CN103172757A - 一种普鲁兰多糖的提取工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种普鲁兰多糖的提取工艺，属于生物技术领域，主要包括如下步骤：(1)板框过滤除菌；(2)热处理脱蛋白；(3)一次超滤；(4)离子交换树脂去除离子；(5)活性炭脱色；(6)二次超滤；(7)干燥、粉碎、包装。本发明采用板框过滤机去除发酵液中的菌体，不仅可以避免有机、无机絮凝剂添加造成的溶剂残留，并且可以进行菌体和硅藻土的回收再利用，获得更多的利益，同时采用微波或真空干燥工艺，可以避免常规工艺过程中因溶剂(乙醇、甲醇、异丙醇等)挥发造成的潜在的不安全因素，并可节约有机溶剂回收蒸馏所消耗的大量蒸汽，降低了生产成本，产品收得率高可达90％-96％，纯度达90％-98％，质量好，生产过程可实现安全化、连续化和自动化。
Description
技术领域
本发明涉及普鲁兰多糖工业化生产技术，属于生物技术领域，具体是一种普鲁兰多糖的提取工艺。
背景技术
普鲁兰多糖是出芽短梗霉在培养过程中利用糖代谢产生的细胞外水溶性大分子中性多糖。它的化学结构是以α-1，6-糖苷键链接的聚麦芽三糖，即葡萄糖按α-1，4-糖苷键结合成麦芽三糖，两端再以α-1，6-糖苷键同另外的麦芽三糖结合，如此反复连接而成的高分子多糖。由于采用的菌株、发酵pH值、培养工艺条件及底物等因素的不同，使得普鲁兰多糖分子量的分布范围很广，可以在2.0×105-1.0×107daltons之间。普鲁兰多糖具有极佳的粘弹性、成膜性、乳化性，无毒无害，可广泛应用于食品、医药、化妆品等行业。普鲁兰多糖的研究工作起源于西德，英国人在理论方面也作了不少工作。日本进行了比较系统尤其是生产工艺和产品应用的研究。我国是在八十年代初期开始进行相关的研究，现如今已经发表了一些论文和相关专利，也有少数厂家进行了工业化生产，但总体仍然处于研究阶段，工业化提取工艺路线不够成熟。提取技术瓶颈问题主要在于传统提取工艺中使用絮凝剂(如聚合氯化铝、聚合氯化铁等)并添加有机溶剂(如乙醇、甲醇、异丙醇等)进行多糖提取，不仅成本高，而且可能造成絮凝剂、有机溶剂的残留，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是克服现有普鲁兰多糖提取工艺的缺陷，提供一种先进的普鲁兰多糖的提取工艺：采用板框过滤机过滤除菌，不用添加有机或无机的化学絮凝剂，整个工艺过程不再添加有机溶剂醇沉，主要是运用物理的方法除去发酵液中的杂质，当发酵液中普鲁兰多糖含量达到标准含量时直接采用微波干燥或真空干燥，得到含量和纯度较高的普鲁兰多糖，有效避免了絮凝剂和有机溶剂带来的潜在危害，提高了产品质量和产量，降低了生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种普鲁兰多糖的提取工艺包括以下步骤：
(1)菌体的去除：根据普鲁兰多糖发酵液粘度的不同向普鲁兰多糖发酵液中加入去离子水稀释0.5-1倍，然后添加硅藻土，用500-800目滤布预涂硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.14-0.24Mpa，除去菌体。
所述硅藻土粒度为100目-300目。
所述硅藻土的添加量为每100mL稀释发酵液添加0.5-1.5g。
(2)蛋白质的去除：将除去菌体之后的发酵液，用浓度为1-5mol/L的NaOH溶液调节pH值为6-7，加热保温15-30min，冷却至室温，添加活性炭或硅藻土与活性炭的混合物，然后进行静置或搅拌(转速50-300rpm)吸附0.5-3h，最后使用500-800目滤布预涂硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.14-0.24Mpa，除去添加的活性炭或硅藻土与活性炭的混合物及变性蛋白质絮凝物。
所述加热保温温度为70-130℃。
所述硅藻土粒度为100目-300目。
所述活性炭为市售60目-300目粉末状活性炭。
所述活性炭或硅藻土与活性炭的混合物添加量为每100mL发酵液添加0.3-1.0g。
所述混合物中硅藻土与活性炭的质量比为1∶1-9。
(3)一次超滤脱盐、浓缩：将去除菌体、蛋白质后的发酵液通过截留分子量为1000-10000daltons的膜组件，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5-1倍体积的去离子水，循环超滤，直至盐类分子含量符合标准。
(4)离子去除：包括静态和动态两种吸附处理方式：
第一种处理方式(静态吸附)：向经超滤脱盐、浓缩处理后的发酵液中先后加入阴离子交换树脂、阳离子交换树脂(或者阳离子交换树脂、阴离子交换树脂)，搅拌(转速100-400rpm)吸附处理1-3h进行离子的去除，然后使用三足离心机(转速3000-4000rpm)，离心5-20分钟回收阴阳离子交换树脂。
第二种处理方式(动态吸附)：将经超滤脱盐、浓缩处理后的发酵液先后通过阴离子交换树脂柱、阳离子交换树脂柱(或者阳离子交换树脂柱、阴离子交换树脂柱)，收集滤出液。
所述阴离子交换树脂的添加量为每100mL发酵液添加3-30g。
所述阳离子交换树脂的添加量为每100mL发酵液添加3-30g。
所述阴离子交换树脂型号为：WA-30。
所述阳离子交换树脂型号为：IR120。
(5)活性炭脱色：向经过离子交换树脂处理的发酵液中加去离子水进行稀释，使发酵液中普鲁兰多糖的含量为1.5-3g/100mL，然后添加60目-300目粉末活性炭，进行静置或搅拌(转速50-300rpm)吸附处理1-3h，最后使用500-800目滤布预涂100-300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.14-0.24Mpa，除去所添加的粉末活性炭。
所述粉末活性炭的添加量为每100mL稀释发酵液添加0.3-1.0g。
(6)二次超滤脱盐、浓缩处理：将脱色后的发酵液通过截留分子量为1000-10000daltons 的膜组件进行二次超滤，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5-1倍体积的去离子水，循环进行超滤，确保溶液中盐类等小分子物质含量符合标准并使普鲁兰多糖含量达到5-10g/100mL。
(7)干燥：将步骤(6)中的普鲁兰多糖液加热至60℃-90℃蒸发浓缩至普鲁兰多糖含量为20-30g/100mL，然后铺成0.1-1.0mm厚进行干燥至恒重，最后粉碎、包装既得普鲁兰多糖成品。
所述干燥方式为微波干燥或真空干燥。
所述微波干燥工艺参数为：微波输出功率为10KW-50KW，温度为80℃-150℃，时间为2-10分钟。
所述真空干燥的工艺参数为：真空度为-0.08Mpa～-0.1Mpa，温度为50℃-70℃，时间为1-6小时。
有益效果
1、采用板框过滤机去除发酵液中的菌体，不仅可以避免有机、无机絮凝剂添加造成的溶剂残留，并且可以进行菌体和硅藻土的回收再利用，获得更多的利益。
2、采用微波或真空干燥工艺，可以避免常规工艺过程中因溶剂(乙醇、甲醇、异丙醇等)挥发造成的潜在的不安全因素，并可节约有机溶剂回收蒸馏所消耗的大量蒸汽，降低了生产成本，生产过程安全可靠。
3、本发明的普鲁兰糖提取工艺，产品收得率高可达90％-96％，纯度达90％-98％，质量好，生产过程可实现安全化、连续化和自动化。
附图说明
图1是普鲁兰多糖提取工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明中一种普鲁兰多糖的提取工艺，除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)菌体的去除：将粘度为900mm2/s的发酵液加去离子水稀释一倍，每100mL稀释发酵液添加100目的硅藻土0.7g，使用500目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.22Mpa，除去菌体。
(2)蛋白质的去除：将除去菌体之后的发酵液，用浓度为5mol/L的NaOH溶液调节pH值为6.7，于80℃保温20min，冷却至室温，每100mL发酵液添加0.5g的60目粉末活性炭，进行静态吸附1h，然后使用700目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.20Mpa，除去添加的活性炭或硅藻土与活性炭的混合物及变性蛋白质絮凝物。
(3)一次超滤脱盐、浓缩：将去除菌体、蛋白质后的发酵液通过截留分子量为5000daltons的膜组件，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5倍体积的去离子水，循环超滤，直至盐类分子含量符合标准。
(4)离子去除：向经超滤脱盐、浓缩处理后的发酵液中先后加入阴离子交换树脂(WA-30)、阳离子交换树脂(IR120)进行离子的去除，阴阳离子交换树脂的添加量分别为为每100mL发酵液添加10g，搅拌吸附(转速200rpm)处理2h，经三足离心机3000rpm，离心10分钟回收阴阳离子交换树脂。
(5)活性炭脱色：向经过离子交换树脂处理的发酵液中加去离子水进行稀释，使发酵液中普鲁兰多糖的含量为2g/100mL，然后每100mL稀释发酵液添加60目粉末活性炭0.5g，进行静置吸附处理2h。最后使用700目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.20Mpa，除去所添加的粉末活性炭。
(6)二次超滤脱盐、浓缩：将脱色后的发酵液通过截留分子量为10000daltons的膜组件进行二次超滤，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5倍体积的去离子水，循环进行超滤，确保溶液中盐类等小分子物质含量符合标准，并使普鲁兰多糖含量达到10g/100mL。
(7)干燥：将步骤(6)中的普鲁兰多糖液加热至80℃蒸发浓缩至普鲁兰多糖含量为30g/100mL，然后铺成0.2mm厚于10KW、100℃微波干燥5分钟，最后粉碎、包装既得普鲁兰多糖成品。
经上述提取工艺普鲁兰多糖的提取收率可达92％，纯度达93％。
实施例2
(1)菌体的去除：将粘度为900mm2/s的发酵液加去离子水稀释一倍，每100mL稀释发酵液添加100目的硅藻土1g，使用600目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤， 操作压力为0.22Mpa，除去菌体。
(2)蛋白质的去除：将除去菌体之后的发酵液，用浓度为5mol/L的NaOH溶液调节pH值为6.7，于130℃保温20min，冷却至室温，每100mL发酵液添加0.5g的60目粉末活性炭，进行静态吸附1h，然后使用700目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.20Mpa，除去添加的活性炭或硅藻土与活性炭的混合物及变性蛋白质絮凝物。
(3)一次超滤脱盐、浓缩：将去除菌体、蛋白质后的发酵液通过截留分子量为3000daltons的膜组件，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5倍体积的去离子水，循环超滤，直至盐类分子含量符合标准。
(4)离子去除：向经超滤脱盐、浓缩处理后的发酵液中先后加入阴离子交换树脂(WA-30)、阳离子交换树脂(IR120)进行离子的去除，阴阳离子交换树脂的添加量分别为每100mL发酵液添加12g，搅拌吸附(转速200rpm)处理2h，经三足离心机3000rpm，离心10分钟回收阴阳离子交换树脂。
(5)活性炭脱色：向经过离子交换树脂处理的发酵液中加去离子水进行稀释，使发酵液中普鲁兰多糖的含量为2g/100mL，然后每100mL稀释发酵液添加60目粉末活性炭0.5g，进行静置吸附处理2h。最后使用700目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.20Mpa，除去所添加的粉末活性炭。
(6)二次超滤脱盐、浓缩：将脱色后的发酵液通过截留分子量为10000daltons的膜组件进行二次超滤，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5倍体积的去离子水，循环进行超滤，确保溶液中盐类等小分子物质含量符合标准，并使普鲁兰多糖含量达到10g/100mL。
(7)干燥：将步骤(6)中的普鲁兰多糖液加热至80℃蒸发浓缩至普鲁兰多糖含量为30g/100mL，然后铺成0.2mm厚于50KW、100℃微波干燥3分钟，最后粉碎、包装既得普鲁兰多糖成品。
经上述提取工艺普鲁兰多糖的提取收率可达93％，纯度达94.5％。
实施例3
(1)菌体的去除：将粘度为300mm2/s的发酵液加去离子水稀释0.5倍，每100mL稀释发酵液添加100目的硅藻土1g，使用600目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.24Mpa，除去菌体。
(2)蛋白质的去除：将除去菌体之后的发酵液，用浓度为5mol/L的NaOH溶液调节pH值为6.7，于130℃保温20min，冷却至室温，每100mL发酵液添加0.5g的250目粉末活性炭 和0.5g的100目硅藻土，进行静态吸附1h，然后使用700目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.20Mpa，除去添加的硅藻土与活性炭的混合物及变性蛋白质絮凝物。
(3)一次超滤脱盐、浓缩：将去除菌体、蛋白质后的发酵液通过截留分子量为3000daltons的膜组件，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5倍体积的去离子水，循环超滤，直至盐类分子含量符合标准。
(4)离子去除：向经超滤脱盐、浓缩处理后的发酵液中先后加入阴离子交换树脂(WA-30)、阳离子交换树脂(IR120)进行离子的去除，阴阳离子交换树脂的添加量分别为每100mL发酵液添加15g，搅拌吸附(转速200rpm)处理2h，经三足离心机4000rpm，离心5分钟回收阴阳离子交换树脂。
(5)活性炭脱色：向经过离子交换树脂处理的发酵液中加去离子水进行稀释，使发酵液中普鲁兰多糖的含量为2g/100mL，然后每100mL稀释发酵液添加250目粉末活性炭1g，进行静置吸附处理1h。最后使用700目滤布预涂300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.20Mpa，除去所添加的粉末活性炭。
(6)二次超滤脱盐、浓缩：将脱色后的发酵液通过截留分子量为10000daltons的膜组件进行二次超滤，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5倍体积的去离子水，循环进行超滤，确保溶液中盐类等小分子物质含量符合标准，并使普鲁兰多糖含量达到10g/100mL。
(7)干燥：将步骤(6)中的普鲁兰多糖液加热至80℃蒸发浓缩至普鲁兰多糖含量为30g/100mL，然后铺成0.2mm厚于-0.09Mpa、50℃真空干燥2小时，最后粉碎、包装既得普鲁兰多糖成品。
经上述提取工艺普鲁兰多糖的提取收率可达94.8％，纯度达96％。
Claims (6)
1.一种普鲁兰多糖的提取工艺包括以下步骤：
(1)菌体的去除：根据普鲁兰多糖发酵液粘度的不同向普鲁兰多糖发酵液中加入去离子水稀释0.5-1倍，然后添加100目-300目硅藻土，用500-800目滤布预涂硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.14-0.24Mpa，除去菌体；
(2)蛋白质的去除：将除去菌体之后的发酵液，用浓度为1-5mol/L的NaOH溶液调节pH值为6-7，加热保温15-30min，冷却至室温，添加60目-300目粉末活性炭或100目-300目硅藻土与60目-300目粉末活性炭的混合物，然后进行静置或搅拌(转速50-300rpm)吸附0.5-3h，最后使用500-800目滤布预涂100目-300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.14-0.24Mpa，除去添加的活性炭或硅藻土与活性炭的混合物及变性蛋白质絮凝物；
(3)一次超滤脱盐、浓缩：将去除菌体、蛋白质后的发酵液通过截留分子量为1000-10000daltons的膜组件，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5-1倍体积的去离子水，循环超滤，直至盐类分子含量符合标准；
(4)离子去除：包括静态和动态两种吸附处理方式：
第一种处理方式(静态吸附)：向经超滤脱盐、浓缩处理后的发酵液中先后加入阴离子交换树脂(WA-30)、阳离子交换树脂(IR120)(或者阳离子交换树脂(IR120)、阴离子交换树脂(WA-30))，搅拌(转速100-400rpm)吸附处理1-3h进行离子的去除，然后使用三足离心机(转速3000-4000rpm)，离心5-20分钟回收阴阳离子交换树脂；
第二种处理方式(动态吸附)：将经超滤脱盐、浓缩处理后的发酵液先后通过阴离子交换树脂柱、阳离子交换树脂柱(或者阳离子交换树脂柱、阴离子交换树脂柱)，收集滤出液；
(5)活性炭脱色：向经过离子交换树脂处理的发酵液中加去离子水进行稀释，使发酵液中普鲁兰多糖的含量为1.5-3g/100mL，然后添加60目-300目粉末活性炭，进行静置或搅拌(转速50-300rpm)吸附处理1-3h，最后使用500-800目滤布预涂100-300目硅藻土，采用板框过滤机进行过滤，操作压力为0.14-0.24Mpa，除去所添加的粉末活性炭；
(6)二次超滤脱盐、浓缩处理：将脱色后的发酵液通过截留分子量为1000-10000daltons的膜组件进行二次超滤，根据截留液中盐类分子的含量指标，向发酵液中加入0.5-1倍体积的去离子水，循环进行超滤，确保溶液中盐类等小分子物质含量符合标准并使普鲁兰多糖含量达到5-10g/100mL；
(7)干燥：将步骤(6)中的普鲁兰多糖液加热至60℃-90℃蒸发浓缩至普鲁兰多糖含量为20-30g/100mL，然后铺成0.1-1.0mm厚进行微波干燥(10KW-50KW、80℃-150℃、2-10分钟)或真空干燥(-0.08Mpa～-0.1Mpa、50℃-70℃、1-6小时)，干燥至恒重，最后粉碎、包装既得普鲁兰多糖成品。
2.根据权利要求1所述的一种普鲁兰多糖的提取工艺，其特征在于：所述步骤(1)中硅藻土的添加量为每100mL稀释发酵液添加0.5-1.5g。
3.根据权利要求1所述的一种普鲁兰多糖的提取工艺，其特征在于：所述步骤(2)中加热保温温度为70-130℃。
4.根据权利要求1所述的一种普鲁兰多糖的提取工艺，其特征在于：所述步骤(2)中活性炭或硅藻土与活性炭的混合物添加量为每100mL发酵液添加0.3-1.0g，所述混合物中硅藻土与活性炭的质量比为1∶1-9。
5.根据权利要求1所述的一种普鲁兰多糖的提取工艺，其特征在于：所述步骤(4)中采用静态吸附时阴阳离子交换树脂的添加量分别为每100mL发酵液添加3-30g。
6.根据权利要求1所述的一种普鲁兰多糖的提取工艺，其特征在于：所述步骤(5)中粉末活性炭的添加量为每100mL稀释发酵液添加0.3-1.0g。
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