專利名稱：一種直接從發(fā)酵液中提取高純度核黃素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提取高純度核黃素的方法，尤其涉及一種直接從發(fā)酵液中提 取高純度核黃素的方法，屬于核黃素生產(chǎn)方法領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
核黃素(riboflavin)又名維生素B2、維生素G或乳黃素，是一種人體必需 的水溶性維生素。核黃素具有廣泛的生理功能，可以在微生物和高等植物體內(nèi)合 成，而動物和人類則不能，必須從食物中攝取，因而被世界衛(wèi)生組織(WHO) 列為評價人體生長發(fā)育和營養(yǎng)狀況的六大指標(biāo)之一，其在臨床醫(yī)療、飼料加工、 食品工業(yè)及化妝品制造等領(lǐng)域均有重要價值。
核黃素的生產(chǎn)方法主要有4種植物體提取法、化學(xué)合成法、微生物發(fā)酵法 和半微生物發(fā)酵半化學(xué)合成法，其中微生物發(fā)酵法是近些年發(fā)展起來的一種十分 經(jīng)濟有效的方法，所生產(chǎn)的核黃素純度可達到96%，而且同其他方法相比，微生 物發(fā)酵法成本低，污染少，因此日益受到世界核黃素生產(chǎn)商的青睞。德國BASF (巴斯夫)公司、瑞士 Roche (羅氏)公司和中國湖北廣濟藥業(yè)主要采用微生物 發(fā)酵法生產(chǎn)核黃素。
成熟的核黃素發(fā)酵液中除含有針狀晶體的核黃素外，還含有菌體、細胞碎片 以及核酸、蛋白質(zhì)以及其他有機粘性物質(zhì)，黏度很大，給核黃素的分離精制帶來 較大困難。據(jù)BASF公司估計，對于微生物發(fā)酵法來說，核黃素的分離提取與純 化成本約占整個生產(chǎn)成本的40%以上。
從發(fā)酵液中提取核黃素的方法主要有2-羥基-3-萘甲酸法、重金屬鹽沉淀法、 Morehouse法、酸溶法、堿溶法等。其中2-羥基-3-萘甲酸法提取工藝路線長，過 程損耗多，收率偏低，80%含量的核黃素提取收率在60%左右，因此已被大部分 廠商所淘汰；重金屬鹽沉淀法和Morehouse法也很少見有被采用的；目前采用較 多的為酸溶法和堿溶法，然而酸溶法提取核黃素的能耗較大，經(jīng)一次溶解、分離、 結(jié)晶獲得的產(chǎn)品其純度只有60 70%,要獲得高純度的成品晶體必須經(jīng)過多次溶 解、分離和結(jié)晶操作，所以提取總收率往往不高，約為60%。表l是核黃素在不 同pH值條件下的溶解度(25°C):表l核黃素在不同pH值條件下的溶解度(25°C)
<formula>formula see original document page 5</formula>由上表可以看出，不同的pH值核黃素的溶解度變化很大，酸性條件下，核 黃素的溶解度很小，只能通過升高溫度增大核黃素的溶解度，然而升高溫度對核 黃素溶解度的增加十分有限，又需要消耗大量的能量，相比較，核黃素在堿性條 件下，尤其在11.3 12.2范圍內(nèi)，溶解度在5000 20000mg/l之間，已能滿足目 前發(fā)酵生產(chǎn)提取核黃素的要求，而且溶解時間很短， 一般不超過5分鐘，這也是 堿溶法的主要優(yōu)勢所在。
然而堿溶法也存在一些問題需要解決，其中主要問題在于堿性條件下核黃素 的穩(wěn)定性較差，如果控制不好，容易發(fā)生分解反應(yīng)，造成損失。據(jù)研究，影響核 黃素穩(wěn)定性的因素主要有避光條件、溶液溫度、溶液pH值和核黃素在溶液中 的作用時間和核黃素的濃度等。大量實驗已經(jīng)證實，避光是防止核黃素分解的必 要條件，而工業(yè)生產(chǎn)中避光分離提取核黃素比較容易實現(xiàn)；另據(jù)實驗證明，溶液 溫度超過3(TC、 pH值超過13、作用時間超過30min、核黃素初始濃度越低，相
對分解速度就會急劇增大，這些實驗結(jié)果要求堿溶法提取核黃素的溫度必須低于 30°C、 pH值控制在11 13、分離提取時間不超過30min、核黃素溶液的初始濃
度盡量高。
針對以上情況，章克昌采用堿溶法工藝提取核黃素，通過調(diào)堿、離心分離菌 體及殘渣、調(diào)酸、結(jié)晶、二次分離結(jié)晶、干燥等步驟制得純度為92.6%的核黃素 產(chǎn)品，收率接近80%，在工藝過程中，關(guān)鍵步驟之一的固液分離采用超速離心分 離，分離因數(shù)Fr在8000下分離30min，產(chǎn)品純度約為80%,要使純度達到90% 以上，分離因數(shù)Fr幾乎要提高一倍，這對于工業(yè)化生產(chǎn)幾乎是不可能的。
張國勝采用堿溶、絮凝、離心加棉餅真空抽濾和結(jié)晶的方法分離提取核黃素， 所得產(chǎn)品純度為85.32%，收率為76.63%，分析收率比較低的原因，應(yīng)該是分離 過程比較長，尤其是絮凝步驟損耗了較多產(chǎn)品。
以上提取工藝均建立在傳統(tǒng)提取得方法之上，很難在實質(zhì)上有所突破，而將膜技術(shù)應(yīng)用于核黃素提取領(lǐng)域的嘗試性工作，卻在一定程度上讓人們看到了采用 低能耗、無污染工藝提取高純度、高回收率核黃素的希望。
專利US6150364公開了一種純化結(jié)晶核黃素的方法，采用酸溶、活性炭吸
附溶解性雜質(zhì)、陶瓷膜反向過濾、結(jié)晶、分離晶體的方法，得到純度高達98%
核黃素產(chǎn)品，然而該方法主要針對已經(jīng)提取出來的核黃素晶體粗制品而言，建立
在酸溶法提取工藝的方法之上，并不適用于從發(fā)酵液中直接提取高純度的核黃素。
專利CN200410067513.0公開了一種采用預(yù)處理(包括調(diào)酸和調(diào)堿)、膜過 濾(過濾前加入活性炭)、酸化、氧化和轉(zhuǎn)晶等步驟提取核黃素，并采用有機溶 劑回收酸化母液中的核黃素的發(fā)酵法核黃素提取工藝，然而其中的膜過濾過程采 用加入活性炭直接濃縮過濾的方式， 一方面，活性炭的加入增加了料液的懸浮固 體含量，使?jié)饪s倍數(shù)不可能達到很高，另一方面，由于活性炭的加入，分離后的 菌體殘渣等也不能做詞料等回收，同時，由于物料的黏度較大，膜過濾的滲透液 流量僅為55 65L/m2'h，造成整個分離過程時間比較長，越到后期過濾越困難， 這對于核黃素的堿溶法提取是非常不利的，會造成較多的核黃素在提取過程中分 解損失掉，直接影響到最終提取的收率；再者，板框和離心分離單元對晶體的結(jié) 晶程度要求較高，對于結(jié)晶條件差的料液(晶體顆粒細小)分離效果較差，從而 不利于過程的穩(wěn)定進行，而且采用有機溶劑回收核黃素的方法通常會產(chǎn)生難處理 的廢水，對環(huán)境會造成嚴(yán)重污染，因此不適于工業(yè)化生產(chǎn)；最重要的是，該提取 方法的收率在87.0% 90.5%，產(chǎn)品純度在95.2% 97.0%，回收工藝對產(chǎn)品的回 收率為3.2% 5.3%，需要采用后續(xù)精制步驟才能使產(chǎn)品含量高于98%，而我國 食品添加劑核黃素(維生素B2)的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB14752-93)要求核黃素含量(以 CnH2oN406計)要高于98.0%,從公開的資料和技術(shù)來看，要達到這一標(biāo)準(zhǔn)，必 須對已經(jīng)提取的粗品進行精制或進一步提純(該專利也是如此)，這就要把已經(jīng) 提取出來的晶體核黃素再溶解并進行精制，其過程相當(dāng)繁瑣，因此一種直接由發(fā) 酵液提取生產(chǎn)高純度食品添加劑核黃素的方法將受到各生產(chǎn)廠家的青睞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直接由發(fā)酵液提取高純度核黃素的方法，解決常 規(guī)工藝產(chǎn)品純度達不到國標(biāo)要求、收率低、能耗高并產(chǎn)生大量廢水污染的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為將核黃素發(fā)酵液經(jīng)過調(diào)堿、多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜、 穩(wěn)定化處理、結(jié)晶、膜分離濃縮晶體等步驟得到核黃素含量高于98%的產(chǎn)品，其 中膜分離濃縮晶體步驟的滲透液進膜分離回收步驟，采用納濾膜回收結(jié)晶母液中 的溶解性核黃素，滲透出水經(jīng)深度處理回用或達標(biāo)排放。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為 一種直接從發(fā)酵液中提取高純度核黃素的方法， 其具體步驟如下
(a) 發(fā)酵液調(diào)堿將發(fā)酵液與其體積比為2 5倍的pH值為12 13的堿液混 合攪拌，調(diào)節(jié)pH值為11 13;調(diào)堿時間為0. 5 5min;
(b) 多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜上述混合液進多級微濾或超濾膜分離設(shè)備進 行連續(xù)過濾和洗滌，滲透液進下一步驟；
(C)穩(wěn)定化處理向上述膜過濾的滲透液中同時加入無機酸和氧化劑，調(diào)節(jié) 核黃素水溶液的pH值至4. 0 6. 0，氧化還原電位值至550 700mV;
(d) 結(jié)晶控制穩(wěn)定化處理后溶液的溫度為4 10°C，并在溶液中按穩(wěn)定化 處理后溶液質(zhì)量0. 01 0. 05%的質(zhì)量百分比加入核黃素晶體，攪拌1 3h得結(jié)晶 液；
(e) 膜分離濃縮晶體將上述結(jié)晶液進微濾或超濾膜分離設(shè)備進行過濾，濃 縮液進行干燥，制成核黃素成品。
本發(fā)明的發(fā)酵液為產(chǎn)核黃素的微生物在特定培養(yǎng)基中代謝生產(chǎn)核黃素達 到最高效價(一般為3000 4000)的液體混合物，該混合物中除含有針狀晶體 的核黃素外，還含有菌體、細胞碎片以及核酸、蛋白質(zhì)及其他有機粘性物質(zhì)。以 上混合物進入調(diào)堿步驟，使核黃素溶解于堿液中。
調(diào)堿步驟的要點為常溫下，保證料液的pH值在11 13之間，盡可能減 少該步驟的操作時間，并避免局部pH值過高。為此采用堿液與料液相混合的方 法，可以控制操作時間在1 5min，具體方法為用NaOH配制2 5倍于發(fā)酵 液體積的pH為12 13的堿液，然后與發(fā)酵液混合，充分?jǐn)嚢?，控制溫度?0 3(TC，從而保證核黃素充分溶解于堿液中，而且有效避免了局部pH值高于13， 核黃素急劇分解現(xiàn)象的發(fā)生；也可將堿液和發(fā)酵液分別儲存于兩個容器，由管道 連接于同一個靜態(tài)混和器進行混和，通過控制連接在管道上的閥門的開度來控制 堿液和發(fā)酵液的流量，進而控制發(fā)酵液調(diào)堿的pH值，并實現(xiàn)調(diào)堿過程的連續(xù)進
行，可將物料在調(diào)堿步驟的操作時間進一步減少為0.5 2min。
調(diào)堿后的發(fā)酵液進入多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜步驟，采用微濾或超濾膜過濾 設(shè)備對發(fā)酵液進行過濾，去除菌體、細胞碎片和其他膠體及固體顆粒。由于常規(guī) 的有機膜對堿的耐受能力比較差，通常連續(xù)運行的pH值一般要低于ll.O (參見 GE公司DESAL濃縮分離膜應(yīng)用手冊和其他相關(guān)公司的膜應(yīng)用技術(shù)手冊)，所 以不能用于多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜步驟，而無機膜，特別是陶瓷膜和金屬膜， 具有更廣泛的pH耐受范圍(耐受pH值的范圍為1 14)，而且耐污染能力更 強，所以非常適用于一級膜分離步驟的膜分離元件。
由于本工藝在調(diào)堿步驟中加入2 5倍體積比的堿液稀釋了發(fā)酵液，所以物 料粘度能降低到原來的60 80%，再加上采用連續(xù)化的過濾洗滌設(shè)備，并優(yōu)選膜 孔徑及操作參數(shù)，膜通量能提高1 1.5倍左右，膜過濾除雜步驟的操作時間也 能嚴(yán)格控制在10 25min，更保證了產(chǎn)品的高純度和高回收率。
由于料液的成分復(fù)雜，除核黃素外還存在菌體、殘?zhí)恰⑸?、膠體物質(zhì)以及 其他發(fā)酵副產(chǎn)物，這些雜質(zhì)具有種類多，粒徑分布廣的特點， 一般的菌體通常是 微米級，其他雜質(zhì)大多是納米級的膠體，就微米菌體而言，其在泵等機械的作用 下，也會發(fā)生破碎產(chǎn)生亞微米以及納米顆粒。對于這樣一個粒徑分布較廣的顆粒 體系，為了保證對雜質(zhì)和核黃素的充分分離，步驟(b)選用膜的孔徑應(yīng)為10 500nm，對應(yīng)的操作溫度為15 30°C，操作壓力為0.1 0.6MPa，錯流速度為3 6m/s，然而對于特定顆粒體系存在與之相匹配的最優(yōu)化膜和最佳操作參數(shù)，使膜 分離時穩(wěn)定通量最大，膜污染程度最低。通過面向應(yīng)用過程的陶瓷膜結(jié)構(gòu)設(shè)計模 型計算得到合適膜孔徑和操作參數(shù)，結(jié)合實驗驗證，確定膜的孔徑優(yōu)選100 200nm，操作溫度優(yōu)選20 25°C ，操作壓力優(yōu)選0.1 0.25MPa，錯流速度優(yōu)選3 4m/s，在此操作范圍可保證裝置的連續(xù)穩(wěn)定運行，并減輕了膜污染，穩(wěn)定通量可 達100 150L/(m2*h)。膜過濾裝置采用多級串聯(lián)方式運行，采用錯流過濾的運行 方式，膜材質(zhì)為無機材料，優(yōu)選陶瓷或金屬材料，抗堿腐蝕性能有保證，有利于 膜的連續(xù)穩(wěn)定運行；膜的形式為管式，有利于高固含量發(fā)酵液的過濾；為盡可能 縮短物料的分離操作時間，膜過濾裝置(具體結(jié)構(gòu)見附圖2)采用多級串聯(lián)的方 式，級數(shù)為4 15級，前1 3級不加洗滌液進行濃縮，中間2 10級加洗滌液 并保持加水量與滲透液流量平衡，最后1 2級不加洗滌液進行濃縮，最終濃縮
液固含量可達20 30%，甚至更高，其中所用洗滌液為pH值12 13的氫氧化 鈉溶液，保證了整個過程料液pH的穩(wěn)定，同時料液由第一級膜過濾裝置到最后 一級膜過濾裝置，經(jīng)歷先濃縮、再洗滌、最后再濃縮的過程，整個過程連續(xù)運行， 操作時間很短， 一般只有15 25min，有效解決了由于分離過程繁瑣，時間長， 核黃素分解損失量大的問題。
多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜步驟的濃縮液在常溫下直接加酸調(diào)節(jié)pH到6.0 7.0，然后進一步脫除水分并干燥作飼料用；滲透液進入穩(wěn)定化處理步驟，在常 溫下往料液中同時添加氧化劑和無機酸，使核黃素處于氧化態(tài)，并調(diào)節(jié)pH值到 到酸性狀態(tài)，酸化與氧化同時進行可以有效縮短操作時間，防止核黃素在堿性條 件下的急劇分解，并有利于核黃素的穩(wěn)定，所用的氧化劑為空氣、氧氣或雙氧水， 考慮到原料的便宜易得和后續(xù)納濾步驟膜元件對氧化劑的耐受有一定的范圍，所 用的氧化劑優(yōu)選經(jīng)過凈化的空氣，控制溶液的氧化還原電位值至550 700mV。 所用的無機酸包括鹽酸、硫酸、硝酸或磷酸，由于納濾膜對二價離子的截留率遠 遠高于一價離子，所以考慮到后續(xù)納濾濃縮回收結(jié)晶母液中核黃素的鹽積累問 題，在此，所用的無機酸優(yōu)選鹽酸和硝酸。參考表l，可以看出核黃素的pH值
為4 6時的溶解度最小，因此加酸調(diào)節(jié)料液的pH到4 6，以利于核黃素的結(jié)
曰
曰曰o
經(jīng)過穩(wěn)定化處理步驟的料液溫度控制在4 10'C,進入結(jié)晶步驟，并在溶液 中按穩(wěn)定化處理后溶液質(zhì)量0.01 0.05%的質(zhì)量百分比加入核黃素晶體，攪拌1 3h;不僅可將其中的核黃素充分結(jié)晶出來，而且由于溫度低、操作時間短，進一 步減少了核黃素的分解。
結(jié)晶后的核黃素進膜分離濃縮晶體步驟，對其中的晶體進行分離，并為后 續(xù)的納濾膜過濾做好預(yù)處理。為保證對晶體具有較高的截留率，所用的膜的孔徑 為10nm l^im，根據(jù)最優(yōu)化膜理論，優(yōu)選200 500nm;膜的材質(zhì)為無機或有機 材料，優(yōu)選陶瓷、金屬、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯材料；膜的形 式為管式；采用錯流過濾的運行方式，操作溫度為4 10。C，優(yōu)選7 8'C,操作 壓力為0.1 0.6MPa，優(yōu)選0.25 0.3MPa，錯流速度為1 5m/s,優(yōu)選3 3.5m/s。
膜分離濃縮晶體步驟的晶體濃縮液進干燥步驟，制成純度高于98%的產(chǎn)品， 步驟(e)的滲透液進膜分離回收步驟，采用納濾膜對其中溶解態(tài)的核黃素進行
截留，而鹽分和小分子雜質(zhì)則透過納濾膜。由于膜分離濃縮晶體對物料中的晶體 等大顆粒和膠體有很好的截留效果，所以進一步保證了后續(xù)納濾的穩(wěn)定運行。由 于核黃素分子的相對分子量為376.4，而納濾膜的切割分子量一般在150 500， 所以通過選擇合適的納濾膜能夠保證對核黃素的截留率在95%以上。選用的納濾 膜的材質(zhì)為芳香聚酰胺或醋酸纖維素；膜的形式為中空纖維或巻式； 一般GE公 司的DK、 DL、 HL型號納濾膜和DOW公司的NF270等系列的納濾膜均符合要 求；膜組件采用錯流過濾的運行方式，操作溫度為15 3(TC，優(yōu)選20 25。C， 操作壓力為0.1 1.5MPa，優(yōu)選0.5 1.0MPa，錯流速度為0.1 1.5m/s,優(yōu)選0.5 1.0m/s。 -
膜分離回收的滲透液經(jīng)過簡單的處理就可以直接排放或回用，濃縮液加堿調(diào) 節(jié)pH值到12 13，回用作調(diào)堿步驟的調(diào)堿用水，不僅回收了其中的核黃素，而 且使其中的水得到了回用，減少了廢水的排放量。
經(jīng)過以上步驟處理得到的產(chǎn)品，為白色粉末狀，各項指標(biāo)均達到國家標(biāo)準(zhǔn)的 要求，有效成份含量超過98%，整個工藝的回收率高于95%。 有益效果
(1) 直接由發(fā)酵液提取制得高純度產(chǎn)品，純度大于98%，完全達到國標(biāo)要求。
(2) 結(jié)晶母液經(jīng)納濾膜濃縮后循環(huán)回用，廢水排放量大大減少。
(3) 將發(fā)酵液中的菌體等雜質(zhì)制成飼料，可以變廢為寶。
(4) 確定了適合于過程的最優(yōu)化膜，并優(yōu)化了操作條件，膜過程的通量更 大，有效減輕了膜污染，有利于工業(yè)化應(yīng)用。
(5) 提取流程短，大大減少了核黃素在分離過程中的損耗，使整個工藝的 回收率明顯高于一般水平。


圖1為膜分離提取核黃素的工藝流程圖。
圖2為多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜膜過濾設(shè)備示意圖，其中A為料液罐，B-F分別 為一到五級膜過濾裝置，G為最終濃縮出料，H為滲透液出料，I為洗滌液進料。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述。 實施例1
如附圖1所示，在500L核黃素發(fā)酵液中加入1.5m、H值為12.5的堿液，25 'C條件下攪拌5min，調(diào)堿后的料液pH值為11.9。
調(diào)堿后的料液進多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜膜過濾設(shè)備(如附圖2所示，采用 5臺91112陶瓷膜分離設(shè)備串聯(lián)運行，總膜面積45m2，其中第三級和第四級過濾 設(shè)備加pH值為12的氫氧化鈉洗滌液，其中91112陶瓷膜分離單臺主體設(shè)備由南 京九思高科技有限公司生產(chǎn)制造，內(nèi)部的膜元件通過小試試驗進行選配安裝，以 下實施例相同)，膜元件采用孔徑為200nm管式19通道陶瓷膜，膜材料為氧化 鋯，采用錯流過濾的運行方式，操作溫度為25°C，操作壓力為0.15MPa，錯流 速度為3m/s，在此條件下，膜平均通量為135m3/( m2-h)，中間每級膜過濾設(shè)備 加洗滌液的流量平均為0.2m3/h，剩余濃縮液65L，固含量為28.5%，滲透液共收 集2.1m3。多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜的滲透液直接進酸化步驟，最后的濃縮液加 硫酸調(diào)pH到7，由板框壓濾機對剩余物進行壓濾并干燥，制成附產(chǎn)品飼料。
多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜滲透液通入潔凈的空氣，維持料液中的氧化還原電 位為570mV,同時加硝酸調(diào)節(jié)pH值到5.5，在此過程中維持料液的溫度在25°C 左右。經(jīng)過穩(wěn)定化處理后的料液由換熱器冷卻降溫到7'C，并加入0.8Kg的核黃 素晶種，攪拌lh后，維持料液溫度為7'C，避光靜置12h，完成結(jié)晶步驟。
結(jié)晶后的料液進膜分離濃縮晶體步驟，采用膜分離設(shè)備(南京九思高科技有 限公司制造，總膜面積3m2，以下實施例相同)對料液進行過濾，膜元件選用平 均孔徑為500nm的不銹鋼管式膜，操作溫度為1(TC，操作壓力為0.25MPa，錯 流速度為3.5/s，濃縮至75L，然后加50L純水對晶體進行洗滌，最終濃縮料液 為67L，向濃縮液中添加60gEDTA，加熱至沸騰狀態(tài)，核黃素在此狀態(tài)下轉(zhuǎn)化 為針狀結(jié)晶，再經(jīng)過80。C干燥，即可得到柔軟、疏松的核黃素晶體，經(jīng)檢測純 度為99.2%，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
滲透液經(jīng)收集后總體積為2.3m3，直接進膜分離回收步驟，采用有機膜分離 設(shè)備(南京九思高科技有限公司制造，膜的型號為4040，以下實施例相同)對 物料進行過濾，膜元件采用GE公司生產(chǎn)的DK型號的巻式納濾膜，進行錯流過 濾，操作溫度為25。C，操作壓力為0.8MPa，錯流速度為0.8m/s，濃縮10倍，最 終物料體積215L。滲透液經(jīng)生化處理后達標(biāo)排放，濃縮液加堿調(diào)節(jié)pH值為12 13，回用做初始調(diào)堿步驟用水。整個過程的產(chǎn)品回收率為97.2%。 實施例2
如附圖1所示，在600L核黃素發(fā)酵液中加入1.2m3pH值為13.0的堿液，25 'C條件下攪拌5min，調(diào)堿后的料液pH值為12.8。
調(diào)堿后的料液進多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜膜過濾設(shè)備，膜元件采用孔徑為 50nm管式19通道陶瓷膜，膜材料為氧化鋯，采用錯流過濾的運行方式，操作溫 度為15"，操作壓力為0.4MPa，錯流速度為4.5m/s，在此條件下，膜平均通量 為96m3/( m2.h)。
多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜滲透液通入潔凈的氧氣，維持料液中的溶解氧含量 大于630mV，同時加鹽酸調(diào)節(jié)pH值到4.5，在此過程中維持料液的溫度在25°C 左右。經(jīng)過穩(wěn)定化處理后的料液由換熱器冷卻降溫到IO"C，并加入0.4Kg的核 黃素晶種，攪拌3h后，維持料液溫度為5'C,避光靜置8h進行結(jié)晶。
膜分離濃縮晶體步驟的膜元件選用平均孔徑為50nm的不銹鋼管式膜，操作 溫度12。C，操作壓力為0.5MPa，錯流速度為4m/s，濃縮液經(jīng)后續(xù)處理得到產(chǎn)品 純度為98.2%的產(chǎn)品。
滲透液進有機膜分離設(shè)備進行過濾，膜元件采用DOW公司生產(chǎn)的NF270 型號的巻式納濾膜，進行錯流過濾，操作溫度為25'C，操作壓力為0.6MPa,錯 流速度為0.5m/s。整個過程的產(chǎn)品回收率為96.5%。 實施例3
如附圖1所示，在300L核黃素發(fā)酵液中加入1.2r^pH值為12.0的堿液，25 'C條件下攪拌5min，調(diào)堿后的料液pH值為11.8。
調(diào)堿后的料液進多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜膜過濾設(shè)備，膜元件采用孔徑為 500nm管式19通道陶瓷膜，膜材料為氧化鋯，采用錯流過濾的運行方式，操作 溫度為3(TC，操作壓力為0.1MPa，錯流速度為3m/s，在此條件下，膜平均通量 為115m3/(m2-h)。
多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜滲透液添加雙氧水，控制氧化還原電位為670mV， 同時加硫酸調(diào)節(jié)pH值到6.0，在此過程中維持料液的溫度在25'C左右。經(jīng)過穩(wěn) 定化處理后的料液由換熱器冷卻降溫到10°C，并加入0.6Kg的核黃素晶種，攪 拌2.5h后，維持料液溫度為4r,避光靜置9h進行結(jié)晶。
膜分離濃縮晶體步驟的膜元件選用平均孔徑為500 nm的不銹鋼管式膜，操 作溫度5'C，操作壓力為O.lMPa，錯流速度為2m/s，濃縮液經(jīng)后續(xù)處理得到產(chǎn) 品 純度為98.4%的產(chǎn) 品o
滲透液進有機膜分離設(shè)備進行過濾，膜元件采用GE公司生產(chǎn)的HL型號的 巻式納濾膜，進行錯流過濾，操作溫度為2(TC，操作壓力為0.4MPa，錯流速度 為0.6m/s。整個過程的產(chǎn)品回收率為95.5%。 實施例4
如附圖1所示，在25'C條件下，將300L核黃素發(fā)酵液以100L/min的流量 與流量為240L/min的pH值為12.5的堿液在靜態(tài)混合器中進行混合調(diào)堿，調(diào)堿 后的料液pH值為12.3。
調(diào)堿后的料液進多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜膜過濾設(shè)備，膜元件采用孔徑為 100nm管式19通道陶瓷膜，膜材料為氧化鋁，采用錯流過濾的運行方式，操作 溫度為3(TC，操作壓力為0.2MPa，錯流速度為3.5m/s，在此條件下，膜平均通 量為115m3/(m2'h)。
多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜滲透液通入潔凈空氣，控制氧化還原電位為 580mV，同時加硫酸調(diào)節(jié)pH值到4.5，在此過程中維持料液的溫度在2(TC左右。 經(jīng)過穩(wěn)定化處理后的料液由換熱器冷卻降溫到5'C，并加入0.16Kg的核黃素晶 種，攪拌3h后，維持料液溫度為4X:，避光靜置12h進行結(jié)晶。
膜分離濃縮晶體步驟的膜元件選用平均孔徑為350 nm的陶瓷管式膜，操作 溫度5。C，操作壓力為0.3MPa，錯流速度為3.5m/s,濃縮液經(jīng)后續(xù)處理得到產(chǎn)品 純度為98.7%的產(chǎn)品。
滲透液進有機膜分離設(shè)備進行過濾，膜元件采用GE公司生產(chǎn)的DK型號的 巻式納濾膜，進行錯流過濾，操作溫度為2(TC，操作壓力為0.6MPa,錯流速度 為0.8m/s。整個過程的產(chǎn)品回收率為97.5%。
權(quán)利要求
1.一種直接從發(fā)酵液中提取高純度核黃素的方法，其具體步驟如下(a)發(fā)酵液調(diào)堿將發(fā)酵液與其體積比為2～5倍的pH值為12～13的堿液混合攪拌，調(diào)節(jié)pH值為11～13；調(diào)堿時間為0.5～5min；(b)多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜上述混合液進多級微濾或超濾膜分離設(shè)備進行連續(xù)過濾和洗滌，滲透液進下一步驟；(c)穩(wěn)定化處理向上述膜過濾的滲透液中加入無機酸和氧化劑，調(diào)節(jié)核黃素水溶液的pH值至4.0～6.0，氧化還原電位值至550～700mV；(d)結(jié)晶控制穩(wěn)定化處理后溶液的溫度為4～10℃，并在溶液中按穩(wěn)定化處理后溶液質(zhì)量0.01～0.05％的質(zhì)量百分比加入核黃素晶體，攪拌1～3h得結(jié)晶液；(e)膜分離濃縮晶體將上述結(jié)晶液進微濾或超濾膜分離設(shè)備進行過濾，濃縮液進行干燥，制成核黃素成品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(b)所述多級微濾或超 濾膜分離設(shè)備中所用膜的孔徑為10 500nm;材質(zhì)為無機材料;膜的形式為管式； 采用錯流過濾的運行方式，操作溫度為15 30℃，操作壓力為0.1 0.6MPa，錯 流速度為3 6m/s;多級微濾或超濾膜分離設(shè)備為4 15級串聯(lián)運行，前1 3 級不加洗滌液進行濃縮，中間2 10級加洗滌液并保持加洗滌液的流量與滲透液 流量平衡，最后1 2級不加洗漆液進行濃縮，其中所用洗滌液為pH值為12 13的氫氧化鈉溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(b)所述的膜的孔徑為100 200nm;材質(zhì)為陶瓷或金屬材料；操作溫度為20 25°C，操作壓力為0.1 0.25MPa，錯流速度為3 4m/s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(c)所述的無機酸為鹽酸、硫 酸、硝酸或磷酸；所用的氧化劑為空氣、氧氣或雙氧水。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(e)所述的微濾或超濾膜分離設(shè)備 所用膜的孔徑為10nm lpm;膜的材質(zhì)為無機或有機材料；膜的形式為管式； 采用錯流過濾的運行方式，操作溫度為4 15℃，操作壓力為0.1 0.6MPa，錯 流速度為1 5m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于步驟(e)所述的膜的孔徑為200 500nm;膜的材質(zhì)為陶瓷、金屬、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯材料； 操作溫度為7 10℃，操作壓力為0.25 0.3MPa，錯流速度為3 3.5m/s。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(b)多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜的 操作時間為10 25min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(e)結(jié)晶液進微濾或超濾膜分離 設(shè)備進行過濾后的滲透液進納濾膜分離設(shè)備進行過濾，核黃素被截留，濃縮液加 堿調(diào)pH值為12 13后，回用做步驟(b)的洗滌液，滲透液經(jīng)深度處理回用或 達標(biāo)排放。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的提取方法，其特征在于所述的納濾膜分離設(shè)備所用的納 濾膜材質(zhì)為芳香聚酰胺或醋酸纖維素；膜的形式為中空纖維或巻式，采用錯流過 濾的運行方式，操作溫度為15 30℃，操作壓力為0.1 1.5MPa，錯流速度為 0.1 1.5m/s。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的提取方法，其特征在于所述操作溫度為20 25℃， 操作壓力為0.5 1.0MPa，錯流速度為0.5 1.0m/s。
全文摘要
一種直接從發(fā)酵液中提取核黃素的方法，屬于核黃素(維生素B2)生產(chǎn)方法領(lǐng)域，包括將核黃素發(fā)酵液經(jīng)過調(diào)堿、多級連續(xù)膜過濾洗滌除雜、穩(wěn)定化處理、結(jié)晶、膜分離濃縮晶體等步驟直接得到含量高于98％的核黃素產(chǎn)品，其中膜分離濃縮晶體步驟的滲透液進膜分離回收步驟，采用納濾膜回收結(jié)晶母液中的溶解性核黃素，滲透出水經(jīng)深度處理回用或達標(biāo)排放，整個工藝的產(chǎn)品收率高于95％，產(chǎn)品純度達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，完全符合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
文檔編號C07D475/00GK101205230SQ200710191149
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者丁曉斌, 仲兆祥, 徐南平, 征 范, 邢衛(wèi)紅 申請人:南京九思高科技有限公司