CN104387502A - 硫酸软骨素制备工艺及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫酸软骨素制备工艺及其设备,具体地说是一种无溶剂法万吨级硫酸软骨素的提取工艺,包括液化、提取酶解降解、过滤、分离和后处理等步骤,设备包括反应釜,所述反应釜优选为特氟龙反应釜,所述反应釜依次管道连接有真空循环过滤器、滤液储液罐和分子筛,所述分子筛分别管道连接有蛋白液储罐和CS液储罐;本发明的优点在于:节约了投资,同等规模相比,可节约投入资金80%以上。规模越大,相对投入越少;产能最大可达万吨以上,这是溶剂法工艺技术所无法比拟的,且能实现自动化连续生产;产品质量随意可控,含量从60%~105%(指CPC含量),其他质量指标也能达到或超过现行的产品质量标准要求;无污染,零排放,绿色环保生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫酸软骨素制备工艺,具体地说是一种无溶剂法万吨级硫酸软骨素的提取工艺及其设备,属于硫酸软骨素的提取领域。
背景技术
硫酸软骨素(简称CS)自1861年美国人从动物软骨中提取分离出来至今,其提取、提纯的工艺技术关键都离不开有机溶剂,原因是该产品的物理特性所决定的——溶于水而不溶于有机溶剂。常用的溶剂有:丙酮、乙醇、乙醚、氯仿等。又因丙酮、乙醚、氯仿有毒副作用,而被弃之不用。到目前为止,全世界CS提取和提纯的工艺技术,都是由溶剂浓度决定的。所采用的溶剂丙酮和乙醇,又因丙酮溶剂的沸点太低,易挥发、危险性大,所以CS的生产企业基本上都是用乙醇提取和提纯的。目前全世界CS的提取工艺与技术普通采用是:(1)稀碱提取工艺(见《生化工艺学》中具体描述);(2)浓碱提取工艺(见《生化工艺学》属21世纪生物工程系列高等院校教材书,由陈来同编著,科学出版社2012年1月第五次印刷出版);(3)稀碱-浓盐提取工艺;(4)酶解-树脂提取工艺等。
然而,采用上述溶剂法提取制备存在以下缺点:(1)用溶剂法新建CS提取、提纯生产企业,固定资产投入大,资金浪费严重,新厂建设周期长、见效慢,造成产品成本居高不下,消费市场难以扩容。以年产CS(指从原料做起全部自产)百吨规模的企业来说,占地面积不少于6000平方米,加上溶剂回收系统、加热系统、冷却系统、污水处理系统所用设备及土建工程,安全防火、防爆、防雷设施及生产车间(精、烘、包车间)要达到GMP要求等,不包括办公区及生活区就得投入500万元以上。且环评也不一定能通过验收。建设周期至少在8个月以上;(2)因溶剂法提取、提纯CS产品制备工艺时间长,相对造成产品产量低,单位成本上升,从原料投入到精、烘、包工段完成,所有溶剂制备法整个工艺流程至少要在50小时以上;(3)因溶剂价格高,在附加成本中所占比例较大,所以要回收重复利用。该工段又是生产过程中的瓶颈工段,露天操作,再加上要防燃、防爆,所以要与其他工段之间隔开。因此,到目前为止,全世界没法设计出一条CS自动或半自动生产流水线;(4)溶剂法提取、提纯CS产品的过程中,高能耗是指溶剂回收耗用的煤、电、水,溶剂消耗,其工段所用工人工资等,仅此项每吨产品要增加成本10000元以上,且有安全隐患;(5)溶剂法工艺中的高污染是指要消耗大量的氢氧化钠(烧碱)和盐酸,1000公斤CS产品以鲜牛胸骨为例,收率按5%计算,需要20吨原料和20吨纯化水,共产生40吨液体。需要氢氧化钠(以稀碱——浓盐工艺为准)800公斤以上,盐酸1850公斤以上,氯化钠1000公斤以上,溶剂要消耗掉1500公斤左右。溶剂回收过程中产生的废水(COD在80000个单位以上)约60吨以上,再合并洗料水、冲洗卫生水等,每吨CS产品要产生的废液及废水在百吨以上(不含空气污染和生活污水),所以必须要建污水处理设备来处理。否则,企业因环保环评不达标,而无法开工生产;(6)溶剂法工艺中的产品出率低,是指其技术工艺的缺陷所造成的。在提取、提纯过程中,因酶种单一,达不到内切、外切之目的,使酶在酶解、降解过程中不彻底,液体不分层,蛋白质不聚合,或降解不完全,造成过滤困难,因而影响了产品的收率和质量(收率是指相同部位的动物软骨,百公斤干料或鲜料计所提取得到的CS产品重量);(7)溶剂法提取、提纯工艺中产品含量相对较低。规模化生产中,CS产品的含量一般在95%以下(指CPC含量)。所以在其产品中,存有一定量的蛋白质、溶剂、过氧化氢等。作为原料药用的CS下游产品——硫酸软骨素片剂、胶囊、针剂、滴眼液等品种,对蛋白质和溶剂及过氧化氢有过敏反应的人群均无法使用。这也是目前为止全世界没有CS口服液品种的原因之一。CS中的水分很难达到≤1%,相对在一定的容积(如胶囊)和重量(片剂和胶囊)中,CS的质量就少了,进而影响到了产品的疗效。因其疗效慢而又长致使人们对其保健作用产生了怀疑,从而影响到整个行业销量很难增长(经济因素除外),这也是全世界CS的消费量一直在5000吨左右徘徊的重要原因之一;(8)由于溶剂的使用,胰酶的使用(针对西欧和伊斯兰国家依其宗教信仰,不准用猪的产物而言),再加上生产过程中产生的废弃物对环境污染严重,所以无法在国外建厂。达不到整合全球资源,变废为宝,使之产能达到万吨级以上。难以达到以量求利、以质求量、薄利多销之目的。使全世界人民身体健康受益,得到保健及治疗之目的。另外,溶剂法提取工艺过程中,80%以上产品中都含有过氧化氢(双氧水)。以鲜牛胸骨为例:每吨CS产品要消耗掉300~400公斤过氧化氢。且该物质有害于消费人群的身体健康。
例如,名称为“一种硫酸软骨素的无有机溶剂提取工艺”申请号为“CN 201210576946.3”的中国发明专利提供了一种硫酸软骨素的无有机溶剂提取工艺, 包括如下工艺步骤:将动物软骨粉末煮料熟化,加入蛋白酶,进行生物酶酶解,升温灭酶,将灭酶料液冷却到室温后过滤,将滤液调节pH 至5~8,过阳离子交换树脂柱,收集流出液A,用纯化水洗脱,收集洗脱液B,将流出液A 与洗脱液B 混和,再经超滤浓缩后喷雾干燥。但是,该工艺需要进行灭酶步骤,不但增量了工艺流程,而且增加了成本投入,另外,缺少提取步骤,在生产过程会有杂质污染等产生,投入大、周期长、高能耗,污染高。
发明内容
本发明设计的目的在于,提供了一种硫酸软骨素制备工艺及其设备,改变传统采用溶剂法提取CS工艺技术的唯一性;解决了CS提取工艺过程中,从原料投入到最终产品,不能实现自动化生产问题;改变了CS生产提取过程中,投入大、周期长、高能耗、高污染、高成本,且有副作用(指对蛋白质、有机溶剂、过氧化氢过敏人群而言),致使产品品种少(至今没有CS口服液级系列品种),市场容量和应用领域受限等问题;节约了投资,同等规模相比,可节约投入资金80%以上。规模越大,相对投入越少;产能最大可达万吨以上,这是溶剂法工艺技术所无法比拟的,且能实现自动化连续生产;产品质量随意可控,含量从60%~105%(指CPC法测定),其他质量指标也能达到或超过现行的产品质量标准要求;无污染,零排放,绿色环保生产。
本发明的技术方案为:
硫酸软骨素制备工艺,包括液化、提取酶解降解、过滤、分离和后处理步骤;
具体操作步骤如下:
(1)液化:将原料经压力蒸煮后液化,变成液体状态;
其中,所述步骤(1)的原料为冷冻软骨粉或软骨泥;所述冷冻软骨粉为将冷冻软骨粉进行粉碎或绞碎,呈块状冷冻储存;所述冷冻软骨粉优选在新鲜状态下,且达到无肉、无油、不变质的冷冻软骨粉;
所述步骤(1)的蒸煮温度为100~120℃;
(2)提取酶解降解:将步骤(1)液化后的软骨液体降温到25~35℃后,加入碱进行碱解,再加酶解酶与降解酶,进行酶解和降解,直至到解离分层,即产生CS与蛋白类物质自然分离现象,得到混合液;
其中,所述步骤(2)提取酶解降解的具体操作为:将步骤(1)液化后的软骨液体降温到25~35℃后,加入液体体积总量的0.8~1.2%的NaOH进行碱解提取后,再分别加3~9‰的酶解酶与等量的降解酶,进行酶解和降解,直至到解离分层,即产生CS与蛋白类物质自然分离现象,得到混合液;
(3)过滤:将步骤(2)的混合液通过过滤装置连续过滤,得到滤液和骨渣,使滤液的澄清度在0.001~0.10范围内;
其中,所述过滤装置优选为真空循环过滤器;通过真空循环过滤器连续过滤,过滤后的滤液达到清澈、透明,无浑浊、杂质;
(4)分离:将步骤(3)得到的滤液通过物理方法使CS与小分子如氨基酸类蛋白等物质分离,得到透过液和浓缩液;将步骤(3)得到的骨渣经干燥得到动物骨粉,用于饲料,实现了废物利用,无需排放或者单独处理,污染低,绿色环保;
其中,所述物理分离方法优选为分子筛;分离的分子量在3000以上的大分子为浓缩夜,分子量在3000以下的小分子为透过液;
(5)后处理:将步骤(4)得到的透过液进行脱水浓缩和干燥,得到动物蛋白粉;将步骤(4)得到的浓缩液进行脱水,得到本发明硫酸软骨素产品。
最后,产品经包装成型,装桶,封上口,贴上唛头。
其中,所述步骤(1)的整个过程时间约需1~3小时;所述步骤(2)的整个过程时间约在6~8小时内;所述步骤(3)的整个过程约需时间2小时;所述步骤(4)的整个过程约用2~3小时;所述步骤(5)的整个过程约用3小时,整个工艺流程时间不超过20小时,且能自动化、半自动化连续生产得到最终成品。
所述步骤(1)和(2)整个工艺过程中的设备材质可以是不锈钢、聚丙烯或特氟龙,但从造价和使用寿命来讲,都比不上特氟龙材料耐腐蚀、搞酸碱,使用寿命长、经济实惠、无静电反应;蒸煮的设备例如可以是特氟龙反应釜;所述步骤(3)连续过滤的装置例如可以是真空循环过滤器;所述步骤(4)和(5)干燥的设备例如可以是特氟龙干燥设备。上述各设备通过特氟龙管道及法兰连接,从而能自动化、半自动化连续生产,得到最终成品,自动化程度高。
一种用于上述硫酸软骨素制备工艺的设备,包括反应釜,所述反应釜优选为特氟龙反应釜,所述反应釜依次管道连接有真空循环过滤器、滤液储液罐和分子筛,所述分子筛分别管道连接有蛋白液储罐和CS液储罐。原料首先在反应釜内煮料、降温、碱解、酶解和降解,完成上述工艺的步骤(1)和步骤(2),然后通过真空循环过滤器进行过滤完成上述工艺的步骤(3)后,滤液泵入到滤液储液罐中,再由滤液储液罐将物料泵入分子筛中,进行物料分离完成上述工艺的步骤(4),再将分离得到的产物分别泵入蛋白液储罐和CS液储罐中,进行后续处理,完成上述工艺的步骤(5)。
进一步地,所述的真空循环过滤器与滤液储液罐之间、滤液储液罐与分子筛之间均设有泵,所述的分子筛与蛋白液储罐和CS液储罐之间设有循环泵,所述循环泵的出口还与所述分子筛的入口相连,从而能够进行多次分离,提高了分离效果。
进一步地,所述的反应釜与真空循环过滤器之间设有高度差,通过高度差使物料自然流动,降低了生产成本。
进一步地,所述的蛋白液储罐与脱水装置,或脱水装置和干燥装置相连,得到动物蛋白粉。
进一步地,所述的CS液储罐与脱水装置,或脱水装置和干燥装置相连,得到本发明硫酸软骨素产品。
本发明的优点在于:
(1)不用溶剂即可得到CS产品;
(2)整个工艺流程时间不超过20小时,且能自动化、半自动化连续生产得到最终成品;
(3)整个工艺技术生产中,用酸碱量很少,其总量约为产品重量的15%~30%,投入成本低产能高,经济效益高;
(4)整个CS提取、提纯工艺过程中产生的废液和废水,通过简单地物理处理即可循环使用,无需排放或者单独处理,污染低,绿色环保;
(5)有味道的气体可通过空气净化装置来处理,达标后排放,安全环保;
(6)整个工艺流程自动化程度高,自产量在100吨以上的用工不超过15人,人工少,降低了生产成本;
(7)产品质量完全符合或超过现执行的美国USP35版和西欧EP7.0及中国药典标准,产品质量高;
(8)生产成本与溶剂法相比,成本降低约40%~70%,降低了生产成本,提高了经济效益,;
(9)采用本发明工艺技术产出的产品作为医用原料药,有利于下游产品的进一步开发和扩展,如CS钠盐、钙盐、钾盐、锌盐口服液及鲨鱼CS口服液及其复合配方口服液等产品品种的开发,前景广阔;
(10)产品产量完全能达到万吨以上,尚属首例,这是溶剂法工艺技术所无法比拟的。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图;
图2为本发明实施例的设备连接框图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
除非另有说明,本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
实施例1
如图1所示,一种硫酸软骨素制备工艺,具体操作步骤如下:
(1)液化:将原料投入反应釜内,在100~120℃的温度下解冻蒸煮,经压力蒸煮后液化,变成液体状态,整个过程时间约需1~3小时;
其中,原料为冷冻鲜软骨粉或软骨泥;冷冻鲜软骨粉是指不同的动物(如牛、猪、羊、鸡、鸭、鲨鱼等)在其被宰杀后,分割过程中产出的软骨,然后经过处理,达到无肉、无油、无杂质,然后进行粉碎或绞碎,按一定的重量(如10~20公斤/块)在方型器皿内速冻冷藏(-5~-20℃)储存,即成块状软骨粉;
(2)提取酶解降解:将步骤(1)液化后的软骨液体降温到25~35℃后,加入液体体积总量的0.8~1.2%的NaOH进行碱解提取3小时后,再分别加3~9‰的A酶即酶解酶(外切酶)与等量的B酶即降解酶(内切酶),进行酶解和降解,直至到解离分层,即产生CS与蛋白类物质自然分离现象,得到混合液,整个过程时间约在6~8小时内;其中,A酶即酶解酶与B酶即降解酶可以选用目前传统的硫酸软骨素提取用酶,对本发明没有影响;
(3)过滤:将步骤(2)的混合液通过真空循环过滤器连续过滤,将骨渣及没降解的大分子蛋白过滤出来,得到滤液和骨渣,使滤液的澄清度在0.001~0.10范围内,通过真空循环过滤器连续过滤,过滤后的滤液达到清澈、透明,无浑浊、杂质,整个过程约需时间2小时;
(4)分离:将步骤(3)得到的滤液通过物理方法使CS与小分子如氨基酸类蛋白等物质分离,得到透过液和浓缩液,整个过程约用2~3小时,其中,透过液是含有氨基酸类小分子蛋白的液体,浓缩液是含有CS的液体;将步骤(3)得到的骨渣经干燥得到动物骨粉,用于饲料,实现了废物利用,无需排放或者单独处理,污染低,绿色环保;所述物理分离方法优选为分子筛;分离的分子量≥3000的大分子为浓缩夜,分子量<3000的小分子为透过液;
(5)后处理:将步骤(4)得到的透过液进行脱水浓缩和干燥,得到动物蛋白粉;将步骤(4)得到的浓缩液进行脱水,得到本发明硫酸软骨素产品,整个过程约用3小时。
最后,产品经包装成型,装桶,封上口,贴上唛头。
实施例2
一种用于上述实施例1硫酸软骨素制备工艺的设备,包括反应釜,所述反应釜优选为特氟龙反应釜,所述反应釜依次管道连接有真空循环过滤器、滤液储液罐和分子筛,所述分子筛分别管道连接有蛋白液储罐和CS液储罐。原料首先在反应釜内煮料、降温、碱解、酶解和降解,完成上述工艺的步骤(1)和步骤(2),然后通过真空循环过滤器进行过滤完成上述工艺的步骤(3)后,滤液泵入到滤液储液罐中,再由滤液储液罐将物料泵入分子筛中,进行物料分离完成上述工艺的步骤(4),再将分离得到的产物分别泵入蛋白液储罐和CS液储罐中,进行后续处理,完成上述工艺的步骤(5);所述的真空循环过滤器与滤液储液罐之间、滤液储液罐与分子筛之间均设有泵,所述的分子筛与蛋白液储罐和CS液储罐之间设有循环泵,所述循环泵的出口还与所述分子筛的入口相连,从而能够进行多次分离,提高了分离效果;所述的反应釜与真空循环过滤器之间设有高度差,通过高度差使物料自然流动,降低了生产成本;所述的蛋白液储罐依次与脱水装置和干燥装置相连,得到动物蛋白粉;所述的CS液储罐与脱水装置,得到本发明硫酸软骨素产品。
以牛骨为原料生产CS产品实例
1、取冷冻储存的鲜牛鼻骨骨粉600公斤,逐块投入1000立升反应釜内,加水300公斤,加热到110℃,恒温蒸煮90分钟,然后降温处理;
2、温度降至35℃以下,先进行碱解反应3小时,再加入A酶(外切酶)酶解反应2小时,再加入B酶(内切酶)降解反应2小时,在管道反应器内进行;
3、降解反应结束后,升温至85℃,静置30分钟,然后降温,此过程在反应釜内进行;
4、温度降至70℃以下时,将降温后的混合液通过泵循环,进入真空过滤系统,进行真空过滤得到滤液和骨渣;
5、滤液进入分离工序,骨渣烘干或晒干即成动物骨粉,可做饲料用;
6、滤液进入分离工序后,通过分子筛,将大分子(分子量≥3000)的CS与小分子(<3000)的氨基酸类蛋白质分开,得到CS浓缩液和透过液;
7、分开后的CS浓缩液再经过反复浓缩,直至底物质量浓度≥30%时进行干燥处理,即可得到CS产品45公斤,收率为7.5%;
8、分开后的透过液浓缩和干燥,得到动物蛋白粉90公斤,其收率为15%。
另外,还可以采用上述工艺,用猪、羊、鸡、鸭等动物的软骨作原料生产CS产品,方法相同。
采用发明方面(无溶剂法)所得产品质量与采用溶剂法所得产品质量进行对比,对照表如下所示:
(产品质量指标依美国USP35版标准要求为依据)
物料来源:牛鼻软骨(冷冻品)数量:100kg
本发明中所用原料均为本领域生产中常用原料,均可从市场中得到,且对于生产结果不会产生影响;本发明中所采用的各种设备,均为本领域生产工艺中使用的常规设备,且各设备的操作、参数等均按照常规操作进行,并无特别之处。
Claims (10)
1.硫酸软骨素制备工艺,其特征在于,包括液化、提取酶解降解、过滤、分离和后处理步骤;
具体操作步骤如下:
(1)液化:将原料经压力蒸煮后液化,变成液体状态;
(2)提取酶解降解:将步骤(1)液化后的软骨液体降温后,加入碱进行碱解,再加酶解酶与降解酶,进行酶解和降解,直至到解离分层;
(3)过滤:将步骤(2)的混合液通过过滤装置连续过滤,得到滤液和骨渣,使滤液的澄清度在0.001~0.10范围内;
(4)分离:将步骤(3)得到的滤液通过物理方法使CS与小分子蛋白物质分离,得到透过液和浓缩液,其中,透过液是含有氨基酸类小分子蛋白的液体,浓缩液是含有CS的液体;将步骤(3)得到的骨渣经干燥得到动物骨粉;
(5)后处理:将步骤(4)得到的透过液进行浓缩和干燥,得到动物蛋白粉;将步骤(4)得到的浓缩液进行脱水,得到本发明硫酸软骨素产品。
2.根据权利要求1所述的硫酸软骨素制备工艺,其特征在于:所述步骤(1)的原料为冷冻软骨粉或软骨泥。
3.根据权利要求2所述的硫酸软骨素制备工艺,其特征在于:所述冷冻软骨粉为将冷冻软骨粉进行粉碎或绞碎,呈块状冷冻储存。
4.根据权利要求1所述的硫酸软骨素制备工艺,其特征在于:所述步骤(1)的蒸煮温度为100~120℃。
5.根据权利要求1所述的硫酸软骨素制备工艺,其特征在于,所述步骤(2)的具体操作为:将步骤(1)液化后的软骨液体降温到25~35℃后,加入液体体积总量的0.8~1.2%的NaOH进行碱解提取后,再分别加3~9‰的酶解酶与等量的降解酶,进行酶解和降解,直至到解离分层,即产生CS与蛋白类物质自然分离现象,得到混合液。
6.根据权利要求1所述的硫酸软骨素制备工艺,其特征在于:所述步骤(4)的物理分离方法为分子筛;分离的分子量在3000以上的大分子为浓缩夜,分子量在3000以下的小分子为透过液。
7.一种用于如权利要求1-6任意一项所述的硫酸软骨素制备工艺的设备,其特征在于:包括反应釜,所述反应釜优选为特氟龙反应釜,所述反应釜依次管道连接有真空循环过滤器、滤液储液罐和分子筛,所述分子筛分别管道连接有蛋白液储罐和CS液储罐。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于:所述的真空循环过滤器与滤液储液罐之间、滤液储液罐与分子筛之间均设有泵,所述的分子筛与蛋白液储罐和CS液储罐之间设有循环泵,所述循环泵的出口还与所述分子筛的入口相连。
9.根据权利要求7所述的设备,其特征在于:所述的反应釜与真空循环过滤器之间设有高度差。
10.根据权利要求7所述的设备,其特征在于:所述的蛋白液储罐与脱水装置,或脱水装置和干燥装置相连;所述的CS液储罐与脱水装置,或脱水装置和干燥装置相连。
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