一种古龙酸的提取方法
阅读说明：本技术 一种古龙酸的提取方法 (Extraction method of gulonic acid ) 是由 慕金凤 王良 马晓军 朱娜 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种古龙酸的提取方法,其工艺步骤为：将古龙酸钠发酵液依次采用陶瓷微滤膜过滤、平板超滤膜复滤后用阳离子交换树脂离交得到古龙酸溶液,然后将古龙酸溶液用高压纳滤膜浓缩、双效或三效蒸发器蒸发浓缩,所得浓缩液中加入古龙酸结晶母液,入连续单效蒸发器中浓缩,后降温结晶、离心分离、干燥即可得古龙酸。本发明同常规超滤法提取工艺相比,有效提高结晶收率,且工艺简单,操作简便,生产成本低。(The invention relates to a method for extracting gulonic acid, which comprises the following process steps: filtering the gulonic acid sodium fermentation liquor by adopting a ceramic microfiltration membrane and a flat ultrafiltration membrane in sequence, then performing ion exchange by using cation exchange resin to obtain a gulonic acid solution, concentrating the gulonic acid solution by using a high-pressure nanofiltration membrane, and performing evaporation concentration by using a double-effect or triple-effect evaporator, adding a gulonic acid crystallization mother liquor into the obtained concentrated solution, concentrating the gulonic acid solution in a continuous single-effect evaporator, and then cooling, crystallizing, centrifugally separating and drying to obtain the gulonic acid. Compared with the conventional ultrafiltration extraction process, the method has the advantages of effectively improving the crystallization yield, along with simple process, simple and convenient operation and low production cost.)
技术领域
本发明涉及抗生素提炼技术，具体地来说是涉及一种古龙酸的提取方法。
背景技术
2-酮基-L-古龙酸(简称KGA)是医药工业上生产维生素C的重要中间体，其质量的提高对维生素C的内在质量(包括烘烤消光、晶型的完整均—、保质期的延长等)有着至关重要的影响，同时也是降低成本、提高质量、增加经济效益的重要手段。
传统的古龙酸提取工艺是将山梨醇经两步发酵生成的古龙酸钠经阳离子交换树脂交换，再经浓缩、结晶、洗涤、干燥制得古龙酸。该生产工艺流程较长，技术较为稳定可靠，但其生产过程中古龙酸损失较大、收率较低、消耗的再生酸和碱也较多。近年来随着化工分离技术的发展与进步，我国科研人员对古龙酸提取工艺技术进行了一些攻关，并取得了—些进展：1. 等电点处理法，即通过调等电点-加热沉降-高速离心将维生素C二步发酵生成的古龙酸醪液中的—些杂质(包括菌体蛋白、来用完的培养基、核酸等)除去，以达到提高提取收率和产品质量的目的。2. 超滤法，即将维生素C二步发酵生成的古龙酸醪液用超滤膜进行超滤，将透析液用经阳离子交换树脂交换得到古龙酸溶液，再将古龙酸溶液经纳滤浓缩、双效蒸发器或三效蒸发器浓缩、连续单效蒸发器浓缩后结晶，分离，干燥即得古龙酸。其中超滤法因其能耗小，效率高，能在低温下操作，生物活性物质不易失活等特点，在分离、浓缩和纯化生物活性物质方面得到了广泛的应用。但是以上述超滤法进行古龙酸的提取，存在如下问题：1) 古龙酸钠发酵液中存在大量残留培养基、蛋白等杂质，不经其他膜预过滤而直接采用超滤膜分离，增加了超滤膜被污染风险，膜利用率降低，且透析液体积大，增加了浓缩时长，会导致古龙酸高温降解，杂质增多，降低提取收率。2）古龙酸浓缩比重是影响古龙酸一次结晶收率的主要因素。传统工艺是将古龙酸交换液通过高压纳滤膜及三效、双效及单效浓缩，但单效浓缩器中浓缩液比重太高（＞1.38），会影响浓缩液的流动性，进而影响单效浓缩设备的正常运行。
因此，古龙酸的提取工艺依然有待优化，且一直是维生素C生产商研究的重要课题。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种有效提高结晶收率，且工艺简单，操作简便，生产成本低的古龙酸的提取方法。
为实现上述发明目的所采取的技术方案为：
一种古龙酸的提取方法，其特征在于其工艺步骤为：将古龙酸钠发酵液依次采用陶瓷微滤膜过滤、平板超滤膜复滤后用阳离子交换树脂交换得到古龙酸交换液，然后将古龙酸交换液用高压纳滤膜浓缩、双效或三效蒸发器蒸发浓缩，所得浓缩液中加入古龙酸结晶母液，入连续单效蒸发器中浓缩，后降温结晶、离心分离、干燥即可得古龙酸。
所述陶瓷微滤膜过滤和平板超滤膜复滤时，控制进膜压力为0.30 ~ 0.35 MPa，出膜压力0.20 ~ 0.25 MPa，温度为30 ~ 40℃，陶瓷微滤膜过滤时控制浓缩液体积为原液体积的5% ~ 10%。
所述古龙酸交换液用高压纳滤膜浓缩至原液体积的30% ~60%。
所述双效蒸发器或三效蒸发器浓缩至浓缩液比重为1.1 ~ 1.3。
所述古龙酸双效或三效浓缩液与古龙酸一次结晶母液的体积比为5～10:1。
所述连续单效蒸发器浓缩时将其浓缩至浓缩液比重为1.38-1.45。
所述降温结晶是指将单效浓缩所得的浓缩液缓慢降温至0～5℃进行结晶。
本发明同常规超滤法提取工艺相比，具有以下技术优势：
1）本发明采用陶瓷微滤膜与平板超滤膜分级过滤古龙酸钠发酵液，陶瓷微滤膜过滤了绝大多数残留培养基及大分子蛋白，采用平板超滤膜过滤陶瓷微滤膜的透析液，超滤膜的通量比直接用平板超滤膜过滤古龙酸钠发酵液提高了2倍以上，提高了平板超滤膜的利用率，延长超滤膜使用寿命，降低清洗频率。且分级过滤从根本上降低了古龙酸交换液的蛋白含量，提高了古龙酸湿品质量。
2）本发明将古龙酸结晶母液加入古龙酸三效浓缩液中加入继续采用单效浓缩器浓缩，从根本上减少了母液总体积，缩短了古龙酸结晶母液回收时长，减少了古龙酸的高温降解，从而提高了古龙酸提取收率。
将本发明方法与古龙酸常规提取工艺进行比较，具体操作步骤为：
A. 对照组：古龙酸发酵液-平板超滤膜过滤（进膜压力0.32MPa，出膜压力0.22MPa，温度<40℃）-透析液进阳离子交换树脂（交换液pH≤1.7）——高压纳滤浓缩膜浓缩（浓缩倍数1.5-3.0）-双效蒸发器、三效蒸发器浓缩（浓缩比重1.1-1.3）-连续单效蒸发器浓缩（比重1.3-1.4）-浓缩液缓慢降温至0～5℃进行结晶-离心得古龙酸湿品。
B. 发明组：古龙酸发酵液-陶瓷微滤膜（进膜压力0.32 MPa，出膜压力0.22 MPa，温度<40℃）-平板超滤膜过滤（进膜压力0.32MPa，出膜压力0.22MPa，温度<40℃）-透析液进阳离子交换树脂（交换液PH≤1.7）-高压纳滤浓缩膜浓缩（浓缩倍数1.5-3.0）-双效蒸发器、三效蒸发器浓缩（浓缩比重1.1-1.3）-将古龙酸三效浓缩液（V）：古龙酸一母(V)=5～10:1-连续单效蒸发器浓缩（比重1.35-1.45）-浓缩液缓慢降温至0-5℃进行结晶-离心得古龙酸湿品。
统计10批实验数据，结果如表1。
表1 不同古龙酸提取方式的相关参数
组号
平板膜通量L/h*m<sup>-2</sup>
交换液蛋白mg/ml
三效浓缩液(V)：母液(V)
古龙酸成品含量%
成品钠盐%
提取收率%
对照组
102-125
0.2-0.6
无
89-90
0.02-0.04
88-90
发明组
299-339
0.1-0.3
5~10:1
90-92
0.01-0.04
91-93
上述结果表明：发明组古龙酸收率比对照组高2%~4%，古龙酸含量提高了1% ~ 3%，平板超滤膜通量提高了2~3倍。
具体实施方式
下面用实例予以说明本发明，应该理解的是，实例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。本发明的范围与核心内容依据权利要求书加以确定。
实施例1：
（1）膜过滤：取317 L古龙酸发酵液，含量为122.88mg/ml，透光率0.92%，蛋白7.15mg/ml。采用陶瓷微滤膜进行过滤，控制进膜压力0.30MPa，出膜压力0.20 MPa，控制温度30℃~35℃，过滤至浓缩液体积约为陶瓷膜透析液体积的8%。
所得透析液采用平板超滤膜（孔径2万分子量）过滤，控制进膜压力0.32 MPa，出膜压力0.22 MPa，控制过滤温度35℃~40℃，复滤至浓缩液体积约为陶瓷膜透析液体积的10%，平均膜通量为338.4 L/h*m-2。
（2）离子交换转化：将平板超滤膜过滤后的透析液进阳离子交换树脂，控制交换液pH≤1.7，树脂交换量为0.216g/ml，交换液透光度为99.2%，蛋白含量0.11mg/ml。
（3）浓缩结晶：将所得古龙酸交换液用高压纳滤浓缩膜浓缩至浓缩液体积为离交液体积的50%，进而采用三效蒸发器浓缩至比重为1.25，将古龙酸三效浓缩液（V）：古龙酸结晶母液 (V)按8:1混合，然后采用连续单效蒸发器浓缩至比重为1.38，进而缓慢降温至5℃进行离心，干燥得古龙酸成品。
（4）检测：检测古龙酸成品含量为90.3%，钠盐含量0.01%，计算收率为91.32%。
实施例2：
（1）膜过滤：取557.9 L古龙酸发酵液，含量为129.2mg/ml，透光度1.03%，蛋白6.52mg/ml。采用陶瓷微滤膜进行过滤，控制进膜压力0.35 MPa，出膜压力0.25 MPa，控制温度30℃~35℃，过滤至浓缩液体积约为陶瓷膜透析液体积的5.3%。将透析液采用平板超滤膜（孔径2万分子量）过滤，控制进膜压力0.32 MPa，出膜压力0.22 MPa，控制过滤温度33℃~38℃，复滤至浓缩液体积约为陶瓷膜透析液体积的9.5%，平均膜通量为329.3 L/h*m-2。
（2）离子交换转化：将平板膜透析液进阳离子交换树脂，控制交换液pH≤1.7，树脂交换量为0.228g/ml，交换液透光度为99.5，蛋白含量0.3mg/ml。
（3）浓缩结晶：交换液采用高压纳滤膜浓缩至浓缩液体积为交换液体积的58%，进而采用双效蒸发器浓缩至比重为1.1，将古龙酸双效浓缩液（V）：古龙酸结晶母液(V)按10:1混合，然后采用连续单效蒸发器浓缩至比重为1.45，进而缓慢降温至0℃进行离心，得古龙酸成品。
（4）检测：检测古龙酸成品含量为91.2%，钠盐含量0.04%，计算收率为92.65%。
实施例3：
（1）两级膜过滤：取530 L古龙酸发酵液，含量为132.33mg/ml，透光度1.25%，蛋白6.46 mg/ml。采用陶瓷微滤膜进行过滤，控制进膜压力0.32 MPa，出膜压力0.22 MPa，控制温度30℃~35℃，过滤至浓缩液体积约为陶瓷膜透析液体积的5.8%。将透析液采用平板超滤膜（孔径2万分子量）过滤，控制进膜压力0.32 MPa，出膜压力0.22 MPa，控制过滤温度35℃~39℃，复滤至浓缩液体积约为陶瓷膜透析液体积的8.2%，平均膜通量为299.6 L/h*m-2。
（2）离子交换转化：将平板膜透析液进阳离子交换树脂，控制交换液pH≤1.7，树脂交换量为0.239g/ml，交换液透光度为100，蛋白含量0.21mg/ml。
（3）浓缩结晶：交换液采用高压纳滤膜浓缩至浓缩液体积为交换液体积的30%，进而采用三效蒸发器浓缩至比重为1.3，将古龙酸三效浓缩液（V）：古龙酸结晶母液(V)按5:1混合，采用连续单效蒸发器浓缩至比重为1.43，进而缓慢降温至2℃进行离心，得古龙酸成品。
（4）检测：检测古龙酸成品含量为92%，钠盐含量0.018%，计算收率为93.0%。
对照例：
（1）平板膜过滤：取502 L古龙酸发酵液，含量为128.45mg/ml，透光度1.35%，蛋白5.38 mg/ml。采用平板超滤膜（孔径2万分子量）过滤，控制进膜压力0.34 MPa，出膜压力0.23 MPa，控制过滤温度32℃~39℃，过滤至浓缩液体积约为陶瓷膜透析液体积的7.6%，平均膜通量为115.5 L/h*m-2。
（2）离子交换转化：将平板膜透析液进阳离子交换树脂，控制交换液pH≤1.7，树脂交换量为0.211g/ml，交换液透光度为98，蛋白含量0.5mg/ml。
（3）浓缩结晶：交换液采用高压纳滤膜浓缩至浓缩液体积为交换液体积的45%，进而采用三效蒸发器浓缩至比重为1.3，采用连续单效蒸发器浓缩至比重为1.38，进而缓慢降温至0℃进行离心，得古龙酸成品。
（4）检测：检测古龙酸成品含量为89.7%，钠盐含量0.03%，计算收率为89.8%。
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