CN1081191C - 从发酵液中分离d－核糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物化学工程领域，涉及一种采用离子交换树脂从发酵液中分离D-核糖的方法。本发明将经过前处理后的发酵液以1～3米/小时的线速按序流过强酸性阳离子交换树脂柱(1)、弱碱性阴离子交换树脂柱(2)、弱酸性阳离子交换树脂柱(3)，并以去离子水洗柱，收集流出液，并用常规的方法从流出液中收集D-核糖，其收率可达95%以上。
Description
本发明属于生物化学工程领域，涉及发酵液中D-核糖的一种分离方法，尤其涉及一种采用离子交换树脂进行分离的方法。
D-核糖，英文名为D-Ribose，是生命中起着重要作用的核酸的一个组成部分，它的衍生物亦是某些维生素与辅酶的重要成分。可以作为维生素B2的中间体，也可作为各种核苷类药物和调味品的原料，因此，在生物化学工程领域有着十分广泛的应用。
八十年代以前，国外主要采用化学的方法进行合成，目前已广泛采用枯草芽孢杆菌的转酮醇酶突变株生产D-核糖。九十年代起，国内开始采用发酵法生产D-核糖。采用发酵法生产D-核糖，需要从发酵液的混合物中分离提取D-核糖。日本公开特许公报56-113297公开了一种从发酵液的混合物中分离提取D-核糖的方法，目前工业上也是采用这种方法进行生产的。该方法首先将发酵液用离心机去除菌体，然后将清液通过强酸性阳离子交换树脂AmberliteIR-120(H型)和强碱性阴离子交换树脂Amberlite IRA-400(OH型)，去除发酵液中的阳离子和阴离子，然后浓缩、结晶，获得D-核糖产品。采用上述方法从发酵液中分离提取D-核糖，损失很大，D-核糖的收率较低，当酵液中D-核糖的浓度较高时，一般为70～80％，当发酵液中D-核糖的浓度较低时，如每升含量为20～25克时，其收率仅为40～50％。其原因是D-核糖羟基等电点为12，当pH为12时，有较多的羟基解离，形成负电荷，与强碱性阴离子交换树脂发生离子交换，这种结合很难用水洗脱，致使D-核糖收率降低，另外，发酵液中存在的大量色素也往往影响产品的纯度，虽然可采用活性炭脱色，但其效果较差，往往只能获得棕色糖浆。因此，必须研究一种新的从发酵液的混合物中分离提取D-核糖的方法，以满足产业部门的需要。
本发明的目的在开公开一种新的从发酵液中分离D-核糖的方法。该方法以弱碱性阴离子树脂取代现有技术中使用的强碱性阴离子交换树脂，并辅以弱酸性阳离子树脂，形成一个去除杂质效率高、D-核糖损失少的优化组合体系，用于纯化D-核糖发酵液，以克服现有技术存在的收率不高的缺陷。
本发明的构思是这样的：
当发酵液通过强酸性阳离子交换树脂后，溶液呈酸性，而弱碱性阴离子交换树脂pH交换范围的0～8，一般无机阴离子仍可与其交换而被吸附，而D-核糖的离解pH值为12，因此基本上不被吸附，这样，即除去了发酵液中的无机阴离子，如SO4 ＝、SO4 -4和CI-1等，又可使D-核糖避免因吸附而造成损失，降低收率；该弱碱性阴离子交换树脂还可吸附发酵液中的色素，以提高D-核糖的纯度。
本发明亦是这样实现的：
本发明所说的方法包括三个部分：
(1)发酵液的前处理
(2)发酵液的纯化
(3)纯化液的后处理
详细过程如下所述：
(1)发酵液的前处理：将发酵液或添加了絮凝剂的发酵液用离心机或压滤机进行过滤，去除菌体和固体杂质。许多文献中对此都有论述，本发明不再赘述。
(2)发酵液的纯化：图1为该过程的示意图。图中：
1----强酸性阳离子交换树脂柱
2----弱碱性阴离子交换树脂柱
3----强酸性阳离子交换树脂柱
4----弱碱性阴离子交换树脂柱
去除了菌体和固体杂质的发酵液，D-核糖的含量约为40g/L左右，其中含有钙、镁、钾、钠等阳离子和硫酸根、磷酸根和氯根等阴离子，溶液呈深棕色。将该发酵液以1～3米/小时的流速按序流过强酸性阳离子交换树脂柱1、弱碱性阴离子交换树脂柱2、弱酸性阳离子交换树脂柱3，并以去离子水洗柱，将留存在柱内的D-核糖顶洗出来，获得去除了阳离子和阴离子的无色澄清的含有D-核糖的发酵液。强酸性阳离子交换树脂柱1的主要作用是去除溶液中的钙、镁、钾、钠等阳离子；弱碱性阴离子交换树脂柱2的主要作用是去除溶液中的硫酸根、磷酸根的氯根等阴离子和大部分色素；弱酸性阳离子交换树脂柱3的主要作用是去除溶液中残存的色素。这样所得到的发酵液呈酸性，其pH值为3～5，D-核糖的含量一般可达30g/L左右。为了获得中性的发酵液和进一步脱除残存于溶液中的极少量色素，还可添加一根弱碱性阴离子交换树脂柱4，以获得高品位的D-核糖产品。
树脂柱1中的强酸性阳离子交换树脂为732、0.01×7强酸性苯乙烯阳离子交换树脂或Amberlite IR-120等中的一种。
树脂柱2中的弱碱性阴离子交换树脂为D-315大孔径弱碱丙烯酸系阴离子交换树脂、弱碱330树脂、D301、D309、D396、D351、709、Amberlite IRA-63或IRA-94等中的一种。树脂的用量与发酵液的用量有一定的比例，发酵液与强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂的最佳比例分别为：
发酵液∶树脂＝(3～9)∶1(体积比)
树脂柱3中的弱酸性阳离子交换树脂为HD-1大孔酚醛系弱酸树脂、122或125等中的一种。其最佳比例为：
发酵液∶树脂＝(6～18)∶1(体积比)。
树脂柱4中的弱碱性阴离子交换树脂为D-315大孔径弱碱丙烯酸系阴离子交换树脂、弱碱330树脂、D301、D309、D396、D351、709、Amberlite IRA-63或IRA-94等中的一种。其最佳比例为：
发酵液∶树脂＝(6～18)∶1(体积比)。
(3)纯化液的后处理：步骤(2)所获得的无色澄清的含有D-核糖的发酵液可以通过浓缩、结晶等常规的分离方法最终获得成品D-核糖。
采用本发明所说的方法从发酵液中分离D-核糖，操作简便易行，D-核糖的收率可高达95％以上，产品D-核糖的纯度高，因此确为一种具有工业应用前景的分离方法。
下面将通过实施例对本发明的有关细节作进一步的阐述。
实施例1
将发酵液以8000rpm转速离心30min去除菌体，溶液中D-核糖的含量为36克/升，将该溶液1.5米/小时的线速依次流过装有732树脂、D-315树脂和HD-1树脂的树脂柱，其中732树脂用量为300毫升，树脂柱尺寸为φ26×800mm，D315树脂用量为300毫升，树脂柱尺寸为φ26×800mm，HD-1树脂用量为150毫升，树脂柱尺寸为φ26×600mm，发酵液上样完毕后，再用1000毫升去离子水洗涤。从树脂柱流出的溶液为无色明溶液，用硝酸银检验无Cl-，收集含有D-核糖的流出液1200毫升，D-核糖的含量为28.8克/升，pH值为5，收率为96％(wt％)。将该流出液浓缩、结晶和真空干燥后可得成品D-核糖，其纯度可达98％。
实施例2
将发酵液离心过滤除菌，获得D-核糖含量为40克/升的溶液，将该溶液40升以2米/小时的线速依次流过四根树脂柱，所说的树脂柱分别装有732树脂、D-315树脂、HD-1树脂和D-315树指。其中：732树脂用量为10升，树脂柱尺寸为φ150×1000mm，D315树脂用量为10升，树脂柱尺寸为φ150×1000mm；HP-1树脂用量为5升，树脂柱尺寸φ100×1000mm；第四根树脂柱中D315树脂的用量为5升，树脂柱尺寸为φ100×1000mm；发酵液上样完毕后，再用50升去离子水洗涤。收集无色透明的流出液65升，D-核糖的含量为22.6克/升，pH值为7，收率为92％(wt％)。将该流出液浓缩、结晶和真空干燥后可得成品D-核糖，其纯度可达98％。
实施例3
将发酵液离心过滤除菌，获得D-核糖含量为36克/升的溶液，将该溶液1000毫升以1.5/小时的线速依次流过装有732树脂、Amberlite IRA-63的树脂和122树脂的树脂柱。其中：732树脂用量为300毫升，树脂柱尺寸为φ26×800mm，Amberlite IRA-63树脂用量为300毫升，树脂柱尺寸为φ26×800mm，HD-1树脂用量为150毫升，树脂柱尺寸为φ26×600mm，发酵液上样完毕后，再用1000毫升去离子水洗涤。收集流出液1200毫升，D-核糖的含量为28.8克/升，pH值为4，收率为94％(wt％)。将该流出液浓缩、结晶和真空干燥后可得成品D-核糖，其纯度可达95％。
Claims (3)
1.一种从发醇液中分离D-核糖的方法，包括三个步骤：(1)发酵液的前处理，(2)发酵液的纯化，(3)纯化液的后处理，其特征在于发酵液的纯化是这样进行的：
将前处理后的发酵液以1～3米/小时的线速按序流过强酸性阳离子交换树脂柱(1)、弱碱性阴离子交换树脂柱(2)、弱酸性阳离子交换树脂柱(3)，并以去离子水洗柱，收集流出液，发酵液与强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂的最佳比例分别为：
发酵液∶树脂＝(3～9)∶1(体积比)
发酵液与弱酸性阳离子交换树脂的最佳比例为：
发酵液∶树脂＝(6～18)∶1(体积比)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：弱酸性阳离子交换树脂(3)的后面再串联一根弱碱性阴离子交换树脂(4)，发酵液与其最佳比例为：
发酵液∶树脂＝(6～18)∶1(体积比)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：树脂柱(1)中的强酸性阳离子交换树脂为732、0.01×7强酸性苯乙烯阳离子交换树脂或AmberliteIR-120中的一种；树脂柱(2)中的弱碱性阴离子交换树脂为D-315大孔径弱碱丙烯酸系阴离子交换树脂、弱碱330树脂、D301、D309、D396、D351、709、Amberlite IRA-63或IRA-94中的一种：树脂柱(3)中的弱酸性阳离子交换树脂为HD-1大孔酚醛系弱酸树脂、122或125中的一种；树脂柱(4)中的弱碱性阴离子交换树脂为D-315大孔径弱碱丙烯酸系阴离子交换树脂、弱碱330树脂、D301、D309、D396、D351、709、Amberlite IRA-63或IRA-94中的一种。
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