CN114805635B - 一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺 - Google Patents

一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生物技术领域，特别涉及一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺。采用粗品硫酸软骨素钠生产过程中产生的含盐蛋白废水为原料，分别采用陶瓷膜过滤技术、大孔树脂吸附技术、膜分离技术、生物酶降解技术和低温酸沉淀技术，实现脱盐蛋白粉和精品硫酸软骨素钠的联产。包括以下步骤：循环过滤粗品硫酸软骨素钠生产过程中产生的含盐蛋白废水，经陶瓷膜脱盐浓缩后，依次经硫酸软骨素专用树脂吸附、洗脱、低温酸沉淀、双氧水氧化、低倍沉淀、干燥、粉碎后得到硫酸软骨素钠；收集上述树脂吸附时的流出液，经纳滤、减压浓缩、喷雾干燥后得到脱盐蛋白粉；该联产工艺有利于大大减少含盐高氮等废水排放、可提高产品附加值，友好环境，对企业的生产经营具有十分重要的意义。

Description

一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺联产工艺。
背景技术
硫酸软骨素（Chondroitin sulfate,CS）是由葡萄糖醛酸(GlcA)和不同硫酸化取代的N-乙酰氨基半乳糖(GalNAc)组成的长链生物大分子聚合物，属于糖胺聚糖类物质，广泛存在于猪、牛、羊、鳄鱼、鲨鱼等软骨组织中。具有降血脂、抗肿瘤、抗衰老、治疗关节炎及神经痛等作用，是药品、食品、化妆品、保健品等领域重要的生化原料。蛋白胨主要作为微生物的培养基，是重要的生化试剂。胶原肽易于消化吸收，具有保护胃粘膜，防止胃溃疡，促进钙吸收，防治骨质疏松，促进皮肤胶原代谢，抑制血压上升，以及降低血清中胆固醇含量等多方面的生理功能，是食品、医药领域重要的添加剂，市场需求量不断增加，应用前景广阔。
利用各种动物来源的软骨为原料，单一生产不同结构的硫酸软骨素越来越不适应当今社会发展要求，如何高效利用生物资源、降低环境污染并提高软骨的综合利用率，已经成为社会关注的热点话题。本发明利用粗品硫酸软骨素钠生产过程中产生的含盐蛋白废水为原料，分别采用陶瓷膜过滤技术、大孔树脂吸附技术、膜分离技术、生物酶降解技术和低温酸沉淀技术，实现脱盐蛋白粉和精品硫酸软骨素钠的联产，较传统工艺具有设备投资费用少、污染排放少、自动化程度高、辅料消耗低、产品质量稳定、操作方便。
发明内容
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺联产工艺，包括以下工艺步骤：循环过滤粗品硫酸软骨素钠钠生产过程中产生的含盐废水，经进一步陶瓷膜脱盐浓缩后，依次经树脂吸附、洗脱、液低温酸沉淀、双氧水氧化、低倍沉淀、干燥、粉碎后得到硫酸软骨素钠。收集上述吸附时的流出液，纳滤分离、减压浓缩、喷雾干燥得到脱盐蛋白粉。
硫酸软骨素钠的工艺步骤为：
T1、收集粗品硫酸软骨素钠生产过程中的含盐蛋白废水作为原料液，将原料液转移至周转罐中，经陶瓷膜循环过滤，在过滤过程中向周转罐内补加纯化水保持原料液体积不变，同时检测原料液盐度变化，当检测到的原料液盐度降至0.1％以下时，不再向周转罐内补加纯化水，继续过滤浓缩，得到浓缩脱盐料液；
T2、将步骤T1得到的料液加入硫酸软骨素钠专用吸附树脂柱内，经吸附处理后，得到吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱；
T3、用120～140g/L的NaCl水溶液以3～5BV/h的流速对吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱进行洗脱处理，得到洗脱液；
T4、将洗脱液温度降至0-5℃，加入盐酸调节滤出液pH值为1.5±0.5，此时滤出液中产生大量沉淀，采用低温高速冷冻离心机进行离心，收集上清液，维持上清液温度为0-5℃，同时向上清液中快速滴加氢氧化钠溶液，使上清液pH值回调至9.5±0.5；
T5、对步骤T4得到的上清液进行加热，控制上清液温度为28±5℃，向上清液中分批加入过氧化氢进行氧化，氧化过程中每小时记录一次上清液的温度和pH值；
T6、氧化完成后，用低温冷冻离心机进行离心，离心完成后再次收集上清液，采用微孔滤膜过滤，加入盐酸调节滤液pH值为6.5±0.5，加入滤液体积1％的氯化钠，并向其中加入乙醇进行沉淀；
T7、去除上清液，收集沉淀物，将沉淀物干燥后粉碎，混合均匀得到硫酸软骨素钠。
作为优选方案，步骤T1中陶瓷膜的孔径为600D-3KD。
作为优选方案，步骤T5氧化过程中控制溶液pH值为9.5±0.5，温度28±5℃；氧化过程中过氧化氢的添加方式为：将过氧化氢分两批加入，第一批分三次加入，每隔30min加入1次，间歇搅拌，从第一次加入开始，共氧化3h；第二批过氧化氢分三次加入，每隔30min加入1次，间歇搅拌，从第一次加入开始共氧化8小时。
作为优选方案，步骤T6中微孔滤膜的孔径为0.45μm，加入乙醇的量为滤液体积的1.0-1.2倍，乙醇沉淀6h。
作为优选方案，步骤T7中沉淀物干燥条件为：真空干燥箱干燥4-6h，干燥温度为110-115℃。
脱盐蛋白粉的工艺步骤为：
S1、收集中T2步骤中的洗脱流出液；
S2、向步骤S1中得到的洗脱流出液中通入纳滤系统，纳滤至截留液含固量至25%左右停止；
S3、将纳滤截留液减压浓缩至料液含固量55%停止；
S4、将含固量55%的脱盐浓缩料液喷雾干燥，得脱盐蛋白粉。
作为优选方案，步骤S2中纳滤膜为100Da，纳滤操作条件为，操作压力 6bar，料液温度 45 摄氏温度，料液 PH6，分离浓缩至原料液原体积的20％。
作为优选方案，减压浓缩，其浓缩条件为：一效温度85～90℃，二效温度80～85℃，三效温度65～70℃，真空度为0.03～0.05Mpa。
作为优选方案，喷雾干燥，进风温度185℃，出风温度85℃。
本发明具有如下有益效果：
(1)以粗品硫酸软骨素钠生产过程中产生的含盐蛋白废水为原料，依次采用陶瓷膜过滤技术、膜分离技术、大孔树脂吸附技术和低温酸沉淀技术，实现脱盐和蛋白聚糖高效分离。同时陶瓷膜过滤循环再利用，使得含盐蛋白废水排放降低90％以上，达到绿色生产目的。
(2)采用该联产工艺制得的脱盐蛋白粉，产品盐浓度有效控制在50ppm以内，适用于制备高端水产养殖饲料、宠物饲料、特医食品等高附加值产品。
(3)采用该联产工艺制得的精品硫酸软骨素钠各项检测指标符合规定，可用于制备药品或作为化妆品祛斑保湿关键组分。
具体实施方式
实施例1
一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺联产工艺，包括以下特征步骤：
硫酸软骨素钠的工艺步骤为：
T1、收集粗品硫酸软骨素钠生产过程中的含盐蛋白废水作为原料液，将原料液1500L转移至周转罐中，经10KD陶瓷膜循环过滤，在过滤过程中向周转罐内补加纯化水保持原料液体积不变，同时检测原料液盐度变化，当检测到的原料液盐度降至0.1％以下时，不再向周转罐内补加纯化水，继续过滤浓缩，得到浓缩脱盐料液；
T2、将步骤T1得到的料液加入硫酸软骨素钠专用吸附树脂柱内，经吸附处理后，得到吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱。
T3、用120g/L的NaCl水溶液以3BV/h的流速对吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱进行洗脱处理，得到洗脱液。
T4、将洗脱液温度降至4℃，加入盐酸调节滤出液pH值为1.0，此时滤出液中产生大量沉淀，采用低温高速冷冻离心机进行离心，收集上清液，维持上清液温度为0-5℃，同时向上清液中快速滴加氢氧化钠溶液，使上清液pH值回调至9.5；
T5、对步骤T4得到的上清液进行加热，控制上清液温度为25℃，向上清液中分批加入过氧化氢(过氧化氢原浓度为30％，加入前按1:3稀释)进行氧化，氧化过程中每小时记录一次上清液的温度和pH值,氧化过程为：过氧化氢分两批加入，第一批过氧化氢的加入方式为：向上清液中加入上清液体积0.5％(w/v)过 氧化氢，分三次加入，每隔30min加一次，1h加完，间歇搅拌，从第一次加入开始，共氧化3h；第二批过氧化氢的加入方式为：再向上清液中加入上清液体积0.5％(w/v)过氧化氢，分三次加入，每隔30min加一次，间歇搅拌，从第一次加入开始共氧化8h，氧化过程中每小时记录一次上清液的温度和pH值，控制溶液pH值为9.5，温度为28℃；
T6、氧化完成后，用低温冷冻离心机进行离心，离心完成后再次收集上清液，采用0.45μm微孔滤膜过滤，加入盐酸调节滤液pH值为6.5，加入滤液体积1％的氯 化钠，并向其中加入1倍乙醇进行沉淀，沉淀6h；
T7、去除上清液，收集沉淀物，将沉淀物转移至真空干燥箱中干燥4h，干燥温度为112℃，干燥结束后，将沉淀物从真空干燥箱中取出、粉碎，混合均匀得到硫酸软骨素钠3.51KG。
脱盐蛋白粉的工艺步骤为：
S1、收集权利要求2中T2步骤中的洗脱流出液1500L；
S2、向步骤S1中得到的洗脱流出液1500L中通入纳滤系统，纳滤至截留液含固量至25%左右停止。
S3、将纳滤截留液减压浓缩至料液含固量55%停止,减压浓缩条件为：一效温度85℃，二效温度80℃，三效温度65℃，真空度为0.03Mpa。
S4、将含固量55%的脱盐浓缩料液喷雾干燥，进风温度185℃，出风温度85℃。
得脱盐蛋白粉85.7KG。
对本实施例制备得到的脱盐蛋白粉进行检测，检测结果如表1所示：
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
对本实施例制备得到的硫酸软骨素钠进行检测，检测结果如表2所示：
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例2
一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺联产工艺，包括以下特征步骤：
硫酸软骨素钠的工艺步骤为：
T1、收集粗品硫酸软骨素钠生产过程中的含盐蛋白废水作为原料液，将原料液1500L转移至周转罐中，经30KD陶瓷膜循环过滤，在过滤过程中向周转罐内补加纯化水保持原料液体积不变，同时检测原料液盐度变化，当检测到的原料液盐度降至0.1％以下时，不再向周转罐内补加纯化水，继续过滤浓缩，得到浓缩脱盐料液；
T2、将步骤T1得到的料液加入硫酸软骨素钠专用吸附树脂柱内，经吸附处理后，得到吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱。
T3、用130g/L的NaCl水溶液以4BV/h的流速对吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱进行洗脱处理，得到洗脱液。
T4、将洗脱液温度降至0℃，加入盐酸调节滤出液pH值为1.0，此时滤出液中产生大量沉淀，采用低温高速冷冻离心机进行离心，收集上清液，维持上清液温度为0℃，同时向上清液中快速滴加氢氧化钠溶液，使上清液pH值回调至9.0；
T5、对步骤T4得到的上清液进行加热，控制上清液温度为23℃，向上清液中分批加入过氧化氢(过氧化氢原浓度为30％，加入前按1:3稀释)进行氧化，氧化过程中每小时记录一次上清液的温度和pH值,氧化过程为：过氧化氢分两批加入，第一批过氧化氢的加入方式为：向上清液中加入上清液体积0.5％(w/v)过氧化氢，分三次加入，每隔30min加一次，1h加完，间歇搅拌，从第一次加入开始，共氧化3h；第二批过氧化氢的加入方式为：再向上清液中加入上清液体积0.5％(w/v)过氧化氢，分三次加入，每隔30min加一次，间歇搅拌，从第一次加入开始共氧化8h，氧化过程中每小时记录一次上清液的温度和pH值，控制溶液pH值为9.0，温度为23℃；
T6、氧化完成后，用低温冷冻离心机进行离心，离心完成后再次收集上清液，采用0.45μm微孔滤膜过滤，加入盐酸调节滤液pH值为6.0，加入滤液体积1％的氯化钠，并向其中加入1倍乙醇进行沉淀，沉淀6h；
T7、去除上清液，收集沉淀物，将沉淀物转移至真空干燥箱中干燥4h，干燥温度为110℃，干燥结束后，将沉淀物从真空干燥箱中取出、粉碎，混合均匀得到硫酸软骨素钠3.47KG。
脱盐蛋白粉的工艺步骤为：
S1、收集权利要求2中T2步骤中的洗脱流出液1500L；
S2、向步骤S1中得到的洗脱流出液1500L中通入纳滤系统，纳滤至截留液含固量至25%左右停止。
S3、将纳滤截留液减压浓缩至料液含固量55%停止,减压浓缩条件为：一效温度88℃，二效温度82℃，三效温度68℃，真空度为0.04Mpa。
S4、将含固量55%的脱盐浓缩料液喷雾干燥，进风温度185℃，出风温度85℃。
得脱盐蛋白粉87.6KG。
对本实施例制备得到的脱盐蛋白粉进行检测，检测结果如表3所示：
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE003
对本实施例制备得到的硫酸软骨素钠进行检测，检测结果如表4所示：
表4
Figure DEST_PATH_IMAGE004
实施例3
一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺联产工艺，包括以下特征步骤：
硫酸软骨素钠的工艺步骤为：
T1、收集粗品硫酸软骨素钠生产过程中的含盐蛋白废水作为原料液，将原料液1500L转移至周转罐中，经20KD陶瓷膜循环过滤，在过滤过程中向周转罐内补加纯化水保持原料液体积不变，同时检测原料液盐度变化，当检测到的原料液盐度降至0.1％以下时，不再向周转罐内补加纯化水，继续过滤浓缩，得到浓缩脱盐料液；
T2、将步骤T1得到的料液加入硫酸软骨素钠专用吸附树脂柱内，经吸附处理后，得到吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱。
T3、用150g/L的NaCl水溶液以5BV/h的流速对吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱进行洗脱处理，得到洗脱液。
T4、将洗脱液温度降至5℃，加入盐酸调节滤出液pH值为2.0，此时滤出液中产生大量沉淀，采用低温高速冷冻离心机进行离心，收集上清液，维持上清液温度为5℃，同时向上清液中快速滴加氢氧化钠溶液，使上清液pH值回调至10；
T5、对步骤T4得到的上清液进行加热，控制上清液温度为32℃，向上清液中分批加入过氧化氢(过氧化氢原浓度为30％，加入前按1:3稀释)进行氧化，氧化过程中每小时记录一次上清液的温度和pH值,氧化过程为：过氧化氢分两批加入，第一批过氧化氢的加入方式为：向上清液中加入上清液体积0.5％(w/v)过氧化氢，分三次加入，每隔30min加一次，1h加完，间歇搅拌，从第一次加入开始，共氧化3h；第二批过氧化氢的加入方式为：再向上清液中加入上清液体积0.5％(w/v)过氧化氢，分三次加入，每隔30min加一次，间歇搅拌，从第一次加入开始共氧化8h，氧化过程中每小时记录一次上清液的温度和pH值，控制溶液pH值为10，温度为32℃；
T6、氧化完成后，用低温冷冻离心机进行离心，离心完成后再次收集上清液，采用0.45μm微孔滤膜过滤，加入盐酸调节滤液pH值为7.0，加入滤液体积1％的氯化钠，并向其中加入1倍乙醇进行沉淀，沉淀6h；
T7、去除上清液，收集沉淀物，将沉淀物转移至真空干燥箱中干燥4h，干燥温度为115℃，干燥结束后，将沉淀物从真空干燥箱中取出、粉碎，混合均匀得到硫酸软骨素钠3.64KG。
脱盐蛋白粉的工艺步骤为：
S1、收集权利要求2中T2步骤中的洗脱流出液1500L；
S2、向步骤S1中得到的洗脱流出液1500L中通入纳滤系统，纳滤至截留液含固量至25%左右停止。
S3、将纳滤截留液减压浓缩至料液含固量55%停止,减压浓缩条件为：一效温度90℃，二效温度85℃，三效温度70℃，真空度为0.05Mpa。。
S4、将含固量55%的脱盐浓缩料液喷雾干燥，进风温度185℃，出风温度85℃。得脱盐蛋白粉86.9KG。
对本实施例制备得到的脱盐蛋白粉进行检测，检测结果如表5所示：
表5
Figure DEST_PATH_IMAGE006
对本实施例制备得到的硫酸软骨素钠进行检测，检测结果如表6所示：
表6
Figure DEST_PATH_IMAGE008
采用本发明实施例得到的脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠，其检测结果均符合拟定的标准，该产品质量可靠，工艺可控，该联产工艺一方面大幅降低含盐含氮废水排放，另一方面所采用的联产工艺未使用价格昂贵的原辅料，产品生产成本可控，具有较高的经济价值，对企业的生产经营具有十分重要的意义。
尽管已经描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺，其特征在于，所述硫酸软骨素钠的工艺步骤为：
T1、收集粗品硫酸软骨素钠生产过程中的含盐蛋白废水作为原料液，将原料液转移至周转罐中，经陶瓷膜循环过滤，在过滤过程中向周转罐内补加纯化水保持原料液体积不变，同时检测原料液盐度变化，当检测到的原料液盐度降至0.1％以下时，不再向周转罐内补加纯化水，继续过滤浓缩，得到浓缩脱盐料液；
T2、将步骤T1得到的料液加入硫酸软骨素钠专用吸附树脂柱内，经吸附处理后，得到吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱；
脱盐蛋白粉的工艺步骤为：
S1、收集T2步骤中的洗脱流出液；
S2、向步骤S1中得到的洗脱流出液中通入纳滤系统，纳滤至截留液含固量至25% 左右停止，纳滤膜为100Da，纳滤操作条件为，操作压力 6bar，料液温度 45 摄氏温度，料液PH6，分离浓缩至原料液原体积的20％；
S3、将纳滤截留液减压浓缩至料液含固量55%停止，减压浓缩其浓缩条件为：一效温度85～90℃，二效温度80～85℃，三效温度65～70℃，真空度为0.03～0.05Mpa；
S4、将含固量55%的脱盐浓缩料液喷雾干燥，喷雾干燥，进风温度185℃，出风温度85℃，得脱盐蛋白粉；
T3、用120～140g/L的NaCl水溶液以3～5BV/h的流速对吸附了硫酸软骨素钠的树脂柱进行洗脱处理，得到洗脱液；
T4、将洗脱液温度降至0-5℃，加入盐酸调节滤出液pH值为1.5±0.5，此时滤出液中产生大量沉淀，采用低温高速冷冻离心机进行离心，收集上清液，维持上清液温度为0-5℃，同时向上清液中快速滴加氢氧化钠溶液，使上清液pH值回调至9.5±0.5；
T5、对步骤T4得到的上清液进行加热，控制上清液温度为28±5℃，向上清液中分批加入过氧化氢进行氧化，氧化过程中每小时记录一次上清液的温度和pH值；氧化过程中控制溶液pH值为9.5±0.5，温度28±5℃；氧化过程中过氧化氢的添加方式为：将过氧化氢分两批加入，第一批分三次加入，每隔30min加入1次，间歇搅拌，从第一次加入开始，共氧化3h；第二批过氧化氢分三次加入，每隔30min加入1次，间歇搅拌，从第一次加入开始共氧化8小时；
T6、氧化完成后，用低温冷冻离心机进行离心，离心完成后再次收集上清液，采用微孔滤膜过滤，加入盐酸调节滤液pH值为6.5±0.5，加入滤液体积1％的氯化钠，并向其中加入乙醇进行沉淀；
T7、去除上清液，收集沉淀物，将沉淀物干燥后粉碎，混合均匀得到硫酸软骨素钠。
2.根据权利要求1所述的一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺，其特征在于，步骤T1中陶瓷膜的孔径为600D-3KD。
3.根据权利要求1所述的一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺，其特征在于，步骤T6中微孔滤膜的孔径为0.45μm，加入乙醇的量为滤液体积的1.0-1.2倍，乙醇沉淀6h。
4.根据权利要求1所述的一种脱盐蛋白粉与硫酸软骨素钠联产工艺，其特征在于，步骤T7中沉淀物干燥条件为：真空干燥箱干燥4-6h，干燥温度为110-115℃。
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