硫酸軟骨素制備工藝及其設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種硫酸軟骨素制備工藝及其設備，具體地說是一種無溶劑法萬噸級硫酸軟骨素的提取工藝，包括液化、提取酶解降解、過濾、分離和后處理等步驟，設備包括反應釜，所述反應釜優選為特氟龍反應釜，所述反應釜依次管道連接有真空循環過濾器、濾液儲液罐和分子篩，所述分子篩分別管道連接有蛋白液儲罐和CS液儲罐；本發明的優點在于：節約了投資，同等規模相比，可節約投入資金80%以上。規模越大，相對投入越少；產能最大可達萬噸以上，這是溶劑法工藝技術所無法比擬的，且能實現自動化連續生產；產品質量隨意可控，含量從60%～105%（指CPC含量），其他質量指標也能達到或超過現行的產品質量標準要求；無污染，零排放，綠色環保生產。
【專利說明】硫酸軟骨素制備工藝及其設備
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種硫酸軟骨素制備工藝，具體地說是一種無溶劑法萬噸級硫酸軟骨 素的提取工藝及其設備，屬于硫酸軟骨素的提取領域。
【背景技術】
[0002] 硫酸軟骨素(簡稱CS)自1861年美國人從動物軟骨中提取分離出來至今，其提取、 提純的工藝技術關鍵都離不開有機溶劑，原因是該產品的物理特性所決定的--溶于水而 不溶于有機溶劑。常用的溶劑有：丙酮、乙醇、乙醚、氯仿等。又因丙酮、乙醚、氯仿有毒副 作用，而被棄之不用。到目前為止，全世界CS提取和提純的工藝技術，都是由溶劑濃度決定 的。所采用的溶劑丙酮和乙醇，又因丙酮溶劑的沸點太低，易揮發、危險性大，所以CS的生 產企業基本上都是用乙醇提取和提純的。目前全世界CS的提取工藝與技術普通采用是： (1)稀堿提取工藝(見《生化工藝學》中具體描述）；（2)濃堿提取工藝（見《生化工藝學》屬 21世紀生物工程系列高等院校教材書，由陳來同編著，科學出版社2012年1月第五次印刷 出版）；（3)稀堿-濃鹽提取工藝；（4)酶解-樹脂提取工藝等。
[0003] 然而，采用上述溶劑法提取制備存在以下缺點：（1)用溶劑法新建CS提取、提純 生產企業，固定資產投入大，資金浪費嚴重，新廠建設周期長、見效慢，造成產品成本居高不 下，消費市場難以擴容。以年產CS(指從原料做起全部自產)百噸規模的企業來說，占地面積 不少于6000平方米，加上溶劑回收系統、加熱系統、冷卻系統、污水處理系統所用設備及土 建工程，安全防火、防爆、防雷設施及生產車間(精、烘、包車間)要達到GMP要求等，不包括辦 公區及生活區就得投入500萬元以上。且環評也不一定能通過驗收。建設周期至少在8個 月以上；（2)因溶劑法提取、提純CS產品制備工藝時間長，相對造成產品產量低，單位成本 上升，從原料投入到精、烘、包工段完成，所有溶劑制備法整個工藝流程至少要在50小時以 上；（3)因溶劑價格高，在附加成本中所占比例較大，所以要回收重復利用。該工段又是生 產過程中的瓶頸工段，露天操作，再加上要防燃、防爆，所以要與其他工段之間隔開。因此， 到目前為止，全世界沒法設計出一條CS自動或半自動生產流水線；（4)溶劑法提取、提純CS 產品的過程中，高能耗是指溶劑回收耗用的煤、電、水，溶劑消耗，其工段所用工人工資等， 僅此項每噸產品要增加成本10000元以上，且有安全隱患；（5)溶劑法工藝中的高污染是指 要消耗大量的氫氧化鈉(燒堿)和鹽酸，1000公斤CS產品以鮮牛胸骨為例，收率按5%計算， 需要20噸原料和20噸純化水，共產生40噸液體。需要氫氧化鈉（以稀堿--濃鹽工藝為準） 800公斤以上，鹽酸1850公斤以上，氯化鈉1000公斤以上，溶劑要消耗掉1500公斤左右。 溶劑回收過程中產生的廢水（C0D在80000個單位以上）約60噸以上，再合并洗料水、沖洗 衛生水等，每噸CS產品要產生的廢液及廢水在百噸以上(不含空氣污染和生活污水)，所以 必須要建污水處理設備來處理。否則，企業因環保環評不達標，而無法開工生產；（6)溶劑 法工藝中的產品出率低，是指其技術工藝的缺陷所造成的。在提取、提純過程中，因酶種單 一，達不到內切、外切之目的，使酶在酶解、降解過程中不徹底，液體不分層，蛋白質不聚合， 或降解不完全，造成過濾困難，因而影響了產品的收率和質量(收率是指相同部位的動物軟 骨，百公斤干料或鮮料計所提取得到的CS產品重量）；（7)溶劑法提取、提純工藝中產品含 量相對較低。規模化生產中，CS產品的含量一般在95%以下(指CPC含量)。所以在其產品 中，存有一定量的蛋白質、溶劑、過氧化氫等。作為原料藥用的CS下游產品--硫酸軟骨素 片劑、膠囊、針劑、滴眼液等品種，對蛋白質和溶劑及過氧化氫有過敏反應的人群均無法使 用。這也是目前為止全世界沒有CS口服液品種的原因之一。CS中的水分很難達到<1%， 相對在一定的容積(如膠囊）和重量(片劑和膠囊）中，CS的質量就少了，進而影響到了產品 的療效。因其療效慢而又長致使人們對其保健作用產生了懷疑，從而影響到整個行業銷量 很難增長(經濟因素除外)，這也是全世界CS的消費量一直在5000噸左右徘徊的重要原因 之一；（8)由于溶劑的使用，胰酶的使用（針對西歐和伊斯蘭國家依其宗教信仰，不準用豬 的產物而言)，再加上生產過程中產生的廢棄物對環境污染嚴重，所以無法在國外建廠。達 不到整合全球資源，變廢為寶，使之產能達到萬噸級以上。難以達到以量求利、以質求量、薄 利多銷之目的。使全世界人民身體健康受益，得到保健及治療之目的。另外，溶劑法提取工 藝過程中，80%以上產品中都含有過氧化氫(雙氧水)。以鮮牛胸骨為例：每噸CS產品要消 耗掉300?400公斤過氧化氫。且該物質有害于消費人群的身體健康。
[0004] 例如，名稱為"一種硫酸軟骨素的無有機溶劑提取工藝"申請號為"CN 201210576946. 3"的中國發明專利提供了一種硫酸軟骨素的無有機溶劑提取工藝，包括如 下工藝步驟：將動物軟骨粉末煮料熟化，加入蛋白酶，進行生物酶酶解，升溫滅酶，將滅酶料 液冷卻到室溫后過濾，將濾液調節pH至5?8,過陽離子交換樹脂柱，收集流出液A，用純化 水洗脫，收集洗脫液B，將流出液A與洗脫液B混和，再經超濾濃縮后噴霧干燥。但是，該工 藝需要進行滅酶步驟，不但增量了工藝流程，而且增加了成本投入，另外，缺少提取步驟，在 生產過程會有雜質污染等產生，投入大、周期長、高能耗，污染高。
【發明內容】
[0005] 本發明設計的目的在于，提供了一種硫酸軟骨素制備工藝及其設備，改變傳統采 用溶劑法提取CS工藝技術的唯一性；解決了CS提取工藝過程中，從原料投入到最終產品， 不能實現自動化生產問題；改變了CS生產提取過程中，投入大、周期長、高能耗、高污染、 高成本，且有副作用（指對蛋白質、有機溶劑、過氧化氫過敏人群而言)，致使產品品種少(至 今沒有CS口服液級系列品種)，市場容量和應用領域受限等問題；節約了投資，同等規模相 t匕，可節約投入資金80%以上。規模越大，相對投入越少；產能最大可達萬噸以上，這是溶 劑法工藝技術所無法比擬的，且能實現自動化連續生產；產品質量隨意可控，含量從60%? 105%(指CPC法測定），其他質量指標也能達到或超過現行的產品質量標準要求；無污染，零 排放，綠色環保生產。
[0006] 本發明的技術方案為： 硫酸軟骨素制備工藝，包括液化、提取酶解降解、過濾、分離和后處理步驟； 具體操作步驟如下： (1)液化：將原料經壓力蒸煮后液化，變成液體狀態； 其中，所述步驟（1)的原料為冷凍軟骨粉或軟骨泥；所述冷凍軟骨粉為將冷凍軟骨粉 進行粉碎或絞碎，呈塊狀冷凍儲存；所述冷凍軟骨粉優選在新鮮狀態下，且達到無肉、無油、 不變質的冷凍軟骨粉； 所述步驟（1)的蒸煮溫度為100?120°c; (2) 提取酶解降解：將步驟（1)液化后的軟骨液體降溫到25?35°C后，加入堿進行堿 解，再加酶解酶與降解酶，進行酶解和降解，直至到解離分層，即產生CS與蛋白類物質自然 分離現象，得到混合液； 其中，所述步驟（2)提取酶解降解的具體操作為：將步驟（1)液化后的軟骨液體降溫到 25?35°C后，加入液體體積總量的0. 8?1. 2%的NaOH進行堿解提取后，再分別加3?9%〇 的酶解酶與等量的降解酶，進行酶解和降解，直至到解離分層，即產生CS與蛋白類物質自 然分離現象，得到混合液； (3) 過濾：將步驟（2)的混合液通過過濾裝置連續過濾，得到濾液和骨渣，使濾液的澄 清度在〇. 〇〇1?〇. 10范圍內； 其中，所述過濾裝置優選為真空循環過濾器；通過真空循環過濾器連續過濾，過濾后的 濾液達到清澈、透明，無渾濁、雜質； (4) 分離：將步驟（3)得到的濾液通過物理方法使CS與小分子如氨基酸類蛋白等物質 分離，得到透過液和濃縮液；將步驟（3)得到的骨渣經干燥得到動物骨粉，用于飼料，實現 了廢物利用，無需排放或者單獨處理，污染低，綠色環保； 其中，所述物理分離方法優選為分子篩；分離的分子量在3000以上的大分子為濃縮 夜，分子量在3000以下的小分子為透過液； (5) 后處理：將步驟（4)得到的透過液進行脫水濃縮和干燥，得到動物蛋白粉；將步驟 (4)得到的濃縮液進行脫水，得到本發明硫酸軟骨素產品。
[0007] 最后，產品經包裝成型，裝桶，封上口，貼上嘜頭。
[0008] 其中，所述步驟（1)的整個過程時間約需1?3小時；所述步驟（2)的整個過程時 間約在6?8小時內；所述步驟（3)的整個過程約需時間2小時；所述步驟（4)的整個過程 約用2?3小時；所述步驟（5)的整個過程約用3小時，整個工藝流程時間不超過20小時， 且能自動化、半自動化連續生產得到最終成品。
[0009] 所述步驟（1)和（2)整個工藝過程中的設備材質可以是不銹鋼、聚丙烯或特氟龍， 但從造價和使用壽命來講，都比不上特氟龍材料耐腐蝕、搞酸堿，使用壽命長、經濟實惠、無 靜電反應；蒸煮的設備例如可以是特氟龍反應釜；所述步驟（3)連續過濾的裝置例如可以 是真空循環過濾器；所述步驟（4)和（5)干燥的設備例如可以是特氟龍干燥設備。上述各 設備通過特氟龍管道及法蘭連接，從而能自動化、半自動化連續生產，得到最終成品，自動 化程度高。
[0010] 一種用于上述硫酸軟骨素制備工藝的設備，包括反應釜，所述反應釜優選為特氟 龍反應釜，所述反應釜依次管道連接有真空循環過濾器、濾液儲液罐和分子篩，所述分子篩 分別管道連接有蛋白液儲罐和CS液儲罐。原料首先在反應釜內煮料、降溫、堿解、酶解和降 解，完成上述工藝的步驟（1)和步驟（2)，然后通過真空循環過濾器進行過濾完成上述工藝 的步驟（3)后，濾液泵入到濾液儲液罐中，再由濾液儲液罐將物料泵入分子篩中，進行物料 分離完成上述工藝的步驟（4)，再將分離得到的產物分別泵入蛋白液儲罐和CS液儲罐中， 進行后續處理，完成上述工藝的步驟（5)。
[0011] 進一步地，所述的真空循環過濾器與濾液儲液罐之間、濾液儲液罐與分子篩之間 均設有泵，所述的分子篩與蛋白液儲罐和CS液儲罐之間設有循環泵，所述循環泵的出口還 與所述分子篩的入口相連，從而能夠進行多次分離，提高了分離效果。
[0012] 進一步地，所述的反應釜與真空循環過濾器之間設有高度差，通過高度差使物料 自然流動，降低了生產成本。
[0013] 進一步地，所述的蛋白液儲罐與脫水裝置，或脫水裝置和干燥裝置相連，得到動物 蛋白粉。
[0014] 進一步地，所述的CS液儲罐與脫水裝置，或脫水裝置和干燥裝置相連，得到本發 明硫酸軟骨素產品。
[0015] 本發明的優點在于： (1) 不用溶劑即可得到CS產品； (2) 整個工藝流程時間不超過20小時，且能自動化、半自動化連續生產得到最終成品； (3) 整個工藝技術生產中，用酸堿量很少，其總量約為產品重量的15%?30%，投入成本 低產能高，經濟效益高； (4) 整個CS提取、提純工藝過程中產生的廢液和廢水，通過簡單地物理處理即可循環 使用，無需排放或者單獨處理，污染低，綠色環保； (5) 有味道的氣體可通過空氣凈化裝置來處理，達標后排放，安全環保； (6) 整個工藝流程自動化程度高，自產量在100噸以上的用工不超過15人，人工少，降 低了生產成本； (7) 產品質量完全符合或超過現執行的美國USP35版和西歐EP7. 0及中國藥典標準，產 品質量商； (8) 生產成本與溶劑法相比，成本降低約40%?70%，降低了生產成本，提高了經濟效 Itt?. ?； (9) 采用本發明工藝技術產出的產品作為醫用原料藥，有利于下游產品的進一步開發 和擴展，如CS鈉鹽、鈣鹽、鉀鹽、鋅鹽口服液及鯊魚CS口服液及其復合配方口服液等產品品 種的開發，前景廣闊； (10) 產品產量完全能達到萬噸以上，尚屬首例，這是溶劑法工藝技術所無法比擬的。
[0016] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明實施例的工藝流程圖； 圖2為本發明實施例的設備連接框圖。
【具體實施方式】
[0018] 以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用 于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0019] 除非另有說明，本發明中所采用的百分數均為重量百分數。
[0020] 實施例1 如圖1所示，一種硫酸軟骨素制備工藝，具體操作步驟如下： (1)液化：將原料投入反應釜內，在100?120°c的溫度下解凍蒸煮，經壓力蒸煮后液 化，變成液體狀態，整個過程時間約需1?3小時； 其中，原料為冷凍鮮軟骨粉或軟骨泥；冷凍鮮軟骨粉是指不同的動物(如牛、豬、羊、 雞、鴨、鯊魚等）在其被宰殺后，分割過程中產出的軟骨，然后經過處理，達到無肉、無油、無 雜質，然后進行粉碎或絞碎，按一定的重量(如10?20公斤/塊）在方型器皿內速凍冷藏 (-5?-20°C)儲存，即成塊狀軟骨粉； (2) 提取酶解降解：將步驟（1)液化后的軟骨液體降溫到25?35°C后，加入液體體積 總量的0. 8?1. 2%的NaOH進行堿解提取3小時后，再分別加3?9%。的A酶即酶解酶(夕卜 切酶）與等量的B酶即降解酶（內切酶)，進行酶解和降解，直至到解離分層，即產生CS與蛋 白類物質自然分離現象，得到混合液，整個過程時間約在6?8小時內；其中，A酶即酶解酶 與B酶即降解酶可以選用目前傳統的硫酸軟骨素提取用酶，對本發明沒有影響； (3) 過濾：將步驟（2)的混合液通過真空循環過濾器連續過濾，將骨渣及沒降解的大分 子蛋白過濾出來，得到濾液和骨渣，使濾液的澄清度在0. 001?0. 10范圍內，通過真空循環 過濾器連續過濾，過濾后的濾液達到清澈、透明，無渾濁、雜質，整個過程約需時間2小時； (4) 分離：將步驟（3)得到的濾液通過物理方法使CS與小分子如氨基酸類蛋白等物質 分離，得到透過液和濃縮液，整個過程約用2?3小時，其中，透過液是含有氨基酸類小分子 蛋白的液體，濃縮液是含有CS的液體；將步驟（3)得到的骨渣經干燥得到動物骨粉，用于飼 料，實現了廢物利用，無需排放或者單獨處理，污染低，綠色環保；所述物理分離方法優選為 分子篩；分尚的分子量> 3000的大分子為濃縮夜，分子量< 3000的小分子為透過液； (5) 后處理：將步驟（4)得到的透過液進行脫水濃縮和干燥，得到動物蛋白粉；將步驟 (4)得到的濃縮液進行脫水，得到本發明硫酸軟骨素產品，整個過程約用3小時。
[0021] 最后，產品經包裝成型，裝桶，封上口，貼上嘜頭。
[0022] 實施例2 一種用于上述實施例1硫酸軟骨素制備工藝的設備，包括反應釜，所述反應釜優選為 特氟龍反應釜，所述反應釜依次管道連接有真空循環過濾器、濾液儲液罐和分子篩，所述分 子篩分別管道連接有蛋白液儲罐和CS液儲罐。原料首先在反應釜內煮料、降溫、堿解、酶解 和降解，完成上述工藝的步驟（1)和步驟（2)，然后通過真空循環過濾器進行過濾完成上述 工藝的步驟（3)后，濾液泵入到濾液儲液罐中，再由濾液儲液罐將物料泵入分子篩中，進行 物料分離完成上述工藝的步驟（4)，再將分離得到的產物分別泵入蛋白液儲罐和CS液儲罐 中，進行后續處理，完成上述工藝的步驟（5);所述的真空循環過濾器與濾液儲液罐之間、濾 液儲液罐與分子篩之間均設有泵，所述的分子篩與蛋白液儲罐和CS液儲罐之間設有循環 泵，所述循環泵的出口還與所述分子篩的入口相連，從而能夠進行多次分離，提高了分離效 果；所述的反應釜與真空循環過濾器之間設有高度差，通過高度差使物料自然流動，降低了 生產成本；所述的蛋白液儲罐依次與脫水裝置和干燥裝置相連，得到動物蛋白粉；所述的 CS液儲罐與脫水裝置，得到本發明硫酸軟骨素產品。
[0023]以牛骨為原料生產CS產品實例 1、 取冷凍儲存的鮮牛鼻骨骨粉600公斤，逐塊投入1000立升反應釜內，加水300公斤， 加熱到1l〇°C，恒溫蒸煮90分鐘，然后降溫處理； 2、 溫度降至35°C以下，先進行堿解反應3小時，再加入A酶(外切酶)酶解反應2小時， 再加入B酶（內切酶）降解反應2小時，在管道反應器內進行； 3、 降解反應結束后，升溫至85°C，靜置30分鐘，然后降溫，此過程在反應釜內進行； 4、 溫度降至70°C以下時，將降溫后的混合液通過泵循環，進入真空過濾系統，進行真空 過濾得到濾液和骨渣； 5、 濾液進入分離工序，骨渣烘干或曬干即成動物骨粉，可做飼料用； 6、 濾液進入分尚工序后，通過分子篩，將大分子(分子量> 3000 )的CS與小分子 (< 3000)的氨基酸類蛋白質分開，得到CS濃縮液和透過液； 7、 分開后的CS濃縮液再經過反復濃縮，直至底物質量濃度> 30%時進行干燥處理，即 可得到CS產品45公斤，收率為7. 5% ; 8、 分開后的透過液濃縮和干燥，得到動物蛋白粉90公斤，其收率為15%。
[0024]另外，還可以采用上述工藝，用豬、羊、雞、鴨等動物的軟骨作原料生產CS產品，方 法相同。
[0025]采用發明方面(無溶劑法）所得產品質量與采用溶劑法所得產品質量進行對比，對 照表如下所示： (產品質量指標依美國USP35版標準要求為依據） 物料來源：牛鼻軟骨(冷凍品）數量：l〇〇kg
【權利要求】
1. 硫酸軟骨素制備工藝，其特征在于，包括液化、提取酶解降解、過濾、分離和后處理步 驟； 具體操作步驟如下： (1) 液化：將原料經壓力蒸煮后液化，變成液體狀態； (2) 提取酶解降解：將步驟（1)液化后的軟骨液體降溫后，加入堿進行堿解，再加酶解 酶與降解酶，進行酶解和降解，直至到解離分層； (3) 過濾：將步驟（2)的混合液通過過濾裝置連續過濾，得到濾液和骨渣，使濾液的澄 清度在〇. 〇〇1?〇. 10范圍內； (4) 分離：將步驟（3)得到的濾液通過物理方法使CS與小分子蛋白物質分離，得到透過 液和濃縮液，其中，透過液是含有氨基酸類小分子蛋白的液體，濃縮液是含有CS的液體；將 步驟（3)得到的骨渣經干燥得到動物骨粉； (5) 后處理：將步驟（4)得到的透過液進行濃縮和干燥，得到動物蛋白粉；將步驟（4)得 到的濃縮液進行脫水，得到本發明硫酸軟骨素產品。
2. 根據權利要求1所述的硫酸軟骨素制備工藝，其特征在于：所述步驟（1)的原料為冷 凍軟骨粉或軟骨泥。
3. 根據權利要求2所述的硫酸軟骨素制備工藝，其特征在于：所述冷凍軟骨粉為將冷 凍軟骨粉進行粉碎或絞碎，呈塊狀冷凍儲存。
4. 根據權利要求1所述的硫酸軟骨素制備工藝，其特征在于：所述步驟（1)的蒸煮溫度 為 100 ?120°C。
5. 根據權利要求1所述的硫酸軟骨素制備工藝，其特征在于，所述步驟（2)的具體操作 為：將步驟（1)液化后的軟骨液體降溫到25?35°C后，加入液體體積總量的0. 8?1. 2%的 NaOH進行堿解提取后，再分別加3?9%。的酶解酶與等量的降解酶，進行酶解和降解，直至 到解離分層，即產生CS與蛋白類物質自然分離現象，得到混合液。
6. 根據權利要求1所述的硫酸軟骨素制備工藝，其特征在于：所述步驟（4)的物理分離 方法為分子篩；分尚的分子量在3000以上的大分子為濃縮夜，分子量在3000以下的小分子 為透過液。
7. -種用于如權利要求1-6任意一項所述的硫酸軟骨素制備工藝的設備，其特征在 于：包括反應荃，所述反應荃優選為特氟龍反應荃，所述反應荃依次管道連接有真空循環過 濾器、濾液儲液罐和分子篩，所述分子篩分別管道連接有蛋白液儲罐和CS液儲罐。
8. 根據權利要求7所述的設備，其特征在于：所述的真空循環過濾器與濾液儲液罐之 間、濾液儲液罐與分子篩之間均設有泵，所述的分子篩與蛋白液儲罐和CS液儲罐之間設有 循環泵，所述循環泵的出口還與所述分子篩的入口相連。
9. 根據權利要求7所述的設備，其特征在于：所述的反應釜與真空循環過濾器之間設 有高度差。
10. 根據權利要求7所述的設備，其特征在于：所述的蛋白液儲罐與脫水裝置，或脫水 裝置和干燥裝置相連；所述的CS液儲罐與脫水裝置，或脫水裝置和干燥裝置相連。
【文檔編號】C08B37/08GK104387502SQ201410738968
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】張木良 申請人:張木良