CN103897073B

CN103897073B - 一种利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法

Info

Publication number: CN103897073B
Application number: CN201410089577.4A
Authority: CN
Inventors: 吉武科; 董学前; 张永刚; 武琳; 刘建军
Original assignee: SHANDONG FOOD FERMENTATIVE INDUSTRY RESEARCH AND DESIGN INST
Current assignee: Shandong Cuiyuan Yikang Biotechnology Co., Ltd
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: CN103897073A

Abstract

本发明公开了一种利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法：可得然胶发酵液或粗制可得然胶产品在碱液中溶解，加入絮凝剂沉降微生物菌体及不溶性杂质，分离后清液加酸中和形成可得然胶中和凝胶，利用超滤膜过滤浓缩可得然胶中和凝胶并加水洗涤脱盐，最后有机溶剂脱水、干燥，得到高品质的可得然胶产品：产品折干纯度超过95%，凝胶强度提高至950～1200g/cm²，性能稳定。所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺、膨润土、壳聚糖中的一种或者任意几种，优选钠基膨润土。本发明的提取纯化工艺与现有的提取技术相比，产品性能提高，溶剂消耗量减少80%，大大节省了能耗。

Description

一种利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法

技术领域

本发明涉及一种可得然胶的精制方法，具体涉及一种利用絮凝工艺纯化可得然胶的方法，属于可得然胶工业化生产技术领域。

背景技术

可得然胶（Curdlan）是一种微生物胞外多糖，具有在加热条件下形成凝胶的独特性质，又称作热凝胶或热凝结多糖。可得然胶分子是以β-1,3-D-糖苷键连接而成的无分支的均一多糖聚合物，大约由300～500个葡萄糖残基组成，平均相对分子量约74000D（道尔顿）。可得然胶对人体安全无毒，不溶于水但可溶于碱性溶液而形成粘稠状溶液。可得然胶作为食品添加剂被广泛应用于食品工业，可改善产品的持水性、粘弹性、稳定性，提高产品的口感。此外，在饲料、医药、建材以及石油开发等领域也具有良好的应用前景。

可得然胶发酵液是一种悬浮态浑浊液，发酵结束后静置一段时间，可得然胶与菌体杂质一起沉淀在反应器底部，在下游纯化过程中可得然胶与菌体的分离非常难。现有技术中，中国专利申请CN201110218879.3、CN201010011352.9等公开了几种可得然胶提取纯化的方法，有的采用碱溶发酵液后直接利用溶剂沉淀制得可得然胶产品；有的采用碱溶可得然胶后利用离心机分离菌体及杂质，然后利用有机溶剂沉淀提取可得然胶；也有的在可得然胶发酵液中添加溶菌酶、蛋白酶降解微生物菌体，碱溶可得然胶后利用有机溶剂沉淀提取可得然胶产品。

如果不除去可得然胶发酵液中的微生物菌体及杂质，直接利用溶剂沉淀碱溶液中的可得然胶产品，生产的可得然胶产品纯度低，凝胶性能差。而可得然胶碱溶液粘度高，4%的可得然胶在1mol/L（OH^-）碱溶液中溶解后粘度高达6000cp，采用常用的离心、过滤等手段也无法完全除去可得然胶碱溶液中的菌体及杂质。通过添加溶菌酶、蛋白酶等方法虽然能够降解发酵液中游离的菌体，但在实践中发现大量的菌体细胞被可得然胶包裹在内层，形成微小的不溶性颗粒，酶制剂无法作用，溶液中仍残留大量菌体。因此目前公开的可得然胶提取方法不能有效的除去微生物菌体及杂质，导致产品纯度低，盐离子浓度高，形成的凝胶强度低（依据GB28304），灰分高，凝胶体透明度低。如果采用这些常规手段去除微生物菌体及杂质，其生产效率较低，大规模工业化生产也难以施行。

发明内容

针对上述现有技术，为解决目前可得然胶产品纯度低、离子浓度高、形成的凝胶强度低、凝胶体透明度低等问题，本发明提供了一种利用絮凝剂纯化精制可得然胶的方法。本发明以可得然胶发酵液或粗制可得然胶产品在碱液中溶解，加入絮凝剂沉降微生物菌体及不溶性杂质，分离后清液加酸中和形成可得然胶中和凝胶，利用超滤膜过滤浓缩可得然胶中和凝胶并加水洗涤脱盐，最后有机溶剂脱水、干燥，得到高品质的可得然胶产品。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法，包括以下步骤：

（1）稀释碱溶：取可得然胶发酵液或可得然胶粗制品，加入到碱溶液中，不断搅拌使其完全溶解，得溶解液，控制溶解液中可得然胶的浓度为0.8～1.5%(w/v，g/ml)，[OH^-]浓度为0.25～0.75mol/L；

所述碱溶液优选氢氧化钠溶液或/和氢氧化钾溶液；

（2）絮凝剂沉降除杂：向溶解液中加入絮凝剂，絮凝剂的浓度在0.1%～0.8%(w/v，g/ml)，搅拌混匀后静置沉降除杂（絮凝沉降除去菌体及不溶性杂质），沉降时间为4～12h，控制温度在25～30℃；

所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺、膨润土、壳聚糖中的一种或者任意几种，优选膨润土；

所述絮凝剂优选钠基膨润土，尤其是蒙脱石含量77%以上的钠基膨润土较为适合，效果较佳；

（3）中和沉淀：上述沉降完成后，形成固液分层，进行固液分离，获得的澄清液体为可得然胶碱溶液，加入稀盐酸（优选的稀盐酸中HCl的质量浓度为8%～12%）中和至pH至7.0±0.5，可得然胶呈凝胶状析出（可得然胶不溶于中性的水，但酸碱中和过程可形成凝胶），以高含水凝胶形式存在；

（4）超滤浓缩及脱盐：将上述可得然胶中和凝胶利用超滤膜过滤浓缩，控制操作温度在30℃以下，滤出液外排，浓缩过程中不断向浓缩液中添加纯净水，当电导率降为500～1800μs/cm时，停止添加纯净水，并继续浓缩至可得然胶最终质量浓度在8%以上；所述超滤膜的截流分子量为2000-10000D（道尔顿）；

（5）酒精沉淀与干燥：将上述可得然胶浓缩液泵入脱水罐，向脱水罐内加入80%～95%乙醇（w/v，g/ml）至乙醇最终浓度为52%～58%（w/v，g/ml），过滤分离得到湿可得然胶滤饼，粗粉碎后在45～50℃真空干燥2～5小时，再次粉碎筛分后得到可得然胶成品，产品纯度超过95%（折干，w/w，g/g），凝胶强度提高至950～1200g/cm²，性能稳定。

本发明涉及的是利用絮凝工艺纯化可得然胶的方法，碱溶可得然胶后采用絮凝沉降除去发酵过程产生的菌体及不溶性杂质，向除菌除杂后的澄清可得然胶碱溶液加酸中和，然后采用超滤膜过滤浓缩并去除了可溶性盐类物质，得到纯的高固形物含量的可得然胶水悬液，经溶剂脱水，干燥获得了高品质可得然胶，产品折干纯度超过95%，凝胶强度提高至950～1200g/cm²（高于国家标准规定的450g/cm²下限要求），性能稳定。本发明的提取纯化工艺与现有的提取技术相比，溶剂消耗量减少80%，大大节省了能耗。

本发明的利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法，具有以下创新点：

1、采用絮凝沉淀的方式除去菌体及不溶性杂质：可得然胶发酵液是一种悬浮态浑浊液，发酵结束后静置一段时间，可得然胶与菌体杂质一起沉淀在反应器底部，在下游纯化过程中与菌体的分离非常难。目前生产上大都利用可得然胶溶于碱性溶液,采用离心分离的手段分离菌体，可得然胶碱溶液粘度大，4%浓度的可得然胶在1mol/L[OH^-]碱溶液中溶解后粘度高达6000cp，对离心机分离因数要求高，目前能够用于大规模生产可得然胶的工业离心机分离因数低，很难满足完全分离可得然胶菌体的要求，离心分离效果差，导致产品杂质含量高，形成凝胶的强度差；采用高分离因数的离心机生产效率低，产能小，单位产品投资大。虽然采用絮凝手段是分离粘度较低发酵液中微生物菌体的一种常规手段，但由于高粘物料悬浮性较好，很少有将此手段用于澄清高粘物料的报道。本发明首次提到了吸附沉降剂（膨润土）能吸附可得然胶碱溶液中的菌体及杂质形成絮状物，通过控制溶液的温度可使絮状物凝聚沉淀，达到杂质分离的目的，目前没有任何关于采用该絮凝工艺除去可得然胶菌体的报道。本发明通过降低可得然胶碱液浓度，选择优良絮凝剂絮凝沉淀，达到澄清高粘度可得然胶碱溶液的目的。

2、絮凝剂的选择：本发明选用了多种絮凝剂实验，比如无机盐类（如聚合氯化铝）、聚丙烯酰胺、壳聚糖、膨润土等。实验证明，由于可得然胶碱溶液中[OH^-]浓度较高，添加无机盐类絮凝剂后溶液状态没有变化；添加聚丙烯酰胺、壳聚糖后，也由于溶液有粘度，悬浮性好，虽然出现絮状物，但不能形成明显的固液分层；而添加膨润土后，能形成分层清晰的固液界面，固相层密实，上层清液即为澄清的可得然胶碱溶液。因此，本发明从众多絮凝沉降剂中选择了效果最佳、最适合于可得然胶的膨润土作为絮凝剂。

3、超滤纯化的选择：可得然胶不能溶于pH呈中性的水中，利用盐酸中和可得然胶碱溶液后可得然胶以高含水中和凝胶形式析出，无法直接固液分离。常规方法采用向可得然胶中和凝胶中加入有机溶剂沉淀可得然胶，初始溶液中可得然胶浓度低，导致溶剂消耗量大，溶剂回收过程能源消耗大，产品的生产成本高。可得然胶分子量高达74000D（道尔顿），不能通过截留分子量为2000-10000的超滤膜，本发明中和可得然胶碱溶液后，采用超滤膜可以脱去可得然胶中和凝胶中的部分水分得到可得然胶浓缩液，膜浓缩过程不断向浓缩液中添加纯净水至电导率降至500～1800，可洗去浓缩液中小分子可溶性杂质及盐类物质，同时提高了可得然胶产品的纯度。由于可得然胶是热敏性物质，膜滤浓缩过程中溶液温度很容易升高，导致产品的凝胶强度下降，甚至出现不形成凝胶的状况，温度升高也导致浓缩液粘度越来越高，形成难以分离的状况。因此，本发明控制超滤浓缩过程中体系温度不超过30℃（利用换热设备实现），保证可得然胶中和凝胶在水中的稳定性以及析出状态，最终提高固形物浓度至8%以上，再利用溶剂（乙醇）脱水，大大节约了有机溶剂的用量，提高了产品纯度和产品质量。

具体实施方式:

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。应当注意的是，本发明所列举的实施例仅是本发明技术方案中具有代表性的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，基于本发明的实施例所得到的其它实施例，都落入本发明的保护范围。

实验例1絮凝剂的选择

分别选择絮凝剂聚丙烯酰胺、聚合氯化铝(PAS)、膨润土（蒙脱石含量80%的钠基膨润土）、絮凝澄清专用壳聚糖进行一下实验：

取可得然胶发酵液，加入到氢氧化钠溶液中，不断搅拌使其完全溶解得到可得然胶溶解液，控制溶解液中可得然胶的浓度为1.0%(w/v，g/ml)，[OH^-]浓度为0.50mol/L；然后将溶解液分为四份，分别向溶解液中加入絮凝剂聚丙烯酰胺0.5‰(w/v，g/ml)、聚合氯化铝0.5%(w/v，g/ml)、膨润土0.5%(w/v，g/ml)、壳聚糖0.5%(w/v，g/ml)，搅拌混匀后静置沉降除杂，沉降时间为8h，控制温度在25℃；观察絮凝沉降效果。

结果：8h后，添加聚合氯化铝的溶解液，溶液状态没有变化，无絮凝沉淀，无分层；添加壳聚糖的溶解液，出现絮状物，但固液分层非常模糊，不明显；添加聚丙烯酰胺的溶解液，出现絮状物，但固液分层模糊，不能形成清晰的固液界面；添加膨润土的溶解液，出现絮状物，形成分层清晰的固液界面。

结论：膨润土效果最佳，最适合于可得然胶，因此，选用膨润土作为最佳的絮凝剂。

实施例1利用絮凝剂分离纯化可得然胶

步骤如下：

（1）稀释碱溶：取可得然胶发酵液，加入到氢氧化钠溶液中，不断搅拌使其完全溶解，得溶解液，控制溶解液中可得然胶的浓度为1.5%(w/v，g/ml)，[OH^-]浓度为0.75mol/L；

（2）絮凝剂沉降除杂：向溶解液中加入钠基膨润土，膨润土的浓度在0.6%(w/v，g/ml)，搅拌混匀后静置沉降除杂，沉降时间为5h，控制温度在25℃；

（3）中和沉淀：上述沉降完成后，进行固液分离，得到澄清的可得然胶碱溶液，加入稀盐酸（稀盐酸中HCl的质量浓度为10%）中和至pH至7.0，使可得然胶以中和凝胶的形式析出；

（4）超滤浓缩及除盐：将上述中和后的可得然胶含水凝胶通过超滤膜浓缩，超滤膜的截留分子量为5000D，控制浓缩液温度在30℃以下，滤出液外排，浓缩过程中不断向浓缩液中添加纯净水，当电导率降为1800μs/cm时，停止添加纯净水，继续浓缩至可得然胶浓度为8.5%；

（5）酒精沉淀与干燥：将上述可得然胶浓缩液泵入脱水罐，向脱水罐内加入95%乙醇（w/v，g/ml）至乙醇最终浓度为58%（w/v，g/ml），过滤分离得到湿可得然胶（沉淀），再经干燥机在50℃真空干燥3小时，然后经粉碎筛分得到成品可得然胶。所获得的可得然胶产品的灰分0.22%(w/w，g/g)，凝胶强度1120g/cm²，可得然胶纯度96%(w/w，g/g)，产品性能稳定。

实施例2利用絮凝剂分离纯化可得然胶

步骤如下：

（1）稀释碱溶：将可得然胶粗制品加入到氢氧化钠溶液中，不断搅拌使其完全溶解，得溶解液，控制溶解液中可得然胶的浓度为1.0%(w/v，g/ml)，[OH^-]浓度为0.50mol/L；

（2）絮凝剂沉降除杂：向溶解液中加入钠基膨润土，膨润土的浓度在0.3%(w/v，g/ml)，搅拌混匀后静置沉降除杂，沉降时间为5h，控制温度在28℃；

（4）超滤浓缩及除盐：将上述中和后的可得然胶含水凝胶通过超滤膜浓缩，超滤膜的截留分子量为8000D，控制浓缩液温度在30℃以下，滤出液外排，浓缩过程中不断向浓缩液中添加纯净水，当电导率降为1100μs/cm时，停止添加纯净水，继续浓缩至可得然胶浓度为8.2%；

（5）酒精沉淀与干燥：将上述可得然胶浓缩液泵入脱水罐，向脱水罐内加入85%乙醇（w/v，g/ml）至乙醇最终浓度为57%（w/v，g/ml），过滤分离得到湿可得然胶（沉淀），再经干燥机在50℃真空干燥3小时，然后经粉碎筛分即得成品可得然胶。所获得的可得然胶产品的灰分0.15(w/w，g/g)，凝胶强度1175g/cm²，可得然胶纯度98%(w/w，g/g)，产品性能稳定。

实施例3利用絮凝剂分离纯化可得然胶

步骤如下：

（1）稀释碱溶：将可得然胶发酵液加入到氢氧化钾溶液，不断搅拌使其完全溶解，得溶解液，控制溶解液中可得然胶的浓度为1.2%(w/v，g/ml)，[OH^-]浓度为0.60mol/L；

（2）絮凝剂沉降除杂：向溶解液中加入钠基膨润土，膨润土的浓度在0.4%(w/v，g/ml)，搅拌混匀后静置沉降除杂，沉降时间为6h，控制温度在30℃；

（4）超滤浓缩及除盐：将上述中和后的可得然胶含水凝胶通过超滤膜浓缩，超滤膜的截留分子量为5000D，控制浓缩液温度在30℃以下，滤出液外排，浓缩过程中不断向浓缩液中添加纯净水，当电导率降为1100μs/cm时，停止添加纯净水继续浓缩至可得然胶浓度为8.1%；；

（5）酒精沉淀与干燥：将上述可得然胶浓缩液泵入脱水罐，向脱水罐内加入80%乙醇（w/v，g/ml）至乙醇最终浓度为55%（w/v，g/ml），过滤分离得到湿可得然胶（沉淀），再经干燥机在50℃真空干燥3小时，然后经粉碎筛分即得成品可得然胶。所获得的可得然胶产品的灰分0.12%(w/w，g/g)，凝胶强度995g/cm²，可得然胶纯度95%(w/w，g/g)，产品性能稳定。

实施例4利用絮凝剂分离纯化可得然胶

步骤如下：

（1）稀释碱溶：将可得然胶粗制品加入到氢氧化钾溶液中，不断搅拌使其完全溶解，得溶解液，控制溶解液中可得然胶的浓度为0.8%(w/v，g/ml)，[OH^-]浓度为0.25mol/L；

（2）絮凝剂沉降除杂：向溶解液中加入絮凝剂膨润土，絮凝剂的浓度在0.6%(w/v，g/ml)，搅拌混匀后静置沉降除杂，沉降时间为6h，控制温度在25℃；

（4）超滤浓缩及除盐：将上述中和后的可得然胶含水凝胶通过超滤膜浓缩，超滤膜的截留分子量为8000D，控制浓缩液温度在30℃以下，滤出液外排，浓缩过程中不断向浓缩液中添加纯净水，当电导率降为1500μs/cm时，停止添加纯净水继续浓缩至可得然胶浓度为8.2%；；

（5）酒精沉淀与干燥：将上述可得然胶浓缩液泵入脱水罐，向脱水罐内加入85%乙醇（w/v，g/ml）至乙醇最终浓度为55%（w/v，g/ml），过滤分离得到湿可得然胶（沉淀），再经干燥机在50℃真空干燥3小时，然后经粉碎筛分得到成品可得然胶。所获得的可得然胶产品的灰分0.2%(w/w，g/g)，凝胶强度1010g/cm²，可得然胶纯度96.5%(w/w，g/g)，产品性能稳定。

Claims

1.一种利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)稀释碱溶：取可得然胶发酵液或可得然胶粗制品，加入到碱溶液中，不断搅拌使其完全溶解，得溶解液，控制溶解液中可得然胶的浓度为0.8～1.5％，所述可得然胶的浓度为质量体积浓度，g/ml，[OH^-]浓度为0.25～0.75mol/L；

(2)絮凝剂沉降除杂：向溶解液中加入絮凝剂，絮凝剂的浓度在0.1％～0.8％，所述絮凝剂的浓度为质量体积浓度，g/ml，搅拌混匀后静置沉降除杂，沉降时间为4～12h，控制温度在25～30℃；

所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺、膨润土、壳聚糖中的一种或者任意几种；

(3)中和沉淀：上述沉降完成后，形成固液分层，进行固液分离，获得的澄清液体为可得然胶碱溶液，加入稀盐酸中和至pH为7.0±0.5，可得然胶呈凝胶状析出，以凝胶混合液形式存在；

(4)超滤浓缩及脱盐：将上述凝胶混合液利用超滤膜过滤浓缩，控制操作温度在30℃以下，滤出液外排，浓缩过程中不断向浓缩液中添加纯净水，当电导率降为500～1800μs/cm时，停止添加纯净水，并继续浓缩至可得然胶最终质量浓度在8％以上；

(5)酒精沉淀与干燥：将上述可得然胶浓缩液泵入脱水罐，向脱水罐内加入80％～95％乙醇至乙醇最终浓度为52％～58％，所述加入的乙醇的浓度和所述乙醇最终浓度均为质量体积浓度，g/ml，过滤分离得到湿可得然胶滤饼，粗粉碎后在45～50℃真空干燥2～5小时，即得。

2.根据权利要求1所述的利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法，其特征在于：所述碱溶液为氢氧化钠溶液或/和氢氧化钾溶液。

3.根据权利要求1所述的利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法，其特征在于：所述絮凝剂为钠基膨润土。

4.根据权利要求1或3所述的利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法，其特征在于：所述膨润土为蒙脱石含量77％以上的钠基膨润土。

5.根据权利要求1所述的利用絮凝剂分离纯化可得然胶的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，超滤膜的截留分子量为2000～10000D。