CN210419820U - 一种乳酸链球菌素的提取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种乳酸链球菌素的提取装置，它包括通过管道依次连接的发酵液储罐、微滤膜装置、超滤膜循环罐、超滤膜装置、纳滤膜装置以及喷干装置。该装置与现有技术相比较，结构简单，具有更低的基建成本，且自动化程度高，控制过程简单，人员劳动强度和使用量大大减少，可节省60％的人工费用，经济效益显著。另外，本提取装置可批量稳定生产高浓度、高效价的乳酸链球菌素产品，且产品质量稳定，乳酸链球菌素的回收率在98％以上，提高了生产效率、回收率和过滤精度。

Description

一种乳酸链球菌素的提取装置

技术领域

本实用新型属于生物仪器领域，具体涉及一种乳酸链球菌素的提取装置。

背景技术

在Nisin的生产中，主要是以乳链球菌和乳酸乳球菌作为生产菌，通过诱变方法获得高产菌株，并通过改变培养基配方以进一步提高产量。Nisin的抑菌机理是近年来的研究热点之一，并不断取得突破。其抑菌作用主要是杀菌，而非抑菌或溶菌。Nisin对营养细胞的作用主要是在细胞膜上，它可以抑制细菌细胞壁中肽聚糖等的生物合成，使细胞膜和磷脂化合物的合成受阻，导致细胞内物质外泄，引起细胞裂解

早在1928年，美国学者L.A.Rogers等首次发现乳酸链球菌的代谢产物能抑制乳酸细菌；1933年Witehead及其合作者观察到，野乳酸链球菌能抑制干酪制作中乳酸菌的生长和酸的产生，并发现抑制乳酸菌生长的乳链球菌代谢产物实质上是多肽；1947年MattickA.T.R研究发现血清学N群中的一些乳酸链球菌产生具有蛋白质性质的抑制物，并将其命名为“NISIN”，取自“Ninhibitory substance”；1948年M.Hoyle在牛奶中分离到的乳酸链球菌中，大约有三分之一产生乳酸链球菌素(后面的研究证实了该推测)；1951年Hirsch的研究表明，乳酸链球菌素可用于食品生物防腐，控制G﹢菌的污染；1952年Gowans J.L指出，由于乳酸链球菌素在血液pH值下的难溶解性和胰凝乳蛋白酶对其活性的破坏，乳酸链球菌素不能像抗生素一样用于人类或者动物的药用治疗剂；1953年乳酸链球菌素的第一批商业产品——Nisaplin在英国面世；1969年FAO/WH0食品添加剂联合专家委员会批准乳酸链球菌素可作为一种食品添加剂；1990年中华人民共和卫生部食品监督部门签发了乳酸链球菌素在中国的使用合格证明书。

然而现在随着人们生活水平的提高，健康食品、绿色食品的概念越来越被人们接受，对高效、无毒的天然防腐剂的研究和应用也越来越引起人们的重视。Nisin作为一种高效、无毒的天然食品添加剂符合未来食品防腐剂的要求，不仅有较好的防腐抑菌作用，而且能减弱热处理强度，降低加工成本，改善食品风味、外观和营养价值。乳酸链球菌素以其高效、安全而越来越受到食品加工企业的青睬，其需求量不断增大。

与传统的食品防腐剂相比，无毒的天然食品防腐剂主要有以下优势：

1)抑菌谱广：包括乳球菌、葡萄球菌、链球菌、微球菌、乳杆菌、片球菌属、李斯特菌、分枝杆菌等革兰阳性细菌，特别是对金黄色葡萄球菌、溶血链球菌、肉毒杆菌、芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌的抑制效果特别明显。

2)安全绿色：酸链球菌素是一种多肽，人体食入后可被胃蛋白酶迅速分解为氨基酸，作为营养被人体所吸收，因而不会改变人体肠道内正常菌群的存活也不会像抗生素一样产生交叉抗性。

3)稳定性：乳酸链球菌素作为防腐剂添加于食品中，不会对食品的色、香、味、口感产生副作用。乳酸链球菌素的使用可降低食品的杀菌温度、减少热处理时间，从而保持食品的良好风味和营养价值，并节省能源，提高工作效率。乳酸链球菌素的酸性热稳定性和低温贮藏稳定性，有利于持久发挥其防腐效果，延长食品的保质期和货架期。乳酸链球菌素与热处理杀菌相结合，可大大提高腐败菌对热的敏感性，尤其是芽孢。

4)存在药用价值：乳酸链球菌素在医药工业中的应用乳酸菌素能有效地抑制某些病原菌的生长，为其在医药工业中的应用奠定了基础。近年来乳酸菌素的医药价值已开始引起人们的关注。Nisin在微生物之间不存在交叉抗性，因此有抗生素的治疗作用。它不同于其它抗生素。细菌不会对其产生抗性，比抗生素对细菌更有效，且用量也要小得多。本世纪初人们已经知道利用乳酸菌杀死肠道内的有害微生物，改变肠道微环境，并推出了治疗便秘、痢疾和伤寒的商品菌株Mutaflor。研究发现，Nisin可用于治疗胃和十二指肠溃疡、口腔溃疡、皮肤病、结核病及链球菌、葡萄球菌引起的牛乳腺炎。目前研究者正在研究Nisin是如何精确地与细菌结合并杀死细菌，以便能制造出对人体安全的药物。

5)菌种资源丰富：我国乳酸菌资源丰富，以乳链球菌和乳酸乳球菌作为生产菌，通过诱变方法获得高产菌株，并通过改变培养基配方以进一步提高产量。其中，对培养基配方的研究进行的较为活跃。

鉴于乳酸链球菌素在作防腐剂在食品添加剂中显著效果乳酸链球菌素(Nisin)是世界上公认安全的防腐剂，是一种由微生物代谢所产生的具有很强杀菌作用的天然代谢产物。乳酸链球菌素本身具有许多优良性质：首先，容易被人体消化道中的一些蛋白酶和胰蛋白酶所降解，不会在体内蓄积而引起不良反应，并且对食品的色、香、味等无不良影响。使用它还可以降低杀菌温度，减少热处理时间，因此能改进食品的营养价值、风味、结构、颜色等性状，同时还可节省能耗。Nisin本身具有热稳定性，并耐酸、耐低温贮藏，Nisin作为一种理想的天然防腐剂获得越来越广泛的应用。

传统的提取方法是通过发酵液有机溶剂法、吸附法或柱层析法得到乳酸链球菌素提取液。该些方法有以下缺点：

(1)、不能有效去除乳酸链球菌素发酵液中的杂蛋白、菌体等杂质，Nisin纯度不高；

(2)、采用传统工艺，因乳酸链球菌素是蛋白，极容易失活，也造成品质下降；

(3)、很难得到高效价的乳酸链球菌素且活性低、回收率低。

(4)、操作工序繁琐，工作量大，产量低，周期长，效率低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种乳酸链球菌素的提取装置，以解决现有技术存在的效果不佳等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种乳酸链球菌素的提取装置，包括发酵液储罐、微滤膜装置、超滤膜循环罐、超滤膜装置、纳滤膜装置以及喷干装置；

其中，所述的发酵液储罐中的料液通过微滤膜装置进料管进入微滤膜装置中；

所述微滤膜装置的截留液通过微滤膜装置回流管返回发酵液储罐中，透过液通过超滤膜循环罐进料管进入超滤膜循环罐内；

所述超滤膜循环罐分别与超滤膜装置和纳滤膜装置连接；超滤膜循环罐中的料液通过超滤膜装置进液管进入超滤膜装置中，通过纳滤膜装置进液管进入纳滤膜装置内；

所述超滤膜装置的截留液通过超滤膜装置回流管返回超滤膜循环罐内，透过液通过排液管排出并集中处理；

所述纳滤膜装置的截留液通过喷干装置进液管进入喷干装置内，过液通过外排管排出并集中处理。

具体地，所述的微滤膜装置进料管上设有微滤膜装置进料泵。

所述的超滤膜装置进液管上设有超滤膜装置进料泵。

所述的纳滤膜装置进液管上设有纳滤膜装置进料泵。

进一步地，所述的超滤膜装置进液管和纳滤膜装置进液管上分别设有阀门，用于切换入口。

优选地，所述的微滤膜装置为陶瓷微滤膜，其平均膜孔径为5～500nm。

所述的超滤膜装置的截留分子量为1000～5000Da，采用超滤膜装置对乳酸链球菌陶瓷膜清液进分级浓缩，有效提高乳酸链球菌素效价，可浓缩8-12倍。

所述的纳滤膜装置的截留分子量为100～800Da，采用纳滤膜浓缩，可以去除一部分小分子杂蛋白，进一步提高乳酸链球菌素纯度。

有益效果：

本实用新型提取装置采用膜过滤，可以在低温下浓缩，不破环乳酸链球菌素的结构，维持了乳酸链球菌素的活性；可批量稳定生产高浓度、高效价的乳酸链球菌素产品，设备运行稳定，且产品质量稳定，乳酸链球菌素的回收率在98％以上，进一步提高了生产效率、回收率和过滤精度；同时该提取装置比较节能，相比较传统生产工艺，自动化程度高，控制过程简单，人员劳动强度和使用量大大减少，可节省60％的人工费用，经济效益显著，采用膜分离装置，减小了设备的占地面积，降低了基建及能耗成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是该提取装置的整体结构示意图。

其中，各附图标记分别表示：1发酵液储罐、2微滤膜装置、3超滤膜循环罐、4超滤膜装置、5纳滤膜装置、6喷干装置、7微滤膜装置进料泵、8超滤膜装置进料泵、9纳滤膜装置进料泵、10微滤膜装置进料管、11微滤膜装置回流管、12超滤膜循环罐进料管、13超滤膜装置进液管、14超滤膜装置回流管、15排液管、16纳滤膜装置进液管、17喷干装置进液管、18外排管。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

以下实施例均采用如图1所示装置进行乳酸链球菌素的提取。该装置包括发酵液储罐1、微滤膜装置2、超滤膜循环罐3、超滤膜装置4、纳滤膜装置5以及喷干装置6。

其中，所述的发酵液储罐1中的料液通过微滤膜装置进料管10进入微滤膜装置2中；所述微滤膜装置2的截留液通过微滤膜装置回流管11返回发酵液储罐1中，透过液通过超滤膜循环罐进料管12进入超滤膜循环罐3内；所述超滤膜循环罐3分别与超滤膜装置4和纳滤膜装置5连接；超滤膜循环罐3中的料液通过超滤膜装置进液管13进入超滤膜装置4中，通过纳滤膜装置进液管16进入纳滤膜装置5内；所述超滤膜装置4的截留液通过超滤膜装置回流管14返回超滤膜循环罐3内，透过液通过排液管15排出并集中处理；所述纳滤膜装置5的截留液通过喷干装置进液管17进入喷干装置6内，过液通过外排管18排出并集中处理。

微滤膜装置进料管10上设有微滤膜装置进料泵7；超滤膜装置进液管13上设有超滤膜装置进料泵8；纳滤膜装置进液管16上设有纳滤膜装置进料泵9。

超滤膜装置进液管13和纳滤膜装置进液管16上分别设有阀门。

微滤膜装置2为陶瓷微滤膜，其平均膜孔径为5～500nm；超滤膜装置4的截留分子量为1000～5000Da；纳滤膜装置5的截留分子量为100～800Da。

实施例1

1)、发酵液储罐1内的料液受微滤膜装置进料泵7驱动，进入滤膜装置2中过滤，透过液进入超滤膜循环罐3内；

2)、打开超滤膜装置进液管13上的阀门，开启超滤膜装置进料泵8，将超滤膜循环罐3内送入超滤膜装置4内浓缩，浓缩截留液返回超滤膜循环罐3内，透过液通过排液管15排出进入污水处理系统集中处理；

3)、关闭超滤膜装置进液管13上的阀门和超滤膜装置进料泵8，打开纳滤膜装置进液管16和纳滤膜装置进料泵9，将上一步浓缩液送入纳滤膜装置5中进一步浓缩，截留浓缩液进入喷干装置6中干燥后即得。

其中，微滤膜装置2中，陶瓷膜的膜孔径为500nm，操作条件控制：膜面流速为8m/s，过滤温度为50℃，过滤压力为0.1MPa。

超滤膜装置4中，超滤膜截留分子量为5000Da，操作条件控制：过滤温度为40℃，过滤压力为0.5MPa。

纳滤膜装置5中，纳滤膜截留分子量为800Da，操作条件控制：过滤温度为50℃，过滤压力为0.5MPa。

该实施例陶瓷膜的孔径较大，过滤通量不稳定，清液通量衰减比较明显，有大分子杂蛋白透过，膜污染较快；超滤膜的截留率比较低，对乳酸链球菌素产品截留率低导致后面回收率折扣，纳滤膜的截留分子量也偏大，导致部分乳酸链球菌素损失；整个系统的过滤温度偏高，造成部分乳酸链球菌素失活，最终得到的乳酸链球菌素产品的总回收率为54.4％，纯度为98.7％。

实施例2

1)、发酵液储罐1内的料液受微滤膜装置进料泵7驱动，进入滤膜装置2中过滤，透过液进入超滤膜循环罐3内；

2)、打开超滤膜装置进液管13上的阀门，开启超滤膜装置进料泵8，将超滤膜循环罐3内送入超滤膜装置4内浓缩，浓缩截留液返回超滤膜循环罐3内，透过液通过排液管15排出进入污水处理系统集中处理；

3)、关闭超滤膜装置进液管13上的阀门和超滤膜装置进料泵8，打开纳滤膜装置进液管16和纳滤膜装置进料泵9，将上一步浓缩液送入纳滤膜装置5中进一步浓缩，截留浓缩液进入喷干装置6中干燥后即得。

其中，微滤膜装置2中，陶瓷膜的膜孔径为5nm，操作条件控制：膜面流速为2m/s，过滤温度为10℃，过滤压力为0.8MPa。

超滤膜装置4中，超滤膜截留分子量为1000Da，操作条件控制：过滤温度为10℃，过滤压力为2.5MPa。

纳滤膜装置5中，纳滤膜截留分子量为800Da，操作条件控制：过滤温度为10℃，过滤压力为2.5MPa。

该实施例陶瓷膜的孔径5nm，滤液质量很好，但温度较低，压力较大，造成过滤通量很低，能耗较大；超滤膜的分子量较低，截留效果比较好，温度较低，压力较大，能耗较高，且小分子杂蛋白也被浓缩；纳滤膜的截留分子量较低，收率较高；整个过滤过程中，温度较低，乳酸链球菌素的活性得到较好的保护，但过滤通量都比较低，能耗较高。最终得到的乳酸链球菌素产品的总回收率为99.3％，纯度为92.3％。

实施例3

1)、发酵液储罐1内的料液受微滤膜装置进料泵7驱动，进入滤膜装置2中过滤，透过液进入超滤膜循环罐3内；

2)、打开超滤膜装置进液管13上的阀门，开启超滤膜装置进料泵8，将超滤膜循环罐3内送入超滤膜装置4内浓缩，浓缩截留液返回超滤膜循环罐3内，透过液通过排液管15排出进入污水处理系统集中处理；

3)、关闭超滤膜装置进液管13上的阀门和超滤膜装置进料泵8，打开纳滤膜装置进液管16和纳滤膜装置进料泵9，将上一步浓缩液送入纳滤膜装置5中进一步浓缩，截留浓缩液进入喷干装置6中干燥后即得。

其中，微滤膜装置2中，陶瓷膜的膜孔径为50nm，操作条件控制：膜面流速为4m/s，过滤温度为30℃，过滤压力为0.35MPa。

超滤膜装置4中，超滤膜截留分子量为2000Da，操作条件控制：过滤温度为20℃，过滤压力为0.8MPa。

纳滤膜装置5中，纳滤膜截留分子量为500Da，操作条件控制：过滤温度为20℃，过滤压力为1.5MPa。

该实施例陶瓷膜的孔径50nm，滤液质量很好；超滤膜的截留效果比较好，同时去除了一部分小分子杂蛋白也被透过，提高了乳酸链球菌素的纯度；纳滤膜的截留效果较好，收率较高；整个过滤过程中，温度较低，乳酸链球菌素的活性得到较好的保护。最终得到的乳酸链球菌素产品的总回收率为99.1％，纯度为99.6％。

本实用新型提供了一种乳酸链球菌素的提取装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种乳酸链球菌素的提取装置，其特征在于，包括发酵液储罐(1)、用于过滤的微滤膜装置(2)、超滤膜循环罐(3)、用于截留的超滤膜装置(4)、用于浓缩的纳滤膜装置(5)以及喷干装置(6)；

其中，所述的发酵液储罐(1)中的料液通过微滤膜装置进料管(10)进入微滤膜装置(2)中；

所述微滤膜装置(2)的截留液通过微滤膜装置回流管(11)返回发酵液储罐(1)中，透过液通过超滤膜循环罐进料管(12)进入超滤膜循环罐(3)内；

所述超滤膜循环罐(3)分别与超滤膜装置(4)和纳滤膜装置(5)连接；超滤膜循环罐(3)中的料液通过超滤膜装置进液管(13)进入超滤膜装置(4)中，通过纳滤膜装置进液管(16)进入纳滤膜装置(5)内；

所述超滤膜装置(4)的截留液通过超滤膜装置回流管(14)返回超滤膜循环罐(3)内，透过液通过排液管(15)排出并集中处理；

所述纳滤膜装置(5)的截留液通过喷干装置进液管(17)进入喷干装置(6)内，过液通过外排管(18)排出并集中处理；

所述的微滤膜装置(2)为陶瓷微滤膜，其平均膜孔径为5～500nm；

所述的超滤膜装置(4)的截留分子量为1000～5000Da；

所述的纳滤膜装置(5)的截留分子量为100～800Da。

2.根据权利要求1所述的提取装置，其特征在于，所述的微滤膜装置进料管(10)上设有微滤膜装置进料泵(7)。

3.根据权利要求1所述的提取装置，其特征在于，所述的超滤膜装置进液管(13)上设有超滤膜装置进料泵(8)。

4.根据权利要求1所述的提取装置，其特征在于，所述的纳滤膜装置进液管(16)上设有纳滤膜装置进料泵(9)。

5.根据权利要求1所述的提取装置，其特征在于，所述的超滤膜装置进液管(13)和纳滤膜装置进液管(16)上分别设有阀门。

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