專利名稱：一種采用離子交換與膜分離技術(shù)從發(fā)酵液中提取d-核糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從發(fā)酵液中提取D-核糖的方法，尤其涉及一種采用離子交換與膜分離技術(shù)從發(fā)酵液中提取D-核糖的方法。
背景技術(shù)：
D-核糖作為遺傳物質(zhì)核糖核酸(RNA)、脫氧核糖核酸(DNA)的組成成分存在于所有生物細(xì)胞之中。它的還原體核糖醇又是細(xì)胞膜中核糖醇壁酸的重要成分，在生理上起著重要作用。D-核糖是工業(yè)上合成維生素B2的重要原料，是許多核酸類藥物的重要中間體。特別是近年來，D-核糖作為抗癌和抗病毒藥物、核黃素及風(fēng)味增強劑等的合成原料在制藥工業(yè)和食品工業(yè)上的需求逐步增大。隨著對D-核糖研究的深入，D-核糖在醫(yī)療保健方面的作用逐步顯現(xiàn)。D-核糖具有治療心肌局部缺血，提高心臟對局部缺血的耐性，從而改善心臟功能的作用。同時，D-核糖具有治療運動引起的肌肉酸痛、胞內(nèi)磷酸化缺乏造成的肌肉酸痛、腺苷酸脫氫酶缺陷造成的僵硬、增強機體耐缺氧能力的作用。隨著對D-核糖及其衍生物功能的研究及應(yīng)用，勢必造成全球范圍內(nèi)對D-核糖的需求日益增長。目前，D-核糖的生產(chǎn)制備方法有3種:一種是通過化學(xué)法和酶水解法水解酵母核酸、核苷酸的方法提取D-核糖；一種是利用L-阿拉伯糖、葡萄糖酸、L-谷氨酸和D-木糖等原料通過化學(xué)方法合成D-核糖；一種是利用枯草芽孢桿菌的轉(zhuǎn)酮酶缺陷突變株，以D-葡萄糖為原料發(fā)酵生產(chǎn)D-核糖。但由于化學(xué)法生產(chǎn)D-核糖工藝復(fù)雜，生產(chǎn)條件要求高，產(chǎn)品收率低、生產(chǎn)成本高等一系列缺陷逐步被發(fā)酵法所取代。由于發(fā)酵液中含有大量的菌體、蛋白、離子、色素、雜糖及不溶性的雜質(zhì)顆粒，為了從發(fā)酵液中提取分離獲得D-核糖，需要將這些物質(zhì)分離去除，才能獲得高純度的D-核糖產(chǎn)品。目前，D-核糖的提取分離按預(yù)處理方法分類包括:離心去除菌體法，如US4904587(1990)公開的一種提取分離方法，其主要是通過離心分離發(fā)酵液菌體，濃縮后加入乙醇去除蛋白，活性炭脫色后，濃縮、結(jié)晶獲得D-核糖產(chǎn)品；酸化絮凝去除菌體法，如CN1508138A(2004)公開了一種提取分離方法，其主要通過加酸調(diào)節(jié)發(fā)酵液PH至1.5 3.5后，加入絮凝劑升溫后將發(fā)酵液中的菌體、蛋白及大顆粒雜質(zhì)絮凝沉淀出后，經(jīng)過離子交換、柱層析方法去除離子雜質(zhì)，活性炭脫色后，濃縮、結(jié)晶獲得D-核糖產(chǎn)品。但是不管是直接離心除菌還是絮凝后除菌，由于發(fā)酵液中菌體細(xì)小，都存在除菌不徹底的情況。其次這兩種方法對發(fā)酵液的色素去除情況不理想，通過采用活性炭脫色后仍有部分色素殘留，致使結(jié)晶后的成品顏色微黃，影響產(chǎn)品質(zhì)量。于此相比，在CN1266158C中公開了一種利用膜分離技術(shù)從發(fā)酵液中提取D-核糖的方法，該方法的優(yōu)點在于膜分離精度高，不僅能除去菌體及大顆粒雜質(zhì)，還能去除大部分小分子蛋白及色素物質(zhì)，從而提高提取效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品收率。但該方法中D-核糖發(fā)酵液按去除 精度依次通過了 4次膜過濾，操作步驟繁瑣、耗時長，影響產(chǎn)品收率。并且由于發(fā)酵液中含有大量的金屬離子，隨著膜過濾過程中濃縮倍數(shù)的提高，會不斷的從清液中析出金屬鹽物質(zhì)，從而在膜過濾過程中附著在膜芯表面，造成后續(xù)的膜過濾速度降低，甚至導(dǎo)致堵塞膜孔的情況，大大的影響了過濾效果。因此，工業(yè)應(yīng)用上急需尋找一種簡便可行的采用膜技術(shù)提取發(fā)酵液中的D-核糖方法，工藝簡單合理，能克服膜分離中存在的缺點，讓膜分離技術(shù)完美的應(yīng)用于D-核糖的發(fā)酵液的提取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用離子交換與膜分離技術(shù)從發(fā)酵液中提取D-核糖的方法，該方法具有工藝操作簡單易行，膜分離步驟少，克服現(xiàn)有膜分離技術(shù)應(yīng)用過程中存在的過濾速度降低、堵塞現(xiàn)象，并且提高D-核糖產(chǎn)品質(zhì)量及收率。本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的，它包括以下方法步驟:
(O發(fā)酵液的微濾:D-核糖發(fā)酵液通過膜孔徑為50nm IOOOnm的濾膜，除去發(fā)酵液中大部分的菌體及較大的蛋白及雜質(zhì)顆粒，微濾的操作壓力0.1 0.4MPa，操作溫度10 50°C，濃縮倍數(shù)6 12倍，透析水量以體積百分比計占進(jìn)料體積的10 50%。(2)微濾液的超濾:微濾液通過截留分子量為500 5000的濾膜，除去微濾液中的大部分蛋白及色素物質(zhì)，超濾的操作壓力0.5 2.0MPa，操作溫度20 40°C，濃縮倍數(shù)10 20倍，透析水量以體積百分比計占進(jìn)料體積的10 50%。(3)超濾液的離子交換:超濾液經(jīng)過陽、陰離子交換柱，除去濾液中的多價離子。(4)離交液層析濃縮結(jié)晶:將離子交換后的濾液，經(jīng)過常規(guī)的大孔吸附樹脂層析、濃縮、結(jié)晶，獲得純度達(dá)99.5%以上 的D-核糖產(chǎn)品。以上步驟中的(I )、( 2 )、( 3 )為發(fā)酵液的預(yù)處理，目的在于除去發(fā)酵液中的菌體、蛋白、及大部分色素、離子。
步驟(I)中所述的濾膜為氧化鋁膜、陶瓷膜、PVC膜。步驟(3)中提及的離子交換順序為濾清液先以I 5BV/H流速經(jīng)過陽柱，再以I 5BV/H流速經(jīng)過陰柱。本方法中的陽離子交換采用的樹脂包括D001、732、D113陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂包括331、D315、717陰離子交換樹脂。優(yōu)選強酸性陽離子交換樹脂、弱堿性陰離子交換樹脂。步驟(2)中提及的超濾膜為卷式超濾膜，是醋酸纖維素膜、聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜、聚酰胺膜。步驟(4)中提及的大孔吸附樹脂為HZ-803樹脂，H103樹脂，DlOl樹脂。本發(fā)明是一種行之有效的從發(fā)酵液中提取分離獲得高純度D-核糖的方法。在已有的膜分離技術(shù)提取D-核糖的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的采用了離子交換與膜分離技術(shù)相采用的方法進(jìn)行發(fā)酵液中D-核糖的提取。本發(fā)明采用的二級膜分離工藝不僅簡化了已有的多級膜分離工序，減少了提取分離步驟，進(jìn)而提高了產(chǎn)品收率；而且在實施方法2中創(chuàng)新的將離子交換技術(shù)使用在兩次膜分離中間，很好的解決了實際生產(chǎn)中由于膜分離過程中濃縮倍數(shù)的提高，金屬鹽物質(zhì)析出，造成膜通量下降的缺陷，保證了生產(chǎn)過程的連續(xù)性，縮短了提取時間，并對膜芯起到了很好的保護作用，提高了膜設(shè)備的使用效率。本發(fā)明方法具有工藝簡單合理、提取分離度高、收率高、操作簡便等優(yōu)點。采用本發(fā)明方法提取結(jié)晶后獲得的D-核糖產(chǎn)品經(jīng)高效液相色譜分析純度可達(dá)99.5%以上。本發(fā)明在超濾后進(jìn)行離子交換，可以減少工藝中離子交換的次數(shù)。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。實施例1
將D-核糖發(fā)酵液100L通過膜孔徑為IOOOnm的微濾膜，入膜壓力0.2MPa，出膜壓力0.1MPa,操作溫度25°C，將發(fā)酵液濃縮8倍后，加入透析水量25L。微濾液通過膜截留分子量5000的超濾膜，操作壓力1.4MPa，操作溫度30 35 °C，將微濾液濃縮15倍后，加入透析水量25L。濾清液以2BV/H流速通過732型陽離子交換樹脂柱，陽柱流出液同樣以2BV/H流速直接串入717型陰離子交換樹脂柱。離交液經(jīng)HZ-803樹脂層析，流出液經(jīng)過減壓濃縮，溫度控制50 60°C，真空度-0.09MPa，濃縮至糖漿狀后，力口入糖漿體積的2倍量的無水乙醇，升溫溶解后攪拌均勻，加少量晶種，緩慢降溫使核糖結(jié)晶析出，離心甩干后，母液再次經(jīng)過層析、濃縮結(jié)晶。D-核糖結(jié)晶經(jīng)過真空干燥后，共獲得D-核糖產(chǎn)品4.65Kg。經(jīng)高壓液相色譜檢測D-核糖產(chǎn)品的純度為99.54%。
權(quán)利要求
1.一種采用離子交換與膜分離技術(shù)從發(fā)酵液中提取D-核糖的方法，其特征是該方法包括以下步驟: (O發(fā)酵液的微濾:D-核糖發(fā)酵液通過膜孔徑為50nm IOOOnm的濾膜，除去發(fā)酵液中大部分的菌體及較大的蛋白及雜質(zhì)顆粒，微濾的操作壓力0.1 0.4MPa，操作溫度10 ·50°C，濃縮倍數(shù)6 12倍，透析水量以體積百分比計占進(jìn)料體積的10 50% ； (2)微濾液的超濾:微濾液通過截留分子量為500 5000的濾膜，超濾的操作壓力·0.5 2.0MPa,操作溫度20 40°C，濃縮倍數(shù)10 20倍，透析水量以體積百分比計占進(jìn)料體積的10 50% ； (3)超濾液的離子交換:超濾液經(jīng)過陽、陰離子交換柱，除去濾液中的多價離子； (4)離子交換液層析濃縮結(jié)晶:將離子交換后的濾液，經(jīng)過常規(guī)的大孔吸附樹脂層析、濃縮、結(jié)晶，獲得純度達(dá)99.5%以上的D-核糖產(chǎn)品；其中步驟(I)中所述的濾膜為氧化鋁膜、陶瓷膜、PVC膜； 步驟(3)中提及的離子交換順序為濾清液先以I 5BV/H流速經(jīng)過陽柱，再以I 5BV/H流速經(jīng)過陰柱，所述的陽離子交換采用的樹脂包括D001、732、D113陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂包括331、D315、717陰離子交換樹脂； 步驟(2)中提及的超濾膜為卷式超濾膜，是醋酸纖維素膜、聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜、聚酰胺膜； 步驟(4)中提及的大孔吸 附樹脂為HZ-803樹脂，H103樹脂，DlOl樹脂。
全文摘要
本發(fā)明公開一種采用離子交換與膜分離技術(shù)從發(fā)酵液中提取D-核糖的方法，該方法包括以下步驟(1)發(fā)酵液的微濾；(2)微濾液的超濾；(3)超濾液的離子交換；(4)離子交換液層析濃縮結(jié)晶。本發(fā)明將離子交換與膜分離技術(shù)同時運用于D-核糖發(fā)酵液的預(yù)處理中，提高了D-核糖發(fā)酵液預(yù)處理能力，操作簡便，克服了單獨運用膜分離技術(shù)預(yù)處理D-核糖發(fā)酵液中存在的濃縮倍數(shù)增高后導(dǎo)致的料液中固形物析出的缺點，大大簡化了提取過程，降低生產(chǎn)成本，并顯著提高了D-核糖產(chǎn)品的收率及質(zhì)量。
文檔編號C07H3/02GK103113423SQ20131008330
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者楊光, 鄭雄敏, 楊世傳, 曾樂, 黃恒述, 任祥萬 申請人:江西誠志生物工程有限公司