CN104119456A

CN104119456A - 一种利用多级膜过程分离提纯食（药）用菌活性组分的方法

Info

Publication number: CN104119456A
Application number: CN201410317786.XA
Authority: CN
Inventors: 万印华; 宋伟杰; 王星丽
Original assignee: Hangzhou Baishanzu Biotechnology Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Hangzhou Baishanzu Biotechnology Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: CN104119456B

Abstract

本发明提出了一种利用多级膜过程分离提纯食(药)用菌活性组分的方法，该方法在食(药)用菌的提取过程，连续将提取液从提取设备中移出，经过预处理后，通过反渗透或者纳滤过程脱除溶剂，溶剂连续返回提取设备，降低提取设备中活性组分的浓度，提高活性成分的提取率。脱除溶剂的同时食(药)用菌活性组分得到浓缩，浓缩的活性成分溶液依次进行两级超滤操作，分别脱除大分子蛋白、大分子胶体、悬浮颗粒和小分子物质、低价盐离子、重金属离子等杂质，得到高纯度和高浓度的食(药)用菌活性组分溶液，经干燥后得到最终产品。本方法相对于常规的水提醇沉方法，具有提取效率高，能耗低，工艺简单，不引入其它杂质，活性组分损失少等显著优点。

Description

一种利用多级膜过程分离提纯食(药)用菌活性组分的方法

技术领域

本发明涉及一种利用多级膜过程分离提纯食(药)用菌活性组分的方法，本发明属于食(药)用菌提取分离领域。

背景技术

食(药)用菌含有丰富的活性多糖、蛋白质、氨基酸、维生素等营养成分，其中多糖是最重要的活性物质。近年来，以食(药)用菌为原料提取的食(药)用菌多糖为主要原料的食品、保健品、医药的种类和产量在不断增加。目前通用的食(药)用菌活性成分提取分离方法是水提醇沉法以及在此基础上的改进方法。水提醇沉法是利用加温蒸煮的方法，将溶解于水中的食(药)用菌活性组分(主要是多糖)萃取出来，经蒸发浓缩后，再利用多糖不溶于乙醇的特性，使用乙醇将多糖沉淀出来。为进一步提高多糖的纯度，对水提醇沉法也进行了许多的改进工作。但是，这种提取和分离工艺，存在着提取时间长，溶剂使用量大，活性组分提取率低，能耗高，高温造成活性组分失活等问题。

膜分离技术由于其工艺绿色无污染，能耗低，分离效率高，近年得到了广泛的关注。膜技术应用在浓缩过程中，溶剂不发生相变，不需要相变热，因此操作成本远远低于加热蒸发操作所需要的能耗；由于没有相变过程，而且膜过程均为密闭操作，溶剂挥发量小，对非水溶剂提取过程，可以显著的降低溶剂损失；膜分离为常温过程，在代替加热过程脱除热敏性物质中的溶剂时，可以有效的降低由于长时间过热造成的有效成分的损失；膜分离过程中无化学变化，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染；膜分离可以根据待分离物质的分子量实现高效的分离；工艺简单，操作方便，易于自动化。

中国专利CN103073651A公开了一种灵芝多糖的提取方法，采用超滤膜对提取液进行过滤，超滤滤液经过浓缩，醇沉等步骤后得到灵芝多糖产品。中国专利CN101935358A将灵芝水提取液经过常规浓缩后，经过超滤，得到分子量范围在1-50万Da的灵芝多糖。中国专利CN103509130A、CN102827304A、CN103509131A分别公开了一种使用双膜法从灵芝发酵液、云芝发酵液和虫草发酵液中提取多糖的方法，由于发酵液中含有大量的菌丝体，首先使用微滤回收菌丝体，然后用超滤浓缩多糖，即降低了能耗，又提高了多糖的收率。

以上公开的方法将微滤和超滤过程应用于食(药)用菌的提取和分离过程，但是仅替代原有的部分工艺，依然要使用醇沉或者传统的浓缩工艺，传统工艺的缺点没有得到完全解决。另一方面，采用单级超滤操作，为保证多糖的收率，有大量的大于多糖分子量的杂蛋白，大分子胶体等杂质存在进入最终产品的可能，降低了产品的纯度。

基于膜分离过程的优势和现有提取分离过程存在的问题，本发明提出一种基于多级膜分离过程的食(药)用菌活性成分生产方法，该方法将食(药)用菌提取过程中的提取液连续从提取设备中移出，通过纳滤或者反渗透过程即时实现食(药)用菌活性组分和溶剂的分离，溶剂返回提取罐进行提取，降低提取设备中活性组分的浓度，提高活性成分的提取率。浓缩的活性成分溶液根据主要活性成分选择具有适合截留分子量的超滤膜，截留脱除大分子蛋白、大分子胶体、微小悬浮颗粒等杂质；再选择适合的截留分子量的超滤膜对一级超滤透过液进行超滤渗滤浓缩操作，溶液中的小分子杂质，包括低价盐离子，重金属离子，农残等组分透过超滤膜得到脱除，截留侧得到高纯度和高浓度的活性成分溶液，干燥得到最终产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用多级膜分离过程实现食(药)用菌活性成分高效生产的方法，这种方法相对于常规的水提醇沉过程，具有相当的优势，可以在低能耗，低损失的情况下实现食(药)用菌活性成分的高效提取和分离。

本发明提出一种基于多级膜分离过程的食(药)用菌活性成分生产方法，该方法将食(药)用菌提取过程中的提取液连续从提取设备中移出，经过预处理后，通过反渗透或者纳滤过程实现食(药)用菌活性组分和溶剂的分离，溶剂即时返回提取罐进行提取，降低提取设备中活性组分的浓度，提高活性成分的提取率；浓缩的活性成分溶液首先进行一级超滤，一级超滤根据主要活性成分选择具有适合截留分子量的超滤膜，截留脱除大分子蛋白、大分子胶体、微小悬浮颗粒等杂质；再选择截留分子量的超滤膜对一级超滤透过液进行超滤渗滤浓缩操作，溶液中的小分子杂质，包括低价盐离子，重金属离子，农残等有害组分透过超滤膜得到脱除，截留侧得到高纯度和高浓度的食(药)用菌活性组分溶液，干燥得到最终产品。

本发明所述的预处理过程包括脱除悬浮固体杂质的过程和换热过程。其特征是食(药)用菌提取液从提取设备中移出后，首先去除包括食用菌残渣等在内的固体杂质，脱除悬浮固体杂质的过程可以是离心过程、微滤过程、沉降过程、多介质过滤过程。脱除了固体杂质的提取液，经过换热过程降低温度，操作方式为从提取设备来的提取液作为热源，纳滤或者反渗透过程的透过液作为冷源，进行热交换，加热后的透过液返回到提取设备，冷却后的提取液用冷却水进一步降温后进入膜组件。

所述的一级超滤过程，选择截留分子量大于食(药)用菌主要活性组分的分子量，小于溶液中的大分子蛋白、大分子胶体的分子量的超滤膜，截留脱除大分子蛋白、大分子胶体、微小悬浮颗粒等杂质。

所述的二级超滤过程，其特征是选择的超滤膜的截留分子量小于食(药)用菌主要活性组分的分子量，溶液中的小分子杂质，包括低价盐离子，重金属离子，农残等组分透过超滤膜得到脱除，二级超滤过程可以直接使用超滤膜进行活性组分的浓缩同时实现小分子物质的脱除，也可以在超滤过程中不断添加溶剂，通过渗滤的过程提高小分子物质的透过率。

所述的反渗透过程中的压力范围为1.0MPa～4.0MPa，纳滤过程的压力范围为0.7MPa～3.0MPa，超滤过程的压力范围为0.2MPa～1.0MPa，温度范围均为15-50℃。

本发明提供的多级膜过程的食(药)用菌活性组分的分离提纯方法，相对于常规的水提醇沉方法，具有如下突出的特点和优势：

1.该方法通过膜分离过程将提取过程中的活性组分即时从提取设备中移出，从而降低提取液中活性成分的浓度，提高提取效率和活性组分的回收率，减少了活性物质的加热时间，降低了高温造成的活性损失。

2.浓缩过程采用压力驱动溶剂渗透通过分离膜，没有相变过程，因此浓缩的能耗低于加热浓缩过程。

3.超滤过程实现食(药)用菌活性组分的纯化，分离效率高，工艺简单，不引入其它杂质。

4.全流程均采用膜过程，易于连续化生产。

附图说明

图1.多级膜过程分离提纯食(药)用菌活性组分的方法示意图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。本发明所涉及的主题保护范围并非仅限于这些实施例。

实施例1：

提取设备的体积为5L，加入3L水，300g云芝原料，在100℃下加热30分钟后，在提取设备底部将提取液取出，经过滤除掉悬浮颗粒，进入换热设备，由冷却水换热降温到40℃，加压到3.0MPa进入膜组件。膜组件中选用具有高截留性能的反渗透膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.001％。调整膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，返回到提取设备，浓缩液进入一级超滤膜组件。反渗透过程进行1小时后，停止加热提取。一级超滤膜组件使用截留分子量为50kDa的聚醚砜超滤膜，操作压力为0.4MPa，浓缩倍数为10倍，云芝提取液中的大分子蛋白、胶体、微小悬浮物等杂质被超滤膜截留，多糖透过超滤膜，进入二级超滤膜组件。二级超滤膜组件使用截留分子量为3kDa的聚醚砜超滤膜，操作压力为0.7MPa，一级超滤透过液中的多糖被超滤膜截留，截留率大于95％，水分、盐离子、重金属离子、少量色素成分及少量的多糖成分透过二级超滤膜。二级超滤过程的浓缩比为5倍，当一级透过液被浓缩到原来体积的五分之一的时候，加入4倍与溶液等体积的水，进行超滤渗滤操作，渗滤的透过液放弃，浓缩液为最终产品，在90℃条件下烘干，得到多糖产品。检测结果表明，最终产品的多糖含量达到85％，多糖回收率为78％。

实施例2：

提取设备的体积为5L，加入3L水，300g云芝原料，在100℃下加热30分钟后，在提取设备底部将提取液取出，经过滤除掉悬浮颗粒，进入换热设备，由冷却水换热降温到40℃，加压到1.5MPa进入膜组件。膜组件中选用截留分子量为200-400Da的纳滤膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.01％。调整膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，返回到提取设备，浓缩液进入一级超滤膜组件。反渗透过程进行1小时后，停止加热提取。一级超滤膜组件使用截留分子量为50kDa的聚醚砜超滤膜，操作压力为0.4MPa，浓缩倍数为10倍，云芝提取液中的大分子蛋白、胶体、微小悬浮物等杂质被超滤膜截留，多糖透过超滤膜，进入二级超滤膜组件。二级超滤膜组件使用截留分子量为3kDa的聚醚砜超滤膜，操作压力为0.7MPa，一级超滤透过液中的多糖被超滤膜截留，截留率大于95％，水分、盐离子、重金属离子、少量色素成分及少量的多糖成分透过二级超滤膜。二级超滤过程的浓缩比为5倍，当一级透过液被浓缩到原来体积的五分之一的时候，加入4倍与溶液等体积的水，进行超滤渗滤操作，渗滤的透过液放弃，浓缩液为最终产品，在90℃条件下烘干，得到多糖产品。检测结果表明，最终产品的多糖含量达到86％，多糖回收率为76％，主要重金属离子含量低于0.5mg/kg。

实施例3：

提取设备的体积为5L，加入3L水，300g灵芝原料，在100℃下加热30分钟后，在提取设备底部将提取液取出，经过滤除掉悬浮颗粒，进入换热设备，由冷却水换热降温到40℃，加压到1.5MPa进入膜组件。膜组件中选用截留分子量为200-400Da的纳滤膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.01％。调整膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，返回到提取设备，浓缩液进入一级超滤膜组件。反渗透过程进行1小时后，停止加热提取。一级超滤膜组件使用截留分子量为50kDa的聚醚砜超滤膜，操作压力为0.4MPa，浓缩倍数为10倍，灵芝提取液中的大分子蛋白、胶体、微小悬浮物等杂质被超滤膜截留，多糖透过超滤膜，进入二级超滤膜组件。二级超滤膜组件使用截留分子量为3kDa的聚醚砜超滤膜，操作压力为0.7MPa，一级超滤透过液中的多糖被超滤膜截留，截留率大于90％，水分、盐离子、重金属离子、少量色素成分及少量的多糖成分透过二级超滤膜。二级超滤过程的浓缩比为4倍，当一级透过液被浓缩到原来体积的五分之一的时候，加入3倍与溶液等体积的水，进行超滤渗滤操作，渗滤的透过液放弃，浓缩液为最终产品，在90℃条件下烘干，得到多糖产品。检测结果表明，最终产品的多糖含量达到79％，多糖回收率为82％。

实施例4：

提取设备的体积为5L，加入3L水，300g灰树花原料，在100℃下加热30分钟后，在提取设备底部将提取液取出，经过滤除掉悬浮颗粒，进入换热设备，由冷却水换热降温到40℃，加压到1.5MPa进入膜组件。膜组件中选用截留分子量为200-400Da的纳滤膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.005％。调整膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，返回到提取设备，浓缩液进入一级超滤膜组件。反渗透过程进行1小时后，停止加热提取。一级超滤膜组件使用截留分子量为100kDa的聚偏氟乙烯超滤膜，操作压力为0.3MPa，浓缩倍数为10倍，灰树花提取液中的大分子蛋白、胶体、微小悬浮物等杂质被超滤膜截留，多糖透过超滤膜，进入二级超滤膜组件。二级超滤膜组件使用截留分子量为5kDa的聚醚砜超滤膜，操作压力为0.5MPa，一级超滤透过液中的多糖被超滤膜截留，截留率大于95％，水分、盐离子、重金属离子、少量色素成分及少量的多糖成分透过二级超滤膜。二级超滤过程的浓缩比为5倍，当一级透过液被浓缩到原来体积的五分之一的时候，加入4倍与溶液等体积的水，进行超滤渗滤操作，渗滤的透过液放弃，浓缩液为最终产品，在90℃条件下烘干，得到多糖产品。检测结果表明，最终产品的多糖含量达到79％，多糖回收率为66％。

实施例5：

提取设备的体积为3m³，加入2m³水，200kg香菇原料，在100℃下加热30分钟后，在提取设备底部将提取液取出，经过滤除掉悬浮颗粒，进入换热设备，由冷却水换热降温到40℃，加压到1.5MPa进入膜组件。膜组件中选用截留分子量为200-400Da的纳滤膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.005％。调整膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，返回到提取设备，浓缩液进入一级超滤膜组件。反渗透过程进行1小时后，停止加热提取。一级超滤膜组件使用截留分子量为 150kDa的聚偏氟乙烯超滤膜，操作压力为0.3MPa，浓缩倍数为10倍，香菇提取液中的大分子蛋白、胶体、微小悬浮物等杂质被超滤膜截留，多糖透过超滤膜，进入二级超滤膜组件。二级超滤膜组件使用截留分子量为5kDa的聚醚砜超滤膜，操作压力为0.5MPa，一级超滤透过液中的多糖被超滤膜截留，截留率大于95％，水分、盐离子、重金属离子、少量色素成分及少量的多糖成分透过二级超滤膜。二级超滤过程的浓缩比为4倍，当一级透过液被浓缩到原来体积的五分之一的时候，加入4倍与溶液等体积的水，进行超滤渗滤操作，渗滤的透过液放弃，浓缩液为最终产品，在90℃条件下烘干，得到多糖产品。检测结果表明，最终产品的多糖含量达到86％，多糖回收率为78％。

Claims

1.一种多级膜过程分离提纯食(药)用菌活性组分的方法，该方法在食(药)用菌提取过程中，连续的将提取液从提取设备中移出，经过预处理后，通过反渗透或者纳滤过程实现食(药)用菌活性组分和溶剂的分离，溶剂即时返回提取罐进行提取，活性组分得到浓缩；浓缩的活性成分溶液首先进行一级超滤操作，一级超滤截留脱除大分子蛋白、大分子胶体、微小悬浮颗粒等杂质；一级超滤的透过液进入二级超滤，溶液中的小分子杂质，包括小分子物质、低价盐离子、重金属离子等组分透过二级超滤膜得到脱除，截留侧得到高纯度和高浓度的食(药)用菌活性组分溶液，经干燥后得到最终产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的预处理过程包括脱除悬浮固体杂质的过程和换热过程。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的脱除悬浮固体杂质的过程是离心过程、微滤过程、沉降过程或多介质过滤过程。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的换热过程，操作方式为从提取设备来的提取液作为热源，纳滤或者反渗透过程的透过液作为冷源，进行热交换，加热后的透过液返回到提取设备，冷却后的提取液用冷却水进一步降温后进入膜组件。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的一级超滤过程，其特征是超滤膜的截留分子量大于主要活性组分的分子量，小于溶液中的大分子蛋白、大分子胶体的分子量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的二级超滤过程，其特征是超滤膜的截留分子量小于主要活性组分的分子量，二级超滤过程是超滤浓缩过程或超滤渗滤过程。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的反渗透过程中的压力范围为1.0MPa～4.0MPa，纳滤过程的压力范围为0.7MPa～3.0MPa，超滤过程的压力范围为0.2MPa～1.0MPa，温度范围均为15-50℃。