電－膜分離技術提取透明質酸的裝置及其工藝的製作方法
2023-07-01 23:22:41
專利名稱：電－膜分離技術提取透明質酸的裝置及其工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及提取透明質酸的設備及方法，具體地說，是涉及一種電-膜分離技術提取透明質酸的裝置及其工藝。
背景技術：
1934年，Meyer和Palmer從牛眼玻璃體中分離出一種大分子多糖，他們把這種多糖命名為透明質酸(hyaluronic acid)。由於透明質酸具有特殊的粘彈性和保溼性能，被廣泛由於眼科手術、腹腔手術中預防粘連、關節炎以及化妝品等領域。
透明質酸的生產主要有動物組織提取法和發酵法兩種生產工藝。在早期主要是提取法，可用於生產透明質酸的動物器官組織主要有雞冠、人臍帶和動物眼球。由於受原料來源少以及透明質酸含量低的限制，提取法生產透明質酸成本較高。與提取法相比，發酵法生產規模不受原料來源限制，發酵液中透明質酸以游離狀態存在，易於分離純化和形成規模化工業生產，所以生產成本遠低於提取法，而且無動物來源的致病病毒汙染的危險。因此，目前提取法正逐漸被發酵法取代。
無論提取法還是發酵法，在生產過程中都包含了反覆的乙醇沉澱和選擇性沉澱。此過程消耗大量乙醇和沉澱劑。致使透明質酸的生產成本仍然很高，嚴重限制了透明質酸應用範圍。
電-膜分離技術是將膜分離技術與電泳原理相結合的一種新型分離技術。Bechhold在研究超濾的過程中，最早將電場與膜分離技術相結合。當時，電場是作為分離過程的一種驅動力來使用。Moulik在用錯流模式過濾黏土懸浮液的過程中，首先將電場用於減輕凝膠層的形成。大量實驗表明，在錯流膜濾過程中施加電場，可大幅度提高透過膜的濾速。目前，電-膜分離技術包括兩種應用方式一種是利用電場力使造成膜汙染，或濃差極化的物質遠離膜表面，其目的是減輕膜汙染；另一種是利用電場力對物質進行分離。在後者中，分離過程既包含了膜的篩分作用，又包括電泳作用。
在傳統的提取透明質酸的過程中，小分子很容易被除去，蛋白質會隨透明質酸一同沉澱，所以蛋白質是透明質酸中的主要雜質。透明質酸分子中每兩個糖單位，就帶有一個負電荷，目前還沒發現任何蛋白質有如此高的帶電密度，而且蛋白質往往同時帶有正電荷和負電荷，所以蛋白質分子所帶淨電荷，遠遠小於透明質酸分子所帶電荷。由於透明質酸和蛋白質帶電特性差異極大，利用電場力很容易將它們分離。如果將電-膜分離技術用於從發酵液中提取透明質酸，由於膜的篩分特性也很容易將細菌或乳酸等與透明質酸分離，那麼，利用該技術一步即可達到傳統技術多步分離才能達到的效果。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中存在的不足之處，而提供一種方法簡便、效果好的電-膜分離技術提取透明質酸的裝置及其工藝。
本發明目的可以通過如下措施來實現本發明提取透明質酸的裝置由平行排列的分離膜1、分隔膜2、陽極3和陰極4組成；其中，分離膜1與陽極3在右邊，分隔膜2與陰極4在左邊，陽極3與陰極4位於該裝置的兩端；分離膜1和分隔膜2將裝置分隔成陽極室5、陰極室6和料液室7三個區，料液室7位於陽極室5與陰極室6之間。分離膜為微濾膜，孔徑0.01～10微米。分隔膜為微濾膜、超濾膜、納濾膜或離子交換膜。
提取透明質酸的工藝，將含有透明質酸的原料液放在分離膜和分隔膜之間的料液室7，分離裝置的陽極室5與陰極室6充滿氯化鈉溶液，通過電極施加直流電場，電場的方向垂直於膜平面，並且由分離膜指向分隔膜，在電場的作用下，透明質酸通過分離膜，進入陽極室，在陽極室的溶液，即為透明質酸提取液。
含透明質酸的原料液可以是發酵液、動物組織提取液或透明質酸粗品配製的溶液，透明質酸在原料液中含量為0.01％～2％。分離裝置的陽極室5與陰極室6充滿0.1～0.5％氯化鈉水溶液。
如果原料液是發酵液，由於細菌直徑遠大於微濾膜的孔徑，所以細菌不能通過分離膜。這樣透明質酸與菌體得到了很好的分離。同時，在電場力的驅動下，發酵液中帶正電的蛋白質向分隔膜2的方向移動，不帶電的蛋白質則留在料液室7中，這樣，帶正電和不帶電的蛋白質可以與透明質酸完全分離，只有帶負電的蛋白質可通過分離膜1進入陽極室5。由於，蛋白質所帶電荷的密度遠小於透明質酸所帶電荷，蛋白質透過分離膜的速度也遠小於透明質酸透過分離膜的速度，所以，陽極室的溶液中帶負電的蛋白質與透明質酸的比例也會大幅度下降。陽極室的溶液即為含有透明質酸的提取液。提取液可用常規的方法進一步處理製成成品。
本發明相比現有技術具有如下優點採用本發明的提取工藝只需一步就可去除菌體和大部分蛋白質，簡化工藝流程，節省了大量乙醇和沉澱劑，使透明質酸的生產成本降低，擴大了透明質酸應用範圍。
本發明用於分離透明質酸外，也可用於透明質酸的精製和純化過程。
圖1是電-膜分離技術提取透明質酸的裝置圖。
該圖表明了分離膜、分隔膜和電極的相對位置，並表明了在電場下透明質酸的運動方向。
具體實施例方式
下面結合圖1，列舉2個實施例，對本發明加以進一步說明，但本發明不只限於這些實施例1用水將透明質酸發酵液稀釋一倍，使稀釋後的發酵液中，透明質酸料液中的含量在0.2％左右。將稀釋後的發酵液充滿分離膜和分隔膜之間的料液室7，分離裝置的陽極室5與陰極室6充滿0.3％氯化鈉水溶液。接通電源，保持電流密度為500A/平方米膜面積。經過一定時間後，提取液中透明質酸的含量可達到0.05％以上。提取液可用常規方法進一步處理。
實施例2將透明質酸粗品用0.1％氯化鈉水溶液配製成含0.1％透明質酸的溶液。將透明質酸溶液充滿分離膜和分隔膜之間的料液室7，分離裝置的陽極室5與陰極室6充滿0.1％氯化鈉溶液。接通電源，保持電流密度為100A/平方米膜面積。經過一定時間後，提取液中透明質酸的含量可達到0.05％以上。提取液可用常規方法進一步處理得到透明質酸精品。
權利要求
1.電-膜分離技術提取透明質酸的裝置，其特徵在於提取裝置由平行排列的分離膜1、分隔膜2、陽極3和陰極4組成；其中，分離膜1與陽極3在右邊，分隔膜2與陰極4在左邊，陽極3與陰極4位於該裝置的兩端；分離膜1和分隔膜2將裝置分隔成陽極室5、陰極室6和料液室7三個區，料液室7位於陽極室5與陰極室6之間。
2.根據權利要求1所述提取透明質酸的裝置，其特徵在於分離膜為微濾膜，孔徑0.01～10微米。
3.根據權利要求1所述提取透明質酸的裝置，其特徵在於分隔膜為微濾膜、超濾膜、納濾膜或離子交換膜。
4.一種如權利要求1所述的提取透明質酸的工藝，其特徵在於含有透明質酸的原料液放在分離膜和分隔膜之間的料液室，通過電極施加直流電場，電場的方向垂直於膜平面，並且由分離膜指向分隔膜，在電場的作用下，透明質酸通過分離膜，進入陽極室，在陽極室的溶液，即為透明質酸提取液。
5.根據權利要求4所述提取透明質酸的工藝，其特徵在於透明質酸的原料液可以是發酵液、動物組織提取液或透明質酸粗品配製的溶液，透明質酸在原料液中的含量為0.01％～2％，分離裝置的陽極室5與陰極室6充滿0.1～0.5％氯化鈉水溶液。
全文摘要
本發明涉及一種用電－膜分離技術提取透明質酸的裝置及其工藝。提取裝置包括平行排列分離膜1、分隔膜2、陽極3、陰極4。分離膜1和分隔膜2將裝置分隔成陽極室5、陰極室6和料液室7三個區。將含有透明質酸的原料液放入料液室7，通過電極在垂直於膜平面的方向施加直流電場，在電場力驅動下，透明質酸通過分離膜1進入陽極室5，陽極室的溶液即為含有透明質酸的提取液。本發明的提取工藝優點是只需一步就可去除菌體和大部分蛋白質，簡化工藝流程，節省了大量乙醇和沉澱劑，使透明質酸的生產成本降低，擴大了透明質酸應用範圍。本發明用於分離透明質酸外，也可用於透明質酸的精製和純化過程。
文檔編號B01D61/00GK1821276SQ20061005791
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月28日 優先權日2006年2月28日
發明者張建東, 周海東, 倪晉仁 申請人:北京大學