一种偶联酶解制备几丁寡糖的方法及设备技术

技术编号:1744644 阅读:281 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种应用多级预处理与膜分离生物反应器偶联酶解几丁聚糖,制备所需不同聚合度与高活性几丁寡糖产品的工业化规模生产的方法和设备。该方法包括:对几丁聚糖原料进行搅拌溶解和生物酶降解;一级酶水解产物的预处理;二级酶降解反应和二级预处理;应用超滤膜技术,定向分离出有高生理活性的几丁寡糖溶液;对超滤透过液的纳滤。该设备包括依次相连的溶解与酶降解反应过滤装置、二次酶降解反应过滤装置和超滤分离组件,超滤分离组件的输出端与纳滤设备相连通。本发明专利技术不仅反应过程温和,反应条件容易满足,生产成本低,操作方便,而且在生产过程中还具有对原料的要求低、设备利用率高、可以连续化生产、产品收得率高等诸多优点。(*该技术在2022年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种应用多级预处理与膜分离生物反应器偶联酶解几丁聚糖,制备所需不同聚合度与高活性几丁寡糖产品的工业化规模生产的方法和设备。目前,可提供的几丁寡糖制备的技术途径有酸解法、氧化法和酶解法。通常是通过这三种途径来降解相对高聚合度的几丁聚糖,使其聚合度降低,继而采用层析法、离子交换法或电渗析法进行分离提纯而获得几丁寡糖的。由于这些方法具有制备过程复杂、指标波动大、对环境的污染严重、产品收率低、制备成本高、产品的生理活性不一致等问题而限制了几丁寡糖产品的工业化大规模生产。采用常规膜分离生物反应器技术,用于酶解几丁聚糖来制备几丁寡糖的方法和装置,由于对原料的要求高,在工业化规模生产的过程中,要以较高的投入用于对原料的二次处理,并且在后续工序中,由于随原料带入的灰分和未降解的大分子物质未被分离,会严重堵塞膜分离反应器,降低了设备利用率,以至于在生产成本、生产周期、生产设备投入、降低环境污染以及产品的收得率等方面影响了工业化规模生产。本专利技术所提供的制备所需不同聚合度的、具有高活性的几丁寡糖产品方法的技术方案为(1) 一级酶水解过程对几丁聚糖原料进行搅拌溶解和生物酶降解;(2) 一级酶水解产物的预处理;(3) 二级酶降解反应和二级预处理;(4) 应用超滤膜技术,定向分离出有高生理活性的几丁寡糖溶液;(5) 对超滤透过液的纳滤。上述一级酶水解过程中的溶解,是指将片状或粉状几丁聚糖原料,按1%~12%重量,溶解于反应釜的溶解液中。这里所述的溶解液,可以是醋酸,也可以是柠檬酸、苹果酸、乳酸,以及如盐酸等其他可溶解几丁聚糖的酸液;溶解液的pH值,可按所选用的酸液能溶解几丁聚糖,且不析出为准。由于不同批次、不同产地的几丁聚糖原料的清洗程度不一致,实际用酸量,应以pH值调整在3~6之间,溶解液的温度可控制在20~55℃的范围内(pH值和温度值的确定,以所选酶种的最佳反应需要为准);上述一级酶水解过程中的生物酶降解,是指对溶解了的几丁寡糖溶液,加入相当于几丁聚糖原料重量0.05~5%的生物酶(确定的用量,以所选用的降解酶的活性要求为准),同时,在加入生物酶之前,还应进一步调节这个反应釜中溶液的pH和温度值,使之能满足生物酶的最佳降解环境;目前已确定有多种生物酶具有对几丁聚糖的降解作用,如纤维素酶、半纤维素酶、木瓜蛋白酶、溶菌酶、壳聚糖酶、甲壳素酶等,或者多种酶的复合生物酶以及变异酶等,对这些酶种的选定,可依据酶活高、来源稳定、成本低以及无毒无害、环境污染小等原则来选择。所述的一级酶水解产物的预处理,是指对一级酶水解产物的第一级过滤,这个过程可采用2~10μm的微滤器一次过滤,透过液进入下一级生产流程,也可采用二次过滤,先以60~120目滤网将粗渣滤出,然后以2~10μm的微滤器的透过液进入下一级生产流程,以达到滤出由几丁聚糖等原料带入的灰分、不溶解物和其它颗粒性杂质,减少对后续设备的堵塞和损坏;第一级过滤的截留液,返回到一级酶水解反应釜中,以便对其中的未溶解或未降解到位的几丁聚糖进行继续溶解和酶解;这个过程,也可以复合在一个微滤器设备中完成。上述处理过程的启动运行,可在一级酶解反应釜内的反应物粘度比初始值下降了约40~60%、釜内溶液开始呈现出较好的流动性时开始。所述的二级酶降解反应,是指对一级酶解产物经过一级预处理的透过液,在此环节中进一步进行酶降解和预过滤。二级酶降解的设备可以是酶解反应釜;预处理设备可以选择孔径是0.1~2μm范围内任一种微滤器;其透过液可以进入后一级缓冲储罐中或直接进入下一流程的膜分离器进行分离,截留液可返回二级酶解反应釜继续进行酶降解。在这个阶段中,要对反应釜中的物料进行酶活、pH值和温度的测控,使得这些参数保持在设定值附近。所述的二级酶降解反应和二级预处理过程的目的,在于让酶降解反应液中分子量已经切割到位或者即将切割到位的产物,尽快进入到下一阶段的超滤膜分离流程,脱离继续切割降解的环境,避免过分降解为超低聚合度(四糖以下)的产品标准之外的产物,提高产物收得率;并且进一步滤出在一级酶解和预处理阶段未能截留的灰分、不溶解物和其它小颗粒固态杂质,减少它们对后续流程中的膜分离设备的堵塞和损坏,提高设备利用率。所述的应用超滤膜技术,采用中空纤维超滤组件或平板超滤器组成,中空纤维超滤器可以是内压式结构,也可以是外压式结构;超滤器的规模可根据生产规模的大小确定,这个超滤膜设备系统,也可以由多组或多台超滤器以并联连接方式而构成;此处所述的定向分离,是指按照产品给定的分子量切割指标,选择与分子量对应孔径的超滤膜组件,如选用分子量分离范围在500~50000的多种超滤膜,可以多组串联排列进行超滤分离。在实施超滤的过程中,第一级超滤器的截留液,返回二级酶降解反应环节,进行继续酶解;对其后续按照串联方式排列的超滤器,依次进行超滤分离;其截留液返回前级缓冲罐,其透过液流入本级缓冲罐,按所切割的分子量从大到小依次排列、顺序超滤分离。这样,在各级缓冲罐中就获得了按照不同切割分子量的产物;所述纳滤过程,是指将上述过程中所获得的不同分子量的超滤透过液,再次经过由截留分子量在200以下的各式纳滤机,将料液中的水分、单分子和二、三聚合度的几丁低聚糖、酶解反应液中所含有的Ac-1和Cl-1以及Na+、Mg+等金属离子和盐份滤出,所获得的截留液就是经过脱盐和浓缩的高活性几丁寡糖。这一过程中料液的浓缩浓度可达20~40%或者更高,除盐率可达80~95%。纳滤后进行干燥处理,可进行冷冻干燥、低温真空干燥或者喷雾干燥等,以获得具有高生物活性的固态状或粉状几丁寡糖产品。本专利技术所提出的应用多级预处理与膜分离反应器偶联酶解制备几丁寡糖的方法和装置,其生产过程的操作特点,可以是分批次、分阶段的全流程操作过程,也可为持续性的全流程操作过程,非常适合于工业化规模生产。本专利技术所提供的制备所需几丁寡糖设备的技术方案为包括依次相连的溶解与酶降解反应过滤装置、二次酶降解反应过滤装置和超滤分离组件,超滤分离组件的输出端与纳滤设备相连通。上述方案中,所述的溶解与酶降解反应过滤装置包括有溶解—酶降解反应釜1和微滤器3,通过送料泵2使它们相连通,微滤器的孔径为2~10μm,微滤器的截留液口4与溶解—酶降解反应釜相连通,透过液口5与二次酶降解反应过滤装置相接;所述的二次酶降解反应过滤装置由二级酶降解反应釜7、二级微滤器8和透过液缓冲罐9及送料泵22组成,二级微滤器的孔径为0.1~2μm,二级微滤器的截留液口与二级酶降解反应釜通过送料泵相接通,二级微滤器的透过液口与透过液缓冲罐导通,透过液缓冲罐的出液口与超滤分离组件相接通;所述的超滤分离组件由中空纤维超滤组件或平板超滤器组成,依照分子量从大到小依次多级串联排列,超滤分离组件通常设置4-8级超滤分离器组,每级超滤分离器组配置有存储罐和工作泵,每级超滤分离器组可由多个超滤分离器并接构成,第一级超滤分离器组的截留液返回二级酶降解反应过滤装置,每级超滤分离器组的截留液口与前级超滤分离器组的存储罐导通,各存储罐的输出口通过阀与纳滤设备接通。本专利技术所述的微滤器、超滤器和纳滤设备,可以直接购买商品设备,也可以由具有相应孔径的微滤、超滤和纳滤元器件设计制作构成,所构成的设备应该有较完善的反冲洗回路。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偶联酶解制备几丁寡糖的方法,其特征在于(1)一级酶水解过程:对几丁聚糖原料进行搅拌溶解和生物酶降解;(2)一级酶水解产物的预处理;(3)二级酶降解反应和二级预处理;(4)应用超滤膜技术,定向分离出有高生理活性的几丁寡糖溶 液;(5)对超滤透过液的纳滤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员:程飚王学峰曾庆本高晋安
申请(专利权)人:湖北裕峰生物工程有限公司
类型:发明
国别省市:83[中国|武汉]

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1