TWM554269U - 分離純化雞骨架中２型膠原蛋白之裝置 - Google Patents
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Abstract
本創作係提供一種分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，係包含有一液態流體罐、一原料液體罐、一膜分離槽、一混合管、二高壓計量馬達、一預冷器、二預熱器、一溫度控制器、二單向閥、二進口控制閥與二出口控制閥，用以可利用該混合管均勻混合原料液體罐輸出之去脂雞骨架萃取液與液態流體罐輸出之液態二氧化碳並輸入膜分離槽，可利用該膜分離槽環保且高效率地獲得小分子量之胜肽類等物質及大分子量之2型膠原蛋白。
Description
本創作係與雞骨架成分萃取裝置有關，更詳而言之是指一種分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置者。
按，根據文獻報導顯示，雞骨頭中的2型膠原蛋白結構中含有硫酸軟骨素和葡萄糖胺硫酸鹽，此兩種物質可以維持關節的pH值水平，並且可以減緩關節僵硬、緩解關節炎的疼痛。雞的骨頭中亦含有軟骨素和玻尿酸，可以維持關節間軟骨的健康，且還可以增強人體免疫系統。2型膠原蛋白可以進入腸道，維持腸道的完整性，進而提高免疫系統的作用，因而改善消化系統的健康。
習知從雞骨中萃取膠原蛋白的方法，有以酸性、鹼性溶劑進行水解反應，此法使用大量溶劑，難以連續式的大量工業化。也有使用酵素水解的反應方式，此法採用大量的水當為水解溶劑，同時需經加熱處理終止酵素的反應，過程中會造成蛋白質的變性，且得到僅是小分子量的胜肽，如明膠(Gelatine)類之成分物質。
其次，如中國專利CN102028171B，係將雞骨架
和雞爪利用高壓的大量熱水長時間蒸煮，加熱水解反應後，需要再經過濃縮的步驟，將小分子的胜肽和明膠蛋白乾燥，此技術無法達到分離純化高純度的2型膠原蛋白之目的。美國專利US6838440 B2，係將雞骨架低溫乾燥後，經過粉碎與磨粉得到低濃度與低純度的雞骨乾燥產品，其未經過萃取程序，產品之口感接受度低，且需服用高劑量始可達到適當之效果。中國專利CN102690372B，係以雞骨架萃取分離出硫酸軟骨素，並以加熱方式得到雞骨提取液體，再利用大孔樹脂進行吸附、洗脫以得到硫酸軟骨素。其使用大量的熱水蒸煮提取後，再以大量的食鹽溶液洗出分離的硫酸軟骨素，不僅加工流程耗時長，且使用大量的熱水、食鹽水為溶劑，分離後需再濃縮乾燥，消耗能源且環保效果不佳。中國專利CN10398803B，係使用鹼性蛋白酶和複合蛋白酶兩種酶水解雞骨架中之膠原蛋白成分後，經活性碳脫臭，再以膜超濾過濾純化。過程中需要使用大量的水當為溶劑，加工過程步驟繁瑣。美國專利US4804745，也是採用酵素水解蛋白質方法，得到具有治療關節炎的胜肽藥劑。美國專利US6323319，係利用酵素水解方法後，配合調整pH值，沉澱分離雞骨中2型膠原蛋白成分，其膠原蛋白之水解方法，基本上採用鹼、酸或酵素水解，過程中使用大量溶劑，經濟成本高。
換言之，習知從雞骨中萃取膠原蛋白的方法，不是無法獲得高純度的2型膠原蛋白，即是有產品口感接受
度低、消耗能源、環保效果不佳、加工過程步驟繁瑣，或者使用大量溶劑，經濟成本高等缺點。
本創作之主要目的即在提供一種分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其可高效率地分離純化出高純度的2型膠原蛋白和小分子胜肽類等物質，不僅製程簡單，且不消耗能源、環保效果甚佳，甚具經濟價值者。
緣是，為達成前述之目的，本創作係提供一種分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，包含有一液態流體罐，用以容納並提供液態二氧化碳；一原料液體罐，用以容納並提供去脂雞骨架之萃取液；一膜分離槽，連接該液態流體罐與原料液體罐，其內設有一過濾膜，用以可將去脂雞骨架之萃取液分離與純化出小分子量之胜肽類等物質及大分子量之2型膠原蛋白，一電加熱器，用以加熱液態二氧化碳與去脂雞骨架之萃取液；一混合管，連接該液態流體罐、原料液體罐與膜分離槽之間，用以可均勻混合去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳以輸入膜分離槽；二高壓計量馬達，分別連接於該液態流體罐、原料液體罐與混合管之間，用以可將去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳輸入混合管；一預冷器，連接於該液態流體罐與高壓計量馬達之間；二預熱器，分別連接於該二高壓計量馬達與混合管之間；一溫度控制器，連接該膜分離槽之電加熱器；二單向閥，分別連接於該
二預熱器與混合管之間，用以使去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳僅可流入混合管；二進口控制閥，分別設置於該二單向閥與混合管之間，用以可分別控制去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳是否進入混合管；二出口控制閥，分別連接該膜分離槽，用以可分別控制該膜分離槽係輸出大分子2型膠原蛋白之保留液或小分子量胜肽類等物質之透流液；且控制各該進、出口控制閥之開啟程度，更可調控透流液與保留液之體積流速比例於一定範圍。
進一步地，更包含有一壓力計，設於該膜分離槽一端，用以可調控該膜分離槽內之壓力。
進一步地，該膜分離槽係不鏽鋼管柱，該過濾膜係陶瓷超過濾膜。
進一步地，該過濾膜可為分子量15kD或50kD cut-off之ZrO2/TiO2之一。
進一步地，該原料液體罐內之去脂雞骨架萃取液係於雞骨架加入等量的蒸餾水混合後經萃取、過濾殘渣、冷凍離心去除脂肪成分之步驟而獲得。
進一步地，輸入該混合管之液態二氧化碳之體積流速係2-4L/hr，輸入該混合管之去脂雞骨架萃取液之體積流速係200-500mL/hr，使液態二氧化碳與去脂雞骨架萃取液於混合管中混合至飽和狀態。
進一步地，係調控該壓力計使膜分離槽內之壓
力達150-200psi範圍，並利用該溫度控制器控制膜分離槽內之溫度範圍為40-60℃。
進一步地，係控制各該進、出口控制閥之開啟程度，使透流液與保留液之體積流速比例範圍為4.0-6.0比1之間。
進一步地，該混合管係包含一內管與一外管，該內管係連通原料液體罐，該外管係連通液態流體罐。
10‧‧‧分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置
11‧‧‧液態流體罐
12‧‧‧原料液體罐
13‧‧‧膜分離槽
14‧‧‧混合管
15、16‧‧‧高壓計量馬達
17‧‧‧預冷器
18、19‧‧‧預熱器
20‧‧‧溫度控制器
21、22‧‧‧單向閥
23、24‧‧‧進口控制閥
25、26‧‧‧出口控制閥
27‧‧‧過濾膜
28‧‧‧電加熱器
29‧‧‧內管
30‧‧‧外管
31‧‧‧壓力計
圖一係本創作一較佳實施例之系統圖。
圖二(A)係本創作一較佳實施例中去脂雞骨架萃取液之HPLC分析圖譜。
圖二(B)係本創作一較佳實施例分離純化後之中大分子2型膠原蛋白保留液之HPLC分析圖譜。
以下，茲舉本創作一較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後，其中：首先，請參閱圖一所示，本創作一較佳實施例之分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置10，包含有一液態流體罐11、一原料液體罐12、一膜分離槽13、一混合管14、二高壓計量馬達15、16、一預冷器17、二預熱器18、19、一溫度控制器20、二單向閥21、22、二進口控制閥23、24與二
出口控制閥25、26。
該液態流體罐11，係儲存並可提供液態CO2流體。
該原料液體罐12，係可容納並提供去脂雞骨架之萃取液，去脂雞骨架萃取液係於雞骨架加入等量的蒸餾水混合後經萃取、過濾殘渣、冷凍離心去除脂肪成分之步驟而獲得。
該膜分離槽13，係內徑為0.036m~0.125m與高度1.0m的不鏽鋼管柱，連接該液態流體罐11與原料液體罐12，其內設有一過濾膜27，係法國Novasep公司出產Carbosep M2或M8之分子量15kD或50kD cut-off之ZrO2/TiO2陶瓷超過濾膜，用以可將去脂雞骨架之萃取液分離與純化出小分子量之胜肽類等物質及大分子量之2型膠原蛋白，一電加熱器28，係用以加熱液態二氧化碳與去脂雞骨架之萃取液。
該混合管14，係連接於該液態流體罐11、原料液體罐12與膜分離槽13之間，包含一內管29與一外管30，該內管29係連通原料液體罐12，該外管30係連通液態流體罐11，用以可供均勻地混合去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳以輸入膜分離槽13。
該二高壓計量馬達15、16，分別連接於該液態流體罐11、原料液體罐12與混合管14之間，用以可將去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳輸入混合管14。
該預冷器17，係連接於該液態流體罐11與高壓計量馬達15之間。
該二預熱器18、19，係分別連接於該二高壓計量馬達15與混合管14之間。
該溫度控制器20，係連接該膜分離槽13內之電加熱器28，用以控制該電加熱器28之加熱溫度。
該二單向閥21、22，分別連接於該二預熱器18、19與混合管14之間，用以使去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳僅可流入混合管14。
該二進口控制閥23、24，係分別設置於該二單向閥21、22與混合管14之間，用以可分別控制去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳是否進入混合管14。
該二出口控制閥25、26，係分別連接該膜分離槽13，用以可分別控制該膜分離槽13係輸出大分子2型膠原蛋白之保留液或小分子量胜肽類等物質之透流液。
此外，更包含有一壓力計31，係設於該膜分離槽13一端，用以可調控該膜分離槽13內之壓力。一溫度數字顯示器32，電性連接該溫度控制器18，用以可顯示該膜分離槽13內之溫度。且控制各該進、出口控制閥23、24、25、26之開啟程度，更可調控透流液與保留液之體積流速比例於一定範圍。
藉此，本創作該分離純化雞骨架中2型膠原蛋白
之裝置10之運作方式及特色、功效如下：係先打開該液態流體罐11，配合該高壓計量馬達15，使液態二氧化碳以2-4L/hr之體積流速，經由該單向閥21進入混合管14，而該原料液體罐12內之去脂雞骨架之萃取液，係配合該高壓計量馬達16，以200-500mL/hr之體積流速，經由該單向閥22進入混合管14，使該液態二氧化碳與去脂雞骨架萃取液於混合管14中均勻混合。再同時打開該二出口控制閥25、26，調控該膜分離槽13內之壓力達150-200psi之範圍，且該膜分離槽13內之溫度係以溫度控制器20控制於40-60℃之範圍中，並控制各該進、出口控制閥23、24、25、26，使二出口控制閥25、26輸出之透流液(P,Permeate，小分子量胜肽類等物質)與保留液(R,Retentate，大分子2型膠原蛋白之保留液)之體積流速比例維持於4.0-6.0比1之範圍中。
基此，經由該膜分離槽13之分離與純化，打開該出口控制閥25，可收集分離之透流液(Permeate,P)，其成分一般為小分子量的胜肽類物質，如軟骨素(chondroitin)、葡萄糖胺聚糖(glycosaminoglycans，GAGS)、葡萄糖胺(glucosamine)、玻尿酸(hyaluronic acid)和胺基酸(amino acids)等成分。而打開該出口控制閥26，可收集保留液(Retentate,R)，其成分一般為無法通過該過濾膜27的大分子量物質2型膠原蛋白。
以下，茲利用BioSep-SEC-S2000(7.8mm×300mm,5μm)層析管柱，以HPLC定量分析儀器，移動相為濃度0.15mol/L磷酸二氫鉀緩衝液(pH=4.7)，流速為1.0ml/min，UV檢測波長為210nm，管柱溫度為室溫，定量出樣品中之2型膠原蛋白濃度，分析去脂雞骨架萃取液，如圖二(A)所示，並比較分析收集該膜分離槽13分離與純化出之保留液(R)樣品，如圖二(B)所示：雞骨架直接低溫乾燥粉末處理，或直接加入水或其他溶劑萃取得到後，產品可以獲得雞骨架中的全部成分，如大分子的2型膠原蛋白，小分子的胜肽類如軟骨素、葡萄糖胺、玻尿酸、胺基酸等成分。如圖二(A)顯示，HPLC分析去脂雞骨架萃取液樣品，可以同時獲得2型膠原蛋白和小分子的胜肽類等成分。而當雞骨架原料使用酸性、鹼性溶劑或酵素水解反應，得到小分子的胜肽類如軟骨素、玻尿酸與胺基酸等成分，此方法無法取得2型膠原蛋白。雞骨架原料利用低溫乾燥後，粉碎粉末產品僅含低濃度的2型膠原蛋白成分；再以化學沉澱劑如三氯醋酸(trichloroacetic acid)，分離沉澱2型膠原蛋白後，以半透性的透析膜(如Spectra/Por Dialysis Membrane)，使用大量的溶劑(如去離子水、緩衝液)中，透析去除雜質，保留純化的2型膠原蛋白成分，此方法無法取得小分子的胜肽類如軟骨素、葡萄糖胺、玻尿酸、胺基酸等成分。
如圖二(B)所示，乃是從完整的去脂雞骨架萃取液中，將高濃度與純度之大分子2型膠原蛋白成分，分離純化於該膜分離槽13之保留液(R)中，同時並可將高濃度與純度之小分子的軟骨素、葡萄糖胺聚糖、葡萄糖胺、玻尿酸和胺基酸等成分，分離純化於該膜分離槽13之透流液(P)中。
由上可知，本創作該分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，係使用環保的液態二氧化碳流體，並結合膜分離(膜分離槽)的物理方法，可高效率地同時得到高濃度大分子2型膠原蛋白及小分子的軟骨素、葡萄糖胺聚糖、葡萄糖胺、玻尿酸和胺基酸等成分，不僅製程簡單，且不消耗能源、環保效果甚佳，甚具經濟價值者。
惟，以上所述僅為本創作之一較佳實施例，當不能以此限定本創作之申請專利保護範圍，舉凡依本創作之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本創作申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。
10‧‧‧分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置
11‧‧‧液態流體罐
12‧‧‧原料液體罐
13‧‧‧膜分離槽
14‧‧‧混合管
15、16‧‧‧高壓計量馬達
17‧‧‧預冷器
18、19‧‧‧預熱器
20‧‧‧溫度控制器
21、22‧‧‧單向閥
23、24‧‧‧進口控制閥
25、26‧‧‧出口控制閥
27‧‧‧過濾膜
28‧‧‧電加熱器
29‧‧‧內管
30‧‧‧外管
31‧‧‧壓力計
Claims (9)
- 一種分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，包含有：一液態流體罐，用以容納並提供液態二氧化碳；一原料液體罐，用以容納並提供去脂雞骨架之萃取液；一膜分離槽，連接該液態流體罐與原料液體罐，其內設有一過濾膜，用以可將去脂雞骨架之萃取液分離與純化出小分子量之胜肽類等物質及大分子量之2型膠原蛋白，一電加熱器，用以加熱液態二氧化碳與去脂雞骨架之萃取液；一混合管，連接於該液態流體罐、原料液體罐與膜分離槽之間，用以可均勻混合去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳以輸入膜分離槽；二高壓計量馬達，分別連接於該液態流體罐、原料液體罐與混合管之間，用以可將去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳輸入混合管；一預冷器，連接於該液態流體罐與高壓計量馬達之間；二預熱器，分別連接於該二高壓計量馬達與混合管之間；一溫度控制器，連接該膜分離槽之電加熱器；二單向閥，分別連接於該二預熱器與混合管之間，用以使去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳僅可流入混合管；二進口控制閥，分別設置於該二單向閥與混合管之間，用以可分別控制去脂雞骨架之萃取液與液態二氧化碳是否進入混合管；及二出口控制閥，分別連接該膜分離槽，用以可分別控制 該膜分離槽係輸出大分子2型膠原蛋白之保留液(R,Retentate)或小分子量胜肽類等物質之透流液(P,Permeate)；且控制各該進、出口控制閥之開啟程度，更可調控透流液與保留液之體積流速比例於一定範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述之分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其中，更包含有一壓力計，設於該膜分離槽一端，用以可調控該膜分離槽內之壓力。
- 如申請專利範圍第1項所述之分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其中，該膜分離槽係不鏽鋼管柱，該過濾膜係陶瓷超過濾膜。
- 如申請專利範圍第3項所述分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其中，該過濾膜可為分子量15kD或50kD cut-off之ZrO2/TiO2之一。
- 如申請專利範圍第1項所述分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其中，該原料液體罐內之去脂雞骨架萃取液係於雞骨架加入等量的蒸餾水混合後經萃取、過濾殘渣、冷凍離心去除脂肪成分之步驟而獲得。
- 如申請專利範圍第2項所述分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其中，輸入該混合管之液態二氧化碳之體積流速係2-4L/hr，輸入該混合管之去脂雞骨架萃取液之體積流速係200-500mL/hr，使液態二氧化碳與去脂雞骨架萃取液於混合管中混合至飽和狀態。
- 如申請專利範圍第6項所述之分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其中，係調控該壓力計使膜分離槽內之壓 力達150-200psi範圍，並利用該溫度控制器控制膜分離槽內之溫度範圍為40-60℃。
- 如申請專利範圍第7項所述之分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其中，係控制各該進、出口控制閥之開啟程度，使透流液與保留液之體積流速比例範圍為4.0-6.0比1之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之分離純化雞骨架中2型膠原蛋白之裝置，其中，該混合管係包含一內管與一外管，該內管係連通原料液體罐，該外管係連通液態流體罐。
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