本发明专利技术公开了一种利用多级膜分离法和喷雾干燥技术从生物转化液中分离提取饲料级烟酸的方法，包括以固定化细胞为催化剂，以3‑氰基吡啶为底物，进行生物转化获得含烟酸的反应液，采用100nm‑10μm的微滤膜、截留分子量为1000‑3000Da的超滤膜、200‑300Da的纳滤膜等多级膜分离技术去除转化液中颗粒物、可溶性杂蛋白、色素等杂质，同时使转化液浓缩，在喷雾干燥机进行干燥，进口温度为210‑240℃，出口温度为60‑100℃，经过喷雾干燥即获得烟酸产品，烟酸提取总收率可达到85％以上。该方法操作简便、成本低廉、产品收率高、污染废水排量少，具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物化工领域，涉及一种制备提取，特别是涉及从生物转化液中分离提取饲料级烟酸的方法。
技术介绍
烟酸为白色或类白色粉末，通常又称之为尼克酸、维生素PP或维生素B3，是猪、鸡等动物日粮中所必需的成分，可作为维生素类饲料添加剂(赵东江,江苏化工,2005,33:53-56)。在动物体内，烟酸是构成辅酶I及辅酶II的重要前体，这些辅酶的主要作用在于推动动物体内氢的转移，具有合成及分解脂肪酸、碳水化合物及氨基酸的基本功能。辅酶I及辅酶II亦是三羧酸或克雷布氏循环的组成部分。该循环为动物体内碳水化合物氧化的新陈代谢活动，代谢产生的能量及其运用必须依赖它们来完成，因而在动物生理机能中起着重要作用(李艳云,北京石油化工学院学报,2006,14:59-64)。鉴于烟酸的这些功能，目前该化合物已在饲料行业具有广泛应用(姜广成,兽药饲料添加剂,1997,1:11-12)。至今为止烟酸的生产方法包括化学氧化法和生物转化法。最早的烟酸制备生产工艺建立于100年以前，当时主要是采用重铬酸钾氧化烟碱来制备烟酸(Chuck R.,Chimia,2000,54:508-513)。烟酸现有的工业生产方法包括高锰酸钾氧化法、硝高锰酸钾氧化法、硝硝酸-硫酸氧化法、氨氧化法等(王留成等,精细化工,2004,21:133-136)。但这些已有方法需要在高压、高温条件下进行，腐蚀性大，对设备的要求高，生产成本高，经济效益低，三废污染严重。相比于化学方法，利用生物酶法合成烟酸具有反应过程简单，副产物少，工艺条件温和，因此已逐步受到重视(Gong JS,et al.Microb Cell Fact,2012,11:142)，生物转化法是目前的首选方法，其产品提取流程通常包括：发酵转化液酸化、陶瓷膜过滤、超滤、活性炭脱色、结晶。该方法提取周期长、加酸废水处理难度大、对设备投资成本高、收率相对偏低。本专利技术采用含腈水解酶的枯草芽孢杆菌固定化细胞进行转化生成烟酸，采用微滤和超滤除杂，去除发酵液中的颗粒物、可溶性杂蛋白，并同时使发酵液得到浓缩，在喷雾干燥机进行干燥(进口温度为210-240℃，出口温度为60-100℃)、获得烟酸产品，产品质量和收率高，工艺成本低。生产过程无需使用大量浓酸，工艺简洁，大幅度减少废水排放，节能环保，并可实现连续生产。烟酸提取总收率可达到85％以上，产品质量符合国家标准GBT 7300-2006，饲料添加剂烟酸。王大明等人曾采用200℃及250℃的进口温度进行喷雾干燥制备烟酸(王大明,河北师范大学硕士学位论文,2012年)，与本研究明显不同。本研究通过固定化细胞进行生物转化，反应完成后固定化细胞可通过一步过滤快速去除，后处理无需除菌体，节约了工艺成本和操作步骤，已有文献报道采用固定化赤霉菌Gibberella intermedia以及恶臭假单胞菌Pseudomonas putida用于生物转化制备烟酸取得了良好效果(杨涛等,化工进展,2014,33:2432-2437；李恒等,食品与生物技术学报,2014,33:800-804)，本研究采用枯草芽孢杆菌固定化细胞进行生物转化合成烟酸尚属首次报道。
技术实现思路
本专利技术采用一种固定化细胞进行生物转化生成烟酸，采用微滤和超滤除杂，去除颗粒物、可溶性杂蛋白，并同时使发酵液得到浓缩，在喷雾干燥机进行干燥、获得烟酸产品，产品质量和收率高，工艺成本低。该方法较原有方法操作更加简便、成本更低、也提高了产品收率、降低了高度污染废水排量。本专利技术的目的在于提供一种方便快捷、成本低、效果好的自发酵液中制备提取饲料级烟酸的方法。因此本专利技术的目的在于提供一种从发酵液中提取制备烟酸的技术解决方案，具体包括如下步骤：一种固定化细胞进行生物转化生成烟酸的方法，所述方法包括：以产腈水解酶的枯草芽孢杆菌固定化细胞为催化剂，以3-氰基吡啶为底物，在20-50℃条件下进行生物转化，反应5-30h，获得含烟酸的反应液，烟酸浓度为150-450g/L。所述反应液可通过过滤去除固定化细胞，得到含烟酸的滤液，固定化细胞回收并用于下批次转化；所述的含烟酸滤液在温度20-45℃，压力为1.0-1.5MPa的情况下通过金属氧化膜或陶瓷膜过滤，膜的孔径为100nm-10μm，微滤至体积浓缩比2-5倍时，开始洗滤，收集透过液；所述的微滤透过液在温度为25-40℃，压力为0.05-0.1MPa情况下通过截留分子量为1000-3000Da的超滤膜，超滤至体积浓缩比为6-8时为止，收集透过液；所述的超滤透过液在温度为10-40℃，压力为0.1-2Mpa情况下采用200-300Da的纳滤膜去除色素、多肽、核苷酸、水分等小分子杂质。所述的纳滤透过液采用薄膜蒸发器真空浓缩，浓缩液在喷雾干燥机进行干燥，进口温度为210-240℃，出口温度为60-100℃，经过喷雾干燥即获得烟酸产品，烟酸提取总收率可达到85％以上。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术采用固定化细胞作为催化剂进行烟酸合成，相比传统的游离细胞合成工艺具有如下优点：①固定化细胞作为催化剂有利于烟酸产物的快速分离提取，无需设置游离细胞去除环节；②固定化细胞的反应有利于实现催化剂的重复利用，可节约生产成本；③固定化有利于提升细胞的稳定性，能延长细胞使用周期；④易于实现烟酸的大规模工业化合成。2、本专利技术采用微滤和超滤等步骤去除杂质，首先通过金属氧化膜或陶瓷膜的微滤作用，去除大分子颗粒物和小型固定化细胞及碎片等，再通过截留分子量为1000-3000Da的中空纤维超滤膜去除滤液中的蛋白质、无机盐等杂质，通过纳滤去除色素、多肽、核苷酸、水分等小分子杂质，采用三个步骤除杂，可以保证有效去除溶液中的各种杂质，使烟酸产品的纯度更高，具有十分重要的实践意义。3、本方法采用喷雾干燥得到可直接应用的烟酸成品，具有设备简单、成本低、适合于大规模工业生产等优点，所获得的烟酸性能安全、纯度高，呈白色均匀粉末状。具体实施方式以下实施例仅用于描述本专利技术，但本专利技术并不受这些实施例的限制。实施例1在5L的反应体系中，以枯草芽孢杆菌固定化细胞为催化剂，以3-氰基吡啶为底物，在30℃条件下进行生物转化，通过批次投加底物进行转化反应7h，获得含烟酸的反应液，烟酸浓度为184g/L。过滤去除固定化细胞，得到滤液。含烟酸的滤液在温度30℃，压力为1.0MPa的情况下通过陶瓷膜过滤，膜的孔径为5μm，收集透过液。透过液在温度为30℃，压力为0.1MPa情况下通过截留分子量为1000Da的超滤膜，收集滤液，在温度为30℃，压力为0.1MPa情况下采用300Da的纳滤膜去除小分子杂质。透过液采用薄膜蒸发器真空浓缩，将浓缩液在喷雾干燥机进行干燥，进口温度为210℃，出口温度为80℃，经过喷雾干燥即获得烟酸产品，所得产品为白色粉末，烟酸提取总收率可达到86.9％。实施例2在10L的反应体系中，以枯草芽孢杆菌固定化细胞为催化剂，以3-氰基吡啶为底物，在30℃条件下进行生物转化，通过批次投加底物进行转化反应10h，获得含烟酸的反应液，烟酸浓度为246g/L。过滤去除固定化细胞，得到滤液。含烟酸的滤液在温度30℃，压力为1.2MPa的情况下通过陶瓷膜过滤，膜的孔径为1.0μm，开始洗滤，收集透过液。透过液在温度为30℃，压力为0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种从生物转化液中分离提取饲料级烟酸的方法，其特征为，以枯草芽孢杆菌固定化细胞为催化剂、以3‑氰基吡啶为底物进行生物转化获得含烟酸的反应液，采用微滤和超滤等多级膜分离方法去除颗粒物、可溶性杂蛋白、色素等杂质，同时使转化液得到浓缩，在喷雾干燥机进行干燥、获得烟酸产品。
【技术特征摘要】
1.一种从生物转化液中分离提取饲料级烟酸的方法，其特征为，以枯草芽孢杆菌固定化细胞为催化剂、以3-氰基吡啶为底物进行生物转化获得含烟酸的反应液，采用微滤和超滤等多级膜分离方法去除颗粒物、可溶性杂蛋白、色素等杂质，同时使转化液得到浓缩，在喷雾干燥机进行干燥、获得烟酸产品。2.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述反应液含有烟酸，来自以产腈水解酶的枯草芽孢杆菌固定化细胞为催化剂，以3-氰基吡啶为底物，在20-50℃条件下进行生物转化，反应5-30h，制备获得。3.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述反应液可通过过滤去除并回收固定化细胞，回收的固定化细胞可用于下批次转化，过滤所得滤液中含有烟酸，烟酸浓度为150-450g/L。4.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述采用微滤和超滤等多级膜分离方法，包括将反...
【专利技术属性】
技术研发人员：许正宏，龚劲松，史劲松，窦文芳，董婷婷，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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