一种从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的方法及装置

技术领域

本发明涉及生物工程技术领域，具体涉及一种从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的方 法及装置。

背景技术

D-核糖(D-Ribose)又名D-呋喃核糖(D-Ribofuranose)，是生物体内核糖核酸、某 些维生素和核苷酸类辅酶(如NAD、NADH、FAD、ADP、UDP、CDP、GDP等)的组成成分， 具有十分重要的生理作用。D-核糖主要是采用细菌发酵葡萄糖合成，在发酵过程中，除 了得到D-核糖这一目标产物外，还会产生其它多糖、多元醇等杂质。

D-核糖发酵液经过浓缩结晶后会产生大量的母液，该母液中含有大量的乙醇，固形 物浓度30～35wt.％，固形物中D-核糖含量60wt.％左右，此外还含有大量的蛋白、多糖、 多元醇、大分子色素、低聚糖等物质，这些大分子物质的存在导致D-核糖无法继续结晶 出来。该母液含固量高，处理非常困难，既给环保处理带来了难题也导致有效产物的浪 费，这是国内外D-核糖生产企业共同面临的难题。目前国内没有从D-核糖母液再提纯D- 核糖的专利和文献报道，因此，开发一种高效的从D-核糖母液中回收D-核糖的方法具有 重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的方 法，

该方法具有操作简便、经济环保的特点，具有较好的经济效益和社会效益。

本发明通过如下技术方案实现上述目的。

一种从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的方法，依次包括以下步骤：

(1)分离乙醇：在温度45～55℃、真空度-0.092～-0.090MPa减压浓缩出D-核糖结 晶母液中的乙醇，得到含水在9～11wt.％的粗乙醇溶液和固形物浓度达到55～60wt.％且 脱去乙醇的D-核糖母液；

(2)无水乙醇制备：将上述粗乙醇溶液经过膜渗透技术回收得到无水乙醇，无水乙 醇返回到生产循环使用；

(3)脱去乙醇的母液稀释：使用纯水对步骤(1)中所述的脱去乙醇的D-核糖母液 进行稀释，得到固形物浓度为15～20wt.％的稀释液；

(4)纳滤膜分离：使用纳滤膜处理步骤(3)中所述的稀释液得到透析液和浓缩液， 工作压力为进压22～28bar，出压20～26bar，操作温度为40～41℃；

(5)浓缩脱色：将步骤(4)中透析液进行三效蒸发浓缩，浓缩至固形物浓度为60～ 65wt.％；加入活性炭对上述D-核糖浓缩液进行脱色，活性炭加入量8～12kg/吨D-核糖， 操作温度40～70℃，静置2h后过滤得到D-核糖滤液；

(6)再浓缩结晶：将步骤(5)所述的D-核糖滤液进一步浓缩至含有固形物的浓度 为93～96wt.％，按体积比1:1加入无水乙醇，进入结晶罐结晶，离心干燥得到D-核糖成 品；

所述步骤(2)中的膜渗透技术选择无机渗透汽化膜，是由6～10个膜组件串联组成；

所述步骤(2)中操作温度为100～120℃，制备得到的无水乙醇含水量低于0.5wt.％；

所述步骤(4)中的纳滤膜的膜通量为400～600Da；

所述步骤(4)中的透析液中固形物的浓度为7～13wt.％，固形物中D-核糖含量为85～ 92wt.％，透析液的透光率为85～95％；浓缩液中固形物浓度38～42wt.％，固形物中D-核 糖含量为35～43wt.％；

所述步骤(6)中的无水乙醇来自于步骤(2)制备而得。

本发明还提供了一种用于从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的装置，包括蒸馏釜、馏 出物储罐、蒸发器、渗透膜系统、乙醇储罐、渗透液储罐、残余物储罐、纳滤系统、透 析液储罐、三效蒸发器、脱色罐、过滤装置、搪瓷浓缩罐、结晶罐和双锥干燥器；

所述蒸馏釜的馏出物出口与冷凝器、馏出物储罐、蒸发器、渗透膜系统依次连接， 渗透膜系统的渗透液出口与渗透液储罐的进口连接，渗透膜系统的乙醇出口和乙醇储罐 的进口连接；

所述蒸馏釜的残余物出口与残余物储罐和纳滤系统依次连接，纳滤系统的的浓缩液 出口与浓缩液储罐的进口连接，纳滤系统的透析液出口与透析液储罐、三效蒸发器一效、 三效蒸发器二效、三效蒸发器三效、脱色罐、过滤装置和搪瓷浓缩罐依次连接；

所述搪瓷浓缩罐的浓缩液出口与乙醇储罐的乙醇出口分别与结晶罐连接，结晶罐的 出口与离心机和双锥干燥器依次连接。

与现有技术相比，本发明具有以下明显有益效果：

(1)本发明是对D-核糖结晶母液进行处理进一步回收乙醇和提纯D-核糖，减少D- 核糖生产过程中的母液排放量，缓解环保压力，避免母液中有效产物的浪费，提高生产 效益，节省能源，保护环境；

(2)本发明工艺流程步骤合理，便于操作，易于在工业化生产中推广；

(3)采用膜渗透技术得到的乙醇含量达到99.5wt.％以上，收率达到98％以上，可直 接循环应用于D-核糖的结晶工艺中，降低成本；

(4)本发明得到的D-核糖成品纯度在98～102wt.％，符合相关标准要求，提高了主 产品收率，创造更大效益；

(5)纳滤得到的浓缩液中含有丰富的有机质资源，可用于生产饲料和有机肥料中。

附图说明

图1是本发明一个实施例的装置示意图。

图中：1、蒸馏釜，2、冷凝器，3、馏出物储罐，4、蒸发器，5、渗透膜系统，6、 乙醇储罐，7、渗透液储罐，8、残余物储罐，9、纳滤系统10、浓缩液储罐，11、透析液 储罐，12、三效蒸发器一效，13、三效蒸发器二效，14、三效蒸发器三效，15、脱色罐， 16、过滤装置，17、搪瓷浓缩罐，18、结晶罐，19、离心机，20、双锥干燥器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

如图1所示，一种用于从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的装置，包括蒸馏釜1、冷 凝器2、馏出物储罐3、蒸发器4、渗透膜系统5、乙醇储罐6、渗透液储罐7、残余物储 罐8、纳滤系统9、浓缩液储罐10、透析液储罐11、三效蒸发器一效12，三效蒸发器二 效13、三效蒸发器三效14、脱色罐15、过滤装置16、搪瓷浓缩罐17、结晶罐18、离心 机19和双锥干燥器20，其中，蒸馏釜1馏出物出口与冷凝器2、馏出物储罐3、蒸发器 4、渗透膜系统5的乙醇出口和乙醇储罐6依次连通，渗透膜系统5的渗透液出口与渗透 液储罐7连通，蒸馏釜1残余物出口与残余物储罐8、纳滤系统9依次连接，纳滤系统9 的透析液出口与透析液储罐11、三效蒸发器一效12、三效蒸发器二效13、三效蒸发器三 效14、脱色罐15、过滤装置16和搪瓷浓缩罐17依次连接，搪瓷浓缩罐17的浓缩液出 口与乙醇储罐6的乙醇出口分别与结晶罐18连接，结晶罐18与离心机19和双锥干燥器 20依次连接，纳滤系统9浓缩液出口与浓缩液储罐10的进口连接。

从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的方法，包括以下步骤：

(1)将D-核糖结晶后母液经过蒸馏釜1在温度50℃、真空度-0.090MPa下减压蒸馏， 釜顶得到含水11.3wt.％的粗乙醇馏出物，馏出物经冷凝器2冷却到30℃进入馏出物储罐 3，釜底得到脱去乙醇且含有浓度为59.2wt.％固形物的D-核糖母液，然后进入残余物储 罐8；

(2)将步骤(1)中所述的含水11.3wt.％的粗乙醇馏出物经过蒸发器4升温，料液 温度达到110℃，然后经由7个渗透膜组件串联的渗透膜系统5渗透除水，得到含量为 95.8wt.％的无水乙醇，无水乙醇进入乙醇储罐6，渗透液进入渗透液储罐7；

(3)在残余物储罐8中用纯水将步骤(1)中所述的脱去乙醇且含有浓度为59.2wt.％ 固形物的D-核糖母液稀释，得到固形物浓度为17.7wt.％的稀释液；

(4)将步骤(3)中得到的稀释液通过纳滤系统9，用膜通量为500Da的纳滤膜处理， 工作压力为：进压24bar，出压22bar，得到透析液和浓缩液，透析液进入透析液储罐11， 浓缩液进入浓缩液储罐10；其中，透析液中含有的固形物浓度为10.4wt.％，固形物中D- 核糖的含量为89.2wt.％，透析液的透光率为91.5％；浓缩液中固形物浓度为39.8wt.％， 固形物中D-核糖含量为36.9wt.％；

(5)将步骤(4)得到的透析液相继进入三效蒸发器一效12、三效蒸发器二效13、 三效蒸发器三效14，将料液浓度浓缩至64wt.％后进入脱色罐15，加入活性炭对上述D- 核糖浓缩液进行脱色，活性炭加入量10kg/吨D-核糖，温度65℃，静置2h后经过滤装置 16过滤得到D-核糖滤液；

(6)通过搪瓷浓缩罐17进一步浓缩步骤(5)得到的D-核糖滤液至其中的固形物浓 度达到94wt.％后进入结晶罐18，按照体积比1:1的量加入步骤(2)中制得的存入乙醇 储罐6中的无水乙醇，进入结晶罐18，结晶，通过离心机19离心甩滤，双锥干燥器20 干燥得到D-核糖成品，产品的纯度为99.2wt.％。

实施例2

如图1所示，从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的装置与实施例1中相同。

从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的方法，包括以下步骤：

(1)将D-核糖结晶后母液经过蒸馏釜1在温度45℃、真空度-0.092MPa下减压蒸馏， 釜顶得到含水10.6wt.％的粗乙醇馏出物，馏出物经冷凝器2冷却到30℃后进入馏出物储 罐3，釜底得到脱去乙醇且含有浓度为57.6wt.％固形物的D-核糖母液，然后进入残余物 储罐8；

(2)将步骤(1)中含水10.6wt.％的粗乙醇馏出物经过蒸发器4升温，料液温度达 到115℃，然后经由7个渗透膜组件串联的渗透膜系统5渗透除水，得到含量为96.2wt.％ 的无水乙醇，无水乙醇进入乙醇储罐6，渗透液进入渗透液储罐7；

(3)在残余物储罐8中用纯水将步骤(1)中所述的脱去乙醇且含有浓度57.6wt.％ 固形物的D-核糖母液稀释，得到固形物浓度为16.5wt.％的稀释液；

(4)将步骤(3)中的稀释液通过纳滤系统9，用膜通量为400Da的纳滤膜处理，工 作压力为：进压26bar，出压24bar，得到透析液和浓缩液，透析液进入透析液储罐11， 浓缩液进入浓缩液储罐10；其中，透析液中含有的固形物浓度为9.3wt.％，固形物中D- 核糖含量为91.2wt.％，透析液的透光率为94.1％；浓缩液中固形物浓度为38.9wt.％，固 形物中D-核糖含量为42.2wt.％；

后续提取按照实施例1中方法进行，得到D-核糖成品，产品的纯度为100.2wt.％。

实施例3

如图1所示，从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的装置与实施例1中相同。

从D-核糖结晶母液中提纯D-核糖的方法，包括以下步骤：

(1)将D-核糖结晶后母液经过蒸馏釜1在温度45℃、真空度-0.092MPa下减压蒸馏， 釜顶得到含水10.6wt.％的粗乙醇馏出物，馏出物经冷凝器2冷却到30℃进入馏出物储罐 3，釜底得到脱去乙醇且含有浓度为57.6wt.％固形物的D-核糖母液，然后进入残余物储 罐8；

(2)将步骤(1)中含水10.6wt.％的粗乙醇馏出物经过蒸发器4升温，料液温度达 到118℃，然后经由6个渗透膜组件串联的渗透膜系统5渗透除水，得到含量为95.4wt.％ 的无水乙醇，无水乙醇进入乙醇储罐6，渗透液进入渗透液储罐7；

(3)在残余物储罐8中用纯水将步骤(1)中所述的脱去乙醇且含有浓度为57.6wt.％ 固形物的D-核糖母液稀释，得到固形物浓度为16.5wt.％稀释液；

(4)将步骤(3)中的稀释液通过纳滤系统9，用膜通量为600Da的纳滤膜处理，工 作压力为：进压22bar，出压20bar，得到透析液和浓缩液，透析液进入透析液储罐11， 浓缩液进入浓缩液储罐10，其中，透析液中含有浓度为11.0wt.％的固形物，固形物中D- 核糖含量为85.8wt.％，透析液的透光率为88.1％；浓缩液中固形物浓度为40.7wt.％，固 形物中D-核糖含量为35.7wt.％；

后续提取按照实施例1中方法进行，得到D-核糖成品，产品的纯度为98.3wt.％。