CN2600159Y

CN2600159Y - 一种用于生物大分子分离提纯的电超滤－溶析结晶装置

Info

Publication number: CN2600159Y
Application number: CN 02249880
Authority: CN
Inventors: 陈山; 郭祀远; 李琳; 蔡妙颜; 肖凯军; 郑必胜; 陈玲
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-01-21
Anticipated expiration: 2012-11-28

Abstract

本实用新型是一种用于生物大分子分离提纯的电超滤—溶析结晶装置，它由板框式超滤器、电源、料桶和结晶罐相互连接构成，其中，板框式超滤器连接有电源，并与料桶循环回流连通，料桶与结晶罐通过管道连通。本实用新型是在电超滤浓缩处理的基础上，通过适时加入一定量能与水互溶但本身又不溶解生物大分子的有机溶剂，起到将溶质分子周围的水分子“争夺”出来，不再对溶质分子起束缚作用。实验结果表明，采用该装置的处理右旋糖酐或大豆肽粗品，产物在纯度上接近或达到凝胶过滤的效果，而处理能力上比凝胶过滤要大几个数量级、达到或超过传统沉淀装置处理效率。这一技术的应用无疑会促进生物材料及生命物质分离纯化技术的发展。

Description

一种用于生物大分子分离提纯的电超滤—溶析结晶装置

(一)技术领域

本实用新型涉及多糖、蛋白质等生物大分子的分离纯化技术领域，具体是指一种用于生物大分子分离提纯的电超滤—溶析结晶装置。

(二)背景技术

生物大分子一般是从发酵液或酶反应液或动植物细胞中分离得到，与一般的化学品相比，生物大分子的分离纯化有以下特点：原料液中生物大分子的含量一般较低；原料液是多组分的混合物，分子量分布极广，有核酸、蛋白质、多糖、类脂、磷脂和脂多糖等大分子量物质，也有氨基酸、有机酸和碱等低分子量物质；生物大分子的稳定性较差，本身化学性质不够稳定，遇热易变性、遇酸易降解，使得分离纯化条件较为苛刻；对最终产品的质量要求很高，生物大分子产品一般是医药、生物试剂或食品等精细产品，必须达到药典、试剂标准和食品规范的要求。

目前，生物大分子物质的分离纯化所能选用的单元相当有限。生物大分子粗品一般可以通过水提取或稀盐、稀碱提取，再经吸附、萃取、沉淀和离心分离等单元操作进行初级纯化，其中最为典型的分离纯化方法是“水提醇沉”法。分离纯化的装置主要有离心分离装置、沉淀装置、离子交换装置、亲和吸附装置、凝胶过滤和超滤装置等。这此装置各具特点：离心分离装置能适应很宽的规模范围，但其效能会受到原料液浓度和沉淀操作的效果所限制；沉淀装置同样能处理大量的物质，并且它受干扰物质影响的程度比吸附或色层分离小，但要耗用大量的试剂和较长的处理时间；离子交换装置用来除去对后续分离产生影响的化合物，产物纯度较高，但比起离心分离装置在生产能力上要小几个数量级；亲和吸附装置以亲和色谱最为典型，它的选择性和特异性极强，是其它装置无法比拟的，但填充亲和色谱柱技术在发展中遇到了某些因有限制，如流速低、填充颗粒的压缩和扩散传递慢，从而难以大规模应用；凝胶过滤常用于蛋白质、多糖聚集体的分离和脱盐，由于涨胶过滤介质的容量比较小，故过程的处理量小，一般常在纯化过程的最后一道处理中被使用；超滤可以常温操作、装置简单、能耗低且选择性较高，已成为分离混合物的重要手段，但过滤速率下降和膜污染是超滤在实际应用中遇到的主要问题。目前，国外有的实验室用连续透析仪透析，方便而且快捷，但处理能力仍然偏小，其效率的高低又往往取决于粗品的浓度和纯度。

由于多糖和蛋白质等生物大分子物质具有多种多种多样的功能，在生命现象中参与了细胞的各种活动，因此，对这类物质特性及其功能的研究十分活跃。随着对生物大分子研究的深入，如功能性多糖和功能性蛋白开始被医药、生物试剂或食品等行业所重视。作为生物大分子物质下游加工过程的关键，分离纯化工艺面临超来越高的要求：既要满足产品的规格，又要达到较大的生产规模。

(三)发明内容

本实用新型就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种用于生物大分子分离提纯的电超滤—溶析结晶装置。该装置通过不同分离纯化过程的耦合，减少生物大分子物质分离纯化流程中的步骤数，并优化步骤组合，提高产品的回收率、降低生产投资和操作成本；在改善产品质量的同时提高单元操作的处理能力，实现规模效应；以连续化的分级超滤膜分离工艺改进传统间歇的分级有机溶剂沉淀法，减少处理时间和试剂耗用，并使产物的分子量分布更集中、更均匀。

本实用新型所述一种用于生物大分子分离提纯的电超滤—溶析结晶装置，其特征是，它由板框式超滤器、电源、料桶和结晶罐相互连接构成，其中，板框式超滤器连接有电源，并与料桶循环回流连通，料桶与结晶罐通过管道连通。

为了更好地实现本实用新型，在所述板框式超滤器中，超滤膜的两侧可以用经钝化处理的平板状金属电极替代密封板，电极导线穿过膜器分别与固定在膜组件两侧的两个接线头连接；所述两电极之间的距离可通过改变密封垫片厚度的形式在0.07～1.0cm之间进行调节。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

电超滤—溶析结晶装置是在电场强化超滤浓缩处理的基础上，通过适时加入一定量能与水互溶但本身又不溶解生物大分子的有机溶剂(对右旋糖酐而言，有机溶剂可选用乙醇；对大豆肽而言，可选用丙酮)，起到将溶质分子周围的水分子“争夺”出来，不再对溶质分子起束缚作用。又由于被夺取的水分子仍留在溶液中，与加入的有机溶剂一起对溶液起到稀释作用，从而有效地降低了溶液的粘度，有利于超滤分离的操作。这与通常过饱和度提高必然导致粘度上升的情况正好相反，因此可大大增加溶质的成核率。与此同时，电超滤过程以一个较为稳定的速度将含水的溶剂滤出，从而提高过饱和度的同时使溶液的粘度基本保持不变。此外，由于膜滤过程可以在有机溶剂加入前使料液浓缩到一个较高的浓度，从而大大节约溶剂的投入量。不仅能获得较大的产率和产量，而且有效地降低了分离纯化的成本、提高产成品的质量。此外，电超滤—溶析结晶法可以在常温下取得目标产物的晶体，无需进行传统的蒸发操作，特别适用于热敏性生物大分子的分离和纯化。实验结果表明，采用该装置的处理右旋糖酐或大豆肽粗品，产物在纯度上接近或达到凝胶柱层析的效果，而处理能力上比凝胶过滤要大几个数量级、达到或超过传统沉淀装置处理效率。这一技术的应用无疑会促进生物材料及生命物质分离纯化技术的发展。

(四)附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的工作流程图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步地详细描述。

如图1所示，板框式超滤器5连接有直流稳压电源6，并通过泵3与料桶1循环回流连通，连通管道上安装有压力表4，料桶1与结晶罐2通过管道连通。其中，板框式超滤器5为一可外加电场强化的板框式超滤器，在现有市面销售的板框式超滤器(膜的有效面积应在0.2～0.8M²的范围内选择)的基础上进行结构改动，在平板超滤膜的两侧添加经钝化处理的板状金属电极以取代传统板框式超滤器上的密封板，板状金属电极的面积及形式与密封板一致，两电极之间的距离可通过改变密封垫片的形式在0.07～1.0cm之间进行调节。用以给两个金属电极通电的导线经密封处理后，穿过膜器分别与固定在膜组件两侧的两个接线头连接。直流稳压电源6直接采用市面有售的直流稳压电源，要求输出电压可在0V～50V之间无级调节。料桶1为一带搅拌可调温的料桶，可以是体积为15L、带夹套的金属圆桶，通过循环水以调节料桶的温度，搅拌器选用市售可调速的电动搅拌器(转速为500～3000r/min，可调速)。料桶1设有有机溶剂和原料液的接入口，以及浓缩液的排出口。结晶罐2为一带搅拌可调温的结晶罐，可以是体积为2L、带夹套的金属圆桶，通过循环水以调节料桶的温度，搅拌器选用市售可调速的电动搅拌器(转速为500～3000r/min，可调速)。结晶罐设有有机溶剂和浓缩液的接入口，以及结晶后浓液的排出口(含晶体的浓液可送至离心分离器进行固液分离)。

电超滤—溶析结晶装置可以通过注入循环水的形式来调节料桶和结晶罐内物料的温度，温度可以控制在5℃～95℃的范围内，可以在考虑溶质的热敏性的基础上适当升高料液温度，以提高膜通量；泵可以选用恒流泵或多级泵，超滤压力可以控制在0.1～0.5Mpa，采用全开进口阀门、调节出口阀门的方式来可以获得较为稳定的操作压力。对于生物大分子的超滤处理，操作压力应在0.13～0.18Mpa的范围选择，膜分离效果会较好。该装置可以根据处理对象换装相应的超滤膜。外加直流稳压电源可以提供的电压范围为0～30V。

为了保证截留液的浓度能较快地增加，采用全回流形式；溶剂的添加时间和添加量应根据超滤膜通量变化情况，以保持一个较稳定、较经济的膜通量为目标；为了避免在料桶内结晶或养晶而造成生产上的停顿，可定期将料桶内的浓缩液排入结晶罐。

如图2所示，本实用新型的工作过程为：

1.关闭溶剂的进口阀门和浓缩液的出口阀门，将原料液送入料桶，开动恒流泵和电超滤装置。

2.当原料液被浓缩到一定程度(以“滤出液量/原料液总量”为依据)，打开溶剂的进口阀门并开动料桶内的搅拌装置，一次性添加适量的有机溶剂，然后关闭该阀门。

3.当浓缩液的浓度达到过饱和浓度后，关闭料桶内的搅拌装置并打开浓缩液出口阀门，将浓缩液送入结晶罐，通过降温或添加有机溶剂进行结晶，晶体用离心机进行分离。

4.当料桶内的浓缩液排空后，便可送入新的原料液进行新一轮的分离纯化处理。如此反复。

5.超滤膜的清洗可用60℃的热水冲洗10min即可。

6.在分级电超滤—溶析结晶的分离纯化过程中，本级的滤出液可作为下一级处理的原料液。

如上所述，即可较好地实现本实用新型。

Claims

1.本实用新型所述一种用于生物大分子分离提纯的电超滤—溶析结晶装置，其特征是，它由板框式超滤器、电源、料桶和结晶罐相互连接构成，其中，板框式超滤器连接有电源，并与料桶循环回流连通，料桶与结晶罐通过管道连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于生物大分子分离提纯的电超滤—溶析结晶装置，其特征是，所述板框式超滤器中，平板超滤膜的两侧用经钝化处理的板状金属电极替代密封板，电极导线穿过膜器分别与固定在膜组件两侧的两个接线头连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于生物大分子分离提纯的电超滤—溶析结晶装置，其特征是，所述两电极之间的距离可通过改变密封垫片的形式在0.07～1.0cm之间进行调节。