CN113429448B - 一种从发酵液中提取肌苷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于食品微生物、发酵技术领域，具体涉及一种从发酵液中提取肌苷的方法。其步骤为：A、将肌苷发酵液调节pH值为12～13，加热分离除去菌体，得到滤液，加热温度为65～90℃；B、将步骤A的滤液连续加入到机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统中，蒸发结晶，连续排出蒸发结晶液到分离机中，连续卸料，得到肌苷粗品滤饼；C、将步骤B的肌苷粗品精制，得到肌苷产品。所述步骤C中的精制包括溶解、脱色、过滤、结晶和分离过程。与离子交换树脂法和间歇冷却结晶法相比，本发明具有提高收率、节省能耗、缩短周期、减少杂质的效果。

Description

一种从发酵液中提取肌苷的方法
技术领域
本发明属于食品微生物、发酵技术领域，具体涉及一种从发酵液中提取肌苷的方法。
背景技术
肌苷(Inosine)，也称为次黄嘌呤核苷，化学式C10H12N4O5，化学名称为9-β-D-呋喃核糖次黄嘌呤。肌苷为白色结晶性粉末，在水中略溶，在乙醇中不溶，在盐酸溶液或氢氧化钠溶液中易溶。
肌苷在医药和食品添加剂领域有着广泛的用途。在医药领域中，用作辅酶类药物，对细胞膜具有较好的通透性，可以进入细胞，参与转化为核苷酸，参与机体的物质代谢和能量代谢。用于预防和治疗心脏和肝脏等器官的细胞损伤，有助于肝功能恢复正常，并能预防及解除部分药物引起的对心脏或肝脏的副作用，是治疗冠心病、肝炎、白血球减少症等的有效药物。在食品添加剂领域中，用作生产核苷酸的主要原料。用肌苷为原料生产的肌苷酸具有增加鲜味的作用，可添加到酱油、调味包等产品中，广泛应用于饮食、食品加工生产等行业。目前，肌苷市场需求旺盛，开发适合生产应用、降低生产成本、提高产品品质的生产工艺具有及其重要的意义。
发酵法是目前最常用的肌苷生产方法，具有生产效率高、生产条件温和、生产环境友好等优点，适宜于大规模工业化生产。其中，从发酵液中分离提取肌苷是发酵法生产肌苷的重要步骤，直接影响肌苷产品生产效率和生产成本。中国发明专利申请CN1056897A和CN1063873A采用离子交换树脂提取分离肌苷。离子交换法耗水量非常大，含有大量COD的离子交换废水造成环保处理困难，并且大量的废水带走肌苷，收率难以得到保障，生产周期长。
中国发明专利申请CN1074711A和CN1445012A采用絮凝剂沉淀，然后分离除菌，分离的菌体中含有大量的絮凝剂，影响了菌体进一步加工利用的价值。
中国发明专利申请CN1074711A将除去菌体后的滤液进行浓缩，然后置0～10℃低温中进行结晶，结晶完全一般需24～35小时。这种间歇冷却结晶法生产周期长，结晶降温过程耗费大量的搅拌动力和冷媒能量，并且由于温度低、时间长，大量的有机杂质随着结晶沉淀出来，为了提高粗品质量，通常在分离过程中加入大量洗水，溶解杂质的同时，也会造成肌苷的损失，因此，低温结晶沉淀不利于后续的进一步提纯以及收率的稳定。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明提供一种提高肌苷产量，增加肌苷晶体纯度的提取肌苷的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种从发酵液中提取肌苷的方法，其步骤为：A、将肌苷发酵液调节pH值为12～13，加热分离除去菌体，得到滤液，加热温度为65～90℃；B、将步骤A的滤液连续加入到机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统中，蒸发结晶，连续排出蒸发结晶液到分离机中，连续卸料，得到肌苷粗品滤饼；C、将步骤B的肌苷粗品精制，得到肌苷产品。所述步骤C中的精制包括溶解、脱色、过滤、结晶和分离过程。
进一步：在上述从发酵液中提取肌苷的方法中，所述步骤A的优选加热温度为80～90℃。将肌苷发酵液调节pH值优选为12.5，所述步骤A中的分离是指采用微滤膜设备进行固液分离。本发明采用的微滤膜是一种微孔陶瓷膜，其组件通道直径φ8mm，比传统通道直径φ3.5～6mm的组件具有更大的流通面积，使过滤分离的浓缩菌液可以获得更高的浓缩倍数，菌液浓度高，菌液干燥成固体饲料蛋白的蒸汽成本更低，且浓缩倍数高，透过微滤膜的肌苷滤液体积多，致使菌液中残留的肌苷少，增加产品收率，同时浓缩倍数高，过滤洗涤使用的洗水量减少，后期的浓缩成本减少，可谓一举多得。所述步骤B中的机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统是单效、双效、多效蒸发结晶系统中的任意一种。所述步骤B中的分离机是活塞推料离心机或者螺旋卸料过滤离心机，它们都是一种连续固液分离设备，一边进料一边分离得到固体和母液。所述的步骤B中排出蒸发结晶液的温度为70～90℃。所述的步骤B中排出蒸发结晶液的肌苷含量为30～60％。所述的步骤B中连续排出蒸发结晶液到分离机中的同时，流加洗水，洗涤粗品滤饼。所述的步骤C中肌苷粗品滤饼溶解浓度为25～40％，pH值6.5～7.5，溶解温度为65～98℃，所述的步骤C中脱色过程是指加入活性炭量为肌苷的0.5～3.5％，分离结晶的温度为5～25℃。
与现有技术相比，本发明加热分离除去菌体，得到滤液，加热温度为65～90℃”，优选80～90℃，试验发现，肌苷发酵液中蛋白质加热至80～90℃时，失去溶解性，蛋白质变性，可以形成颗粒团聚物，不易堵塞微滤膜孔，大幅度节省微滤膜再生药剂的使用量和频次，且发酵液粘度降低，过滤速度快，利于微滤分离，缩短生产周期，节省电力成本。肌苷粗品的工艺从分离除菌、蒸发结晶、连续分离整个工序形成了一个连续的生产线，改变了传统工艺分步间歇操作的生产模式。“步骤B中排出蒸发结晶液的温度为70～90℃”，试验发现，排出蒸发结晶液的温度为70～90℃时发酵。另外本发明革除添加絮凝剂步骤，通过调节发酵液的pH值和温度，即将肌苷发酵液调节pH值为12～13，发明人反复调试这个pH值，只有在这个pH值条件下，浓缩粗品结晶颗粒大，容易脱水，分离效率高，纯度高。发酵液中蛋白质变性，粘度降低，利于微滤分离，分离后的副产物菌液含有丰富的营养蛋白质，且不含絮凝剂杂质，适用于进一步加工成饲料蛋白，创造经济价值；本发明革除离子交换和碳柱吸附工序，采用蒸发结晶后高温分离技术，杂质随母液除去，利于提高粗品的质量，节省后续精制的活性炭的添加量，且由于粗品质量好，精制收率更加高，总收率提高；本发明采用机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其中机械蒸汽再压缩(简称MVR)蒸发技术原理是：蒸发器产生的二次蒸汽经过压缩机压缩，热焓值增加，作为蒸发器的热源加热物料，物料吸收热量后继续产生二次蒸汽，重复上述过程循环蒸发，蒸发系统只需要提供压缩机的电能，从而节省大量新鲜蒸汽。以MVR技术为基础的蒸发结晶系统，应用于肌苷滤液的蒸发结晶过程，具有较好的节能效果；本发明通过连续蒸发结晶，高温连续分离技术，蒸发结晶后分离就得到粗品，大大简化了流程，缩短了粗品分离周期；且通过提高结晶液的浓度，提高分离的温度，保证了粗品的质量和收率；革除低温结晶过程，使生产能耗有效降低；实现了生产周期大幅度缩短，生产效率大幅度提高，提高产品质量和产量的目的。
所以本发明的有益效果如下：
本发明利用浓缩结晶工序短，减少设备投资，节省运行能耗，提高了肌苷粗品的质量，降低了精制的难度，并且简化了工艺，提高了收率，降低了成本，适合应用于工业化生产。
具体实施方式
本发明的主旨是通过从发酵液提纯肌苷，该方法具有纯化工序短、操作简单、生产周期短、粗品质量好的特点，克服了现有技术存在的菌体蛋白难以利用、收率不高、粗品含杂质多、分离困难、能耗高的缺点，使肌苷的收率和质量得到显著提高。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，其中方法各个原材料、压力、温度的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。首先，简述本发明方法的基本方案：一种从发酵液中提取肌苷的方法，其步骤为：A、将肌苷发酵液调节pH值为12～13，加热分离除去菌体，得到滤液，加热温度为65～90℃；B、将步骤A的滤液连续加入到机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统中，蒸发结晶，连续排出蒸发结晶液到分离机中，连续卸料，得到肌苷粗品滤饼；C、将步骤B的肌苷粗品精制，得到肌苷产品；所述步骤C中的精制包括溶解、脱色、过滤、结晶和分离过程。
实施例1
发酵液75立方，肌苷含量62.5g/L，在搅拌条件下，调pH值至12.1，蒸汽将发酵液加热至82℃，进行陶瓷膜微滤系统过滤，压力0.2～0.5MPa，得到滤清液，加入洗水，一边过滤一边洗涤菌体，过滤完毕，菌体抽去制作菌体蛋白饲料，合并洗水和滤清液去机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，机械压缩二次蒸汽，加热物料，蒸发水分，得到稳定结晶颗粒，一边滤液进料一边蒸发结晶液出料进入连续分离机，控制蒸发结晶液出料肌苷35～38％含量，温度75℃，分离得到肌苷粗品。粗品母液和精品母液浓缩回收肌苷作为粗品混合精制。肌苷粗品溶解于水中，浓度27.5％，调节pH值至7.0，加热至85℃，溶解清澈，加入活性炭量为肌苷的0.8％，降温至6℃分离，干燥，得到肌苷产品4.10吨，总收率达87.5％。经检测，肌苷粗品含量72.3％，色谱纯度99.50％；肌苷成品含量99.47％，色谱纯度99.75％；透光率99.1％，灼烧残渣0.15％。
实施例2
发酵液78立方，肌苷含量58.8g/L，在搅拌条件下，调pH值至12.5，蒸汽将发酵液加热至88℃，进行陶瓷膜微滤系统过滤，压力0.2～0.5MPa，得到滤清液，加入洗水，一边过滤一边洗涤菌体，过滤完毕，菌体抽去制作菌体蛋白饲料，合并洗水和滤清液去机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，机械压缩二次蒸汽，加热物料，蒸发水分，得到稳定结晶颗粒，一边滤液进料一边蒸发结晶液出料进入连续分离机，控制蒸发结晶液出料肌苷31～35％含量，温度80℃，分离得到肌苷粗品。粗品母液和精品母液浓缩回收肌苷作为粗品混合精制。肌苷粗品溶解于水中，浓度28.5％，调节pH值至7.1，加热至88℃，溶解清澈，加入活性炭量为肌苷的0.9％，降温至8℃分离，干燥，得到肌苷产品4.03吨，总收率达87.8％。经检测，肌苷粗品含量73.8％，色谱纯度99.56％；肌苷成品含量99.59％，色谱纯度99.67％；透光率99.5％，灼烧残渣0.13％。
实施例3
发酵液76立方，肌苷含量59.3g/L，在搅拌条件下，调pH值至12.2，蒸汽将发酵液加热至85℃，进行陶瓷膜微滤系统过滤，压力0.2～0.5MPa，得到滤清液，加入洗水，一边过滤一边洗涤菌体，过滤完毕，菌体抽去制作菌体蛋白饲料，合并洗水和滤清液去机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，机械压缩二次蒸汽，加热物料，蒸发水分，得到稳定结晶颗粒，一边滤液进料一边蒸发结晶液出料进入连续分离机，控制蒸发结晶液出料肌苷33～35％含量，温度82℃，分离得到肌苷粗品。粗品母液和精品母液浓缩回收肌苷作为粗品混合精制。肌苷粗品溶解于水中，浓度28.0％，调节pH值至6.8，加热至90℃，溶解清澈，加入活性炭量为肌苷的0.6％，降温至7℃分离，干燥，得到肌苷产品3.93吨，总收率达87.2％。经检测，肌苷粗品含量73.5％，色谱纯度99.55％；肌苷成品含量99.58％，色谱纯度99.77％；透光率99.4％，灼烧残渣0.10％。
实施例4
发酵液80立方，肌苷含量65.9g/L，在搅拌条件下，调pH值至12.6，蒸汽将发酵液加热至83℃，进行陶瓷膜微滤系统过滤，压力0.2～0.5MPa，得到滤清液，加入洗水，一边过滤一边洗涤菌体，过滤完毕，菌体抽去制作菌体蛋白饲料，合并洗水和滤清液去机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，机械压缩二次蒸汽，加热物料，蒸发水分，得到稳定结晶颗粒，一边滤液进料一边蒸发结晶液出料进入连续分离机，控制蒸发结晶液出料肌苷34～37％含量，温度85℃，分离得到肌苷粗品。粗品母液和精品母液浓缩回收肌苷作为粗品混合精制。肌苷粗品溶解于水中，浓度28.8％，调节pH值至6.9，加热至92℃，溶解清澈，加入活性炭量为肌苷的0.7％，降温至6℃分离，干燥，得到肌苷产品4.64吨，总收率达88.0％。经检测，肌苷粗品含量72.7％，色谱纯度99.65％；肌苷成品含量99.48％，色谱纯度99.63％；透光率99.5％，灼烧残渣0.11％。
上述实施例1-4的测试方法如下：
含量
按《中华人民共和国药典》四部通则0512《高效液相色谱法》测定。具体如下：
色谱条件与系统适用性
用十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂；以甲醇-水(7:93)为流动相；检测波长为248nm。取肌苷对照品约10mg，加1mo1/L盐酸溶液1mL，80℃水浴加热10分钟，放冷，加1mo1/L氢氧化钠溶液1mL，加水至50mL，取20uL注入液相色谱仪，调整色谱系统，肌苷峰与相邻杂质峰的分离度应符合要求，理论板数按肌苷峰计算不低于2000。
取本品适量，精密称定(精确至0.01mg)，加水溶解并定量稀释制成每1mL中约含20μg的溶液，摇匀，作为供试品溶液，精密量取20μL注入液相色谱仪，记录色谱图；另精密称取肌苷对照品适量，同法测定，按外标法以峰面积计算，即得。
色谱纯度
按《中华人民共和国药典》四部通则0512(高效液相色谱法》测定。具体如下：
取本品，精确至0.01g，加水溶解并稀释制成每1mL中含0.5mg的溶液，作为供试品溶液；按照含量测定的色谱条件，精密量取供试品溶液20μL，注入液相色谱仪，记录色谱图至主峰保留时间的2倍。按面积百分比法计算主峰的峰面积的百分比，以主峰的面积百分比作为供试品的色谱纯度。
透光率
准确称取约0.5g样品，精确至0.0001g，加水50mL使溶解，按《中华人民共和国药典》四部通则0401《紫外-可见分光光度法》，在430nm的波长处测定透光率。
灼烧残渣
准确称取约(1.0～2.0)g样品，精确至0.0001g，按《中华人民共和国药典》四部通则0841《炽灼残渣检査法》在(700～800)℃下灼烧1.5小时。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种从发酵液中提取肌苷的方法，其步骤为：
A、将肌苷发酵液调节pH值为12～13，加热分离除去菌体，得到滤液，加热温度为80～90℃；
B、将步骤A的滤液连续加入到机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统中，蒸发结晶，连续排出蒸发结晶液到分离机中，连续卸料，得到肌苷粗品滤饼；
C、将步骤B的肌苷粗品精制，得到肌苷产品；
所述步骤A中的分离是指采用微滤膜设备进行固液分离；所述的步骤B中排出蒸发结晶液的温度为70～90℃；所述的步骤B中排出蒸发结晶液的肌苷含量为30～60％；所述步骤C中的精制包括溶解、脱色、过滤、结晶和分离过程。
2.根据权利要求1所述的从发酵液中提取肌苷的方法，其特征在于：所述步骤A中发酵液调节pH值为12.5。
3.根据权利要求1所述的从发酵液中提取肌苷的方法，其特征在于：所述步骤B中的机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统是单效、双效、多效蒸发结晶系统中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的从发酵液中提取肌苷的方法，其特征在于：所述步骤B中的分离机是活塞推料离心机或者螺旋卸料过滤离心机。
5.根据权利要求1所述的从发酵液中提取肌苷的方法，其特征在于：所述的步骤B中连续排出蒸发结晶液到分离机中的同时，流加洗水，洗涤粗品滤饼。
6.根据权利要求1所述的从发酵液中提取肌苷的方法，其特征在于：所述的步骤C中肌苷粗品滤饼溶解浓度为25～40％，pH值6.5～7.5，溶解温度为65～98℃。
7.根据权利要求1所述的从发酵液中提取肌苷的方法，其特征在于：所述的步骤C中脱色过程是指加入活性炭量为肌苷的0.5～3.5％，分离结晶的温度为5～25℃。
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不同PH值的发酵液超滤对粗苷中肌苷含量及收率的影响;沈爱芳;当代化工研究(第2期);第4-5页 *

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