CN106397630A - 一种利用膜分离技术提取透明质酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用膜分离技术从透明质酸发酵液中提取透明质酸钠的方法，即将透明质酸发酵液经过预处理、微滤过滤、超滤过滤、反渗透浓缩、活性炭脱色和乙醇沉淀及干燥等步骤，得到透明质酸钠成品。本发明从根本上解决了透明质酸钠提取过程中的环境污染问题，而且降低了生产成本，提高了经济效益，提升了产品档次，促进了透明质酸钠生产工艺的可持续性发展。
Description
技术领域
本发明属于透明质酸提取领域，具体涉及一种利用膜分离技术从透明质酸发酵液中提取透明质酸钠的方法。
背景技术
透明质酸是当前发酵行业中颇具有重要商业价值的产品，同时也是我国新型生物技术产业中一种极有发展潜力的食品添加剂，有极高商业利润和市场前景。透明质酸的水溶液所形成凝胶的独特网状结构和分子内羟基氢键，使其具有极好的保水性和流变特性，因而被广泛应用于医学、化妆品等领域。在工业化大规模生产的过程中，透明质酸产品通常以透明质酸钠的形式存在，且透明质酸钠具有透明质酸的性质、功能及其在化妆品中的应用。近几十年来，随着透明质酸生理作用的开发利用，其应用越来越广泛，市场需求量越来越大。随着国际市场透明质酸研究利用技术的成熟，透明质酸各类产品已经得到大量的市场推广和认可，这为国内发酵生产透明质酸产品的推广和发展奠定了市场基础，国产透明质酸的发展前景非常看好。
当前国内生产透明质酸钠的主要问题有：(1)生产菌株发酵产酸水平低较低，易发生溶血；(2)发酵方法复杂；(3)分离纯化技术水平参差不齐；这直接导致其生产成本提高，损害了企业生产的积极性，从而限制了透明质酸产品的应用。
通过对生产性能良好的菌种进行发酵工艺优化，探索适合于工业化生产的分离纯化工艺，并对透明质酸在医药、化妆品及食品等领域的应用展开探索，使产品更加安全、环保，缩短生产周期，降低成本，将有效提升企业的经济效益，这也对我国透明质酸未来的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用膜分离技术从透明质酸发酵液中制备高品质、高得率的透明质酸的方法，制备的透明质酸以透明质酸钠的形式作为产品，本方法既提高了透明质酸钠的纯化效果和经济效益，又减少了废水的排放，增加了环保效益。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种利用膜分离技术提取透明质酸钠的方法，其包括如下步骤：1)预处理，2)微滤过滤，3)超滤，4)反渗透浓缩，5)活性炭脱色，6)絮凝除杂，7)沉淀和干燥。
所述方法包括如下步骤：
1)预处理：利用三氯乙酸溶液将透明质酸发酵液调pH4.5，之后用NaOH溶液调pH至7-8，然后加入1.2％(w/w)的混合硅藻土，进行抽滤，抽滤温度为33℃，得抽滤液；
2)微滤过滤：将抽滤液通过微滤过滤，微滤过滤所用的膜材料是孔径为1μm的陶瓷膜，操作温度为33℃，得到透明质酸钠的微滤液和菌体蛋白，菌体蛋白经干燥后做成饲料；
3)超滤：将微滤液通过超滤过滤，得超滤液和超滤浓缩液；
4)反渗透浓缩：将超滤液通过反渗透过滤，反渗透过滤所用的膜材料是PVDF反渗透膜，操作温度为33-35℃，进压为18bar，出压为17bar，得反渗透液和纯水，纯水回用生产；
5)活性炭脱色：向反渗透液中添加活性炭，以60rpm的速度搅拌脱色2h，待料液无色透明时，抽滤除去料液中的活性炭，制得脱色液；
6)絮凝除杂：往脱色液中添加占脱色液0.5％(w/w)的絮凝剂，200转/min搅拌10min，然后静置90min，微滤膜过滤，去除沉淀，收集清液；
7)沉淀和干燥：向步骤6)所得清液中加入1％(w/w)的NaCl，之后添加2.5倍体积的已醇，不断搅拌，静置，弃去上清液，继续添加乙醇，静置2h，弃上清液，收集沉淀，干燥即得。
所述混合硅藻土由粗硅藻土和细硅藻土质量比为1.5∶1混合而得；所述粗硅藻土粒径为10目，所述细硅藻土粒径为100目。
所述絮凝剂按照如下工艺制备而得：
1)往淀粉中加占淀粉两倍质量的纯化水，搅拌均匀得到悬浊液，然后加入与淀粉等质量的羧甲基纤维素钠，200转/min搅拌30min，然后置于80℃烘干至水分含量5％(质量百分比)以下，得到改性淀粉；
2)按照5∶1∶0.2的质量比取壳聚糖、腐植酸钠以及果胶，混合搅拌均匀，然后添加占壳聚糖两倍质量的2M的氢氧化钠水溶液，30KHz的超声10min，最后500转/min搅拌3min，得到改性壳聚糖；
3)将玉米秸粉、海泡石分别粉碎得到玉米秸秆粉和海泡石粉，将玉米秸秆粉、海泡石粉以及硅藻土按照3∶1∶1的质量比混合搅拌均匀，添加到占硅藻土5倍重量的浓度为1M的氢氧化钠溶液中，200转/min搅拌120min，然后过滤，干燥，研磨成粒径为10-20目的粉末；
4)将改性淀粉、改性壳聚糖以及步骤3)所得粉末按照5∶3∶2的质量比混合搅拌均匀，然后置于密闭反应釜中，以2℃/s的升温速率升至150℃，保温30min，取出，投入到搅拌器中，500转/min搅拌3min，得到混合料，置于烘箱中，80℃烘干90min，取出，粉碎即得。
本发明的技术方案具有以下突出的优点及独特性：
1、微滤除蛋白时无须加入助滤剂，对菌渣做饲料没有其它副作用，符合环保要求；无须板框等装置，配套成本低；菌体蛋白的回收率高达98％以上，比传统的方法要高出20％；
2、超滤膜的过滤精度高，过滤后滤液质量好，有利于后序提取，提高产品结晶质量；
3、用反渗透进行预浓缩，实现冷浓缩，减少蒸汽用量，降低生产成本；
4、本发明不采用离子交换工艺，在源头上控制了透明质酸钠生产过程中高浓度废水的产生，降低硫酸和液氨的消耗，减少了废水排放，减轻了企业的环保压力，节能减排效果显著。
5、本发明使用新型絮凝剂，吸附色素、金属离子以及有机小分子的性能大大提高，提高了透明质酸的纯度；
6、本发明生产周期短、成本低、不产生任何有毒有害物质，安全、无毒副作用，可广泛用于化妆品、食品、药品等领域。
具体实施方式
下面通过对本发明利用膜分离技术从透明质酸发酵液中提取透明质酸钠的方法的具体实施例的详细描述进一步阐述，但实施例不是对本发明的限制。
实施例1
一种利用膜分离技术提取透明质酸钠的方法，其具体包括如下步骤：1)预处理：利用10％(w/w)的三氯乙酸溶液将含量为6％的1500kg透明质酸发酵液调pH4.5，之后用浓度为1M的NaOH溶液调pH至7-8，然后加入1.2％(w/w)的混合硅藻土(粗硅藻土粒径为10目、细硅藻土粒径为100目，二者按照质量比为1.5：1混合而得)，进行抽滤，抽滤温度为33℃，得抽滤液；
2)微滤过滤：将抽滤液通过微滤过滤，微滤过滤所用的膜材料是孔径为1μm的陶瓷膜，操作温度为33℃，以0.1MPa压力循环过滤，用600Kg水洗，得到透明质酸钠的微滤液1900Kg和200Kg的菌体蛋白，微滤液的透光率为92％，菌体蛋白经干燥后做成饲料；
3)超滤：将微滤液通过超滤过滤，超滤所用的膜材料是截留分子量为30000MW的PVDF的超滤膜，操作温度为33℃，操作压力为0.15MPa，用600Kg水洗，得超滤液2300Kg和200Kg超滤浓缩液，超滤液的透光率为93％；
4)反渗透浓缩：将超滤液通过反渗透过滤，反渗透所用的膜材料是截留NaCl为97％的PVDF反渗透膜，操作温度为33-35℃，进压为18bar，出压为17bar，得反渗透液1250Kg和1050Kg的纯水，纯水回用生产；
5)活性炭脱色：向反渗透液中添加1％(w/w)活性炭，以60rpm的速度搅拌脱色2h，待料液无色透明时，抽滤除去料液中的活性炭，制得脱色液；
6)絮凝除杂：往脱色液中添加占脱色液0.5％(w/w)的絮凝剂，200转/min搅拌10min，然后静置90min，微滤膜过滤，去除沉淀，收集清液；微滤过滤所用的膜材料是孔径为1μm的陶瓷膜，操作温度为33℃，以0.12MPa压力循环过滤；
7)沉淀和干燥：向步骤6)所得清液中加入1％(w/w)左右的NaCl，之后添加2.5倍体积的已醇，不断搅拌，静置，弃去上清液，继续添加与己醇相同体积的乙醇，静置2h，弃上清液，收集沉淀，并经双锥干燥器干燥12h，得透明质酸钠成品83.7Kg，纯度达到99％以上。
所述絮凝剂按照如下工艺制备而得：
1)往淀粉中加占淀粉两倍质量的纯化水，搅拌均匀得到悬浊液，然后加入与淀粉等质量的羧甲基纤维素钠，200转/min搅拌30min，然后置于80℃烘干至水分含量5％(质量百分比)以下，得到改性淀粉；
2)按照5∶1∶0.2的质量比取壳聚糖、腐植酸钠以及果胶，混合搅拌均匀，然后添加占壳聚糖两倍质量的2M的氢氧化钠水溶液，30KHz的超声10min，最后500转/min搅拌3min，得到改性壳聚糖；
3)将玉米秸粉、海泡石分别粉碎得到玉米秸秆粉和海泡石粉，将玉米秸秆粉、海泡石粉以及硅藻土按照3∶1∶1的质量比混合搅拌均匀，添加到占硅藻土5倍重量的浓度为1M的氢氧化钠溶液中，200转/min搅拌120min，然后过滤，干燥，研磨成粒径为10-20目的粉末；
4)将改性淀粉、改性壳聚糖以及步骤3)所得粉末按照5∶3∶2的质量比混合搅拌均匀，然后置于密闭反应釜中，以2℃/s的升温速率升至150℃，保温30min，取出，投入到搅拌器中，500转/min搅拌3min，得到混合料，置于烘箱中，80℃烘干90min，取出，粉碎即得。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种利用膜分离技术提取透明质酸钠的方法，其包括如下步骤：1)预处理，2)微滤过滤，3)超滤，4)反渗透浓缩，5)活性炭脱色，6)絮凝除杂，7)沉淀和干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)预处理：利用三氯乙酸溶液将透明质酸发酵液调pH4.5，之后用NaOH溶液调pH至7-8，然后加入1.2％(w/w)的混合硅藻土，再进行抽滤，得到抽滤液；
2)微滤过滤：将抽滤液通过微滤过滤，微滤过滤所用的膜材料是孔径为1μm的陶瓷膜，操作温度为33℃，得到透明质酸钠的微滤液和菌体蛋白，菌体蛋白经干燥后做成饲料；
3)超滤：将微滤液通过超滤过滤，得超滤液和超滤浓缩液；
4)反渗透浓缩：将超滤液通过反渗透过滤，反渗透过滤所用的膜材料是PVDF反渗透膜，操作温度为33-35℃，进压为18bar，出压为17bar，得反渗透液和纯水，纯水回用生产；
5)活性炭脱色：向反渗透液中添加活性炭，以60rpm的速度搅拌脱色2h，待料液无色透明时，除去料液中的活性炭，得到脱色液；
6)絮凝除杂：往脱色液中添加占脱色液0.5％(w/w)的絮凝剂，200转/min搅拌10min，然后静置90min，微滤膜过滤，去除沉淀，收集清液；
7)沉淀和干燥：向步骤6)所得清液中加入1％(w/w)的NaCl，之后添加2.5倍体积的已醇，不断搅拌，静置，弃去上清液，收集沉淀，干燥即得。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合硅藻土由粗硅藻土和细硅藻土质量比为1.5∶1混合而得；所述粗硅藻土粒径为10目，所述细硅藻土粒径为100目。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂按照如下工艺制备而得：
1)往淀粉中加占淀粉两倍质量的纯化水，搅拌均匀得到悬浊液，然后加入与淀粉等质量的羧甲基纤维素钠，200转/min搅拌30min，然后置于80℃烘干至水分含量5％(质量百分比)以下，得到改性淀粉；
2)按照5∶1∶0.2的质量比取壳聚糖、腐植酸钠以及果胶，混合搅拌均匀，然后添加占壳聚糖两倍质量的2M的氢氧化钠水溶液，30KHz的超声10min，最后500转/min搅拌3min，得到改性壳聚糖；
3)将玉米秸粉、海泡石分别粉碎得到玉米秸秆粉和海泡石粉，将玉米秸秆粉、海泡石粉以及硅藻土按照3∶1∶1的质量比混合搅拌均匀，添加到占硅藻土5倍重量的浓度为1M的氢氧化钠溶液中，200转/min搅拌120min，然后过滤，干燥，研磨成粒径为10-20目的粉末；
4)将改性淀粉、改性壳聚糖以及步骤3)所得粉末按照5∶3∶2的质量比混合搅拌均匀，然后置于密闭反应釜中，以2℃/s的升温速率升至150℃，保温30min，取出，投入到搅拌器中，500转/min搅拌3min，得到混合料，置于烘箱中，80℃烘干90min，取出，粉碎即得。
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