CN107805251B - 一种从核黄素发酵液中提取核黄素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从核黄素发酵液中提取核黄素的方法。包括如下步骤：发酵液的絮凝过滤：将灭活后的发酵液降温，加入絮凝剂溶液，搅拌，絮凝完毕后，过滤得到滤饼；滤饼脱水：往滤饼中加入脱水剂，搅拌均一后，过滤得到脱水滤饼；酸溶：脱水滤饼加入盐酸溶液后搅拌进行溶解，得到酸溶液；膜过滤：酸溶液进入膜过滤系统，进行微滤，得到滤液；结晶：滤液加热后，通空气搅拌，加入水稀释后，搅拌结晶，过滤，干燥得到核黄素结晶品。用本发明方法提取核黄素的收率及产品的含量高。

Description

一种从核黄素发酵液中提取核黄素的方法
技术领域
本发明涉及生物提取领域，尤其涉及一种从核黄素发酵液中提取核黄素的方法。
背景技术
核黄素(riboflavin)又名维生素B2、维生素G或乳黄素，是一种水溶性B族维生素，其分子式为C17H20O6N4，系统命名为7,8-二甲基-10-(1’，D-核糖醇基)-异咯嗪。
核黄素是生物生命活动中不可缺少的维生素之一，与人体内碳水化合物、脂肪及氨基酸代谢有着密切的关系，对生物生长发育起着重要作用。主要应用于临床口角炎、舌炎、口内炎、肛门炎、结膜炎及脂溢性皮炎等缺乏核黄素引起的病症。核黄素的另一个应用领域是作为饲料添加剂及化妆品等。
核黄素很早就实现了商业化生产。目前国际上生产核黄素的工艺方法主要有四种：植物提取法，化学合成法，微生物发酵法和微生物发酵半化学合成法。由于微生物发酵法生产核黄素工艺简单，成本低廉，环境污染小，易于分离提纯等优点被许多核黄素生产厂商所青睐。
从核黄素发酵液中提取核黄素的方法主要有重金属盐沉淀法，Morehouse法，酸解法，碱溶法，膜过滤法等。
美国专利申请US2822361对Morehouse分离方法进行了介绍，该方法适用于低浓度的核黄素发酵液，当浓度高于1g/L时，需要大量稀释才能进行提纯，不适宜于大规模的工厂应用。
欧洲专利申请EP0730034A1介绍了酸解法提取核黄素的工艺，得到的晶体纯度可达99％。中国专利申请CN1146455A介绍了一种从发酵后肉汤中回收和纯化核黄素的方法，该方法主要是使用酸溶法提取核黄素，得到核黄素纯度能达到98％。EP0730034A1和CN1146455A采用酸解法所得产品纯度高，但消耗大量酸和热能，对环境污染大，且成本较高。
中国专利申请CN1687069A通过往发酵液中加入碱将核黄素溶解后再加入氯化钙，磷酸氢二钠和聚丙烯酰胺进行絮凝，过滤后加入双氧水沉析，加入碱溶然后结晶，重结晶。此方法可使核黄素的收率达到85～87％，产品纯度可达98～100％。该方法中先加入碱溶后，PH较高，对絮凝剂要求高，加入的氯化钙和磷酸氢二钠后溶液中PH值降低，使总收率偏低。同时使用此絮凝剂絮凝后过滤速度慢，耗用时间长，生产效率低下。
中国专利申请CN1765897A公开了一种核黄素发酵液的提取工艺，包括发酵液的预处理，膜过滤，酸化，氧化和结晶等步骤，并采用回收工艺对酸化母液中的核黄素予以回收。使用该方法提取得到的核黄素含量和收率均较低。
美国专利申请US5103005提出用碱性溶液溶解核黄素，然后在溶液中加氧化剂，最后再用酸液调整PH值，使核黄素沉淀析出。碱溶法使核黄素容易发生不可逆变性反应，造成损失。
发明内容
本发明的目的在于改进微生物发酵法生产的核黄素提取收率低且不稳定的缺点，从而提供一种改进的核黄素发酵液提取工艺。
为实现上述目的，本发明提供一种从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
发酵液的絮凝过滤：将灭活后的发酵液降温，加入絮凝剂溶液，搅拌，絮凝完毕后，过滤得到滤饼；
滤饼脱水：往滤饼中加入脱水剂，搅拌均一后，过滤得到脱水滤饼；
酸溶：脱水滤饼加入盐酸溶液后常温下搅拌进行溶解，得到酸溶液；
膜过滤：酸溶液进入膜过滤系统，进行微滤，得到滤液；
结晶：滤液加热后，通入空气搅拌，加入水稀释后，搅拌结晶，过滤，干燥得到核黄素结晶品。
进一步，所述发酵液的絮凝过滤步骤中，所述灭活后的发酵液是指将发酵液加热至75～95℃，保温30～60min；
任选的，所述降温是指降温至20～35℃。
进一步，所述发酵液的絮凝过滤步骤中，所述絮凝剂溶液包括组分A和组分B，其中组分A为聚合氧化铝、聚丙烯酰胺或壳聚糖中的任何一种，组分B为硅藻土、珍珠岩或活性炭中的一种以上；
优选的，组分A与组分B的重量比为(95～97)：(3～5)；
任选的，所述絮凝剂溶液的配制方法为：将组分A和组分B混合均匀后，投入纯水中搅拌溶解，搅拌转速控制在15～20r/min，搅拌1～3h；所述絮凝剂溶液中，组分A的质量浓度为0.1％～0.5％。
进一步，所述发酵液的絮凝过滤步骤中，所述絮凝剂溶液的体积用量为发酵液体积的3％～10％；优选的，所述絮凝剂溶液的体积用量为发酵液体积的5％～7％。
进一步，所述发酵液的絮凝过滤步骤中，所述搅拌的转速为5～15r/min。
进一步，所述滤饼脱水步骤中，脱水剂为低级脂肪醇；优选的，脱水剂为甲醇或乙醇；
任选的，所述脱水剂与滤饼的用量的体积：重量比为(1～10)ml:1g，优选的，脱水剂与滤饼的用量的体积：重量比为(1～3)ml:1g。
进一步，所述滤饼脱水步骤中，搅拌15～30min。
进一步，所述酸溶步骤中，盐酸溶液为质量浓度为15％～30％的盐酸；
任选的，盐酸溶液与脱水滤饼的用量的体积：重量比为(1～3)ml:1g。
进一步，所述膜过滤步骤中，所述膜为陶瓷膜；
任选的，膜过滤系统的条件为：进膜压力为0.25～0.30MPa，出膜压力为0.5～0.20MPa，膜过滤过程中控制酸溶液的温度为15～25℃。
进一步，所述结晶步骤为将滤液加热，往加热后的滤液中边通入空气搅拌，边缓慢滴加纯水，纯水滴加完毕后，在保温条件下搅拌，降温，停止搅拌，静置，过滤得到含量＞98％核黄素产品；
任选的，滤液加热是将滤液水浴加热；优选的，将滤液水浴加热至50～60℃；
任选的，通入空气搅拌时的通气量为0.25～0.5ml/min/ml；
任选的，纯水的体积加入量为滤液体积的50％～100％；
任选的，保温条件下搅拌为保温条件下搅拌30～60min；
任选的，降温是指降温至10～30℃。
本发明中的重量体积比所用的单位是克：毫升，比如盐酸溶液与脱水滤饼的用量比为：1份重量的脱水滤饼加入1～3体积份盐酸溶液，指的是1g脱水滤饼加入1～3ml盐酸溶液；所述脱水剂与滤饼的用量的体积：重量比为1～10:1指的是1～10ml脱水剂：1g滤饼。
采用本发明方法中的絮凝剂絮凝过滤与普通絮凝剂絮凝过滤相比，本发明的过滤时间缩短至普通絮凝剂絮凝过滤的1/4～1/2。
在本发明的方法中通过以下步骤完成滤饼脱水：将脱水剂加入滤饼中，搅拌均匀，过滤得到脱水后的滤饼。由于低级脂肪醇能使蛋白变性团聚，在脱水后过滤时间为絮凝过滤时间的1/6～1/3。
在本发明的方法中通过以下步骤完成酸溶：将浓盐酸加水稀释成质量浓度为10％～30％的盐酸溶液，将1～3份体积(ml)配制好的盐酸溶液加入1份重量(g)的脱水滤饼中，搅拌至核黄素完全溶解，溶解完毕后过滤，过滤得到富含核黄素的溶液和菌丝体。由于滤饼经过脱水后蛋白变性，因此，酸溶后得到的溶解液中溶解的蛋白、氨基酸等物质大幅减少。
在本发明的方法中通过以下步骤完成结晶：将过滤后的滤液水浴加热至50～60℃，往加热后的滤液中边通入空气搅拌，通气量为0.25～0.5ml/min/ml，边缓慢滴加纯水，纯水的体积加入量为滤液体积的50％～100％，纯水滴加完毕后，在保温条件下搅拌30～60min后，开始降温至10～30℃，停止搅拌，静置2h后，过滤得到含量＞98％核黄素产品。
本发明的有益效果是：
本发明工艺方法在进行提取过程全程未接触到碱，避免了核黄素在碱性条件下的降解，极大的提高了提取过程中核黄素的保留率。
本发明工艺方法在絮凝过程中对絮凝剂进行了改良，极大的加快了絮凝后的过滤速度，节省了过滤时间，提高了生产效率。
本发明工艺方法与传统酸溶方法比，在酸溶前使用低级脂肪醇使滤饼脱水，将蛋白变性，从而降低了氨基酸、蛋白质等高分子化合物在酸溶液中的溶解性，极大的减少了酸溶液中溶解的杂质，从而减少了结晶品中的杂质，提高了提取收率及产品的含量，最终提取得到的核黄素结晶的含量＞98％，总收率＞92％。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
将3份硅藻土与97份壳聚糖混合均匀后，投入到纯水中搅拌溶解，搅拌转速控制在15r/min，搅拌3h，搅拌完毕，配制成壳聚糖质量浓度为0.3％的絮凝剂待用。
取10L核黄素发酵液(效价23542mg/l)加热至78℃，保温30min，加热完毕，水浴降温至30℃。降温完毕，边搅拌边将300ml上述絮凝剂加入至发酵液中，搅拌转速控制在5r/min。然后，将絮凝完毕的絮凝液使用布氏漏斗过滤，总过滤时间为30min，得到1420g滤饼，收率99.3％。
将过滤后的滤饼加入烧杯中，往滤饼中加入2500ml乙醇，搅拌30min，搅拌完毕后过滤，总过滤时间10min，过滤得到1200g滤饼，收率99.8％。
往浓盐酸中加入纯水稀释成质量浓度为15％的溶液，往滤饼中加入3000ml盐酸，搅拌30min至核黄素完全溶解，溶解完毕后过滤，过滤得到富含核黄素的溶液2850ml和60g菌丝体，收率98.7％。
将上述富含核黄素的溶液经过陶瓷膜过滤，进膜压力控制为0.27MPa，出膜压力控制为0.30MPa，膜过滤过程中控制物料温度为20℃。过滤后得到2600ml清液和250ml浓液，收率96.4％。
将过滤后的清液水浴加热至60℃，往加热后的清液中边通入空气搅拌边缓慢滴加纯水，通气量为0.25ml/min/ml，纯水加入量为1800ml，纯水滴加完毕后，在保温条件下搅拌50min后，开始降温至20℃，停止搅拌，静置2h后，过滤，干燥得到含量98.7％核黄素产品222.2g，结晶收率98.8％。总收率93.16％。
实施例2
将5份硅藻土与活性炭的混合物(其中硅藻土与活性炭的重量各占50％)与95份聚丙烯酰胺混合均匀后，投入到纯水中搅拌溶解，搅拌转速控制在20r/min，搅拌2.5h，搅拌完毕，配制成聚丙烯酰胺质量浓度为0.1％的絮凝剂待用。
取10L核黄素发酵液(效价23542mg/l)加热至75℃，保温60min，加热完毕，水浴降温至20℃。降温完毕，边搅拌边将500ml上述絮凝剂加入至发酵液中，搅拌转速控制在10r/min。然后，将絮凝完毕的絮凝剂使用布氏漏斗过滤，总过滤时间为25min，得到1500g滤饼，收率99.5％。
将过滤后的滤饼加入烧杯中，往滤饼中加入3000ml甲醇，搅拌25min，搅拌完毕后，总过滤时间8min，过滤得到1350g滤饼，收率99.7％。
往滤饼中加入3000ml质量浓度为30％的盐酸，搅拌30min至核黄素完全溶解，溶解完毕后过滤，过滤得到富含核黄素的溶液2845ml和63g菌丝体，收率98.0％。
将上述富含核黄素的溶液经过陶瓷膜过滤，进膜压力控制为0.3MPa，出膜压力控制为0.20MPa，膜过滤过程中控制物料温度为15℃。过滤后得到2570ml清液和275ml浓液，收率96.9％。
将过滤后的清液水浴加热至60℃，往加热后的清液中边通入空气搅拌边缓慢滴加纯水，通气量为0.5ml/min/ml，纯水加入量为1285ml，纯水滴加完毕后，在保温条件下搅拌50min后，开始降温至10℃，停止搅拌，静置2h后，过滤，干燥得到含量99.1％核黄素产品220.0g，结晶收率98.3％。总收率92.60％。
实施例3
将4份珍珠岩与活性炭的混合物(其中珍珠岩占重量比40％，活性炭占重量比60％)与96份聚合氧化铝混合均匀后，投入到纯水中搅拌溶解，搅拌转速控制在20r/min，搅拌2h，搅拌完毕，配制成聚合氧化铝质量浓度为0.3％的絮凝剂待用。
取10L核黄素发酵液(效价23542mg/l)加热至95℃，保温30min，加热完毕，水浴降温至35℃。降温完毕，边搅拌边将700ml上述絮凝剂加入至发酵液中，搅拌转速控制在5r/min。然后，将絮凝完毕的絮凝剂使用布氏漏斗过滤，总过滤时间为32min，得到1385g滤饼，收率99.3％。
将过滤后的滤饼加入烧杯中，往滤饼中加入4155ml乙醇，搅拌15min，搅拌完毕后，总过滤时间8min，过滤得到1275g滤饼，收率99.8％。
往浓盐酸中加入纯水稀释成质量浓度为25％的溶液，往滤饼中加入2000ml盐酸，搅拌30min至核黄素完全溶解，溶解完毕后过滤，过滤得到富含核黄素的溶液1955ml和45g菌丝体，收率99.0％。
将上述富含核黄素的溶液经过陶瓷膜过滤，进膜压力控制为0.25MPa，出膜压力控制为0.50MPa，膜过滤过程中控制物料温度为25℃。过滤后得到1785ml清液和170ml浓液，收率95.9％。
将过滤后的清液水浴加热至60℃，往加热后的清液中边通入空气搅拌边缓慢滴加纯水，通气量为0.3ml/min/ml，纯水加入量为1785ml，纯水滴加完毕后，在保温条件下搅拌50min后，开始降温至30℃，停止搅拌，静置2h后，过滤，干燥得到含量98.9％核黄素产品221.3g，结晶收率98.8％。总收率92.96％。
实施例4
将4份珍珠岩与硅藻土的混合物(其中珍珠岩占重量比20％，硅藻土占重量比80％)与96份聚合氧化铝混合均匀后，投入到纯水中搅拌溶解，搅拌转速控制在15r/min，搅拌1h，搅拌完毕，配制成聚合氧化铝质量浓度为0.5％的絮凝剂待用。
取10L核黄素发酵液(效价23542mg/l)加热至85℃，保温45min，加热完毕，水浴降温至35℃。降温完毕，边搅拌边将1000ml上述絮凝剂加入至发酵液中，搅拌转速控制在15r/min。然后，将絮凝完毕的絮凝剂使用布氏漏斗过滤，总过滤时间为35min，得到1347g滤饼，收率98.9％。
将过滤后的滤饼加入烧杯中，往滤饼中加入13470ml乙醇，搅拌20min，搅拌完毕后，总过滤时间6min，过滤得到1335g滤饼，收率99.2％。
往浓盐酸中加入纯水稀释成质量浓度为15％的溶液，往滤饼中加入1335ml盐酸，搅拌30min至核黄素完全溶解，溶解完毕后过滤，过滤得到富含核黄素的溶液1280ml和52g菌丝体，收率99.2％。
将上述富含核黄素的溶液经过陶瓷膜过滤，进膜压力控制为0.28MPa，出膜压力控制为0.4MPa，膜过滤过程中控制物料温度为22℃。过滤后得到1150ml清液和130ml浓液，收率96.7％。
将过滤后的清液水浴加热至50℃，往加热后的清液中边通入空气搅拌边缓慢滴加纯水，通气量为0.4ml/min/ml，纯水加入量为795ml，纯水滴加完毕后，在保温条件下搅拌60min后，开始降温至15℃，停止搅拌，静置2h后，过滤，干燥得到含量99.0％核黄素产品219.1g，结晶收率97.9％。总收率92.14％。
实施例5
将5份珍珠岩与硅藻土的混合物(其中珍珠岩与硅藻土各占重量比50％)与95份壳聚糖混合均匀后，投入到纯水中搅拌溶解，搅拌转速控制在18r/min，搅拌2.3h，搅拌完毕，配制成壳聚糖质量浓度为0.4％的絮凝剂待用。
取10L核黄素发酵液(效价23542mg/l)加热至80℃，保温50min，加热完毕，水浴降温至28℃。降温完毕，边搅拌边将600ml上述絮凝剂加入至发酵液中，搅拌转速控制在12r/min。然后，将絮凝完毕的絮凝剂使用布氏漏斗过滤，总过滤时间为32min，得到1400g滤饼，收率99.3％。
将过滤后的滤饼加入烧杯中，往滤饼中加入1400ml乙醇，搅拌25min，搅拌完毕后，总过滤时间6min，过滤得到1395g滤饼，收率99.7％。
往浓盐酸中加入纯水稀释成质量浓度为23％的溶液，往滤饼中加入4185ml盐酸，搅拌30min至核黄素完全溶解，溶解完毕后过滤，过滤得到富含核黄素的溶液4148ml和53g菌丝体，收率99.0％。
将上述富含核黄素的溶液经过陶瓷膜过滤，进膜压力控制为0.26MPa，出膜压力控制为0.30MPa，膜过滤过程中控制物料温度为18℃。过滤后得到3940ml清液和208ml浓液，收率97.2％。
将过滤后的清液水浴加热至55℃，往加热后的清液中边通入空气搅拌边缓慢滴加纯水，通气量为0.3ml/min/ml，纯水加入量为3900ml，纯水滴加完毕后，在保温条件下搅拌30min后，开始降温至25℃，停止搅拌，静置2h后，过滤，干燥得到含量99.5％核黄素产品218.2g，结晶收率96.8％。总收率92.22％。
对比例1
(不按本发明进行滤饼脱水)
实验条件与实施例1相同，但省略滤饼脱水步骤，即絮凝后得到的滤饼，直接加入盐酸进行溶解。
酸溶过滤收率为98.6％，膜过滤收率为93.2％，结晶收率为98.4％。
最终得到核黄素21.8g，含量为96.8％，总收率89.7％。
对比例2
(仅使用壳聚糖作为絮凝剂)
实验条件与实施例1相同，但仅使用壳聚糖作为絮凝剂溶液，絮凝剂溶液的配制方法为：将壳聚糖投入到纯水中搅拌溶解，搅拌转速控制在15r/min，搅拌3h，搅拌完毕，配制成壳聚糖浓度为0.3％的絮凝剂溶液。
絮凝后进行过滤，过滤时间达到2h，絮凝过滤收率96.5％。酸溶过滤收率为93.2％，膜过滤收率为94.7％，结晶收率为97.35％
最终得到核黄素19.96g,含量为97.8％，总收率82.91％。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
发酵液的絮凝过滤：将灭活后的发酵液降温，边搅拌边加入絮凝剂溶液，絮凝完毕后，过滤得到滤饼；所述絮凝剂溶液包括组分A和组分B，其中组分A为聚合氧化铝、聚丙烯酰胺或壳聚糖中的任何一种，组分B为硅藻土、珍珠岩或活性炭中的一种以上；所述组分A与组分B的重量比为(95～97)：(3～5)；絮凝剂溶液的配制方法为：将组分A和组分B混合均匀后，投入纯水中搅拌溶解，搅拌转速控制在15～20r/min，搅拌1～3h；絮凝剂溶液中，组分A的质量浓度为0.1％～0.5％；絮凝剂溶液的体积用量为发酵液体积的3％～10％；
滤饼脱水：往滤饼中加入脱水剂，搅拌均一后，过滤得到脱水滤饼；所述脱水剂为低级脂肪醇；脱水剂与滤饼的用量的体积：重量比为(1～10)ml:1g；
酸溶：脱水滤饼加入盐酸溶液后搅拌进行溶解，得到酸溶液；其中所述盐酸溶液为质量浓度为15％～30％的盐酸；盐酸溶液与脱水滤饼的用量的体积：重量比为(1～3)ml:1g；
膜过滤：酸溶液进入膜过滤系统，进行微滤，得到滤液；
结晶：滤液加热至50-60℃后，边通入空气搅拌，边加入水稀释后，保温搅拌结晶，降温，过滤，干燥得到核黄素结晶品。
2.权利要求1所述从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，所述发酵液的絮凝过滤步骤中，所述灭活后的发酵液是指将发酵液加热至75～95℃，保温30～60min；
任选的，所述降温是指降温至20～35℃。
3.权利要求1所述从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，所述絮凝剂溶液的体积用量为发酵液体积的5％～7％。
4.权利要求1所述从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，所述发酵液的絮凝过滤步骤中，所述搅拌的转速为5～15r/min。
5.权利要求1所述从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，所述滤饼脱水步骤中，脱水剂为甲醇或乙醇。
6.权利要求1所述从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，所述脱水剂与滤饼的用量的体积：重量比为(1～3)ml:1g。
7.权利要求1所述从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，所述滤饼脱水步骤中，搅拌15～30min。
8.权利要求1所述从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，所述膜过滤步骤中，所述膜为陶瓷膜；
任选的，膜过滤系统的条件为：进膜压力为0.25～0.30MPa，出膜压力为0.5～0.20MPa，膜过滤过程中控制酸溶液的温度为15～25℃。
9.权利要求1所述从核黄素发酵液中提取核黄素的方法，其特征在于，所述结晶步骤为将滤液加热，往加热后的滤液中边通入空气搅拌，通入空气搅拌时的通气量为0.25～0.5ml/min/ml；边缓慢滴加纯水，纯水滴加完毕后，在保温条件下搅拌，降温，停止搅拌，静置，过滤得到含量＞98％核黄素产品；
任选的，纯水的体积加入量为滤液体积的50％～100％；
任选的，保温条件下搅拌为保温条件下搅拌30～60min；
任选的，降温是指降温至10～30℃。
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