采用多級陶瓷膜微濾分離多粘菌素e發酵液的方法
【專利摘要】本發明公開了一種采用多級陶瓷膜微濾分離多粘菌素E發酵液的方法，該方法包括：1)將多粘菌素E發酵液進行酸化處理；2)將酸化處理后的多粘菌素E發酵液依次經過多級陶瓷膜微濾系統進行微濾分離；其中，沿著多粘菌素E發酵液的微濾分離的方向，陶瓷膜微濾系統中的陶瓷膜的孔徑逐漸減小。該方法條件溫和，員工勞動強度低，減少了分離工藝步驟，提高了分離回收得率。
【專利說明】
采用多級陶瓷膜微濾分離多粘菌素E發酵液的方法
技術領域
[0001]本發明涉及多粘菌素E發酵液的分離，具體地，涉及采用多級陶瓷膜微濾分離多粘菌素E發酵液的方法。
【背景技術】
[0002]多粘菌素E，又名硫酸粘菌素(colistin，polymyxinsulfate)，是由多粘芽胞桿菌(Bacillus polymyxa)所產生的堿性環狀多肽類抗生素。多粘菌素E呈無定形白色粉末狀，耐高溫，易溶于水，性質穩定，能夠有效地抑制各類革蘭氏陰性細菌的增殖，特別對引發動物飼養疾病的綠膿桿菌、沙門氏菌、痢疾桿菌、產氣桿菌及肺炎桿菌等作用顯著。多粘菌素E能附著于細菌表面，其中的疏水性官能基團可與細菌細胞膜中的脂蛋白磷酸根結合，破壞外膜的完整性，使整個細胞膜的通透性增加，導致胞漿內的磷酸、核苷等小分子成分外逸，細菌生長受到抑制直致死亡。多粘菌素E對生長期和靜止期的細菌均有良好的作用，且不易引發細菌產生耐藥性。它可以有效地防止革蘭氏陰性細菌所弓I起的感染性腸道疾病，對雞鴨禽類、牛豬等畜類都有明顯的預防治療效果。同時，該產品對牲畜禽類生理毒副作用小，不易被消化道吸收，可以顯著地促進禽畜生長和提高飼料利用率，是目前最安全的畜禽促生長抗生素。
[0003]工業上通常采用分離提取多粘芽孢桿菌發酵液的方式制備多粘菌素E，基本工藝流程為:發酵液酸化、板框過濾除雜、離子交換樹脂提取、納濾濃縮、噴霧干燥成品。上述步驟中以板框過濾除雜工藝周期冗長、生產效率低、勞動強度大，且雜質脫除不完全，產品分離收率低，嚴重影響后續工藝步驟的效率。
[0004]公開號CN101974075的專利公開了一種用從發酵技術培養物中提取多粘菌素B、E的方法，在25°C條件下將發酵技術培養物用堿性物質調節pH至10.0-14.0后攪拌30分鐘，3000轉速離心分離收集離心物得到多粘菌素E游離堿沉淀，加入酸性溶液調節pH值至3.0-4.0使多粘菌素E沉淀溶解，通過抽濾溶解液獲得到含有多粘菌素E的濃縮液。該方法除雜不完全，產品純度低，多粘菌素E在不同酸堿度溶液中的沉淀和溶解導致產品大量損失，收率較低，并且工藝中消耗大量酸堿廢水，治理成本高，不利于工業化推廣。
[0005]公開號CN103059105B的專利公開了一種硫酸粘菌素的提取方法，多粘菌素E發酵液加硫酸調節PH至3.9-4.1，經孔徑500納米陶瓷膜過濾初步除雜，濾液調pH4.5_5后，再通過連續移動床吸附解析等步驟進一步除雜提純。該方法通過大孔徑陶瓷膜進行初步過濾，快速高效粗濾發酵液中大顆粒雜質，且收率高。但500納米孔徑無法截留菌體碎片、大分子懸浮顆粒等眾多雜質，嚴重影響多粘菌素E產品的純度和品質，因此需要采用復雜繁瑣的連續移動床吸附解析工藝進一步除雜、提純。該方法中的連續移動床吸附解析等后續工序產生大量廢酸、廢堿，且耗能耗水。
[0006]公開號CN102718842B的專利公開了一種沉淀法提取硫酸粘菌素的工藝，將含有多粘菌素E的發酵液用草酸或濃硫酸調節pH值至2.0-5.0，經50-200納米陶瓷膜微孔過濾，濾液依次加入金屬絡合劑和無機絮凝劑常溫反應后，再加熱至70-95°C保溫0.5-2.0小時，后續通過降溫，抽濾，使雜質迅速沉淀出來，從而達到除雜的目的。該方法優化了提取工藝，獲得產品純度高、品質優，但增加了多道繁雜的工藝步驟。該發明采用截留直徑為50-200納米的陶瓷膜微孔過濾，能夠有效地脫除發酵液中的菌渣、菌體碎片，卻無法去除濾液中的懸浮顆粒及蛋白、色素等有機高分子雜質。為了進一步去除這類雜質，該發明中金屬絡合劑和絮凝劑的添加大大增加了生產成本，且后續仍然使用堿化沉淀法提取多粘菌素E，增加了堿性廢水的處理排放，不利于環境保護。目前分離工藝不足之處在于:缺少一種工藝步驟精煉、操作簡便、成本低廉、環保安全的多粘菌素E發酵液的分離方法。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種采用多級陶瓷膜微濾分離多粘菌素E發酵液的方法，該方法條件溫和，員工勞動強度低，減少了分離工藝步驟，提高了分離回收得率。
[0008]為了實現上述目的，本發明提供了一種采用多級陶瓷膜微濾分離多粘菌素E發酵液的方法，該方法包括:
[0009]I)將多粘菌素E發酵液進行酸化處理；
[0010]2)將酸化處理后的多粘菌素E發酵液依次經過多級陶瓷膜微濾系統進行微濾分離；
[0011]其中，沿著多粘菌素E發酵液的微濾分離的方向，陶瓷膜微濾系統中的陶瓷膜的孔徑逐漸減小。
[0012]通過上述技術方案，本發明中采用多級陶瓷膜裝置連續工作，其中，孔徑較大的陶瓷膜微濾系統采用較大截留孔徑陶瓷膜元件，主要用于濾除菌渣、菌體碎片等大顆粒物，而多粘菌素E產品以及蛋白、色素、各類離子可以自由透過;大孔徑的設置可以增加發酵液的過濾速度，提高除雜效率，縮短工序時長;并且減少了對孔徑較小的微濾系統的操作壓力。孔徑較小的微濾系統采用納米級孔徑陶瓷膜，對上一級的濾液進行再次分離，濾液中60kDa以上分子量的大分子蛋白等有機高分子雜質將不能通過陶瓷膜而被截留下來，快速有效提尚濾液質量，方便簡化后續廣品提取精制的步驟。
[0013]本發明工藝與現有沉淀法工藝比對具有以下優點:采用多級陶瓷膜微濾系統大幅度提高工序效率以及濾液的澄清度和質量;多級陶瓷膜微濾系統采用不同截留孔徑陶瓷膜單元，選擇性分離不同分子量大小雜質，有利于減小雜質對下一級級陶瓷膜納米孔徑的壓力，增加濾液的膜通量，縮短發酵液分離工序的周期。本發明無需使用堿液、無機絮凝劑等添加物，減少了生產成本和廢水廢渣污染問題；省免了加熱、降溫以及抽濾等多道分離工序，大大減少多粘菌素E產品的損耗，降低人力勞動強度，節約能耗，有效地縮短生產周期。陶瓷膜分離設備操作自動化程度高，清洗簡單高效，有利于持續性生產。
[0014]本發明優化了分離工藝，減少了現有發酵液分離工藝中普遍存在的步驟冗雜、工序時長、無法連續、人工勞動強度大以及消耗大量酸堿產生廢水污染環境等問題，同時本發明大大簡化分離步驟，有效減少分離過程造成的產品損耗，提高產品的回收得率。本發明體現了環保、安全、高效、低能耗的新理念，具有較大的推廣應用價值。
[0015]本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0016]以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0017]本發明提供了一種采用多級陶瓷膜微濾分離多粘菌素E發酵液的方法，該方法包括:
[0018]I)將多粘菌素E發酵液進行酸化處理；
[0019]2)將酸化處理后的多粘菌素E發酵液依次經過多級陶瓷膜微濾系統進行微濾分離；
[0020]其中，沿著多粘菌素E發酵液的微濾分離的方向，陶瓷膜微濾系統中的陶瓷膜的孔徑逐漸減小。
[0021]在本發明中，多級陶瓷膜微濾系統的級數可以在寬的范圍內選擇，雖然在級數較多的情況下，能夠進一步提高濾液的澄清度和質量，但是從生產周期和生產成本上考慮，優選地，多級陶瓷膜微濾系統的級數為2-3級。更優選地，沿著多粘菌素E發酵液的微濾分離的方向，多級陶瓷膜微濾系統依次由第一級陶瓷膜微濾系統和第二級陶瓷膜微濾系統組成，其中，第一級陶瓷膜微濾系統中含有第一陶瓷膜，第二級陶瓷膜微濾系統中含有第二陶瓷膜。
[0022]在上述兩級陶瓷膜微濾系統中，第一陶瓷膜與第二陶瓷膜的孔徑可以在寬的范圍內選擇，但是為了使得第一級陶瓷膜微濾系統能夠有效地濾除菌渣、菌體碎片等大顆粒物，而多粘菌素E產品以及蛋白、色素、各類離子可以自由透過;但是同時為了使得第一級陶瓷膜微濾系統的濾液能夠較小對第二級陶瓷膜微濾系統的操作壓力，操作壓力對濾液的澄清度和質量有著較為重要的影響，這是發明人通過大量的實驗得到的，因此，優選地，第一陶瓷膜的孔徑為40-60nm，第二陶瓷膜的孔徑為4-6nm0
[0023]同時，在本發明中第一陶瓷膜和/或第二陶瓷膜可以是單層結構，也可以是多層結構，為了進一步提高陶瓷膜微濾系統的微濾效果，優選地，第一陶瓷膜和/或第二陶瓷膜采用多層結構，更優選地，第一陶瓷膜由5-7個陶瓷膜元件組成，第二陶瓷膜由3-5個陶瓷膜元件組成。
[0024]此外，陶瓷膜元件的具體材料可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高微濾分離后的多粘菌素E產品的澄清度和質量，優選地，陶瓷膜元件的組成材料為氧化鋁、氧化鈦和氧化鋯中的一種或多種。
[0025]在本發明的第一級陶瓷膜微濾系統中，雖然運行條件可以通過具體的需要進行設置，但是發明人發現運行條件的選擇對于多粘菌素E產品的澄清度和質量有著較為重要的影響，優選地，在第一級陶瓷膜微濾系統中，運行條件至少滿足以下條件:運行溫度不高于35°C，運行壓力為0.4-0.6MPa，膜通量為50-150L/V.h ;更優選地，運行壓力為0.4-0.5MPa，膜通量為 120-130L/m2.h。
[0026]同理，在本發明的第二級陶瓷膜微濾系統中，雖然運行條件也可以通過具體的需要進行設置，但是發明人發現運行條件的選擇對于多粘菌素E產品的澄清度和質量也有著較為重要的影響，優選地，在第二級陶瓷膜微濾系統中，運行條件至少滿足以下條件:運行溫度不高于35°C，運行壓力為0.5-1.510^，膜通量為40-6017!112.h;更優選地，運行壓力為
0.8-0.910^，膜通量為40-60171112.h。
[0027]在上述內容的基礎上，經過步驟I)酸化后的多粘菌素E發酵液的pH可以在寬的范圍內選擇，但是為了使得多粘菌素E能夠有效地沉淀溶解，優選地，經過酸化處理后，多粘菌素E發酵液的pH為2.0-5.5。其中，在酸化處理過程中，酸的選擇可以是本領域的常規選擇，但是從酸化效果上考慮，優選地，酸化處理通過濃硫酸或者草酸進行調節。
[0028]以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。
[0029]實施例1
[0030]I)以含有多粘菌素E濃度為60.01萬U/mL的發酵液2000L為原料，導入酸化罐加硫酸調節pH值至2.7，并持續攪拌50min(40-60min均可)。
[0031]2)將酸化好的發酵液通過第一級陶瓷膜微濾系統分離，采用6層孔徑為50納米的陶瓷膜，膜通量為120L/m2.h，運行溫度30 V，運行壓力為0.4MPa，得第一級濾液4800L，多粘菌素E濃度為24.85萬U/mL。
[0032]將4800L第一級濾液通入第二級陶瓷膜微濾系統分離，采用4層孔徑為5納米的陶瓷膜，膜通量為40L/m2.h，運行溫度32°C，運行壓力為0.8MPa，得第二級濾液10000L，多粘菌素E濃度為11.9萬U/mL，濾液澄清，陶瓷膜收率為99.1 %。
[0033]實施例2
[0034]I)以含有多粘菌素E濃度為65.23萬U/mL的發酵液2000L為原料，導入酸化罐加硫酸調節pH值至2.7，并持續攪拌50min(40-60min均可)。
[0035]2)將酸化好的發酵液通過第一級陶瓷膜微濾系統分離，采用6層孔徑為50納米的陶瓷膜，膜通量為130L/m2.h，運行溫度31V，運行壓力為0.4MPa，得第一級濾液4600L，多粘菌素E濃度為28.21萬U/mL。
[0036]將4600L第一級濾液通入第二級陶瓷膜微濾系統分離，采用4層孔徑為5納米的陶瓷膜，膜通量為40L/V.h，運行溫度320C，運行壓力為0.9MPa，得第二級濾液9800L，多粘菌素E濃度為13.1萬U/mL，濾液澄清，陶瓷膜收率為99.2 %。
[0037]實施例3
[0038]I)以含有多粘菌素E濃度為62.55萬U/mL的發酵液2000L為原料，導入酸化罐加硫酸調節pH值至2.7，并持續攪拌50min(40-60min均可)。
[0039]2)將酸化好的發酵液通過第一級陶瓷膜微濾系統分離，采用6層孔徑為50納米的陶瓷膜，膜通量為120L/m2.h，運行溫度32 V，運行壓力為0.5MPa，得第一級濾液4600L，多粘菌素E濃度為27.03萬U/mL。
[0040]將4600L第一級濾液通入第二級陶瓷膜微濾系統分離，采用4層孔徑為5納米的陶瓷膜，膜通量為40L/m2.h，運行溫度33 V，運行壓力為0.9MPa，得第二級濾液10500L，多粘菌素E濃度為11.80萬U/mL，濾液澄清，陶瓷膜收率為99.1 %。
[0041 ] 實施例4
[0042]按照實施例1的方法進行，陶瓷膜收率為98.5%，所不同的是第一級陶瓷膜微濾系統的運行條件為:膜通量為50L/m2.ho
[0043]實施例5
[0044]按照實施例1的方法進行，陶瓷膜收率為99.2%，所不同的是第一級陶瓷膜微濾系統的運行條件為:膜通量為150L/m2.h，運行壓力為0.6MPa。
[0045]實施例6
[0046]按照實施例1的方法進行，陶瓷膜收率為99.0%，所不同的是第二級陶瓷膜微濾系統的運行條件為:膜通量為60L/m2.h，運行壓力為1.5MPa。
[0047]實施例7
[0048]按照實施例1的方法進行，陶瓷膜收率為99.0%，所不同的是第二級陶瓷膜微濾系統的運行條件為:膜通量為40L/m2.h，運行壓力為0.5MPa。
[0049]實施例8
[0050]按照實施例1的方法進行，陶瓷膜收率為99.2%，所不同的是酸化好的發酵液的pH為 2.0。
[0051 ] 實施例9
[0052]按照實施例1的方法進行，陶瓷膜收率為98.4%，所不同的是酸化好的發酵液的pH為 5.5。
[0053]通過以上實施例可以得知，本發明提供的方法條件溫和，員工勞動強度低，分離工藝步驟少，同時具有優異的分離回收率
[0054]以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
[0055]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0056]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【主權項】
1.一種采用多級陶瓷膜微濾分離多粘菌素E發酵液的方法，其特征在于，所述方法包括: 1)將多粘菌素E發酵液進行酸化處理； 2)將酸化處理后的所述多粘菌素E發酵液依次經過多級陶瓷膜微濾系統進行微濾分離； 其中，沿著所述多粘菌素E發酵液的微濾分離的方向，所述陶瓷膜微濾系統中的陶瓷膜的孔徑逐漸減小。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多級陶瓷膜微濾系統的級數為2-3級。3.根據權利要求2所述的方法，其中，沿著所述多粘菌素E發酵液的微濾分離的方向，所述多級陶瓷膜微濾系統依次由第一級陶瓷膜微濾系統和第二級陶瓷膜微濾系統組成，其中，第一級陶瓷膜微濾系統中含有第一陶瓷膜，第二級陶瓷膜微濾系統中含有第二陶瓷膜。4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述第一陶瓷膜的孔徑為40-60nm，所述第二陶瓷膜的孔徑為4_6nm05.根據權利要求4所述的方法，其中，所述第一陶瓷膜由5-7個陶瓷膜元件組成，所述第二陶瓷膜由3-5個陶瓷膜元件組成。6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述陶瓷膜元件的組成材料為氧化鋁、氧化鈦和氧化鋯中的一種或多種。7.根據權利要求3-6中任意一項所述的方法，其中，在所述第一級陶瓷膜微濾系統中，運行條件至少滿足以下條件:運行溫度不高于35°C，運行壓力為0.4-0.6MPa，膜通量為50-150L/m2.ho8.根據權利要求7所述的方法，其中，在所述第二級陶瓷膜微濾系統中，運行條件至少滿足以下條件:運行溫度不高于35°C，運行壓力為0.5-1.510^，膜通量為40-6017!112.h。9.根據權利要求8所述的方法，其中，經過酸化處理后，所述多粘菌素E發酵液的pH為2.0-5.5o10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述酸化處理通過濃硫酸或者草酸進行調節。
【文檔編號】C07K1/34GK105820214SQ201610261280
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月26日
【發明人】林凌, 蔣順進, 黃煒乾, 朱國萍
【申請人】安徽師范大學, 廣東容大生物股份有限公司