CN112646175A - 一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种化妆品级高分子量γ‑聚谷氨酸的制备方法，属于聚谷氨酸处理技术领域。包括以下步骤：1）沉淀，2）过滤，3）精滤，4）纯化；1）沉淀：向γ‑聚谷氨酸发酵液中加乙醇水溶液，静置，弃上清液，收集沉淀；2）过滤：向沉淀中加纯化水，将溶液复溶至γ‑聚谷氨酸质量浓度6~8%，加强酸调溶液pH至3.5~4.0，加占溶液质量百分比0.8~1.5%的活性炭和0.8~1.5%的助滤剂，升温至90~95℃保温，趁热板框过滤，过滤温度90~95℃，收集滤液；3）精滤：将步骤2）所得滤液经叶片过滤机过滤，得精滤液。本发明的制备方法所得化妆品级高分子量γ‑聚谷氨酸，其分子量在10000 kDa以上，含量高，且透光度好。

Description

一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法

技术领域

一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，属于聚谷氨酸处理技术领域。

背景技术

二γ-聚谷氨酸，是以左、右旋光性的谷氨酸为单元体，以γ-位上的醯胺键聚合而成同质多肽，聚合度在100~15000 kDa间的对人体和环境无毒的物质。

γ-聚谷氨酸具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性，降解产物为无公害的谷氨酸，是一种优良的环保型高分子材料，可作为保水剂、重金属离子吸附剂、絮凝剂、缓释剂以及药物载体等，在化妆品、环境保护、食品、医药、农业、沙漠治理等产业均有很大的商业价值和社会价值。

高分子量γ-聚谷氨酸是指分子量1000~4000 kDa的γ-聚谷氨酸。当在化妆品领域应用时，高分子量γ-聚谷氨酸由于其黏度高、富有弹性、吸水性和保水性好，常用作稳定剂、增稠剂、保湿剂，添加在护肤产品、洗发水、发乳、剃须霜中。

申请人在研究中发现，高分子量γ-聚谷氨酸的在生产和应用中存在以下问题

第一，现有高分子量γ-聚谷氨酸纯度比较低，通常最高含量90%；现有高分子量γ-聚谷氨酸透光度不高，透光度仅为75~80%。在化妆品领域中，对于各种助剂的透光度有较高要求，比如透明瓶装精华液、面膜贴中的透明溶液、透明质地的洗发水中均需要加入高透光度的助剂，低透光度限制了高分子量γ-聚谷氨酸在化妆品领域的应用。

第二，现有高分子量γ-聚谷氨酸实际分子量较低。由于高粘度的提取困难，加上γ-聚谷氨酸提取过程中容易降解，目前现有高分子量的聚谷氨酸其实际分子量多在5000~15000k kDa之间波动，分子量分布较宽，且难以获得分子量在10000 kDa以上的高分子量γ-聚谷氨酸。然而，分子量越高的聚谷氨酸的保湿性和持水性也相应提高，更能够提升化妆品的功效，更适合应用于化妆品领域。

第三，现有高分子量γ-聚谷氨酸由于黏度高，提取纯化困难，工艺复杂，成本高昂，限制了市场及使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，该方法所得γ-聚谷氨酸分子量在10000 kDa以上，含量高，且透光度好。

本发明解决其技术问题所采用方法的技术方案是：该化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，包括以下步骤：1）沉淀，2）过滤，3）精滤，4）纯化；其中，

1）沉淀：向γ-聚谷氨酸发酵液中加入乙醇水溶液，静置，弃去上清液，收集沉淀；

2）过滤：向沉淀中加纯化水，将溶液复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度6~8%，加强酸调溶液pH至3.5~4.0，加入占溶液质量百分比0.8~1.5%的活性炭和0.8~1.5%的助滤剂，升温至90~95℃保温，然后趁热板框过滤，过滤温度90~95℃，收集滤液；

3）精滤：将步骤2）所得滤液经叶片过滤机过滤，得精滤液。

所述步骤1）沉淀的具体操作为：向质量浓度3~4%的γ-聚谷氨酸发酵液中加入2~4倍体积的乙醇水溶液，2~3h加完，静置1~2h后，弃去上清液，收集沉淀。

步骤1）所述γ-聚谷氨酸发酵液的γ-聚谷氨酸质量浓度大于等于3%，γ-聚谷氨酸分子量大于等于10000kDa。

步骤1）所述乙醇水溶液中乙醇体积百分比为90~97%。

步骤2）所述助滤剂采用180~200目硅藻土和纤维素纤维按质量比3:1.5~2.5混合。

所述纤维素纤维的纤维长度为500~1100微米。

步骤3）所述叶片过滤机预涂厚度0.4~0.6cm的助滤剂层，助滤剂层采用300~400目硅藻土和珍珠岩按质量比1:1混合而成。

自步骤2）加强酸起计时，至步骤3）过滤完成计时结束，用时小于等于4h。

所述步骤4）纯化的具体操作为：

4.1）向精滤液中加入2~3倍体积的乙醇水溶液，1.5~2.5h加完，静置1~2h后，弃去上清液，收集沉淀；向沉淀中加纯化水复溶至质量浓度16~20%，加强碱溶液调pH至6.0~6.5，得纯化液；

4.2）向纯化液中加入1~2倍体积的乙醇水溶液，搅拌，静置，弃去上清液；然后重复步骤4.2）的操作2~3次；

4.3）经真空干燥、粉碎，得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸。

对本发明的说明如下：

步骤2）和3）两次过滤去除杂质菌体和蛋白质类杂质。优选的，步骤2）所述强酸为盐酸。为防止酸性条件下γ-聚谷氨酸降解，造成分子量下降，步骤2）和3）两步过滤应在4h内完成。

步骤2）的助滤剂中，所述纤维素纤维为天然纤维素纤维或再生纤维素纤维。优选的，所述纤维素纤维为麻纤维；麻纤维截面具有不规则多角形锯齿，能带来更高的过滤流速。或者，所述纤维素纤维为滤杰素 FTG800（无锡绿建科技有限公司产），该纤维锯齿状的表面和大孔隙体积，能带来更高的过滤流速。优选的，所述纤维素纤维的纤维长度为700~900微米。

优选的，步骤3）所述珍珠岩为60~70目。

步骤4）所述强碱溶液为20~40%的氢氧化钠水溶液。步骤4）所述乙醇水溶液中乙醇体积百分比为90~97%。

与现有技术相比，本发明的所具有的有益效果是：

1、本发明的制备方法所得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸，其分子量在10000kDa以上，同时γ-聚谷氨酸含量高，且透光度较好。

申请人在研究中发现，目前10000kDa以上高分子量的γ-聚谷氨酸存在难以过滤的问题，为了顺利过滤不得不降低γ-聚谷氨酸的分子量，顺利过滤从而提高了透光率和纯度，因此现有市售透光度达到75%的γ-聚谷氨酸其分子量达到3000kDa已经较高了，而透光度75%仍不能满足化妆品领域的需求。

申请人通过在步骤2）中采用加强酸调溶液pH至3.5~4.0，以及将过滤温度控制在90~95℃，从而提高了10000kDa以上高分子量的γ-聚谷氨酸溶液的流动性，降低其粘度，以提高板框过滤效率，使得过滤顺利实施。并且申请人在研究中发现，影响透光度的原因是，溶液中存在10纳米以上的杂质菌体、以及蛋白质类杂质，形成浑浊的悬浮液，因此申请人设计加入占溶液质量百分比0.8~1.5%的活性炭和占溶液质量百分比0.8~1.5%的助滤剂，对杂质进行吸附、使杂质团聚 ，从而提高过滤效率、提高透光度，并且提高γ-聚谷氨酸的含量。

2、本发明的制备方法所得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸中盐类杂质较少，氯化物和硫酸盐的含量均≤1.0%，更适用于应用于化妆品领域。由于化妆品中常添加有多种功效型成分，如γ-聚谷氨酸中盐类杂质含量过高，很容易与其他添加剂反生反应，形成沉淀。申请人在本发明步骤2）中加入占溶液质量百分比0.8~1.5%的活性炭和0.8~1.5%的助滤剂，能有效出去盐类杂质。最终所得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸中氯化物和硫酸盐的含量均小于1.0%。的提纯成本。

3、本发明的制备方法成本低廉、应用方便，能够使用现有设备生产，降低了高分子量γ-聚谷氨酸。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施例。

原料γ-聚谷氨酸发酵液为市售品，为山东金洋药业有限公司产，型号P01，发酵液浓度3.5%，分子量范围＞10000kDa；

200目硅藻土，青岛川山新材料有限公司，硅藻土200#；

300目硅藻土，青岛川山新材料有限公司，硅藻土300#；

400目硅藻土，青岛川山新材料有限公司，硅藻土400#；

滤杰素 FTG800，无锡绿建科技有限公司产，纤维长度700~900微米；

亚麻纤维，纤维长度500~1100微米；

珍珠岩，天津市大茂化学试剂厂，70目；

活性炭，上海活性炭厂有限公司，767型针用活性炭；

板框压滤机，山东景津压滤机集团有限公司产。

实施例1

本实施例化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，包括以下步骤：

1）沉淀：向γ-聚谷氨酸发酵液中加入3倍体积的95V/V%乙醇水溶液，3h加完，静置1h后，弃去上清液，收集沉淀；

2）过滤：向沉淀中加纯化水，将溶液复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度7%，加盐酸调溶液pH至3.5，加入占溶液质量百分比1.0%的活性炭和占溶液质量百分比1.0%的助滤剂（200目硅藻土和滤杰素 FTG800按质量比3:2混合），升温至95℃保温30min，然后趁热板框过滤，过滤温度95℃，收集滤液；

3）精滤：将步骤2）所得滤液经叶片过滤机过滤，得精滤液；叶片过滤机预涂厚度0.4~0.6cm的助滤剂层，助滤剂层采用400目硅藻土和珍珠岩按质量比1:1混合而成；自步骤2）加盐酸起计时，至步骤3）过滤完成计时结束，用时小于等于4h；

4）纯化：

4.1）向精滤液中加入2倍体积的95V/V%乙醇水溶液，2h加完，静置2h后，弃去上清液，收集沉淀；向沉淀中加纯化水复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度18%，加30%的氢氧化钠水溶液调pH至6.5，得纯化液；

4.2）向纯化液中加入2倍体积的95V/V%乙醇水溶液，搅拌1h，静置2h，弃去上清液；然后重复步骤4.2）的操作3次；

4.3）经真空干燥、粉碎，得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸。

实施例

本实施例化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，包括以下步骤：

1）沉淀：向γ-聚谷氨酸发酵液中加入4倍体积的90V/V%乙醇水溶液，2h加完，静置2h后，弃去上清液，收集沉淀；

2）过滤：向沉淀中加纯化水，将溶液复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度6%，加盐酸调溶液pH至4.0，加入占溶液质量百分比1.0%的活性炭和占溶液质量百分比1.5%的助滤剂（200目硅藻土和亚麻纤维按质量比3:1.5混合），升温至90℃保温40min，然后趁热板框过滤，过滤温度90℃，收集滤液；

3）精滤：将步骤2）所得滤液经叶片过滤机过滤，得精滤液；叶片过滤机预涂厚度0.4~0.6cm的助滤剂层，助滤剂层采用300目硅藻土和珍珠岩按质量比1:1混合而成；自步骤2）加盐酸起计时，至步骤3）过滤完成计时结束，用时小于等于4h；

4）纯化：

4.1）向精滤液中加入3倍体积的90V/V%乙醇水溶液， 2.5h加完，静置1.5h后，弃去上清液，收集沉淀；向沉淀中加纯化水复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度20%，加40%的氢氧化钠水溶液调pH至6.0，得纯化液；

4.2）向纯化液中加入1.5倍体积的97V/V%乙醇水溶液，搅拌1h，静置2h，弃去上清液；然后重复步骤4.2）的操作3次；

4.3）经真空干燥、粉碎，得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸。

实施例

本实施例化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，包括以下步骤：

1）沉淀：向γ-聚谷氨酸发酵液中加入4倍体积的97V/V%乙醇水溶液，3h加完，静置1h后，弃去上清液，收集沉淀；

2）过滤：向沉淀中加纯化水，将溶液复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度7%，加盐酸调溶液pH至3.8，加入占溶液质量百分比1.5%的活性炭和占溶液质量百分比0.8%的助滤剂（200目硅藻土和滤杰素 FTG800按质量比3: 1.5混合），升温至92℃保温35min，然后趁热板框过滤，过滤温度92℃，收集滤液；

3）精滤：将步骤2）所得滤液经叶片过滤机过滤，得精滤液；叶片过滤机预涂厚度0.4~0.6cm的助滤剂层，助滤剂层采用300目硅藻土和珍珠岩按质量比1:1混合而成；自步骤2）加盐酸起计时，至步骤3）过滤完成计时结束，用时小于等于4h；

4）纯化：

4.1）向精滤液中加入3倍体积的97V/V%乙醇水溶液，1.5h加完，静置2h后，弃去上清液，收集沉淀；向沉淀中加纯化水复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度17%，加20%的氢氧化钠水溶液调pH至6.3，得纯化液；

4.2）向纯化液中加入1倍体积的90V/V%乙醇水溶液，搅拌1h，静置1h，弃去上清液；然后重复步骤4.2）的操作3次；

4.3）经真空干燥、粉碎，得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸。

实施例4

本实施例化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，包括以下步骤：

1）沉淀：向γ-聚谷氨酸发酵液中加入2倍体积的95V/V%乙醇水溶液，2h加完，静置1h后，弃去上清液，收集沉淀；

2）过滤：向沉淀中加纯化水，将溶液复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度8%，加盐酸调溶液pH至4.0，加入占溶液质量百分比0.8%的活性炭和占溶液质量百分比1.0%的助滤剂（200目硅藻土和亚麻纤维按质量比3:2.5混合），升温至90℃保温25min，然后趁热板框过滤，过滤温度90℃，收集滤液；

3）精滤：将步骤2）所得滤液经叶片过滤机过滤，得精滤液；叶片过滤机预涂厚度0.4~0.6cm的助滤剂层，助滤剂层采用300目硅藻土和珍珠岩按质量比1:1混合而成；自步骤2）加盐酸起计时，至步骤3）过滤完成计时结束，用时小于等于4h；

4）纯化：

4.1）向精滤液中加入3倍体积的90V/V%乙醇水溶液，2.5h加完，静置1h后，弃去上清液，收集沉淀；向沉淀中加纯化水复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度20%，加30%的氢氧化钠水溶液调pH至6.5，得纯化液；

4.2）向纯化液中加入2倍体积的90V/V%乙醇水溶液，搅拌0.5h，静置1h，弃去上清液；然后重复步骤4.2）的操作2次；

4.3）经真空干燥、粉碎，得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸。

性能测试

对实施例进行性能测试，测试结果录入表1；

1）γ-聚谷氨酸分子量检测方法：

标准溶液的配置：称取约1.0g对照品（精确至0.001g）至100ml容量瓶中，加水50ml，振荡溶解，加水稀释至刻度，摇匀。用0.45um的膜过滤器过滤；

试样液的配置：称取约1.0g试样（精确至0.001g）至100ml容量瓶中，加水50ml,振荡溶解，加水稀释至刻度，摇匀。用0.45um的膜过滤器过滤；

色谱条件：色谱柱：Waters凝胶色谱柱；流动相：10mol/L磷酸氢二钠和15mol/L磷酸二氢钾混合缓冲液，用0.45um的膜过滤器过滤；柱温：35℃；流动相流速：0.6mL/min；进样量：20uL；

在色谱条件下，对标准溶液进行测定，根据出峰时间绘制标准曲线，R²不得小于0.99。在色谱条件下，对试样液进行测定，记录出峰时间，根据标准曲线计算试样中聚谷氨酸的分子量。

2）聚谷氨酸含量检测方法：

采用与分子量检测方法相同的色谱条件；

标准溶液的配置：称取约0.10g对照品（精确至0.001g）至100ml容量瓶中，加水50ml，振荡溶解，加水稀释至刻度，摇匀记得到1.0g/L标准溶液。将1.0g/L标准溶液分别稀释10倍、5倍、4倍、2.5倍、2倍、1.6倍、1.25倍制成浓度分别为0.1g/L、0.2g/L、0.25g/L、0.4g/L、0.5g/L、0.6g/L、0.8g/L的标准溶液用0.45um的膜过滤器过滤；

试样液的配置：称取约0.05g试样（精确至0.001g）至100ml容量瓶中，加水50ml,振荡溶解，加水稀释至刻度，摇匀。用0.45um的膜过滤器过滤；

对标准溶液进行测定，根据峰面积绘制标准曲线，R²不得小于0.99。在色谱条件下，对试样液进行测定，记录峰面积，根据标准曲线计算试样中聚谷氨酸的含量，将含量录入表1。

表1 性能测试结果

。

通过表1可以看出：

实施例1~4所得γ-聚谷氨酸含量能达到96%以上，透光率能提高到91~96%，分子量≥10000kDa，γ-聚谷氨酸中氯化物和硫酸盐的含量均小于1.0%，适用于在化妆品领域应用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）沉淀，2）过滤，3）精滤，4）纯化；其中，

1）沉淀：向γ-聚谷氨酸发酵液中加入乙醇水溶液，静置，弃去上清液，收集沉淀；

2）过滤：向沉淀中加纯化水，将溶液复溶至γ-聚谷氨酸质量浓度6~8%，加强酸调溶液pH至3.5~4.0，加入占溶液质量百分比0.8~1.5%的活性炭和0.8~1.5%的助滤剂，升温至90~95℃保温，然后趁热板框过滤，过滤温度90~95℃，收集滤液；

3）精滤：将步骤2）所得滤液经叶片过滤机过滤，得精滤液。

2.根据权利要求1所述的一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：所述步骤1）沉淀的具体操作为：向质量浓度3~4%的γ-聚谷氨酸发酵液中加入2~4倍体积的乙醇水溶液，2~3h加完，静置1~2h后，弃去上清液，收集沉淀。

3.根据权利要求1或2所述的一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤1）所述γ-聚谷氨酸发酵液的γ-聚谷氨酸质量浓度大于等于3%，γ-聚谷氨酸分子量大于等于10000kDa。

4.根据权利要求1或2所述的一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤1）所述乙醇水溶液中乙醇体积百分比为90~97%。

5.根据权利要求1所述的一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤2）所述助滤剂采用180~200目硅藻土和纤维素纤维按质量比3:1.5~2.5混合。

6.根据权利要求1所述的一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：所述纤维素纤维的纤维长度为500~1100微米。

7.根据权利要求1所述的一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤3）所述叶片过滤机预涂厚度0.4~0.6cm的助滤剂层，助滤剂层采用300~400目硅藻土和珍珠岩按质量比1:1混合而成。

8.根据权利要求1所述的一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：自步骤2）加强酸起计时，至步骤3）过滤完成计时结束，用时小于等于4h。

9.根据权利要求1所述的一种化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：所述步骤4）纯化的具体操作为：

4.1）向精滤液中加入2~3倍体积的乙醇水溶液，1.5~2.5h加完，静置1~2h后，弃去上清液，收集沉淀；向沉淀中加纯化水复溶至质量浓度16~20%，加强碱溶液调pH至6.0~6.5，得纯化液；

4.2）向纯化液中加入1~2倍体积的乙醇水溶液，搅拌，静置，弃去上清液；然后重复步骤4.2）的操作2~3次；

4.3）经真空干燥、粉碎，得化妆品级高分子量γ-聚谷氨酸。