專利名稱：一種偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用多級(jí)預(yù)處理與膜分離生物反應(yīng)器偶聯(lián)酶解幾丁聚糖，制備所需不同聚合度與高活性幾丁寡糖產(chǎn)品的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的方法和設(shè)備。
目前，可提供的幾丁寡糖制備的技術(shù)途徑有酸解法、氧化法和酶解法。通常是通過這三種途徑來降解相對(duì)高聚合度的幾丁聚糖，使其聚合度降低，繼而采用層析法、離子交換法或電滲析法進(jìn)行分離提純而獲得幾丁寡糖的。由于這些方法具有制備過程復(fù)雜、指標(biāo)波動(dòng)大、對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重、產(chǎn)品收率低、制備成本高、產(chǎn)品的生理活性不一致等問題而限制了幾丁寡糖產(chǎn)品的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
采用常規(guī)膜分離生物反應(yīng)器技術(shù)，用于酶解幾丁聚糖來制備幾丁寡糖的方法和裝置，由于對(duì)原料的要求高，在工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的過程中，要以較高的投入用于對(duì)原料的二次處理，并且在后續(xù)工序中，由于隨原料帶入的灰分和未降解的大分子物質(zhì)未被分離，會(huì)嚴(yán)重堵塞膜分離反應(yīng)器，降低了設(shè)備利用率，以至于在生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)設(shè)備投入、降低環(huán)境污染以及產(chǎn)品的收得率等方面影響了工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明所提供的制備所需不同聚合度的、具有高活性的幾丁寡糖產(chǎn)品方法的技術(shù)方案為(1) 一級(jí)酶水解過程對(duì)幾丁聚糖原料進(jìn)行攪拌溶解和生物酶降解；(2) 一級(jí)酶水解產(chǎn)物的預(yù)處理；(3) 二級(jí)酶降解反應(yīng)和二級(jí)預(yù)處理；(4) 應(yīng)用超濾膜技術(shù)，定向分離出有高生理活性的幾丁寡糖溶液；(5) 對(duì)超濾透過液的納濾。
上述一級(jí)酶水解過程中的溶解，是指將片狀或粉狀幾丁聚糖原料，按1％～12％重量，溶解于反應(yīng)釜的溶解液中。這里所述的溶解液，可以是醋酸，也可以是檸檬酸、蘋果酸、乳酸，以及如鹽酸等其他可溶解幾丁聚糖的酸液；溶解液的pH值，可按所選用的酸液能溶解幾丁聚糖，且不析出為準(zhǔn)。由于不同批次、不同產(chǎn)地的幾丁聚糖原料的清洗程度不一致，實(shí)際用酸量，應(yīng)以pH值調(diào)整在3～6之間，溶解液的溫度可控制在20～55℃的范圍內(nèi)(pH值和溫度值的確定，以所選酶種的最佳反應(yīng)需要為準(zhǔn))；上述一級(jí)酶水解過程中的生物酶降解，是指對(duì)溶解了的幾丁寡糖溶液，加入相當(dāng)于幾丁聚糖原料重量0.05～5％的生物酶(確定的用量，以所選用的降解酶的活性要求為準(zhǔn))，同時(shí)，在加入生物酶之前，還應(yīng)進(jìn)一步調(diào)節(jié)這個(gè)反應(yīng)釜中溶液的pH和溫度值，使之能滿足生物酶的最佳降解環(huán)境；目前已確定有多種生物酶具有對(duì)幾丁聚糖的降解作用，如纖維素酶、半纖維素酶、木瓜蛋白酶、溶菌酶、殼聚糖酶、甲殼素酶等，或者多種酶的復(fù)合生物酶以及變異酶等，對(duì)這些酶種的選定，可依據(jù)酶活高、來源穩(wěn)定、成本低以及無毒無害、環(huán)境污染小等原則來選擇。
所述的一級(jí)酶水解產(chǎn)物的預(yù)處理，是指對(duì)一級(jí)酶水解產(chǎn)物的第一級(jí)過濾，這個(gè)過程可采用2～10μm的微濾器一次過濾，透過液進(jìn)入下一級(jí)生產(chǎn)流程，也可采用二次過濾，先以60～120目濾網(wǎng)將粗渣濾出，然后以2～10μm的微濾器的透過液進(jìn)入下一級(jí)生產(chǎn)流程，以達(dá)到濾出由幾丁聚糖等原料帶入的灰分、不溶解物和其它顆粒性雜質(zhì)，減少對(duì)后續(xù)設(shè)備的堵塞和損壞；第一級(jí)過濾的截留液，返回到一級(jí)酶水解反應(yīng)釜中，以便對(duì)其中的未溶解或未降解到位的幾丁聚糖進(jìn)行繼續(xù)溶解和酶解；這個(gè)過程，也可以復(fù)合在一個(gè)微濾器設(shè)備中完成。
上述處理過程的啟動(dòng)運(yùn)行，可在一級(jí)酶解反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物粘度比初始值下降了約40～60％、釜內(nèi)溶液開始呈現(xiàn)出較好的流動(dòng)性時(shí)開始。
所述的二級(jí)酶降解反應(yīng)，是指對(duì)一級(jí)酶解產(chǎn)物經(jīng)過一級(jí)預(yù)處理的透過液，在此環(huán)節(jié)中進(jìn)一步進(jìn)行酶降解和預(yù)過濾。二級(jí)酶降解的設(shè)備可以是酶解反應(yīng)釜；預(yù)處理設(shè)備可以選擇孔徑是0.1～2μm范圍內(nèi)任一種微濾器；其透過液可以進(jìn)入后一級(jí)緩沖儲(chǔ)罐中或直接進(jìn)入下一流程的膜分離器進(jìn)行分離，截留液可返回二級(jí)酶解反應(yīng)釜繼續(xù)進(jìn)行酶降解。在這個(gè)階段中，要對(duì)反應(yīng)釜中的物料進(jìn)行酶活、pH值和溫度的測(cè)控，使得這些參數(shù)保持在設(shè)定值附近。
所述的二級(jí)酶降解反應(yīng)和二級(jí)預(yù)處理過程的目的，在于讓酶降解反應(yīng)液中分子量已經(jīng)切割到位或者即將切割到位的產(chǎn)物，盡快進(jìn)入到下一階段的超濾膜分離流程，脫離繼續(xù)切割降解的環(huán)境，避免過分降解為超低聚合度(四糖以下)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)之外的產(chǎn)物，提高產(chǎn)物收得率；并且進(jìn)一步濾出在一級(jí)酶解和預(yù)處理階段未能截留的灰分、不溶解物和其它小顆粒固態(tài)雜質(zhì)，減少它們對(duì)后續(xù)流程中的膜分離設(shè)備的堵塞和損壞，提高設(shè)備利用率。
所述的應(yīng)用超濾膜技術(shù)，采用中空纖維超濾組件或平板超濾器組成，中空纖維超濾器可以是內(nèi)壓式結(jié)構(gòu)，也可以是外壓式結(jié)構(gòu)；超濾器的規(guī)?？筛鶕?jù)生產(chǎn)規(guī)模的大小確定，這個(gè)超濾膜設(shè)備系統(tǒng)，也可以由多組或多臺(tái)超濾器以并聯(lián)連接方式而構(gòu)成；此處所述的定向分離，是指按照產(chǎn)品給定的分子量切割指標(biāo)，選擇與分子量對(duì)應(yīng)孔徑的超濾膜組件，如選用分子量分離范圍在500～50000的多種超濾膜，可以多組串聯(lián)排列進(jìn)行超濾分離。在實(shí)施超濾的過程中，第一級(jí)超濾器的截留液，返回二級(jí)酶降解反應(yīng)環(huán)節(jié)，進(jìn)行繼續(xù)酶解；對(duì)其后續(xù)按照串聯(lián)方式排列的超濾器，依次進(jìn)行超濾分離；其截留液返回前級(jí)緩沖罐，其透過液流入本級(jí)緩沖罐，按所切割的分子量從大到小依次排列、順序超濾分離。這樣，在各級(jí)緩沖罐中就獲得了按照不同切割分子量的產(chǎn)物；所述納濾過程，是指將上述過程中所獲得的不同分子量的超濾透過液，再次經(jīng)過由截留分子量在200以下的各式納濾機(jī)，將料液中的水分、單分子和二、三聚合度的幾丁低聚糖、酶解反應(yīng)液中所含有的Ac-1和Cl-1以及Na+、Mg+等金屬離子和鹽份濾出，所獲得的截留液就是經(jīng)過脫鹽和濃縮的高活性幾丁寡糖。這一過程中料液的濃縮濃度可達(dá)20～40％或者更高，除鹽率可達(dá)80～95％。
納濾后進(jìn)行干燥處理，可進(jìn)行冷凍干燥、低溫真空干燥或者噴霧干燥等，以獲得具有高生物活性的固態(tài)狀或粉狀幾丁寡糖產(chǎn)品。
本發(fā)明所提出的應(yīng)用多級(jí)預(yù)處理與膜分離反應(yīng)器偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的方法和裝置，其生產(chǎn)過程的操作特點(diǎn)，可以是分批次、分階段的全流程操作過程，也可為持續(xù)性的全流程操作過程，非常適合于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明所提供的制備所需幾丁寡糖設(shè)備的技術(shù)方案為包括依次相連的溶解與酶降解反應(yīng)過濾裝置、二次酶降解反應(yīng)過濾裝置和超濾分離組件，超濾分離組件的輸出端與納濾設(shè)備相連通。
上述方案中，所述的溶解與酶降解反應(yīng)過濾裝置包括有溶解—酶降解反應(yīng)釜1和微濾器3，通過送料泵2使它們相連通，微濾器的孔徑為2～10μm，微濾器的截留液口4與溶解—酶降解反應(yīng)釜相連通，透過液口5與二次酶降解反應(yīng)過濾裝置相接；所述的二次酶降解反應(yīng)過濾裝置由二級(jí)酶降解反應(yīng)釜7、二級(jí)微濾器8和透過液緩沖罐9及送料泵22組成，二級(jí)微濾器的孔徑為0.1～2μm，二級(jí)微濾器的截留液口與二級(jí)酶降解反應(yīng)釜通過送料泵相接通，二級(jí)微濾器的透過液口與透過液緩沖罐導(dǎo)通，透過液緩沖罐的出液口與超濾分離組件相接通；所述的超濾分離組件由中空纖維超濾組件或平板超濾器組成，依照分子量從大到小依次多級(jí)串聯(lián)排列，超濾分離組件通常設(shè)置4-8級(jí)超濾分離器組，每級(jí)超濾分離器組配置有存儲(chǔ)罐和工作泵，每級(jí)超濾分離器組可由多個(gè)超濾分離器并接構(gòu)成，第一級(jí)超濾分離器組的截留液返回二級(jí)酶降解反應(yīng)過濾裝置，每級(jí)超濾分離器組的截留液口與前級(jí)超濾分離器組的存儲(chǔ)罐導(dǎo)通，各存儲(chǔ)罐的輸出口通過閥與納濾設(shè)備接通。
本發(fā)明所述的微濾器、超濾器和納濾設(shè)備，可以直接購買商品設(shè)備，也可以由具有相應(yīng)孔徑的微濾、超濾和納濾元器件設(shè)計(jì)制作構(gòu)成，所構(gòu)成的設(shè)備應(yīng)該有較完善的反沖洗回路。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有的有益效果是(1)采用多級(jí)預(yù)處理與膜分離反應(yīng)器偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的方法使生產(chǎn)過程對(duì)原料的要求有所降低，無論是粉劑還是片劑的幾丁寡糖原料，本發(fā)明都能適應(yīng)；(2)應(yīng)用多級(jí)預(yù)處理與膜分離反應(yīng)器偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的方法中的多級(jí)預(yù)處理過程，不僅有效地減少了超濾設(shè)備的堵塞問題，提高了后續(xù)設(shè)備的利用率，還有效地將分離后的酶反饋到前級(jí)繼續(xù)重復(fù)使用，顯著的提高了酶的利用率；(3)由于應(yīng)用多級(jí)預(yù)處理與膜分離反應(yīng)器偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的方法，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)化生產(chǎn)；并且這一過程中有多級(jí)梯次降解、多級(jí)分離過程，因而可以有效將降解到位的產(chǎn)品及時(shí)分離，使其脫離有可能遭遇生物酶對(duì)合格產(chǎn)品的繼續(xù)降解環(huán)境，其結(jié)果有效地提高了產(chǎn)品的收得率；(4)對(duì)于所需的不同分子量的產(chǎn)品，可以通過選擇具有與分子量相對(duì)應(yīng)的不同孔徑的超濾膜對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行分離，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化、系列化的要求；(5)整個(gè)生產(chǎn)過程的反應(yīng)液流程，全部是在密封性良好的管道、反應(yīng)釜和儲(chǔ)罐中進(jìn)行，隔離了外部環(huán)境的干擾，有利于實(shí)現(xiàn)符合高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)要求條件和有利于對(duì)環(huán)境保護(hù)要求；綜上所述，由于應(yīng)用多級(jí)預(yù)處理與膜分離反應(yīng)器偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的方法和設(shè)備，不僅具有反應(yīng)過程溫和，反應(yīng)條件容易滿足，生產(chǎn)成本低，操作方便，設(shè)備投資不高的優(yōu)勢(shì)，而且在生產(chǎn)過程中還具有對(duì)原料的要求低、設(shè)備利用率高、可以連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)品收得率高、滿足產(chǎn)品的定向化、系列化、多樣化要求、生產(chǎn)過程衛(wèi)生條件好、有利于環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用多級(jí)預(yù)處理與膜分離反應(yīng)器偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的方法和裝置，是一種容易獲得大工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的有效方法和裝置。
圖2為本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中酶降解反應(yīng)過濾裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明制備方法中反應(yīng)液粘度變化曲線圖示。
實(shí)施例1選用半纖維素復(fù)合酶作為幾丁聚糖降解酶，酶降解的最佳環(huán)境為pH＝5.3，溫度t＝47℃，酶濃度為0.1％，底物濃度10％；按上述技術(shù)參數(shù)，在溶解—酶降解反應(yīng)釜1內(nèi)加入1000L(升)純凈水，再加入一定量的醋酸，將釜內(nèi)溶液的pH值調(diào)整到5.3，釜內(nèi)反應(yīng)液溫度在47℃±1℃時(shí)，再加入100kg幾丁聚糖，攪拌溶解，1小時(shí)后，檢查釜內(nèi)料液的pH值，若有變化，需加入相應(yīng)的酸或堿進(jìn)行調(diào)整，合格后，將準(zhǔn)備好的生物酶1000mL分散加入釜內(nèi)，在維持釜內(nèi)反應(yīng)液溫度的條件下，攪拌降解，2小時(shí)后，反應(yīng)液粘度下降了40％，3～4小時(shí)后，釜內(nèi)反應(yīng)液粘度已經(jīng)下降了60％左右；用粘度計(jì)測(cè)得溶解反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)液的時(shí)間-粘度曲線如圖3所示。釜內(nèi)反應(yīng)液粘度比初始值下降了40～60％后，就可以開啟送料泵2，料液順利地經(jīng)微濾器3，(此處也可以先經(jīng)過金屬絲網(wǎng)一次過濾器6，或經(jīng)一次濾網(wǎng)23，再流入微濾器3，如圖2、

圖1所示)，將料液分為兩路流向一路為截留液，返回原溶解—酶降解反應(yīng)釜1繼續(xù)降解，另一路為透過液，進(jìn)入下一級(jí)流程二級(jí)酶降解反應(yīng)釜7處理環(huán)節(jié)；約60分鐘左右的時(shí)間，經(jīng)過上述的預(yù)過濾處理，將近有70％的反應(yīng)液被轉(zhuǎn)移到了二次酶降解反應(yīng)釜7，測(cè)得此時(shí)的酶活含量高于一次酶降解反應(yīng)釜中的含量；在繼續(xù)維持反應(yīng)釜7內(nèi)的pH值和溫度值的條件下，繼續(xù)攪拌降解10分鐘左右，即可開啟送料泵22和二級(jí)預(yù)處理過濾設(shè)備8，對(duì)釜內(nèi)反應(yīng)液進(jìn)行再次過濾；透過液可以流入緩沖罐9；也可以直接與后繼的膜分離超濾器入口相接，進(jìn)行超濾分離；截留液則可以返回溶解—酶降解反應(yīng)釜1繼續(xù)降解，也可以返回二級(jí)酶降解釜7繼續(xù)降解；經(jīng)檢測(cè)，在這一環(huán)節(jié)處理后的反應(yīng)液，所含灰分僅為原料中所含灰分的5％左右，反應(yīng)液分子量基本上均在50000以下，與未經(jīng)所述二級(jí)酶降解預(yù)過濾處理的反應(yīng)液相比，在很大程度上改善了后級(jí)超濾膜裝置的堵塞問題；實(shí)施超濾膜定向切割分離幾丁聚糖的過程如附圖所示。本實(shí)施例采用四級(jí)超濾膜定向切割分離幾丁聚糖，超濾器裝置的水通量為5T/h；圖中，9為前級(jí)反應(yīng)液透過液緩沖儲(chǔ)罐；10為第一級(jí)超濾分離器組，本實(shí)施例中選定的截留分子量為10000；11為第二級(jí)超濾分離器組，本實(shí)施例中選定的截留分子量為6000；12為第三級(jí)超濾分離器組，本實(shí)施例中選定的截留分子量為3000；13為第四級(jí)超濾分離器組，本實(shí)施例中選定的截留分子量為1000；14為第一級(jí)存儲(chǔ)罐，儲(chǔ)放為分子量在10000～6000范圍的幾丁寡糖產(chǎn)品溶液；15為第二級(jí)存儲(chǔ)罐，儲(chǔ)放為分子量在6000～3000范圍的幾丁寡糖產(chǎn)品溶液；16為第三級(jí)存儲(chǔ)罐，儲(chǔ)放為分子量在3000～1000范圍的幾丁寡糖產(chǎn)品溶液；17為第四級(jí)存儲(chǔ)罐，儲(chǔ)放為分子量小于1000的幾丁寡糖產(chǎn)品溶液；本實(shí)施例中選用的分子量切割分離范圍在10000、6000、3000、1000四種超濾膜組件設(shè)備，依照分子量從大到小依次多組串聯(lián)排列進(jìn)行超濾分離。在實(shí)施超濾的過程中，第一級(jí)超濾器的截留液，返回二級(jí)酶降解反應(yīng)環(huán)節(jié)，進(jìn)行繼續(xù)酶解；對(duì)其后續(xù)按照串聯(lián)方式排列的超濾器，依次進(jìn)行超濾分離；其截留液返回前級(jí)緩沖罐，其透過液流入本級(jí)緩沖罐。經(jīng)檢測(cè)，獲得1#產(chǎn)品214L(升)，2#產(chǎn)品178L，3#產(chǎn)品233L，4#產(chǎn)品211L，合計(jì)為836L。料液總收率為83.6％；將已經(jīng)通過膜分離的幾丁寡糖溶液，通過納濾處理，可獲得高濃度和高純凈度的幾丁寡糖濃縮液。再進(jìn)行冷凍干燥、低溫真空干燥或者噴霧干燥，以獲得具有高生物活性的固態(tài)狀或粉狀幾丁寡糖產(chǎn)品。
在對(duì)經(jīng)過納濾設(shè)備濃縮和冷凍干燥后的實(shí)施例1的產(chǎn)品檢測(cè)，獲得結(jié)果為

經(jīng)過對(duì)實(shí)施例1的工藝參數(shù)要求進(jìn)行了多批次的實(shí)施，產(chǎn)品的指標(biāo)的波動(dòng)值均小于2％，一致性良好，適合于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
實(shí)施例2采用實(shí)施例1的設(shè)備條件，選用按一定比例的木瓜蛋白酶、果膠酶、纖維素酶和溶菌酶配制成一定量的復(fù)合酶，經(jīng)試驗(yàn)，獲得這種復(fù)合酶的水解最佳環(huán)境參數(shù)為pH＝4.5，溫度t＝42℃；反應(yīng)液中酶濃度為2％，底物濃度為3～4.5％；按上述所要求的技術(shù)參數(shù)，在溶解—酶降解反應(yīng)釜1內(nèi)加入1000L純凈水，再加入一定量的醋酸，將釜內(nèi)溶液的pH值調(diào)整到4.5，釜內(nèi)反應(yīng)液溫度在42℃±1℃時(shí)，再加入30kg幾丁聚糖，攪拌溶解，配制成底物濃度為3％、PH＝4.5的反應(yīng)液。1～2小時(shí)后，檢查釜內(nèi)料液的pH值，若有變化，需加入相應(yīng)的酸或堿進(jìn)行調(diào)整，合格后，將準(zhǔn)備好的復(fù)合生物酶10L分散加入釜內(nèi)，在維持釜內(nèi)反應(yīng)液溫度的條件下，攪拌降解，4小時(shí)后，反應(yīng)液粘度下降了15％，18～24小時(shí)后，釜內(nèi)反應(yīng)液粘度已經(jīng)下降了40％左右；在釜內(nèi)反應(yīng)液降解了15小時(shí)，料液粘度比初始值下降了30％之后，就可以開啟送料泵2，料液順利地經(jīng)微濾器3，(此處也可以先經(jīng)過金屬絲網(wǎng)一次過濾器6，或經(jīng)一次濾網(wǎng)23，再流入微濾器3，如圖2、圖1所示)，將料液分為兩路流向一路為截留液，返回溶解—酶降解反應(yīng)釜1繼續(xù)降解，另一路為透過液，進(jìn)入下一級(jí)流程二級(jí)酶降解反應(yīng)釜7處理環(huán)節(jié)；其它的處理情況與實(shí)施例1相同。
在對(duì)經(jīng)過納濾設(shè)備濃縮和冷凍干燥后的實(shí)施例2的產(chǎn)品檢測(cè)，獲得結(jié)果為

實(shí)施例3采用實(shí)施例1的設(shè)備條件，本例選用半纖維素復(fù)合酶作為幾丁聚糖降解酶，酶降解的最佳環(huán)境為pH＝5.3，溫度t＝45℃；反應(yīng)液配制的酶濃度為0.2％，根據(jù)物料量配制的底物濃度為5％；按上述所要求的技術(shù)參數(shù)，在溶解—酶降解反應(yīng)釜1內(nèi)加入1000L純凈水，再加入一定量的醋酸，將釜內(nèi)溶液的pH值調(diào)整到5.3，釜內(nèi)反應(yīng)液溫度在45℃±1℃時(shí)，再加入50kg幾丁聚糖，攪拌溶解，配制成底物濃度為5％、PH＝5.3的反應(yīng)液。0.5小時(shí)后，檢查釜內(nèi)料液的pH值，若有變化，需加入相應(yīng)的酸或堿進(jìn)行調(diào)整，合格后，將準(zhǔn)備好的半纖維素生物酶2000mL分散加入釜內(nèi)，在維持釜內(nèi)反應(yīng)液溫度的條件下，攪拌降解，1.5小時(shí)后，反應(yīng)液粘度下降了25％，2～3小時(shí)后，釜內(nèi)反應(yīng)液粘度已經(jīng)下降了40％左右；在釜內(nèi)反應(yīng)液降解了2小時(shí)，料液粘度比初始值下降了40％之后，就可以開啟送料泵2，料液順利地經(jīng)微濾器3，將料液分為兩路流向一路為截留液，返回溶解—酶降解反應(yīng)釜1繼續(xù)降解，另一路為透過液，進(jìn)入下一級(jí)流程二級(jí)酶降解反應(yīng)釜7處理環(huán)節(jié)；其它的處理情況與實(shí)施例1相同。
在對(duì)經(jīng)過納濾設(shè)備濃縮和冷凍干燥后的實(shí)施例3的產(chǎn)品檢測(cè)，獲得結(jié)果為

本發(fā)明制備所需幾丁寡糖設(shè)備的實(shí)施例如圖1、2所示，包括有溶解與酶降解反應(yīng)過濾裝置，它包括有溶解—酶降解反應(yīng)釜1和微濾器3，微濾器的孔徑為2～10μm，溶解—酶降解反應(yīng)釜通過送料泵2與微濾器相連通，微濾器的截留液口4與溶解—酶降解反應(yīng)釜相連通，其透過液口5與二次酶降解反應(yīng)過濾裝置相接，為防堵塞，可在微濾器的進(jìn)入口處設(shè)置一次濾網(wǎng)23，或者在溶解-酶降解反應(yīng)釜與微濾器之間串接金屬絲網(wǎng)一次過濾器6，濾網(wǎng)和過濾器采用60-100目，一次過濾器的透過液口經(jīng)送料泵2與微濾器相接，一次過濾器的截留液口與溶解—酶降解反應(yīng)釜相連；二次酶降解反應(yīng)過濾裝置由二級(jí)酶降解反應(yīng)釜7、二級(jí)微濾器8和透過液緩沖罐9及送料泵22組成，二級(jí)微濾器的孔徑為0.1～2μm，二級(jí)微濾器的截留液口與二級(jí)酶降解反應(yīng)釜相接通，也可同時(shí)與溶解—酶降解反應(yīng)釜1相導(dǎo)通；二級(jí)酶降解反應(yīng)釜與二級(jí)微濾器通過送料泵22相接通，二級(jí)微濾器的透過液口與透過液緩沖罐導(dǎo)通，透過液緩沖罐的出液口與超濾分離組件相接通；超濾分離組件由中空纖維超濾組件或平板超濾器組成，中空纖維超濾可以是內(nèi)壓式結(jié)構(gòu)或外壓式結(jié)構(gòu)，在分子量分離范圍1000-10000間從大到小，選用四級(jí)超濾分離器組相串接，每級(jí)超濾分離器組配置有產(chǎn)品存儲(chǔ)罐和工作泵，每級(jí)超濾分離器組可由多個(gè)超濾分離器并接構(gòu)成，其中第一級(jí)超濾分離器組10由6個(gè)超濾分離器構(gòu)成，截留分子量為10000；截留液口與二級(jí)酶降解反應(yīng)釜7相接，透過液口接第一級(jí)存儲(chǔ)罐14，第一級(jí)存儲(chǔ)罐的輸出口經(jīng)工作泵與第二級(jí)超濾分離器組相接，第二級(jí)超濾分離器組11由6個(gè)超濾分離器構(gòu)成，截留分子量為6000，截留液口與第一級(jí)存儲(chǔ)罐14相接，透過液口接第二級(jí)存儲(chǔ)罐15，第二級(jí)存儲(chǔ)罐的輸出口經(jīng)工作泵與第三級(jí)超濾分離器組相接，第三級(jí)超濾分離器組12由6個(gè)超濾分離器構(gòu)成，截留分子量為3000，截留液口與第二級(jí)存儲(chǔ)罐15相接，透過液口接第三級(jí)存儲(chǔ)罐16，第三級(jí)存儲(chǔ)罐的輸出口經(jīng)工作泵與第四級(jí)超濾分離器組相接，第四級(jí)超濾分離器組13由6個(gè)超濾分離器構(gòu)成，截留分子量為1000，截留液口與第三級(jí)存儲(chǔ)罐16相接，透過液口接第四級(jí)存儲(chǔ)罐17，每級(jí)超濾分離器組的截留液口與前級(jí)超濾分離器組的存儲(chǔ)罐導(dǎo)通，各存儲(chǔ)罐的輸出口通過閥與納濾設(shè)備接通。納濾設(shè)備18設(shè)有輸入口20、濃縮液口19和濾液口21，納濾設(shè)備18在與各個(gè)不同分子量的幾丁寡糖溶液儲(chǔ)罐的連接方式上，可以將多個(gè)納濾設(shè)備一對(duì)一的和不同分子量的幾丁寡糖存儲(chǔ)罐直接連接，構(gòu)成多臺(tái)納濾器設(shè)備的并聯(lián)工作方式；也可以采用分別將不同的分子量的幾丁聚糖溶液與一臺(tái)納濾設(shè)備連接，構(gòu)成單臺(tái)納濾設(shè)備的串聯(lián)工作方式。
權(quán)利要求
1.一種偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的方法，其特征在于(1)一級(jí)酶水解過程對(duì)幾丁聚糖原料進(jìn)行攪拌溶解和生物酶降解；(2)一級(jí)酶水解產(chǎn)物的預(yù)處理；(3)二級(jí)酶降解反應(yīng)和二級(jí)預(yù)處理；(4)應(yīng)用超濾膜技術(shù)，定向分離出有高生理活性的幾丁寡糖溶液；(5)對(duì)超濾透過液的納濾。
2.按權(quán)利要求1所述的制備幾丁寡糖的方法，其特征在于所述的一級(jí)酶水解過程中的溶解，是指將片狀或粉狀幾丁聚糖原料，按1％～12％重量，溶解于反應(yīng)釜的溶解液中。這里所述的溶解液，為醋酸或檸檬酸、蘋果酸、乳酸，以及如鹽酸等其他可溶解幾丁聚糖的酸液；溶解液的pH值，按所選用的酸液能溶解幾丁聚糖，且不析出為準(zhǔn)，實(shí)際用酸量，以pH值調(diào)整在3～6之間，溶解液的溫度控制在20～55℃的范圍內(nèi)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的制備幾丁寡糖的方法，其特征在于所述的一級(jí)酶水解過程中的生物酶降解，是指對(duì)溶解了的幾丁寡糖溶液，加入相當(dāng)于幾丁聚糖原料重量0.05～5％的生物酶，同時(shí)，在加入生物酶之前，還應(yīng)進(jìn)一步調(diào)節(jié)這個(gè)反應(yīng)釜中溶液的pH和溫度值，使之能滿足生物酶的最佳降解環(huán)境。
4.按權(quán)利要求1或2所述的制備幾丁寡糖的方法，其特征在于所述的生物酶為纖維素酶或半纖維素酶或木瓜蛋白酶或溶菌酶或殼聚糖酶或甲殼素酶，或者多種酶的復(fù)合生物酶以及變異酶。
5.按權(quán)利要求1或2所述的制備幾丁寡糖的方法，其特征在于所述的一級(jí)酶水解產(chǎn)物的預(yù)處理，是指對(duì)一級(jí)酶水解產(chǎn)物的第一級(jí)過濾，這個(gè)過程可采用2～10μm的微濾器一次過濾，透過液進(jìn)入下一級(jí)生產(chǎn)流程，或采用二次過濾，先以60～120目濾網(wǎng)將粗渣濾出，然后以2～10μm的微濾器的透過液進(jìn)入下一級(jí)生產(chǎn)流程。
6.按權(quán)利要求1或2所述的制備幾丁寡糖的方法，其特征在于所述的二級(jí)酶降解反應(yīng)，是指對(duì)一級(jí)酶解產(chǎn)物經(jīng)過一級(jí)預(yù)處理的透過液，在此環(huán)節(jié)中進(jìn)一步進(jìn)行酶降解和預(yù)過濾，二級(jí)酶降解選擇孔徑是0.1～2μm范圍內(nèi)任一種微濾器；其透過液進(jìn)入后一級(jí)緩沖儲(chǔ)罐中或直接進(jìn)入下一流程的膜分離器進(jìn)行分離，截留液可返回二級(jí)酶解反應(yīng)釜繼續(xù)進(jìn)行酶降解。
7.按權(quán)利要求1或2所述的制備幾丁寡糖的方法，其特征在于所述的定向分離，是指按照產(chǎn)品給定的分子量切割指標(biāo)，選擇與分子量對(duì)應(yīng)孔徑的超濾膜組件，選用分子量分離范圍在500～50000的多種超濾膜，可多組串聯(lián)排列進(jìn)行超濾分離，第一級(jí)超濾器的截留液，返回二級(jí)酶降解反應(yīng)環(huán)節(jié)，進(jìn)行繼續(xù)酶解；對(duì)其后續(xù)按照串聯(lián)方式排列的超濾器，依次進(jìn)行超濾分離；其截留液返回前級(jí)緩沖罐，其透過液流入本級(jí)緩沖罐，按所切割的分子量從大到小依次排列、順序超濾分離。這樣，在各級(jí)緩沖罐中就獲得了按照不同切割分子量的產(chǎn)物。
8.按權(quán)利要求1或2所述的制備幾丁寡糖的方法，其特征在于所述的納濾過程，是指將上述過程中所獲得的不同分子量的超濾透過液，再次經(jīng)過由截留分子量在200以下的各式納濾機(jī)，將料液中的水分、單分子和二、三聚合度的幾丁低聚糖、酶解反應(yīng)液中所含有的Ac-1和Cl-1以及Na+、Mg+等金屬離子和鹽份濾出，所獲得的截留液就是經(jīng)過脫鹽和濃縮的高活性幾丁寡糖。這一過程中料液的濃縮濃度可達(dá)20～40％或者更高，除鹽率可達(dá)80～95％，納濾后進(jìn)行干燥處理。
9.一種偶聯(lián)酶解制備幾丁寡糖的設(shè)備，其特征在于包括依次相連的溶解與酶降解反應(yīng)過濾裝置、二次酶降解反應(yīng)過濾裝置和超濾分離組件，超濾分離組件的輸出端與納濾設(shè)備相連通。
10.按權(quán)利要求9所述的制備幾丁寡糖的設(shè)備，其特征在于所述的溶解與酶降解反應(yīng)過濾裝置包括有溶解—酶降解反應(yīng)釜(1)和微濾器(3)，通過送料泵(2)使它們相連通，微濾器的孔徑為2～10μm，微濾器的截留液口(4)與溶解—酶降解反應(yīng)釜相連通，透過液口(5)與二次酶降解反應(yīng)過濾裝置相接；所述的二次酶降解反應(yīng)過濾裝置由二級(jí)酶降解反應(yīng)釜(7)、二級(jí)微濾器(8)和透過液緩沖罐(9)及送料泵(22)組成，二級(jí)微濾器的孔徑為0.1～2μm，二級(jí)微濾器的截留液口與二級(jí)酶降解反應(yīng)釜通過送料泵相接通，二級(jí)微濾器的透過液口與透過液緩沖罐導(dǎo)通，透過液緩沖罐的出液口與超濾分離組件相接通；所述的超濾分離組件由中空纖維超濾組件或平板超濾器組成，依照分子量從大到小依次多級(jí)串聯(lián)排列，超濾分離組件通常設(shè)置4-8級(jí)超濾分離器組，每級(jí)超濾分離器組配置有存儲(chǔ)罐和工作泵，每級(jí)超濾分離器組由多個(gè)超濾分離器并接構(gòu)成，第一級(jí)超濾分離器組的截留液返回二級(jí)酶降解反應(yīng)過濾裝置，每級(jí)超濾分離器組的截留液口與前級(jí)超濾分離器組的存儲(chǔ)罐導(dǎo)通，各存儲(chǔ)罐的輸出口通過閥與納濾設(shè)備接通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用多級(jí)預(yù)處理與膜分離生物反應(yīng)器偶聯(lián)酶解幾丁聚糖，制備所需不同聚合度與高活性幾丁寡糖產(chǎn)品的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的方法和設(shè)備。該方法包括對(duì)幾丁聚糖原料進(jìn)行攪拌溶解和生物酶降解；一級(jí)酶水解產(chǎn)物的預(yù)處理；二級(jí)酶降解反應(yīng)和二級(jí)預(yù)處理；應(yīng)用超濾膜技術(shù)，定向分離出有高生理活性的幾丁寡糖溶液；對(duì)超濾透過液的納濾。該設(shè)備包括依次相連的溶解與酶降解反應(yīng)過濾裝置、二次酶降解反應(yīng)過濾裝置和超濾分離組件，超濾分離組件的輸出端與納濾設(shè)備相連通。本發(fā)明不僅反應(yīng)過程溫和，反應(yīng)條件容易滿足，生產(chǎn)成本低，操作方便，而且在生產(chǎn)過程中還具有對(duì)原料的要求低、設(shè)備利用率高、可以連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)品收得率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12P19/04GK1410542SQ02139250
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月7日
發(fā)明者程飚, 王學(xué)峰, 曾慶本, 高晉安 申請(qǐng)人:湖北裕峰生物工程有限公司