CN217247358U - 一种酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统 - Google Patents

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吕雪峰
梁雅静
徐卉芳
刘维和
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Abstract

本实用新型公开了一种酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统。该系统包括料液储罐、输送泵、过滤器、换热器和微滤器;所述料液储罐的出口连接所述输送泵的进口;所述输送泵的出口连接所述过滤器的进口;所述过滤器的出口连接所述换热器的进口;所述换热器的出口连接所述微滤器的进口;所述微滤器设置有滤膜,所述滤膜用于对酶法合成甘油葡糖苷反应液进行过滤。该系统结构合理,处理通量高,去除酶催化剂效果显著,且使用方便,减少人工,大大降低生产成本,且产品收率极高、卫生等级高,适用于工业化应用。

Description

一种酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统
技术领域
本实用新型涉及酶催化反应液分离纯化领域,具体为一种酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统。
背景技术
甘油葡糖苷(GG)是一类由甘油分子和葡萄糖分子通过糖苷键连接而形成的糖苷类化合物,具有极强的“滋润、锁水、保湿”生理功效,并展现出的良好的预防龋齿及抗过敏效果,因此在化妆品、医药及食品行业具有巨大的应用价值和广阔的市场前景。
借助蔗糖磷酸化酶(纯酶或全细胞酶催化剂形式)一步高效催化廉价底物蔗糖和甘油合成GG的酶法生产工艺,因场地需求低、反应条件温和、底物廉价、催化高效、GG产量高等优点,被视为当前甘油葡糖苷工业化生产的理想方法之一。国内现有技术已基本确立了GG酶法生产工艺,但针对反应液下游如何高效分离纯化以满足工业化生产需求,目前鲜有研究报道。为了使最终分离纯化的GG产品达到应用于化妆品、食品、医药领域的质量标准,首先需要保证酶催化剂的有效去除,进而保证GG产品中无大分子蛋白和微生物细胞等杂质污染。
现有的酶法合成GG反应液中全细胞酶催化剂的去除采用的是加热变性和滤纸过滤相结合的方法(Andreas Kruschitz,Bernd Nidetzky;Separation and PurificationTechnology,241,2020,116749)。该方法滤纸过滤处理效率和稳定性很难满足工业放大的需求,多用于研究报道;而且使用滤纸有效过滤酶催化剂的前提是反应液中酶催化剂的彻底变性,否则细胞释放出的可溶蛋白会透过11μm的滤纸孔径,无法有效去除。因此,酶法GG工业化生产中如何高效去除全细胞酶催化剂,是当前酶法GG生产制各下游分离纯化亟待解决的关键问题之一。
实用新型内容
实际工业化生产中,酶法合成甘油葡糖苷反应液具有高粘度、低流动性、高浮力密度、高固含量等特点,进而导致现有常用的固液分离纯化工艺,如离心、过滤等,很难实现酶反应实际料液中酶催化剂的高效去除,因而现有固液分离纯化工艺无法满足酶法合成甘油葡糖苷反应液分离纯化的产业化应用需求。本实用新型的目的之一在于提供一种适合于工业化应用,高效、快速地从高溶质浓度、高粘度的酶法合成甘油葡糖苷反应液中去除酶催化剂的分离纯化工艺系统。
本实用新型提供了一种酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统,包括料液储罐、输送泵、过滤器、换热器和微滤器;
所述料液储罐的出口连接所述输送泵的进口;
所述输送泵的出口连接所述过滤器的进口;
所述过滤器的出口连接所述换热器的进口;
所述换热器的出口连接所述微滤器的进口;
所述微滤器设置有滤膜,所述滤膜用于对酶法合成甘油葡糖苷反应液进行过滤。
可选地,根据上述的系统,还包括清液罐,所述微滤器的透过液出口连接所述清液罐的进口。
可选地,根据上述的系统,所述微滤器的浓缩液出口连接所述料液储罐的进口。
可选地,根据上述的系统,所述滤膜为孔径为90~110纳米的中空纤维微滤膜。
可选地,根据上述的系统,所述输送泵为凸轮转子泵。
可选地,根据上述的系统,还包括模拟移动床,所述微滤器的透过液出口连接所述模拟移动床。
可选地,根据上述的系统,还包括超滤器,所述微滤器的透过液出口连接所述超滤器的进口。
可选地,根据上述的系统,还包括纳滤器,所述微滤器的透过液出口连接所述纳滤器的进口。
可选地,根据上述的系统,还包括超滤器、纳滤器和模拟移动床;
所述微滤器的透过液出口连接所述超滤器的进口;
所述超滤器的透过液出口连接所述纳滤器的进口;
所述纳滤器的浓缩液出口连接所述模拟移动床。
上述超滤器可设置有分子量截留范围为600Da的超滤膜。上述纳滤器可设置有分子量截留范围为150-300Da的纳滤膜。
与现有滤纸过滤分离工艺相比,本实用新型实施例提供的系统无需高温加热变性,直接一步膜分离,安全、能耗低、处理通量高、且菌体和蛋白去除彻底,操作简单,适合工业化应用。
现有离心法只能实现存在明显沉降系数差的固液分离,不适合高浮力密度的工业化酶法合成甘油葡糖苷反应液中的固液分离,离心去除全细胞催化剂效果很差;此外,离心法无法对反应液中可溶性的蛋白质等杂质和酶催化剂进行离心去除。与现有离心法分离工艺相比,本实用新型实施例提供的系统可同时高效去除菌体催化剂和蛋白质等大分子杂质,分离高效,操作简单。
与现有膜分离技术工艺系统相比,本实用新型实施例提供的系统:(1)加入了适合高粘度物料分离的低填充度的中空纤维微滤膜,可以有效截留菌体、色素、大蛋白等,大大提高产品纯度;(2)将常规使用发挥冷却料液功能的换热器组件改进为发挥加热控温料液功能的换热器组件,以达到降低反应料液的粘度,提高料液的膜分离处理通量;(3)将常规使用的离心泵改进为凸轮转子泵,可以满足高效输送高粘度反应液的需求;(4)增设了过滤器组件,用以去除反应液中的大颗粒物质,保护后续中空纤维微滤膜。
本实用新型实施例提供的系统结构合理,处理通量高,去除酶催化剂效果显著,且使用方便,减少人工,大大降低生产成本,且产品收率极高、卫生等级高,适用于工业化应用。
附图说明
图1为本实用新型示例性酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述,给出的实施例仅为了阐明本实用新型,而不是为了限制本实用新型的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南,并不以任何方式构成对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″坚直″、″水平″、″顶″、″底″、″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语″第一″、″第二″仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中,″多个″的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接:可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本实用新型。此外,本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
现有加热滤纸过滤工艺和离心法分离工艺并不适用工业生产中高粘度、低流动性、高浮力密度、高固含量的酶法合成甘油葡糖苷反应液中酶催化剂的高效去除,处理后的反应液中仍残留大量菌体细胞以及蛋白质等大分子。针对前述问题,本实用新型提供了一种酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统,将膜分离纯化工艺引入到酶法合成甘油葡糖苷反应液的酶催化剂去除工艺中,并进一步针对酶法合成甘油葡糖苷反应液高粘度、低流动性等限制膜处理通量的特点,设计了专属的过滤纯化系统,保证了该分离工艺的高处理通量,进而满足工业化生产需求。
本实施例的酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统包括料液储罐、输送泵、过滤器、换热器、微滤器。
料液储罐用于盛放酶法合成甘油葡糖苷反应液。
输送泵用于输送酶法合成甘油葡糖苷反应液。料液储罐的出口连接输送泵的进口,料液储罐中盛放的酶法合成甘油葡糖苷反应液通过输送泵输送至其它设备。可选地,输送泵为凸轮转子泵,凸轮转子泵与常规使用的离心泵相比,可以满足高效输送高粘度的酶法合成甘油葡糖苷反应液的需求。
过滤器用于去除酶法合成甘油葡糖苷反应液中的大颗粒物质,保护微滤器的中空纤维微滤膜。输送泵的出口连接过滤器的进口。通过输送泵输送的酶法合成甘油葡糖苷反应液进入过滤器,通过过滤器的过滤作用去除大颗粒物质,再从过滤器的出口排出。优选地,过滤器具有网筛,其网孔大小选用200目。
换热器为将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,用于控制酶法合成甘油葡糖苷反应液温度,达到降低酶法合成甘油葡糖苷反应液粘度的效果。过滤器的出口连接换热器的进口。去除大颗粒物质的酶法合成甘油葡糖苷反应液进入换热器,通过换热器的换热作用使其温度提高,再从换热器的出口排出,以达到降低该反应液的粘度,提高该反应液的膜分离处理通量的效果。例如,相同反应液在8℃条件下粘度高达466mP.s,中空纤维微滤膜处理通量仅能达到0.5L/h/m2,而在28℃条件下粘度则仅为85mP.s,中空纤维微滤膜处理通量可达3.5L/h/m2
微滤器设置有滤膜,用于去除酶反应液中的菌丝体、胶体、大蛋白、色素等,使得透过液澄清透亮。换热器的出口连接所述微滤器的进口。经换热器提高温度的酶法合成甘油葡糖苷反应液进入微滤器,在滤膜的过滤作用下去除菌丝体、胶体、大蛋白、色素等获得澄清透亮的透过液。例如,滤膜过滤处理前,反应液中菌浓度约10OD600,蛋白浓度约2.5mg/ml,而在滤膜过滤处理后,透过液中细胞完全去除,无菌体,蛋白浓度低于0.01mg/ml。优选地,滤膜为孔径为90~110纳米(例如100纳米)的中空纤维微滤膜,可以有效截留菌体、色素、大蛋白等,大大提高产品纯度。
如图1所示,为了收集盛放微滤器的透过液,酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统还可包括清液罐,微滤器的透过液出口连接清液罐的进口。该系统的工作流程主要为将酶法合成甘油葡糖苷反应液加入到料液储罐1,依次通过输送泵2、过滤器3、换热器4,最后进入微滤器5,通过微滤器的滤膜去除酶法合成甘油葡糖苷反应液中的菌体、胶体、大蛋白等,所得的透过液进入清液储罐6。
另外一种实施方式,上述酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统中,微滤器的浓缩液出口连接料液储罐的进口,使得微滤器的浓缩液进入该系统进行多轮重复过滤纯化。
另外一种实施方式,酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统还包括模拟移动床,微滤器的透过液出口连接模拟移动床。从微滤器获得的透过液进入模拟移动床,在模拟移动床的分离作用下,分离纯化获得GG。
另外一种实施方式,酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统还包括超滤器,微滤器的透过液出口连接超滤器的进口。超滤器设置有分子量截留范围为600Da的超滤膜。进一步,超滤器的透过液出口连接模拟移动床。超滤器用于去除微滤器的透过液中残留的蛋白、多肽等杂质。
另外一种实施方式,酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统还包括纳滤器,微滤器的透过液出口连接纳滤器的进口。纳滤器设置有分子量截留范围为150-300Da的纳滤膜。进一步,纳滤器的浓缩液出口连接模拟移动床。纳滤器用于去除微滤器的透过液中的甘油。
再一种实施方式中,酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统包括料液储罐、输送泵、过滤器、换热器、微滤器、超滤器、纳滤器和模拟移动床。料液储罐的出口连接输送泵的进口;输送泵的出口连接过滤器的进口;过滤器的出口连接所述换热器的进口;换热器的出口连接微滤器的进口;微滤器的透过液出口连接超滤器的进口;超滤器的透过液出口连接纳滤器的进口;纳滤器的浓缩液出口连接模拟移动床。该系统的工作流程主要为将酶法合成甘油葡糖苷反应液加入到料液储罐,依次通过输送泵、过滤器、换热器、微滤器、超滤器、纳滤器以及模拟移动床,在该系统的过滤纯化作用下获得GG。
上述各个设备可通过连接件,例如管道相连。
以上对本实用新型进行了详述。对于本领域技术人员来说,在不脱离本实用新型的宗旨和范围,以及无需进行不必要的实验情况下,可在等同参数、浓度和条件下,在较宽范围内实施本实用新型。虽然本实用新型给出了特殊的实施例,应该理解为,可以对本实用新型作进一步的改进。总之,按本实用新型的原理,本实用新型欲包括任何变更、用途或对本实用新型的改进,包括脱离了本实用新型中已公开范围,而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围,可以进行一些基本特征的应用。

Claims (9)

1.一种酶法合成甘油葡糖苷反应液的过滤纯化系统,其特征在于:包括料液储罐、输送泵、过滤器、换热器和微滤器;
所述料液储罐的出口连接所述输送泵的进口;
所述输送泵的出口连接所述过滤器的进口;
所述过滤器的出口连接所述换热器的进口;
所述换热器的出口连接所述微滤器的进口;
所述微滤器设置有滤膜,所述滤膜用于对酶法合成甘油葡糖苷反应液进行过滤。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:还包括清液罐,所述微滤器的透过液出口连接所述清液罐的进口。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述微滤器的浓缩液出口连接所述料液储罐的进口。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述滤膜为孔径为90~110纳米的中空纤维微滤膜。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述输送泵为凸轮转子泵。
6.根据权利要求1-5任一所述的系统,其特征在于:还包括模拟移动床,所述微滤器的透过液出口连接所述模拟移动床。
7.根据权利要求1-5任一所述的系统,其特征在于:还包括超滤器,所述微滤器的透过液出口连接所述超滤器的进口。
8.根据权利要求1-5任一所述的系统,其特征在于:还包括纳滤器,所述微滤器的透过液出口连接所述纳滤器的进口。
9.根据权利要求1-5任一所述的系统,其特征在于:还包括超滤器、纳滤器和模拟移动床;
所述微滤器的透过液出口连接所述超滤器的进口;
所述超滤器的透过液出口连接所述纳滤器的进口;
所述纳滤器的浓缩液出口连接所述模拟移动床。
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