[发明专利]一种微藻胞外多糖的膜分离方法

说明书

技术领域

本发明属于微藻生物技术和生物分离工程领域，具体涉及微藻胞外多糖的分离方法。

技术背景

微藻及相关产品与人类的食物和健康密切相关，因而使得微藻产业获得了异常旺盛和强劲的发展态势，当今的微藻产业以每年超过万吨的产量和逾13亿美元的产值而备受关注。我国的微藻产业化始于20世纪50年代，80年代开始工业化生产，在国家相关政策的大力扶持和社会各界的广泛关注下，近十几年来我国微藻产业发展非常迅速，并取得了显著的成就，各种微藻养殖单位和企业纷纷建成投产，养殖种类包括螺旋藻、小球藻、红球藻、念珠藻等，产品主要涉及微藻细胞、藻类蛋白等。在能源危机日趋严重的今天，利用微藻生产再生能源(生物柴油)也是备受瞩目的课题。

随着微藻产业的兴起与稳步发展，微藻多糖的抗肿瘤、抗病毒、抗辐射、降血糖以及免疫调节等功效也逐渐被人们所认识和接受，为这类产物作为药物、药物中间体、功能食品或化妆品来开发提供了基础。例如，我们从地木耳、葛仙米等食药两用的念珠藻中提取分离的多糖具有极强的生物活性(包括免疫调节活性)和特殊的化学结构(如念珠藻糖醛酸；nosturonic acid)。然而，由于微藻自身的特点，目前国内外微藻多糖的提取分离技术仍处于操作复杂、水平较低的发展状态，难以形成实用的规模化制备技术，使得从微藻获取这类产物在技术上难以和高等植物或大型海藻相媲美。而另一方面，我国微藻培养和产品开发已经成为新兴的生物技术产业，如螺旋藻、小球藻、红球藻、盐藻、念珠藻等已实现规模化养殖，其中尤以螺旋藻产业发展最为蓬勃，除了大型螺旋藻生产基地外，还有一系列相关的食品、保健品、化妆品等多种产品。由于微藻自身的特点和生产工艺等因素，微藻在其生长过程中会不断地分泌胞外产物(包括大量的胞外多糖)到其培养基中，但目前在进行微藻大规模生产时，由于缺乏产品深加工技术，除微藻细胞本身被收获利用外，大量的胞外活性产物均随脱藻培养液一起被废弃。这些产物如能加以收集并合理开发利用，将能提升微藻的产业价值，从而进一步促进微藻产业的迅速、健康发展。

目前微藻胞外多糖的分离纯化多采用传统的方法，即去除藻细胞-减压浓缩-乙醇沉淀-透析-除蛋白-冷冻干燥，这种方法不仅费时费力而且效率较低，难以进行规模化生产。随着技术的进步和加工工艺的发展，各种膜材料逐渐用于生物分离工艺，从而使原本复杂的分离工艺变得简单易行。与传统分离方法相比，膜分离方法具有效率高、工作条件温和、可连续操作等优点，因此在工业上得到了越来越广泛的应用。其中，径向流微滤技术采用径向流动原理，原料液从微滤膜套筒圆周流向套筒圆心，与传统的膜过滤相比，其流向的有效膜过滤面积加大，柱长增加，既可线性增加样品的处理量而分离条件和处理时间又没有明显变化。超滤技术是利用膜的选择性透过原理，将大分子截留于膜上而允许小分子物质透过。在传统的超滤过程中随着超滤的进行，由于浓差极化现象而使大分子物质在膜介质表面不断堆积，造成超滤膜的通量大大降低，影响分离效率，因此在实际应用中常采用错流过滤或切向流过滤来提高超滤效率。在切向流超滤技术中，原料液的流向平行于超滤膜，从而可以及时将沉积在超滤膜表面的大分子溶质随着料液的流动而转移，有效缓解膜通量下降过快的问题。通过滤液回流和重复超滤，可对滤液中溶质进行快速浓缩和分离。

发明内容

本发明的目的就是根据上述现有技术的状况而提供一种微藻胞外多糖的膜分离方法，该方法快速且可规模化。

为达到上述目的，本发明对微藻培养液依次进行下述步骤以分离其胞外多糖：

1、径向流微滤，除去微藻培养液中的杂质；

2、切向流超滤，分离微藻培养液中的微藻胞外多糖。

上述微藻胞外多糖包括螺旋藻、红球藻、硅藻、小球藻、念珠藻等微藻在培养过程中向培养液中分泌的多糖。

为了保证径向流微滤和切向流超滤的速度和效率，其径向流微滤中的径向流速应控制在≥1.0L/min；其切向流超滤中的跨膜压力应控制在≥0.5bar。

实际应用中，当微藻培养液中残留的藻细胞及其碎片等杂质较多时，为了节省径向流微滤的时间，应对其进行相应的预处理。

下面结合本发明的工作过程对本发明进一步阐述如下：