点击图片查看原图
摘要：介绍了以猪的鼻骨、喉骨和气管为原料生产硫酸软骨素的生产工艺，应用膜分离技术对现有工艺进行了改进，使硫酸软骨素纯度达95.2％，收率提高3％，收率由原来的5.25％提高到6.65％,并且简化了操作，既提高了产品质量(指标均符合美国药典标准)，又降低了乙醇用量，节约了能源，可为企业带来较显著的经济效益、社会效益和环境效益。
关键词：硫酸软骨素；膜分离技术;陶瓷膜;超滤
1.概述
硫酸软骨素(Chondroitinsulfate，ChS)系自动物的喉骨等软骨组织中得到的酸性粘多糖。用于某些神经性头痛、神经痛、关节痛、动脉硬化症。也可用于链霉素引起的听觉障碍及肝炎等的辅助治疗。近年来，硫酸软骨素不仅在防治冠心病和关节炎等方面日益受到人们的重视，而且在国外已将其列入“专用食品强化剂”。据资料介绍，1999年美国用于食品方面硫酸软骨素的销售额就达3.94亿美元，导致国内硫酸软骨素产品大量出口，供不应求。
目前国内硫酸软骨素的生产工艺是用酒精直接对软骨酶解后的滤液进行沉淀，其酒精用量大，精制分离困难，而且其他指标(含量、硫酸根、氯离子、蛋白质、收率等)不稳定，时常出现波动。针对这一情况，本文提出用无机陶瓷超滤膜分离技术对现有工艺进行改进，对于提高硫酸软骨素的产品质量及资源利用率，具有一定的现实意义。
膜分离技术兼有浓缩、纯化、分离、精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤、易于控制等优点。针对各硫酸软骨素生产企业采用的原材料不同，生产工艺方法有所不同，不同工艺得到的硫酸软骨素相对分子质量大小不一样等特点，为保证收率，无机陶瓷膜可供选择的膜截留分子量有300KD、150KD、100KD、50KD、30KD、15KD、10KD、8KD、5KD、3KD、1KD。可满足用户的各种需要。
2.生产方法比较
2.1方法一
2.1.1工艺路线
2.1.2操作要点
1) 碱提：溶液中控制氢氧化钠的浓度为3.0％，食盐的浓度为2.5％，温度为30℃，间歇搅拌，提取6h。
2) 酶解：用盐酸调节溶液的pH为8.6～9.0，并升温至50℃，加入5.0％胰脏，搅拌酶解4h，然后加入0.3％的碱性蛋白酶继续酶解4h，整个过程保持溶液pH为8.6～9.0。
3) 过滤：酶解结束后，用盐酸调节溶液的pH为6.0，升温至85℃，保温30rain，过滤得澄清溶液。
4) 超滤膜浓缩：超滤过程中料液温度为40℃，膜压力为0.6～0.9MPa，浓缩至原体积的1/3。
5) 氧化：将已浓缩的料液用氢氧化钠溶液调节pH为9.0，加人适量的双氧水，3O℃下氧化6h。
6) 醇沉：将氧化后的料液过滤除去蛋白质，用盐酸调节溶液的pH为5.5，加入约料液3倍的乙醇，使溶液的乙醇浓度达到68％，沉淀8h。
7) 脱水、干燥：用95％的乙醇对湿固体脱水直至松散，然后真空干燥，真空度为0.85MPa，温度为85℃，干燥后得到成品。
2.1.3结果对比
结果见表1。按照新工艺路线生产硫酸软骨素，与原工艺相比，每批样品少用6×10kg乙醇，节约蒸气6.8×10kg，收率由原来的5.25％提高到6.65％，其他指标均符合美国药典标准。
不同工艺得到的硫酸软骨素相对分子质量大小不一样，为保证收率，选择合适的截留相对分子质量的膜。滤液进入超滤膜前应要澄清透明，不能浑浊，不得有颗粒，也不得有油腻物，否则会堵塞膜孔，影响通透量，最好在超滤膜前安装一套预过滤器。使用超滤膜时，关键应控制好料液温度不得超过40℃，膜压力控制在0.6—0.9MPa，使用完毕一定要清洗彻底，恢复膜的通透量。
2.2方法二
2.2.1乙醇精制工艺
操作要点：
(1)提取：在2％NaOH250kg中加入洁白干燥软骨40kg，在室温下间隔搅拌提取、过滤，残渣用适量蒸馏水浸泡、过滤、合并两次滤液。
(2)酶解：于上述滤液中加入盐酸调节pH：8.8～9.0，加热到50℃时加入相当于1：250倍胰酶，继续升温到53～54℃，保温7h，在酶解过程中，用10％NaOH，随时调节pH=8.8～9.0。
(3)吸附：温度保持53～54℃，用I：2盐酸调pH=6.8～7.0，加入活性白土7kg，活性炭200g，搅拌吸附Ih，过滤，滤液要澄清。
(4)精制、干燥：滤液用1％NaOH调pH=6.0，加入滤液体积1％NaC1，加入乙醇，使乙醇浓度达65％，间隔搅拌2h，静止8h，过滤，滤饼加水溶解，再加入乙醇，使乙醇浓度达75％，沉淀、过滤，滤饼加水溶解，加入乙醇使浓度达90％，沉淀、过滤，真空干燥得产品。
在以上工艺中，利用在不同浓度乙醇中的多次沉淀提高了产品纯度，但也使一部分硫酸软骨素随滤液流失，造成收率降低。
2.2.2超滤膜精制工艺
原料经过前面叙述的工艺进行提取、酶解，吸附过滤后，在2O℃，0.4—0.5MPa条件下进入超滤膜过滤、浓缩，浓缩液加入95％乙醇沉淀，经真空干燥得产品，经721分光光度计分析测定，平均纯度为95.2％，平均收率提高3％。
2.2.3结果与讨论
不同精制工艺得到的硫酸软骨素的纯度和收率如下表：
在硫酸软骨素的提取工艺中可以看出，提取液是一种包括硫酸软骨素、蛋白质、多肽、氨基酸和无机盐的混合物，其中蛋白质可以采用加热和调节pH值的办法除去，但氨基酸、无机盐等都是水溶性杂质，利用乙醇沉淀的办法很难完全去除。而超滤是专门用于含各种小分子可溶性溶质和高分子物溶液的浓缩、分离、提纯和净化的操作技术。通常超滤膜的截断分子量为10000--30000之间，而硫酸软骨素分子量恰好为10000—30000，故选择超滤膜分离硫酸软骨素是非常适合的。但操作一定要严格，注意操作压力和温度；提取液进入膜组件前，要除去其中的胶体，固体悬浮物及不溶性杂质，否则将会造成膜污染。
总之，利用超滤膜分离硫酸软骨素，不但能提高产品的纯度和收率，降低乙醇消耗，充分利用生物资源，同时也简化了操作。
湖南恒辉膜技术有限公司推出新一代硫酸软骨素浓缩用超滤膜分离设备，该设备采用的原装进口无机陶瓷膜元件特点：耐温高，强度好，抗污染能力强，膜孔径分布窄、孔径均匀，截流精度高，易清洗再生，寿命长。相比中空纤维膜在软骨素浓缩方面，突出的优点为：可以有效防止硫酸软骨素的流失，高温处理有效防止料液变质，提高软骨素的纯度等。中空纤维膜组件在处理硫酸软骨素的缺点有：承压低，寿命短，膜孔易污染堵塞，孔径分布不均导致硫酸软骨素流失率高，所得软骨素纯度不高等。不同工艺得到的硫酸软骨素相对分子质量大小不一样，为保证收率，选择截留相对分子质量为5000左右的膜较为合适。本公司提供的无机陶瓷膜可分供选择的膜截留分子量有300KD、150KD、100KD、50KD、30KD、15KD、10KD、8KD、5KD、3KD、1KD。可满足用户的