CN104387502B - 硫酸软骨素制备工艺及其设备 - Google Patents

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

硫酸软骨素制备工艺及其设备

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 (9)

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，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；

（4）分离：将步骤（3）得到的滤液通过物理方法使硫酸软骨素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，浓缩液是含有硫酸软骨素的液体；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（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。

6.一种用于如权利要求1-5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硫酸软骨素液储罐。

7.根据权利要求6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硫酸软骨素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。

8.根据权利要求6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。

9.根据权利要求6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；所述的硫酸软骨素液储罐与脱水装置，或脱水装置和干燥装置相连。