CN1226371C - 用co2超临界流体纯化胶原的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用CO2超临界流体纯化胶原的方法，其特点是用纯化反应器替代萃取装置，用CO2超临界流体在二维处理条件下对具有三维组织结构的天然胶原材料进行纯化，解决了在保持三维组织结构不变的条件下，有效地清除胶原中的油脂、纤维间质、细胞及其碎片等抗原物质和非胶原成分的重大技术难题。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种用CO2超临界流体纯化胶原的方法，属于超临界流体纯化技术领域。
二、背景技术
超临界流体技术是近几十年来开发的一项化工分离新技术。该过程低毒、少残留，可在常温下进行，因而特别适合于不稳定天然产物和生理活性物质的分离与精制，是食品、香料、医药和石油等深加工领域中获得高品质产品的最有效手段之一。
超临界CO2萃取技术是超临界流体技术领域应用最广的技术之一，超临界CO2萃取技术目前主要用于香料工业、食品工业、药物等萃取和提纯(如廖传华，超临界CO2萃取技术的应用和研究进展，《粮油加工与食品机械》2002，7)；微粒制备、材料加工和材料分析等(如银建中，超临界流体技术研究进展，《江苏化工》，2002，30(2))。中国专利01101877.1公开了制造纳米材料的超临界CO2抗溶剂装置。00129830.5公开了超临界CO2反向萃取法从茶叶提取物中提取儿茶素的工艺。隋智慧(《皮革化工》，2002，19(3))报道了用超临界CO2萃取法对绵羊皮脱脂进行了研究，认为：(1)皮样含水不利于脱脂，因水分存在于CO2和皮中脂肪之间，使得CO2与脂肪不能充分接触而导致脱脂率降低。因此，脱脂皮样应烘干除去水分；(2)CO2浓度提高，有利于提高脱脂率，当CO2选择最高浓度0.85g/mL(P＝20.4MPa)时，脱脂率可达94％；(3)提高CO2流速和增加萃取时间，有利于提高脱脂率，但不是线性提高。但对如何清除动物皮胶原中的纤维间质、细胞及其碎片等抗原物质和其它一切非胶原成分未作任何说明。本发明者曾报道了“CO2超临界流体介质中无污染制革技术研究，《皮革科学与工程》，1999，9(4)”。但至今未见有关用CO2超临界流体纯化胶原的方法的报道。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种用CO2超临界流体纯化胶原的方法，其特点是用CO2超临界流体在二维处理条件下对具有三维组织构造的天然胶原材料进行纯化，解决了在保持三维组织结构不变的条件下，有效地清除胶原中的油脂、纤维间质、细胞及其碎片等抗原物质和非胶原成分的重大技术难题。
发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
用CO2超临界流体纯化胶原材料的方法
1.打开进气阀，让CO2气进入储罐冷却系统，打开冷却系统开关，将储罐内的高压CO2气温冷却至-5～1℃；打开纯化反应器加热开关，通入循环热水以保证纯化反应器内温度为：33～45℃，
2.将准备好的胶原材料100份，蛋白酶0～0.45份，加入胶原纯化反应器内，关闭反应器盖，
3.打开储罐冷却系统出气开关及纯化反应器的进气开关，让储罐内被冷却的CO2气进入纯化反应器，待储罐气压与纯化反应器内的气压自然平衡，启动高压送气泵，将储罐内的冷却气体送入纯化反应器。当纯化反应器中的压力为10.0～15.0MPa，温度为33～45℃，开启纯化反应器中的搅拌器，调整转速为40～65r.p.m，纯化反应60～150分钟，
4.关闭各气阀，停止搅拌，缓慢打开纯化反应器的放气阀，严格控制放气速度，气体在30分钟左右放完，取出纯化反应后的胶原材料。
胶原材料为皮胶原、肌腱或器官组织中的任一种。
蛋白酶为AS1.398蛋白酶、3942蛋白酶、2709蛋白酶或166蛋白酶中的任一种。
纯化反应器外设加热或冷却夹套19，冷热水进口16和出口17、纯化反应器内设搅拌器12、温度计13、压力计18和CO2进气口14和出气口15，通过管道和管件将各部件和装置连接构成整体。
测试样品结果如下：
1.天然胶原组织结构没有被破坏，如图3所示，结果表明：猪皮胶原在用CO2超临界流体处理前纤维束间充满了纤维间质等非胶原物，纤维间的空隙小。与图3相同部位猪皮胶原在实施例4的条件下，经CO2超临界流体处理后胶原纤维束维持了原有结构和形状，如图4所示。但纤维束间的纤维间质等非胶原物去除干净，纤维间的空隙明显增大；
2.处理后的胶原纯度达到99％；
3.可满足生物医学材料加工的需要。
本发明具有如下优点
(1)运用CO2超临界流体二维处理技术对具有三维组织构造的天然胶原材料进行纯化，攻克了在维持胶原三维组织结构的前提下，快速、高效地清除胶原中的油脂、纤维间质、细胞及其碎片等抗原物质和其它一切非胶原成分的重大技术难题；
(2)应用该技术提高了目标材料的生物活性和生物相容性，以及物理—机械性能。大大地提高了胶原基复合医用生物材料及组织工程支架材料的安全性、可靠性和实用性；
(3)纯化处理条件温和(工作温度低、压力小)、时间短，既快速、高效，无有害物和副废物产生，属于环境友好的、可持续发展的高新技术。克服了现有萃取需要技术“动物皮需干燥、需在高压：P＝20.4MPa，提高CO2流速和增加萃取时间的条件下才有利于提高脱脂率”的不足；
(4)适用范围广。本发明的CO2超临界流体胶原纯化装置不仅可用于动物皮、肌腱或其他组织的纯化，还可广泛地应用于制药、食品以及制革等行业。
(5)实现了CO2超临界流体在二维条件下处理物料的纯化反应器装置；
(6)经过此装置纯化的胶原，三维组织构造保持不变，存在于胶原纤维间的低分子物质均被除去，从而达到了预期的目标。实验结果表明，经CO2超临界流体胶原纯化反应器纯化过的皮胶原远比常规工艺纯化过的皮胶原的纯度高。
四、附图说明
图1为用CO2超临界流体纯化胶原的工艺流程图
1.汇流器，2.净化器，3.冷机，4.储罐，5.高压气泵，6.蒸发器，7.混合机，8.预热器，9.纯化反应器，10.预热器，11.分离器。
图2为CO2超临界流体纯化反应器结构示意图
12.搅拌器，13.温度计，14.CO2进气口，15.CO2出气口，16.夹套进水口，17.夹套出水口，18.压力表，19.夹套。
图3为猪皮胶原在用CO2超临界流体处理前的光镜图
猪皮胶原在用CO2超临界流体处理前胶原纤维的编织状况，纤维束间充满了纤维间质等非胶原物，纤维间的空隙小。
图4为猪皮胶原在用CO2超临界流体处理后的光镜图；
与图3相同部位猪皮胶原在实施例4的条件下，经CO2超临界流体处理后胶原纤维的编织状况，胶原纤维束维持了原有结构和形状，但纤维束间的纤维间质等非胶原物去除干净，纤维间的空隙明显增大。
五、具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是具体实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限止，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
按前述工艺操作，对不同的胶原和蛋白酶的纯化参数如下：
实施例1：纯化猪皮胶原1000g
反应条件：温度：40℃ 压力：16MPa
时间：60min 转速：55转/分
实施例2：纯化羊皮胶原1000g
反应条件：温度：36℃ 压力：14MPa
时间：80min 转速：40转/分
实施例3：纯化牛肌腱胶原1000g
反应条件：温度：45℃ 压力：18MPa
时间：90min 转速：50转/分
实施例4：纯化牛皮胶原1000g
反应条件：温度：38℃ 压力：12MPa
时间：70min 转速：40转/分
蛋白酶(活力3.0～5.0万/g)0.6g
实施例5：羊纯化皮胶原1000g
反应条件：温度：35℃ 压力：10MPa
时间：80min 转速：40转/分
蛋白酶(活力3.0～5.0万/g)4.5g
实施例6：纯化鼠尾腱胶原1000g
反应条件：温度：40℃ 压力：12MPa
时间：90min 转速：55转/分
蛋白酶(活力3.0～5.0万/g)1.5g
以上所用蛋白酶为AS1.398蛋白酶、3942蛋白酶、2709蛋白酶和166蛋白酶为工业纯。无锡酶制剂厂和云南酶制剂厂生产。
Claims (4)
1.用CO2超临界流体纯化胶原的方法，其特征在于：
(1)打开进气阀，让CO2气进入储罐冷却系统，打开冷却系统开关，将储罐内的高压CO2气温冷却至-5～-1℃；打开纯化反应器加热开关，通入循环热水以保证纯化反应器内温度为33～45℃，
(2)将准备好的胶原材料100重量份，蛋白酶0～0.45重量份，加入胶原纯化反应器内，关闭反应器盖，
(3)打开储罐冷却系统出气开关及纯化反应器的进气开关，让储罐内被冷却的CO2气进入纯化反应器，待储罐气压与纯化反应器内的气压自然平衡，启动高压送气泵，将储罐内的冷却气体送入纯化反应器，当纯化反应器中的压力为10.0～15.0MPa，温度为33～45℃，开启纯化反应器中的搅拌器，调整转速为40～65r.p.m，继续纯化反应60～150分钟，
(4)关闭各气阀，停止搅拌，缓慢打开纯化反应器的放气阀，严格控制放气速度，气体在30分钟左右放完，取出纯化反应后的胶原材料。
2.按照权利要求1所述用CO2超临界流体纯化胶原的方法，其特征在于胶原材料为动物皮、肌腱或器官组织中的任一种。
3.按照权利要求1所述用CO2超临界流体纯化胶原的方法，其特征在于蛋白酶为AS1.398蛋白酶、3942蛋白酶、2709蛋白酶或166蛋白酶中的任一种。
4.按照权利要求1所述用CO2超临界流体纯化胶原的方法，其特征在于纯化反应器外设加热或冷却夹套(19)，冷热水进口(16)和出口(17)、纯化反应器内设搅拌器(12)、温度计(13)、压力计(18)和CO2进气口(14)和出气口(15)，通过管道和管件将各部件和装置连接构成整体。
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