专利名称：一种从牛初乳中提取活性物质的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种提取方法及提取活性物质所用到的设备，尤其涉及一种提取牛初乳活性物质的方法及其设备。
背景技术：
科学研究证实，牛初乳是自然界免疫因子最为富集的生物资源之一，其中包括重要的免疫因子和生长因子，如免疫球蛋白(IgG)、乳铁蛋白(Lf)及胰岛素样生长因子(IGF)等，含量比常乳高10-100倍。这些生理活性成分具有免疫调节、延缓衰老、促进生长发育、抑制肿瘤等一系列的生物功能，不仅可以制造功能食品，而且还具有开发天然活性生物药物的巨大潜力。但是，目前初乳资源的开发才开始，主要是一些健康食品，产品中活性物质的有效浓度不够高，其免疫活性在加工过程中损失较大，且在初乳资源综合利用方面也较欠缺，初乳本身所具备的潜在价值得不到充分的反映。因此，高效综合利用牛初乳资源，开发出合理的分离技术路线以提取高纯度高活性的天然活性蛋白质，特别是从中开发天然的食品添加剂原料将具有十分重要的现实意义。
目前我国奶牛总数量就达420多万头，每年除喂养乳牛外尚可富余20万吨初乳。但这些资源并没有得到很好的利用，其中丰富的功能活性物质未得到应有的利用。目前牛初乳的开发利用尚处于起步阶段，亟待解决的问题还很多，主要是(1)产品品种较为单一，主要是开发免疫球蛋白(IgG)。
(2)资源的综合利用上还有待提高。牛初乳中功能性组分的很多，目前采用的工艺一般都是针对要提取的某一目标蛋白，如免疫球蛋白，而对初乳中富含的其他功能性组分考虑较少，造成了资源浪费。
(3)产品档次还比较低，像国内从牛初乳提取的IgG，由于分离技术的问题，其纯度及活性还比较低，只能用于普通食品中，这大大降低了产品本身的价值。
活性蛋白一般的提取方法都是采用离子交换层析法，离子交换和吸附是重要的化工单元操作之一，使用固体吸附剂分离和净化混合物中的组分已在许多工业领域中获得了应用。但是，由于缺少一种在工业中可行的真正连续的工艺技术，离子交换和吸附分离的潜力尚未得到充分的发挥。传统的离子交换和吸附过程是在固定床中进行的。随着离交过程的进行，床层则分为三个区域——饱和区(或耗竭区)、传质区和新鲜树脂区，在固定床中，只有传质区的树脂处于工作状态，而在饱和区和新鲜区的大量树脂则处于闲置和等待状态。当整个树脂床层穿透后，才进入下一步骤的操作，如洗涤、再生。在实际生产中，为了实施这一操作，通常需要3到4个大型固定床以及复杂的阀门、管道切换系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从牛初乳中提取活性物质的方法，该方法简化了牛初乳的分离步骤、提高了产率和纯度、降低分离成本以实现产业化，提高了牛初乳的资源利用率。
本发明的另一目的在于提供一种上述方法中所用到的设备。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案本发明一种从牛初乳中提取活性物质的方法，包括如下步骤(1)选取原料选取母牛产后6天内的产乳；(2)过滤；
(3)脱脂；(4)置于连续离子交换层析设备中提取牛初乳中活性物质。
作为本发明的优选方案，所述的脱脂是用冷冻离心脱脂，控制冷冻离心机在-4～4℃温度范围内，5000g重力加速度下进行离心脱脂，时间为20～40分钟。
作为本发明的优选方案，提取得到的活性物质是乳铁蛋白(Lf)和免疫球蛋白(IgG)。
提取乳铁蛋白(Lf)是采用阳离子交换树脂分离，树脂为甲基丙烯酸骨架的凝胶型树脂。
提取免疫球蛋白(IgG)是采用阴离子交换树脂，树脂为为甲基丙烯酸骨架的凝胶型树脂。
本发明优选采用串连阳阴离子交换工艺，一次完成目标产物分离。
本发明还提供了一种从牛初乳中提取活性物质的方法中所用到的设备，该设备包括上机位PC、可编程控制器(PLC)、由可编程控制器控制的电磁阀、动力泵、管路、若干根色谱柱、柜体组成，每根色谱柱都与若干电磁阀相连，用以实现工艺不同环节。
该设备中实现的工艺流程分为上柱、杂质洗脱、目标产物洗脱、树脂再生4个连续过程，柱切换、淋洗时间及流量可由多个电磁阀的运行控制，电磁阀由PLC控制，并可通过PLC调节优化调节工艺参数。
作为本发明的一个优选方案，所述的色谱柱为20根或者30根。
本发明从牛初乳中提取活性物质的方法，简化了牛初乳中活性物质的分离步骤，提高了产率和纯度，降低分离成本以实现产业化，达到综合牛初乳利用的目的。
本发明中公开的从牛初乳中提取活性物质的方法中所用到的设备，省去了大部分的饱和区和新鲜区的树脂。当一部分树脂饱和后，立刻移出系统而送去再生，再生后再补充至新鲜树脂区，只要再生和补充的速度与传质区的移动速度相匹配，系统即可连续不断地进行。可以看出在该设备中，不存在任何非活性树脂，树脂的使用效率得到了提高。该设备还具有如下特点1、是一种真正连续的、稳态运行的离子交换和吸附过程，各种物流以恒定的流量和组成无间断地通过系统。
2、减少树脂用量。由于排除了非活性树脂，树脂装填量可节省30～90％。
3、节省再生剂和洗涤水用量。由于使用短小树脂床和逆向流动接触，可使洗脱剂/树脂体积比小于1，流出液浓度提高、体积减少。
4、系统的灵活性。根据不同的工艺要求，树脂柱可并联或串联，也可以并联/串联相结合。在区域间可以改变流体的性质。
5、操作简单，易于控制。通常使用的简单控制回路即可满足要求。辅助设备，如泵、储槽等可大大减少体积及用量。
6、降低投资和操作费用。和固定床系统相比，操作费用通常可降低40～50％。
7、本发明使用了一种新型离子交换树脂，与离子交换凝胶比较，日处理量提高300％，产品纯度未受影响，回收率为凝胶型分离介质的90％，初期投入成本减少90％。
说明书附1本发明实施例中连续离子交换设备结构示意2；本发明中连续离子交换设备工作状态示意图；图3本发明实施例中连续离子交换流程图。
具体实施例方式
下面结合附
图1、图2、图3通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例本实施例提取牛初乳中的活性物质，采用如下步骤1、选取原料原料采用母牛产小牛后6次以内的乳汁。
牛初乳中的Lf含量一般比普通牛乳高10～100倍。但是牛初乳也有它的缺点成分较普通牛乳更为复杂，有时还带有血丝；粘度大，易结块，易变性；有异味。由于牛乳中的脂肪会严重影响离子交换色谱过程，因此，牛初乳都要作严格的脱脂处理。
2、初乳的脱脂1)过滤牛初乳先经过16层纱布进行过滤后再进行冷冻离心脱脂。
2)冷冻离心脱脂为防止牛初乳中蛋白质因温度变性，冷冻离心机在-4～4℃温度范围内，5000g重力加速度下进行离心脱脂30分钟。脱脂前初乳一般呈浅黄色，脱脂后，应为乳白色。经离心后初乳分为三层上层粘稠，密度小，应为脂肪，最下层固体状，密度大，为某些分子量特别大的蛋白质。中间层的乳白色液体为脱脂牛初乳。弃去上层油脂以及下层较大分子沉淀就可以得到脱脂牛初乳，脱脂牛初乳直接上柱，或者放入冰柜冷冻保存。
3)连续离子交换层析将牛初乳置于连续离子交换层析设备中，进行离子交换，提取活性物质乳铁蛋白和免疫球蛋白。
本实施例采用的连续离子交换设备，包括上机位PC 1、可编程控制器1、由可编程控制器控制的电磁阀、动力泵、管路、20根色谱柱、柜体组成。每根色谱柱都与电磁阀相连，上机位PC根据不同工艺对可编程控制器进行编程，进而可编程控制器通过控制电磁阀开关，用以实现工艺不同环节。
结合图2，将预处理过牛初乳连通K2通路，去离子水连通K1-1通路，1.6％NaCl连通K1-2通路，5％NaCl连通K1-3通路，目标蛋白乳铁蛋白(Lf)收集于K3-3，K1-1、K1-2通路分别用于收集水洗杂蛋白与弱吸附性杂蛋白。调节连续离子交换设备动力泵，线速度调节至500cm/hr，原料处理速度为2L/hr。
开启连续离子交换设备，连续离子交换设备内部可编程控制器内部预先设定的分离乳铁蛋白工艺中时间流程如表1所示，一天进行8个周期，每周期处理原料牛初乳6L。
表1分离乳铁蛋白工艺中时间流程
一周期内各柱所在区见表2表2一周期内各柱的所在区
经过一周期后，1与2切换到洗脱区，3与4切换到上样区，循环。
进行了连续24小时、48小时、72小时连续操作，操作结果如表3所示。
表3不同操作周期乳铁蛋白分离结果
本实施例连续离子分离设备，将原有的多段分离塔柱设计成为多个色谱柱首尾串联代替。在装置内部通过稳流泵等强制流体向一个方向流动，并按照流体流动方向通过控制阀门的开关状态依次设置洗脱液入口点、产品出口点、原料液入口点和残余液出口点，从而把所有的色谱柱分成四个分区，各个分区至少包含一根色谱柱，在经过了一个给定的时间间隔后，通过改变阀门的开关状态，使各入口点、出口点分别沿着流体流动的方向向下一根色谱柱推移，同样四个分区也随之向下一根色谱柱推移，这样循环往复就形成了固体吸附剂向相反方向的虚拟逆向流动，从而实现连续离子交换装置中固体吸附剂和流体间相对移动的效果。
如图3所示，该连续离子交换装置的四个分区可以分别完成不同的功能，位于提取液残余液出口之间的分区I主要用于吸附原料中强吸附目标物；位于残余液出口和洗脱液1入口之间的分区II主要用于洗脱弱吸附性成分；位于洗脱液2入口和洗脱液3出口之间的分区III主要用于吸附产物中次强吸附性成分；位于洗脱液3入口和原料入口之间的分区IV主要用洗脱强吸附性产物。
本发明中的连续离子交换设备可以实现简化工艺，填料和溶剂的耗量小，提高分离效率，最大限度内保持生物活性，提高产品纯度和收率，真正实现连续性一体化生产。具有很好的经济性，能直接提高牛初乳等生物可再生资源的开发价值。
权利要求
1.一种从牛初乳中提取活性物质的方法，其特征在于包括如下步骤(1)选取原料(1)选取母牛产后6天内的乳汁；(2)过滤；(3)脱脂；(4)置于连续离子交换层析设备中提取牛初乳中活性物质。
2.根据权利要求1所述的一种从牛初乳中提取活性物质的方法，其特征在于所述的脱脂是用冷冻离心脱脂，控制冷冻离心机在-4～4℃温度范围内，5000g重力加速度下进行离心脱脂，脱脂时间为20～40分钟。
3.根据权利要求1所述的一种从牛初乳中提取活性物质的方法，其特征在于提取得到的活性物质是乳铁蛋白(Lf)和免疫球蛋白(IgG)。
4.根据权利要求3所述的一种从牛初乳中提取活性物质的方法，其特征在于提取乳铁蛋白(Lf)是采用阳离子交换树脂分离，树脂为甲基丙烯酸骨架的凝胶型树脂。
5.根据权利要求3所述的一种从牛初乳中提取活性物质的方法，其特征在于提取免疫球蛋白(IgG)是采用阴离子交换树脂，树脂为甲基丙烯酸骨架的凝胶型树脂。
6.根据权利要求3所述的一种从牛初乳中提取活性物质的方法，其特征在于采用串连阳阴离子交换工艺，一次完成目标产物分离。
7.根据权利要求1所述的一种从牛初乳中提取活性物质的方法中所用的设备，其特征在于所述的连续离子交换层析设备包括上机位PC、可编程控制器(PLC)、由可编程控制器控制的电磁阀、动力泵、管路、若干根色谱柱、柜体组成，每根色谱柱都与若干电磁阀相连，用以实现工艺不同环节。
8.根据权利要求7所述的一种设备，其特征在于该设备中实现的工艺流程分为上柱、杂质洗脱、目标产物洗脱、树脂再生4个连续过程，柱切换、淋洗时间及流量可由多个电磁阀的运行控制，电磁阀由PLC控制，并可通过PLC调节优化工艺参数。
9.根据权利要求7所述的一种从牛初乳中提取活性物质的方法中所用到的设备，其特征在于所述的色谱柱为20根或者30根。
全文摘要
本发明涉及一种提取牛初乳活性物质的方法及其设备。本发明利用连续离子交换设备，从牛初乳中提取活性物质，该方法简化了牛初乳的分离步骤、提高了产率和纯度、降低分离成本以实现产业化，提高了牛初乳的资源利用率。本发明还提供一种设备，实现了连续离子交换，提高了产率和纯度，降低分离成本以实现产业化，达到综合牛初乳利用的目的。
文档编号A61P37/02GK1883505SQ20051005016
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者吴绵斌, 解大斌, 孔繁智 申请人:浙江大学