專利名稱：一種采用離子交換與膜分離技術從發酵液中提取d-核糖的方法
技術領域：
本發明涉及一種從發酵液中提取D-核糖的方法，尤其涉及一種采用離子交換與膜分離技術從發酵液中提取D-核糖的方法。
背景技術：
D-核糖作為遺傳物質核糖核酸(RNA)、脫氧核糖核酸(DNA)的組成成分存在于所有生物細胞之中。它的還原體核糖醇又是細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、核黃素及風味增強劑等的合成原料在制藥工業和食品工業上的需求逐步增大。隨著對D-核糖研究的深入，D-核糖在醫療保健方面的作用逐步顯現。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用，勢必造成全球范圍內對D-核糖的需求日益增長。目前，D-核糖的生產制備方法有3種:一種是通過化學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方法合成D-核糖；一種是利用枯草芽孢桿菌的轉酮酶缺陷突變株，以D-葡萄糖為原料發酵生產D-核糖。但由于化學法生產D-核糖工藝復雜，生產條件要求高，產品收率低、生產成本高等一系列缺陷逐步被發酵法所取代。由于發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顆粒，為了從發酵液中提取分離獲得D-核糖，需要將這些物質分離去除，才能獲得高純度的D-核糖產品。目前，D-核糖的提取分離按預處理方法分類包括: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酵液菌體，濃縮后加入乙醇去除蛋白，活性炭脫色后，濃縮、結晶獲得D-核糖產品；酸化絮凝去除菌體法，如CN1508138A(2004)公開了一種提取分離方法，其主要通過加酸調節發酵液PH至1.5 3.5后，加入絮凝劑升溫后將發酵液中的菌體、蛋白及大顆粒雜質絮凝沉淀出后，經過離子交換、柱層析方法去除離子雜質，活性炭脫色后，濃縮、結晶獲得D-核糖產品。但是不管是直接離心除菌還是絮凝后除菌，由于發酵液中菌體細小，都存在除菌不徹底的情況。其次這兩種方法對發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，致使結晶后的成品顏色微黃，影響產品質量。于此相比，在CN1266158C中公開了一種利用膜分離技術從發酵液中提取D-核糖的方法，該方法的優點在于膜分離精度高，不僅能除去菌體及大顆粒雜質，還能去除大部分小分子蛋白及色素物質，從而提高提取效率，提高產品質量及產品收率。但該方法中D-核糖發酵液按去除 精度依次通過了 4次膜過濾，操作步驟繁瑣、耗時長，影響產品收率。并且由于發酵液中含有大量的金屬離子，隨著膜過濾過程中濃縮倍數的提高，會不斷的從清液中析出金屬鹽物質，從而在膜過濾過程中附著在膜芯表面，造成后續的膜過濾速度降低，甚至導致堵塞膜孔的情況，大大的影響了過濾效果。因此，工業應用上急需尋找一種簡便可行的采用膜技術提取發酵液中的D-核糖方法，工藝簡單合理，能克服膜分離中存在的缺點，讓膜分離技術完美的應用于D-核糖的發酵液的提取。
發明內容
本發明的目的在于提供一種采用離子交換與膜分離技術從發酵液中提取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，克服現有膜分離技術應用過程中存在的過濾速度降低、堵塞現象，并且提高D-核糖產品質量及收率。本發明的目的是這樣來實現的，它包括以下方法步驟:
(O發酵液的微濾:D-核糖發酵液通過膜孔徑為50nm IOOOnm的濾膜，除去發酵液中大部分的菌體及較大的蛋白及雜質顆粒，微濾的操作壓力0.1 0.4MPa，操作溫度10 50°C，濃縮倍數6 12倍，透析水量以體積百分比計占進料體積的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，超濾的操作壓力0.5 2.0MPa，操作溫度20 40°C，濃縮倍數10 20倍，透析水量以體積百分比計占進料體積的10 50%。(3)超濾液的離子交換:超濾液經過陽、陰離子交換柱，除去濾液中的多價離子。(4)離交液層析濃縮結晶:將離子交換后的濾液，經過常規的大孔吸附樹脂層析、濃縮、結晶，獲得純度達99.5%以上 的D-核糖產品。以上步驟中的(I )、( 2 )、( 3 )為發酵液的預處理，目的在于除去發酵液中的菌體、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流速經過陽柱，再以I 5BV/H流速經過陰柱。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。本發明是一種行之有效的從發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提取D-核糖的基礎上，創新性的采用了離子交換與膜分離技術相采用的方法進行發酵液中D-核糖的提取。本發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，進而提高了產品收率；而且在實施方法2中創新的將離子交換技術使用在兩次膜分離中間，很好的解決了實際生產中由于膜分離過程中濃縮倍數的提高，金屬鹽物質析出，造成膜通量下降的缺陷，保證了生產過程的連續性，縮短了提取時間，并對膜芯起到了很好的保護作用，提高了膜設備的使用效率。本發明方法具有工藝簡單合理、提取分離度高、收率高、操作簡便等優點。采用本發明方法提取結晶后獲得的D-核糖產品經高效液相色譜分析純度可達99.5%以上。本發明在超濾后進行離子交換，可以減少工藝中離子交換的次數。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發明，但不構成對本發明的任何限制。實施例1
將D-核糖發酵液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HZ-803樹脂層析，流出液經過減壓濃縮，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，緩慢降溫使核糖結晶析出，離心甩干后，母液再次經過層析、濃縮結晶。D-核糖結晶經過真空干燥后，共獲得D-核糖產品4.65Kg。經高壓液相色譜檢測D-核糖產品的純度為99.54%。
權利要求
1.一種采用離子交換與膜分離技術從發酵液中提取D-核糖的方法，其特征是該方法包括以下步驟: (O發酵液的微濾:D-核糖發酵液通過膜孔徑為50nm IOOOnm的濾膜，除去發酵液中大部分的菌體及較大的蛋白及雜質顆粒，微濾的操作壓力0.1 0.4MPa，操作溫度10 ·50°C，濃縮倍數6 12倍，透析水量以體積百分比計占進料體積的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10 20倍，透析水量以體積百分比計占進料體積的10 50% ； (3)超濾液的離子交換:超濾液經過陽、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晶:將離子交換后的濾液，經過常規的大孔吸附樹脂層析、濃縮、結晶，獲得純度達99.5%以上的D-核糖產品；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流速經過陽柱，再以I 5BV/H流速經過陰柱，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
本發明公開一種采用離子交換與膜分離技術從發酵液中提取D-核糖的方法，該方法包括以下步驟(1)發酵液的微濾；(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晶。本發明將離子交換與膜分離技術同時運用于D-核糖發酵液的預處理中，提高了D-核糖發酵液預處理能力，操作簡便，克服了單獨運用膜分離技術預處理D-核糖發酵液中存在的濃縮倍數增高后導致的料液中固形物析出的缺點，大大簡化了提取過程，降低生產成本，并顯著提高了D-核糖產品的收率及質量。
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 優先權日2013年3月15日
發明者楊光, 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