively by membranes at above its critical micelle concentration (CMC); subsequently in UF-2, the retentate micelles were disrupted by addition of 50% (v/v) methanol solution to allow recovery of surfactin in the permeate. Main protein contaminants were effective]), retained by the membrane in UF-2. Ultrafiltration was carried out either using centrifugal devices with 30 and 10 kDa MWCO regenerated cellulose membranes, or a stirred cell device with 10 kDa MWCO polyethersulfone (PES) and regenerated cellulose (RC) membranes. Total rejection of surfactin was consistently observed in UF-1, while in UF-2 PES membranes had the lowest rejection coefficient of 0.08 +/- 0.04. It was found that disruption of surfactin micelles, aggregation of protein contaminants and electrostatic interactions in UF-2 can further improve the selectivity of the membrane based purification technique. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

The use of dead-end and cross-flow nanofiltration to purify prebiotic oligosaccharides from reaction mixtures

Nanofiltration (NF) of model sugar solutions and commercial oligosaccharide mixtures were studied in both dead-end and cross-flow modes. Preliminary trials, with a dead-end filtration cell, demonstrated the feasibility of fractionating monosaccharides from disaccharides and oligosaccharides in mixtures, using loose nanofiltration (NF-CA-50, NF-TFC-50) membranes. During the nanofiltration purification of a commercial oligosaccharide mixture, yields of 19% (w w-1) for the monosaccharides and 88% (w w-1) for di, and oligosaccharides were obtained for the NF-TFC-50 membrane after four filtration steps, indicating that removal of the monosaccharides is possible, with only minor losses of the oligosaccharide content of the mixture. The effects of pressure, feed concentration, and filtration temperature were studied in similar experiments carried out in a cross-flow system, in full recycle mode of operation. The rejection rates of the sugar components increased with increasing pressure, and decreased with both increasing total sugar concentration in the feed and increasing temperature. Continuous diafiltration (CD) purification of model sugar solutions and commercial oligosaccharide mixtures using NF-CA-50 (at 25oC) and DS-5-DL (at 60oC) membranes, gave yield values of 14 to 18% for the monosaccharide, 59 to 89% for the disaccharide and 81 to 98% for the trisaccharide present in the feed. The study clearly demonstrates the potential of cross flow nanofiltration in the purification of oligosaccharide mixtures from the contaminant monosaccharides.

Fractionation of oligosaccharides by nanofiltration

Two loose nanofiltration membranes (NF-CA-50 and NF-TFC-50) and one dense ultrafiltration membrane (UF-CA-1) were used to fractionate commercial oligosaccharide mixtures by applying diafiltration in a 'dead-end' filtration cell at 40bar constant pressure with a maximum volume concentration ratio (VCR) of 6 at each fractionation. The rejections of a monosaccharide (glucose) and a disaccharide (lactose) were determined for each membrane; the results indicated that fractionation between these two sugars was possible using the two nanofiltration membranes. During the nanofiltration purification of a commercial oligosaccharide mixture, yields of 19% (w/w) for monosaccharides and 88% (w/w) for di- and oligosaccharides were obtained with the NF-TFC-50 membrane after four filtration steps, indicating that removal of the monosaccharides is possible with only minor losses of the oligosaccharide content of the mixture. The ultrafiltration membrane, at the same time, gave purification levels similar to the NF-TFC-50 membrane with fewer diafiltration steps but with higher losses of di- and oligosaccharides (12% (w/w) for monosaccharides and 53% (w/w) for di- and oligosaccharides on the third run). (C) 2003 Society of Chemical Industry.