CN108949523B - 一种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺及***，属于葡萄糖苷的制备领域。所述工业化生产甘油葡萄糖苷的***包括依次相连的培养***、采收***、萃取***、纯化***；本发明不仅培养出了含有高含量GG的微藻细胞，同时利用微藻细胞代谢响应机理的生态特征，在保证微藻细胞活性和生物相对稳定的同时，从微藻细胞中萃取代谢产物的混合液，并设计了配套的装置，大幅度提高了微藻细胞的采收和萃取效率，显著降低了微藻细胞中代谢产物的生产成本；最后，本发明还开发了一种萃取液中GG的分离与纯化工艺，从而提出了一整套甘油葡萄糖苷的工业化生产工艺及***，对于GG的规模化应用具有重要的现实意义。

Description

一种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺及***

技术领域

本发明涉及甘油葡萄糖苷的制备技术领域，尤其涉及一种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺及***。

背景技术

微藻是一种在自然环境中广泛分布的自养植物，不仅可以通过光合作用，合成油脂、糖类和蛋白质、胡萝卜素等高附加值的化合物，而且，由于光合效率高、生长快、单位亩产高等，被国际粮农组织认为是可能的人类未来最重要粮食资源之一。甘油葡萄糖苷(Glucosylglycerol，简称GG)是一类由甘油分子和葡萄糖分子通过糖苷酶反应链接而形成的糖苷类化合物,除作为食品的风味物质外，甘油葡萄糖苷在皮肤保湿、抑制糖代谢和保持蛋白稳定性方面，具有特别的功效。利用微藻生产甘油葡萄糖苷(GG)，能够实现从二氧化碳到GG产品在同一细胞内的直接转化，具有高转化效率和低碳排放的特点，被认为是非常有前景的GG的生产方式。而GG的规模化应用，尤其用于食品添加，需要较高纯度的GG作为原材料，而萃取液中GG的分离与纯化工艺目前还未得到开发。

另外，由于藻细胞体积微小，造成了采收困难和采收成本高，成为制约微藻行业发展和规模化推广的难点问题之一。常用的微藻采收方法主要有絮凝沉降、过滤或离心分离等，絮凝沉降需要加入絮凝剂，造成养殖废水回用困难，造成水资源污染和浪费，工业化微藻采收难以采用。离心分离成本高，要求高速旋转的动能，采收能耗极高，主要是实验室小规模采收分析使用。因此，过滤成了主要的微藻采收手段，国内外主要的过滤采收方法是通过人工控制的筛网器具来完成的，如螺旋藻采用300-380目的软滤网制成平筛、兜筛或倾斜筛等无动力筛具，通过单级斜面滤床或多级斜面滤床实现采收。这种采收装置，藻液如瀑布一般从斜面滤床流过，水分透过滤网而藻泥附着在网面上，需要利用水流的冲刷，这种结构的装置，不仅采收装置占地面积很大，建设成本也较高，而且需要不间断水流冲刷，防止藻泥堆积影响采收，无人化管理难度大。另外，这种平筛或倾斜筛平台所采收的藻泥需要首先流入一个采收池，需要利用活塞泵等额外动力转输到藻泥脱水机或其他干燥设备或容器进行深加工，工艺流程长，采收效率低下。

为解决平筛或倾斜筛装置的采收效率低下和占地面积大的现实问题，中国专利申请CN102696340A提出了一种倾斜式转筒过滤机相串联的藻液采收和脱水装置，其核心就是利用滚筒的驱动装置，带动多级滚筒转动分离藻液藻泥，让泵入的藻液在滚筒过滤机内旋转移动。与现有无动力平面筛具相比，需要利用大功率的驱动装置带动笨重的采收膜平台转动，由于采收膜装置大而笨拙，采收动力能耗大幅增加，与目前常用的无动力多级平筛相比，技术优势并不明显，反而会因为藻泥在滚筒过滤膜表面堆积，造成采收不畅的问题。

另外，目前从微生物中提取代谢产物的主要手段是利用95％的乙醇溶液的渗透或破壁萃取手段，乙醇具有很好的细胞壁渗透性，可以很好的穿过细胞壁或溶解细胞膜，从而使微生物代谢产物溶入乙醇中，并通过后期的精馏过程分离代谢产物，但这种萃取分离的技术，将导致破坏微生物内部组织结构导致死亡，微生物无法实现工厂化循环培养和再提取循环操作，破壁模式的提起废弃物也是一种环境治理负担。

综上，现有的微藻细胞的采收、其中GG的萃取、纯化等仍然存在采收成本高、效率低，萃取后微藻细胞无法回收利用、萃取液中GG的分离与纯化工艺目前还未得到开发等问题，因此，有必要研究一种新的GG的工业化生产***。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺及***。本发明不仅培养出了含有高含量GG的微藻细胞，同时利用微藻细胞代谢响应机理的生态特征，在保证微藻细胞活性和生物相对稳定的同时，从微藻细胞中萃取代谢产物的混合液，并设计了配套的装置，大幅度提高了微藻细胞的采收和萃取效率，显著降低了微藻细胞中代谢产物的生产成本；最后，本发明还开发了一种萃取液中GG的分离与纯化工艺，从而提出了一整套甘油葡萄糖苷的工业化生产工艺及***，对于GG的规模化应用具有重要的现实意义。

本发明的目的之一是提供一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***。

本发明的目的之二是提供一种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺。

本发明的目的之三是提供一种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺及***应用。

为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开了一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***，包括培养***、采收***、萃取***，所述培养***、采收***、萃取***依次相连，培养***用于微藻细胞的培养，采收***用于分离来自培养***中的微藻细胞和培养液，分离后将微藻细胞送入萃取***，萃取***再将微藻细胞内的GG萃取出来。

所述培养***包括：光反应器、微藻细胞、培养液、进气管、含碳源气体、搅拌器、排气口、光源。

所述微藻细胞和培养液混合在一起，均位于光反应器内，进气管的一端位于培养液中，另一端与含碳源气体的气源连接，从而为微藻细胞光合成长提供碳元素。优选的，所述含碳源气体为含CO₂的气体。

所述搅拌器设置在光反应器内，以便于光反应器内的微藻细胞在见光条件、营养供给、二氧化碳混合吸收方面更加均匀。

所述排气口设置在培养液液面上部，以使光反应器内气体进出保持顺畅，并确保能够将微藻光合成产生的氧气及时排放出去，如果是上部开口的光反应器，也可以不设置排气口。

所述光源可以设置在光反应器的内部(即内照射式)，也可以设置在光反应器的外部；只要能为藻细胞的光合成提供充足的光照条件即可，当光源设置在光反应器的外部时，可以采用直接照射培养液的方式为藻细胞提供光照，也可以采用透过透明材质间接照射培养液的方式为藻细胞提供光照。

所述光反应器的形式不限，可以是密闭的管式反应器、平板式反应器、圆柱式光反应器；也可以是开放式跑道池；只要能够保证能够从液体表面接受光照射，让微藻能够迅速成长即可。

所述微藻细胞的种类不限，可以是绿藻类、硅藻类、蓝藻类等，也可以是蓝细菌类，或者其他经过基因改良的光合成微生物等，只要能够满足具有生成需要的代谢产物即可。

所述培养液的种类不限，可以是海水培养液，比如通常用的f/2培养液，也可以是淡水培养液，比如常用的BG；可以是经过改良的酸性培养液，也可以是碱性培养液，如Zarrok碱性培养液，MC绿藻培养液等，只要能够满足微藻细胞的成长所需要的营养供给及其他的物理化学条件即可。

优选的，所述培养液包括水、氮、磷、钙、镁、铁及微量金属营养盐等营养物质。

所述进气管的材质及形状形式不限，可以是无机矿物质，比如说水泥，陶瓷，石英砂等；也可以是塑料材质，比如聚乙烯，聚丙烯，橡胶；也可以是金属等，比如铜，不锈钢等，形状不限，可以是管，方形，圆形等；也在通气孔形状及数量不限，单孔，多孔；只要能够保证让二氧化碳气体能够通入培养液内即可。

所述搅拌器的材质、形状不限，可以是螺旋形状，也可以是类似于船桨形状等，只要能够实现气、固、液的均匀混合即可。

优选的，所述进气管与搅拌器一体化设计：搅拌器中设置有进气管道和出气孔，含碳源气体通过进气管道后，再从出气孔中进入培养液中，这样设置可以实现通气的同时进行搅拌，使进入的气体更加均匀地混合到培养液中。

所述光源的形式不限，可以是自然太阳光也可以是人工光源，只要能够提供可以满足微藻细胞光合成所需光波长即可。

优选的，所述人工光源包括LED，荧光灯，水银灯等。

所述采收***包括：滤渣床、采收床；所述滤渣床设置在采收床上方，且两者的中心轴线重合；所述滤渣床为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，其侧面形成过滤结构的床面，即滤渣床床面，以便于对采收的微藻细胞和培养液混合物中的大颗粒杂质进行过滤。

所述采收床为变曲面喇叭漏斗型结构，其侧壁形成膜孔过滤结构的床面，即采收床床面，床面相对于水平面的倾斜角α由0°向90°连续变化或梯次变化。经过滤渣床滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床床面，流动过程中，大部分培养液从采收床床面的膜孔滤掉而微藻细胞被截留在床面上，实现微藻细胞和培养液的快速分离，分离掉大部分培养液的微藻细胞形成藻泥，汇集后从采收床底部的藻泥输出口中排出。

优选的，所述采收床床面相对于水平面的倾斜角α梯次变化分为4个梯度：5°、15°、45°、85°。

进一步地，所述采收装置还包括进液管，所述进液管呈环形固定在滤渣床的床面的上端，且进液管上设置有若干射流方向朝向滤渣床的布液孔，布液孔的设置实现了含有微藻细胞的培养液在滤渣床床面上的均衡分配。

优选的，所述滤渣床床面为膜孔过滤结构，所述膜孔过滤结构由膜孔10-100目的硬质或软质过滤材料制成。

优选的，所述采收床床面为膜孔过滤结构，所述膜孔过滤结构由膜孔100-800目的硬质或软质过滤材料制成。

进一步地，所述采收***还包括滤渣收集槽、滤渣清扫杆、转动轮、滤渣排出口、排渣通道、转动轴；所述滤渣收集槽设置在滤渣床的下端面的外周，滤渣排出口设置在滤渣收集槽中，排渣通道与滤渣排出口连接，所述滤渣清扫杆与转动轴连接，并能够在转动轴的驱动下沿着滤渣收集槽做圆周转动；以便于对滤渣床过滤下来的杂质不间断清理，并依次经过滤渣排出口、排渣通道排出，防止杂质在滤渣收集槽中堆积影响过滤效果。

所述转动轮设置在转动轴上，为转动轴提供驱动力；所述滤渣收集槽用于收集从微藻细胞和培养液中过滤出来的杂质。

优选的，所述滤渣排出口为一个或多个适合形状的开孔，以便于将杂质排到指定的区域。

更优选的，所述滤渣排出口为2个圆形孔，对称地分布在滤渣收集槽的底面上。

进一步地，所述采收***还包括清洗喷水管，所述清洗喷水管位于采收床中，清洗喷水管上设置有喷水孔，喷水孔的射流方向面向采收床，且与采收床面或微藻细胞流动的方向呈倾斜角度。清洗喷水管主要用于清洗和冲刷采收床床面上的微藻细胞表面的营养盐、菌群等异物，在清洗微藻细胞的同时，将微藻细胞冲刷到藻泥输出口排出采收床。

优选的，所述喷水孔的射流方向与微藻细胞流动方向之间的倾斜角为45°-90°。

进一步地，所述采收***还包括清水箱，清水箱设置在采收***外部，且清水箱与清洗喷水管的一端连接，清洗喷水管的另一端位于采收床中，所述清水箱中的清水为不含盐或与培养液等浓度的含盐洁净水。

进一步地，所述转动轴为中空结构，且转动轴的中心轴线与采收床中心轴线重合，转动轴的一端位于采收床内，另一端与清水箱连通，所述清洗喷水管位于采收床内，清洗喷水管的一端与转动轴连通或两端均与转动轴连通，且能够随转动轴一起转动，并向采收床面喷射出清洗水；所述清水箱设置在转动轴的上方。

进一步地，所述采收***还包括支撑架、清水泵、清水输入口，所述清水箱设置在转动轴的上方，且固定在支撑架上，清水箱上设置有清水输入口，转动轴和清水箱之间通过动密封部件连接，所述清水输入口与清水泵连接。

优选的，所述动密封部件包括填料密封、机械密封的动密封结构。

进一步地，所述采收***还包括培养液收集槽，所述培养液收集槽设置在采收床的床面下部，用于收集从采收床中过滤下来的液体，采收床的下端形成的藻泥输出口贯穿培养液收集槽的底面，且藻泥输出口与培养液收集槽底面接触的部位密封连接，防止培养液收集槽中的培养液泄露后再次与微藻细胞混合。

经过滤渣床滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床的床面，流动过程中，培养液和微藻细胞快速分离，微藻细胞汇集后从采收床底部的藻泥输出口中排出，而培养液则通过采收床床面上的膜孔过滤结构进入培养液收集槽。

进一步地，所述培养液收集槽的下部设置有废液排出口，便于将培养液收集槽中的培养液收集后统一排出。

进一步地，所述采收***还包括藻液输送泵，所述藻液输送泵与进液管连接，用于将微藻细胞和培养液输送到进液管中。

所述萃取***包括：依次连接的至少两级萃取分离单元，所述萃取分离单元包括依次连接的低渗液萃取室、真空分离室，微藻细胞依次经过前一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室后，再进入后一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室。

微藻细胞进入萃取分离单元中的低渗液萃取室后，被喷洒上低渗液进行萃取，在低渗液的作用下，微藻细胞逐渐从细胞中向低渗液中分泌待提取代谢产物，得到含有一定浓度待提取代谢产物的萃取液，含有低渗萃取液的微藻细胞进入真空分离室，真空分离室的负压通过真空抽吸将微藻细胞与萃取液分离开来，如此反复，经过至少两级萃取分离单元的萃取、分离，即可实现待提取代谢产物的高效提取。

进一步地，所述真空分离室由真空室、侧向密封室组成，所述真空室的顶面为网孔结构，优选为由蜂窝状抽气腔组成的网孔结构，所述经过萃取后的微藻细胞和萃取液被输送至真空室的顶面，真空室内的负压将微藻细胞与萃取液抽吸分离开来。所述侧向密封室设置在除真空室顶面的其他面上，由若干个水封小室组成，其主要作用是对真空室进行密封，但由于真空室的顶面需要对萃取后的含有待提取代谢产物的萃取液进行真空抽吸，因此真空室的顶面不能进行密封。

所述低渗液萃取室由低渗液射流管、防护罩组成；所述低渗液射流管表面设置有若干低渗液出口，且低渗液出口的喷射流呈线状、面状或散射状，低渗液射流管设置在低渗液萃取室中任意适合的地方，只要能够保证将低渗液均匀喷洒到进入到低渗液萃取室的微藻细胞上即可；所述防护罩的主要作用是防止灰尘等杂质落入微藻细胞中并防止低渗液飘散损失。

进一步地，所述萃取***还包括藻泥均料装置，微藻细胞通过藻泥均料装置后依次通过萃取分离单元的低渗液萃取室、真空分离室，萃取后再通过真空分离室进行分离。所述藻泥均料装置的主要作用是实现微藻细胞的等厚、均匀、等行程面积分布分布，避免无藻泥覆盖的空缺对后面真空分离的影响。

所述藻泥均料装置至少包括料仓，所述料仓下方设置有均料口，均料口中设置有控制阀，以便于精确控制输送的微藻细胞的流量。

优选地，所述均料口为漏斗形扁长开口，且均料口的宽度与过滤带宽度相匹配，以便于将微藻细胞等厚、均匀、全面积覆盖在过滤带上，防止空缺对后续真空分离的影响。

优选地，所述均料口为料仓出料口和布料板，或料仓出料口和布料杆构成的组合装置，料仓出料口将藻泥注入过滤带，由布料板或布料杆将堆积的藻泥展开平铺在过滤带上。

进一步地，所述萃取***还包括初级真空分离室，所述初级真空分离室与萃取分离单元连接；或者，所述藻泥均料装置、初级真空分离室、萃取分离单元依次连接，微藻细胞通过藻泥均料装置均匀分布后先进入初级真空分离室，然后进入萃取分离单元，依次通过其中的低渗液萃取室、真空分离室；所述初级真空分离室的构造可以和萃取分离单元中的真空分离室的构造相同。

所述初级真空分离室的作用是：在微藻细胞进入萃取分离单元之前，预先抽离微藻细胞中的水分或水溶性混合物，因为经过采收后，微藻细胞形成的藻泥中仍然含有较多水分，如果不将这些水分去除，一是会影响后续低渗萃取处理中低渗液的浓度；二是会稀释萃取液中待提取代谢产物的浓度，加大后续纯化的难度、增加纯化时间、成本、影响产品品质等，不利于待提取代谢产物的工业化生产。

进一步地，所述真空分离室还包括气水分离罐、抽气机，所述抽气机与气水分离罐连接，气水分离罐与真空分离室连接。气水分离罐的主要作用是将真空分离室中抽出的气、水混合物分离后回收液体并排放气体，以维持气水分离罐真空，抽气机的主要作用是抽离真空分离室中的气体，为各级真空分离室提供真空负压。

进一步地，所述萃取***还包括过滤传送装置，所述过滤传送装置包括：过滤带、侧向防护板、过滤带传送清洗装置；所述过滤带依次穿过藻泥均料装置、初级真空分离室、萃取分离单元，过滤带设置在初级真空分离室以及萃取分离单元中的真空分离室的上表面，且与各真空分离室之间滑动接触，这样便于经过微藻细胞在经过真空分离室对微藻细胞和液体进行分离。过滤带的主要作用是将微藻细胞输送到后续装置中进行萃取、分离。

所述侧向防护板紧密固定在过滤带的两侧边缘，且随过滤带同步传动，以防止过滤带上的微藻细胞溢出过滤带的两侧边缘，并且具有侧向密封作用。

所述过滤带传送清洗装置主要作用是为过滤带提供输送动力、调整过滤带状态以及清洗过滤带。

优选地，所述过滤带为过滤孔径小于微藻细胞的柔性过滤膜，优选具有一定拉伸强度的平板型膜材料，所述拉伸强度以能够满足牵引机驱动循环要求的最低限度为准；这种多孔结构的过滤带即可以对微藻细胞进行运输，又可以在后续的真空分离过程中便于微藻细胞与萃取液的分离，从而使微藻细胞留在过滤带上，而含有代谢产物的萃取液进入真空室。

优选地，所述过滤带的过滤孔径为600-3000目，进一步优选为1000-2000目。

进一步地，所述低渗液萃取室还包括过渡板，所述过渡板为无孔的光滑平面板，过渡板设置在穿过低渗液萃取室的过滤带下面，且与过滤带紧密接触，其主要作用是托举过滤带在其上滑动，更好地防止萃取液流失。

设置至少两级萃取分离单元的原因是：经过去除了多余水分的微藻细胞进入第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室，被喷上低渗液，微藻细胞在低渗液的作用下，逐渐从细胞中向低渗液中分泌待提取代谢产物，得到含有代谢产物的萃取液和微藻细胞混合物，进入真空分离室，实现萃取液与微藻细胞的一级分离，微藻细胞继续进入第二级萃取分离单元，按同样的过程完成微藻细胞的二级或更多级的萃取、分离；另外，通过设定过滤带的传送速率与低渗萃取和真空分离过程匹配，实现微藻细胞的多级萃取和分离同步完成，可以大大缩短待提取代谢产物的萃取分离时间，确保微藻细胞代谢产物萃取分离率达到90％以上，实现产物收益的最大化。

优选的，从第二级萃取分离单元出来微藻细胞还可以再经过第三级或更多级数的萃取分离单元。

进一步地，所述萃取***还包括培养***、采收装置，所述培养***、采收装置、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接后，培养***再与第二级萃取分离单元连接，从而完成微藻细胞的循环利用；具体的，所述采收装置与第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室连接，培养***与第二级萃取分离单元中的真空分离室连接。

所述培养***用于微藻细胞的培养，所述采收装置用于分离来自培养***中的微藻细胞和培养液，分离后将微藻细胞送入萃取***。

进一步地，所述萃取***还包括藻液输送泵、藻泥输送泵、回用水池、微藻细胞循环泵；所述藻液输送泵与培养***连接，用于将微藻细胞和培养液输送到采收装置中，所述藻泥输送泵与采收装置连接，用于将采收的微藻细胞送入藻泥均料装置，所述回用水池设置在采收装置的下方，所述微藻细胞循环泵与第一级和/或萃取分离单元连接后，再与培养***连接。

所述回用水池用于收集从采收装置中分离出的培养液，所述藻泥输送泵用于将采收装置中采收的微藻细胞送入微藻细胞均料装置，而经过真空分离室分离后的微藻细胞通过微藻细胞循环泵再次送到培养***中进行循环培养。

需要说明的是，微藻细胞的萃取***运行的参数可根据微藻细胞的萃取、分离效率和保证微藻细胞的活性进行相应的优化和调整，且萃取分离单元的级数包括但不限于本发明所述的三级萃取分离单元。

进一步地，所述萃取***还包括培养***、采收***，所述培养***、采收***、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接后，培养***再与第二级萃取分离单元连接，从而完成微藻细胞的循环利用；具体的，所述采收***与第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室连接，培养***与第二级萃取分离单元中的真空分离室连接。

所述培养***用于微藻细胞的培养，所述采收***用于分离来自培养***中的微藻细胞和培养液，分离后将微藻细胞送入萃取***。

进一步地，所述萃取***还包括藻泥输送泵、回用水池、微藻细胞循环泵；所述藻泥输送泵与采收***连接，用于将采收的微藻细胞送入藻泥均料装置，所述回用水池设置在培养液收集槽的下方，所述微藻细胞循环泵与第一级和/或萃取分离单元连接后，再与培养***连接。

所述回用水池用于收集从采收***中分离出的培养液，所述藻泥输送泵用于将采收***中采收的微藻细胞送入微藻细胞均料装置，而经过真空分离室分离后的微藻细胞通过微藻细胞循环泵再次送到培养***中进行循环培养。

需要说明的是，微藻细胞的萃取***运行的参数可根据微藻细胞的萃取、分离效率和保证微藻细胞的活性进行相应的优化和调整，且萃取分离单元的级数包括但不限于本发明所述的三级萃取分离单元。

由于真空分离室中得到的萃取液中不仅含有GG，而且含有部分色素、盐以及少量的糖类，因此需要通过纯化***将GG与其他物质分离开来，得到高纯度的GG。

所述纯化***包括：过滤装置、第一色素脱除装置、第二色素脱除装置、脱盐装置、脱水装置。其中，各级萃取分离单元中的真空分离室与纯化***中的过滤装置连接，以便于将真空分离室分离得到的含有待提取代谢产物的萃取液送入纯化***进行纯化处理。

所述过滤装置用于滤除萃取液中的杂质，所述过滤装置中设置有十级不同孔径的滤膜，所述孔径逐级递减，最后一级的滤膜孔径为0.05-0.5μm，这种设计方式可以充分、彻底地达到去除萃取液中杂质的目的，否则，会严重影响后续过程中GG的纯度，无法得到高纯度(纯度大于90％)的GG产品；过滤后，萃取液进入色素脱除装置。需要说明的是，这种过滤方式不会导致GG的损失。

所述第一色素脱除装置为膜浓缩设备，其中设置有色素脱除膜，色素脱除膜主要用于脱除萃取液中分子量大于500的色素(如叶绿素和类胡萝卜素等)，使GG(分子量254)以及分子量500以下的带有色素的物质通过，但此步骤中，色素脱除膜只能脱除50％的色素，色素去除率达不到95％，会严重影响最终得到的GG的纯度，因此，萃取液经过色素脱除膜后，还需要进一步脱除色素；需要说明的是，采用膜浓缩设备进行色素的脱除，不会导致GG的损失。

所述第二色素脱除装置为吸附树脂柱(优选型号为NM200的吸附树脂柱或D3520吸附树脂柱、NKA-9吸附树脂柱、HZ-802吸附树脂柱、D208吸附树脂柱等)，该色素脱除过程针对的是萃取液中分子量500以下的带有色素的物质，通过吸附树脂柱的脱除，可使色素的去除率大于99％，此时，萃取液的主要成分为GG、盐分以及水，因此，还需要进行盐分的脱除。需要说明的是，采用吸附树脂柱进行色素的脱除，会导致GG的损失，但损失率小于5％。

所述脱盐装置为膜浓缩设备，膜的孔径为150-200KDa，在该范围的孔径下，可以使萃取液中的盐分通过，但GG无法通过，同时，在脱盐时对萃取液进行浓缩，可同时实现GG的脱盐和浓缩，该过程中，GG的损失率小于3％。

需要说明的是，本发明中不能采用离子交换树脂进行脱盐处理，因为这种脱盐方式会损失掉大于5％的GG，这样会使最终得到的GG的纯度小于90％，无法得到高纯度的GG产品。

作为一种可选的实施方式，所述脱盐装置为GG吸附树脂柱，包括但不限于苯乙烯型大孔吸附树脂等，如D101树脂、XAD-1树脂等。该树脂对GG具有专一性吸附，不吸附盐、甘油等物质。GG吸附饱和后先使用数倍柱体积的纯水将柱子中参与的杂质洗脱，再用数倍10～60(v/v)％的乙醇将GG洗脱。

所述脱水装置对脱盐后和浓缩的萃取液进一步去除多余水分，最终得到纯度大于90％的GG纯品。

优选的，所述脱水装置包括真空反应釜和旋转蒸发器等。

其次，本发明公开了一种工业化生产甘油葡萄糖苷(GG)的工艺，包括如下步骤；

(1)首先，通过藻液输送泵将培养***中的微藻细胞和培养液送入采收***中的进液管中，进液管将微藻细胞和培养液通过布液孔均匀分布到滤渣床中，通过滤渣床床面对微藻细胞和培养液中的杂质进行过滤，杂质汇集在滤渣收集槽中后，被滤渣清扫杆通过滤渣排出口、排渣通道清除出去，而过滤掉杂质的微藻细胞和培养液进入采收床；

(2)经过步骤(1)滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床的床面，同时，清水箱中的清水通过中空的转动轴后进入清洗喷水管，随着转动轴的转动，清水从清洗喷水管的喷水孔喷出后，对采收床床面上的微藻细胞进行均匀的清洗，且喷水孔的射流方向与微藻细胞流动的方向呈45°-90°倾斜角度，使培养液和微藻细胞快速分离，微藻细胞汇集后从采收床底部的藻泥输出口中排出；

(3)步骤(2)中，从采收***中排出的微藻细胞通过藻泥输送泵进入微藻细胞均料装置中的微藻细胞仓，均料口将微藻细胞输送到并均匀、全面积地覆盖在过滤带上，控制阀控制匀料口的输送量和微藻细胞覆盖在过滤带上的厚度；

(4)步骤(3)中的微藻细胞进入初级真空分离器，脱除微藻细胞表面多余的液体，减少水分和杂质对后续萃取和分离的影响；

(5)步骤(4)中的微藻细胞依次经过第一级、第二级、第三级萃取分离单元后，分别得到含有不同GG浓度的萃取液，经过三级萃取后的微藻细胞由微藻细胞循环泵输送到培养***进行循环培养，萃取液进行下一步处理；

(6)将步骤(5)中得到的萃取液先置于过滤装置中去除萃取液中杂质；然后继续将萃取液置于第一色素脱除装置中，通过色素脱除膜脱除萃取液中分子量大于500的色素，而使GG以及分子量500以下的带有色素的物质通过；

(7)将步骤(6)中的萃取液继续送入第二色素脱除装置中，通过为吸附树脂柱脱除萃取液中分子量500以下的带有色素的物质；

(8)将步骤(7)中的萃取液继续送入脱盐装置中，通过膜浓缩设备脱盐时的同时，对萃取液进行浓缩；

(9)将步骤(8)中的萃取液继续送入脱水装置中，进一步去除多余水分，最终得到高纯度的GG纯品。

最后，本发明还公开了一种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺及***在食品、化妆品、医药品中的应用。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

(1)与传统的采收床相比，本发明采用滤渣床与采收床上下叠层结构，节省了装备布置的占地面积，滤渣床过滤出的大颗粒杂质通过清扫杆及时清理出去，提高了装置处理废弃物的能力。另外，将采收床床面结构采用倾斜角为由0-90°连续或梯次变化的变曲面喇叭漏斗形结构，其特点是：微藻细胞和培养液刚进入床面时，床面的坡度较缓，床面分离面积较大，有利于大量培养液的快速分离，随着培养液的快速分离，采收床面快速收缩，床面的倾斜角也不断增大，有利于微藻细胞流动和快速排出采收床，防止微藻细胞堆积问题，从而大幅度提高采收效率。

(2)本发明通过多级分离和萃取，可以实现培养、采收与萃取、分离的循环连续化生产过程，提高微藻培养与采收、代谢产物分离的效率，实现高效生产。本发明采用低渗液进行萃取，不会破坏微藻细胞内部组织结构，不会导致微藻细胞死亡，经过萃取后的微藻细胞仍然能够保持良好的活性，能够用于循环培养和提取，大幅度降低待提取代谢产物的生产成本，另外，通过设定过滤带的传送速率，可以控制微藻细胞在一级低渗液萃取室中的萃取时间，使微藻细胞的萃取和分离同步完成，可以大大缩短待提取代谢产物的生产周期。

(3)本发明设计的纯化***中，通过最终要得到的产品的纯度，设计了能够严格控制每一个处理过程中GG的损失率的装置，最终获得了纯度90％以上的高纯度GG产品，很好地满足了工业生产中，食品添加对GG纯度的要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明微藻细胞的采收-萃取一体化***的示意图。

图2为本发明真空分离室的截面示意图。

图3为本发明培养***的结构示意图。

图4为本发明微藻细胞的采收***结构示意图。

图5为实施例1中滤渣床和采收床的结构示意图。

图6为实施例2中滤渣床和采收床的结构示意图。

图7为本发明清水箱与转动轴填料密封连接示意图。

图8为本发明纯化***的结构示意图。

附图中标记分别代表：1-培养***、2-采收***、3-回用水池、4-藻泥输送泵、5-过滤带传送装置、6-微藻细胞均料装置、7-初级真空分离室、8-一级低渗液萃取室、9-一级真空分离室、10-二级低渗液萃取室、11-二级真空分离室、12-三级低渗液萃取室、13-三级真空分离室、14-微藻细胞循环泵、15-微藻细胞仓、16-均料口、17-控制阀、18-过滤带、19-侧向防护板、20-过滤带传动清洗装置、21-真空室、22-侧向密封室、23-抽气机、24-气水分离罐、25-低渗液射流管、26-防护罩、27-过渡板、28-进液管、29-滤渣床、30-采收床、31-清洗喷水管、32-培养液收集槽、33-藻泥输出口、34-培养液排出口、35-清水泵、36-滤渣收集槽、37-滤渣清扫杆、38-清水箱、39-转动轮、40-滤渣排出口、41-藻液输送泵、42-转动轴、43-支撑架、44-动密封部件、45-清水输入口、46-过滤装置、47-色素脱除装置、48-脱盐装置、49-浓缩装置、50-脱水装置、51-排渣通道、101-光反应器、102-微藻细胞、103-培养液、104-进气管、105-含碳源气体、106-搅拌器、107-排气口、108-光源。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有的微藻细胞的采收、其中GG的萃取、纯化等仍然存在采收成本高、效率低，萃取后微藻细胞无法回收利用、萃取液中GG的分离与纯化工艺目前还未得到开发等问题，因此，本发明提出了种工业化生产甘油葡萄糖苷的工艺及***，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1-5、7-8所示，一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***，包括培养***1、采收***2以及萃取***，所述培养***1、采收***2、萃取***依次相连，所述培养***1用于微藻细胞的生长；所述采收***2用于分离来自培养***中的微藻细胞和培养液，分离后将微藻细胞送入萃取***。

所述培养***包括所述培养***包括：光反应器101、进气管104、含碳源气体105、搅拌器106、排气口106、光源107。

圆柱式光反应器101内转有微藻细胞102和培养液103的混合物，进气管104的一端插在培养液103中，另一端与含碳源气体105的气源连接，含碳源气体105通过进气管104进入培养液103中，为微藻细胞光合成长提供碳元素。

所述搅拌器106设置在光反应器101内，所述排气口107设置在培养液液面上部，所述光源108为设置在光反应器101的内部的LED。

所述采收***包括：进液管28、滤渣床29、采收床30、清洗喷水管31、培养液收集槽32、藻泥输出口33、培养液排出口34、清水泵35、滤渣收集槽36、滤渣清扫杆37、清水箱38、转动轮39、滤渣排出口40、藻液输送泵41、转动轴42、支撑架43、动密封部件44、清水输入口45、排渣通道51。

所述培养***1、藻液输送泵41、进液管28依次连接，所述滤渣床29为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，其侧面为形成了过滤结构的床面，所述床面为膜孔过滤结构，由膜孔50目的软质过滤布制成，以对微藻细胞和培养液中的杂质进行过滤，但不影响微藻细胞和培养液的通过(以螺旋藻为例)。

进液管28呈环形固定在滤渣床床面的上端，且进液管28上设置有射流方向朝向滤渣床29的布液孔，以便于将微藻细胞和培养液均匀地分布在滤渣床29的床面上。

所述滤渣床29设置在采收床30的上方，且采收床30和滤渣床29装配后密封连接，采收床的下端形成藻泥输出口33，用于将采收后的微藻细胞排出采收床30。所述滤渣床29的下端面的外周设置有滤渣收集槽36，用于收集从微藻细胞和培养液中过滤出来的杂质。

所述滤渣收集槽36中设置有滤渣排出口40，排渣通道51与滤渣排出口40连接，以便于将过滤下来的杂质及时从滤渣收集槽36中排出。

所述滤渣排出口40为2个圆形孔，对称地分布在滤渣收集槽36的底部。

所述滤渣收集槽36中设置有与转动轴42连接，并能够在转动轴42的驱动下沿着滤渣收集槽36做圆周转动的滤渣清扫杆37。

所述采收床30为变曲面喇叭漏斗型结构，漏斗的侧壁形成了过滤结构的床面，且床面的倾斜角由0°向90°连续变化，所述采收床30的床面为膜孔过滤结构，由膜孔300目的硬质过滤布制成。

经过滤渣床29滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床30的床面，流动过程中，培养液和微藻细胞快速分离，微藻细胞汇集后从采收床30底部的藻泥输出口33中排出，而培养液则通过床面上的膜孔过滤结构进入培养液收集槽32。

所述清洗喷水管31设置在采收床30中，清洗喷水管31的一端与转动轴42连通或两端均与转动轴42连通，且能够随转动轴42一起转动，清洗喷水管31上设置有喷水孔，喷水孔的射流方向面向采收床30，且与微藻细胞流动的方向呈45°倾斜角度。

所述清水箱38设置在转动轴42上方，且固定在支撑架43上，且转动轴42为中空结构；所述转动轴42和清水箱38之间通过动密封部件44连接，清水箱38上设置有清水输入口45，清水泵35与清水输入口45连接。所述动密封部件44为填料密封的动密封结构。

所述转动轮39套设在转动轴42上，为转动轴42的转动提供驱动力，清水箱38中的清水通过中空的转动轴42进入清洗喷水管31，随着转动轴42的转动，清水从清洗喷水管31的喷水孔喷出后对采收床30床面上的微藻细胞进行均匀的清洗，并在清洗微藻细胞的同时，将微藻细胞冲刷到藻泥输出口33排出采收床30。

所述培养液收集槽32与采收床30连接，且采收床30设置在培养液收集槽32内，采收床30的上端口与培养液收集槽32的上端口密封连接，采收床30的下端形成的藻泥输出口33贯穿培养液收集槽32的底面，且藻泥输出口33与培养液收集槽32底面接触的部位密封连接。

所述藻泥输出口33与萃取***中的藻泥输送泵4连接，设置在培养液收集槽32的下部的培养液排出口34与回用水池3连接，回水池3用于收集采收***中分离出的培养液。

所述萃取***包括：回用水池3、藻泥输送泵4、过滤带传送装置5、微藻细胞均料装置6、初级真空分离室7、一级低渗液萃取室8、一级真空分离室9、二级低渗液萃取室10、二级真空分离室11、三级低渗液萃取室12、三级真空分离室13、微藻细胞循环泵14、微藻细胞仓15、均料口16、控制阀17、过滤带18、侧向防护板19、过滤带传动清洗装置20、真空室21、侧向密封室22、抽气机23、气水分离罐24、低渗液射流管25、防护罩26、过渡板27。

其中，所述一级低渗液萃取室8、一级真空分离室9构成了第一级萃取分离单元A；所述二级低渗液萃取室10、二级真空分离室11构成了第二级萃取分离单元B；所述三级低渗液萃取室12、三级真空分离室13构成了第三级萃取分离单元C。

所述藻泥输出口33与萃取***中的藻泥输送泵4连接，设置在培养液收集槽32的下部的废液排出口34与回用水池3连接，回水池3用于收集采收***中分离出的培养液。

所述微藻细胞均料装置6设置在过滤带传送装置5上方，以便于将微藻细胞均匀地分布在过滤带传送装置5上。

所述微藻细胞均料装置6包括微藻细胞仓15、均料口16和控制阀17，其中，均料口16设置在微藻细胞仓15下方，控制阀17设置在均料口16中，以便于精确控制向过滤带传送装置5输送的微藻细胞流量；所述均料口16为漏斗形扁长开口，均料口16的宽度与过滤带18宽度相匹配，以便于均料口向过滤带18上满幅面输送微藻细胞46。

所述过滤带传送装置包括：过滤带18、侧向防护板19、过滤带传动清洗装置20。

所述过滤带18由过滤孔孔径为1000目。

所述侧向防护板19紧密固定在过滤带18的两侧边缘，且随过滤带18同步传动，以防止过滤带18上的微藻细胞46溢出过滤带18的两侧边缘。

所述过滤带传送装置5依次穿过初级真空分离室7、一级低渗液萃取室8、一级真空分离室9、二级低渗液萃取室10、二级真空分离室11、三级低渗液萃取室12、三级真空分离室13；三级真空分离室13将萃取液及时与藻细胞分离后，微藻细胞由微藻细胞循环泵14输送到培养***进行循环培养。

所述初级真空分离室7、一级真空分离室9、二级真空分离室11、三级真空分离室13均由真空室21、侧向密封室22、气水分离罐24组成，且各级真空分离室中的气水分离罐24均与抽气机23连接。

所述真空室21为由蜂窝状抽气腔组成的网孔结构，过滤带18设置在真空室21的上表面，且与真空室21滑动接触。所述侧向密封室22由水封小室组成，其主要作用是对真空室21进行密封。所述抽气机23的主要作用是抽离真空室21中的气、水，为各级真空室提供真空条件。所述气水分离罐24的主要作用是将抽气机23从真空室21中抽出的气、水混合物分离后回收或排放。

所述一级低渗液萃取室8、二级低渗液萃取室10、三级低渗液萃取室12均由低渗液射流管25、防护罩26、过渡板27组成。

所述低渗液射流管25表面设置有低渗液出口，且低渗液出口的喷射流呈线状、面状或散射状，低渗液出口的主要作用是将低渗液均匀地喷洒在覆盖在过滤带18上的微藻细胞中。

所述防护罩26覆盖在过滤带18的上部，防止灰尘等杂质落入微藻细胞中。

所述过渡板27为无孔的光滑平面板，其设置在过滤带18的下方，过渡板27的主要作用是托举过滤带18在其上滑动，防止萃取液流失。

将一级、二级、三级真空分离室得到的萃取液继续送入纯化***中制备高纯度的GG产品；所述纯化***包括依次连接的过滤装置46、第一色素脱除装置47、第二色素脱除装置48、脱盐装置49、脱水装置50。

所述过滤装置46用于滤除萃取液中的杂质，所述过滤装置46中从上到下依次设置有十级不同孔径的滤膜，所述孔径逐级递减，最后一级的滤膜孔径为0.05μm。

所述第一色素脱除装置47为膜浓缩设备，其中设置有色素脱除膜。

所述第二色素脱除装置48为吸附树脂柱。

所述脱盐装置49为膜浓缩设备，膜的孔径为150KDa。

所述脱水装置50为旋转蒸发器。

实施例2

一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***，同实施例1，区别在于：(1)所述滤渣床29的床面由膜孔为80目的硬质膜材料制成。

(2)所述采收床30的床面由膜孔为100目的软质过滤布制成。

(3)所述采收床30的床面相对于水平面的倾斜角α梯次变化分为4个梯度，依次为α₁＝5°、α₂＝15°、α₃＝45°、α₄＝85°，如图6所示。

(4)所述均料口16为料仓出料口和布料板的组合装置，料仓出料口将藻泥注入过滤带，由布料板将堆积的藻泥展开平铺在过滤带上。

(5)所述过滤带18由过滤孔径为1000目的膜材料制成。

实施例3

一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***，同实施例1，区别在于：(1)所述滤渣床29的床面由膜孔为30目的硬质膜材料制成。

(2)所述采收床30的床面由膜孔为400目的软质过滤布制成。

(3)所述均料口16为料仓出料口和布料杆的组合装置，料仓出料口将藻泥注入过滤带，由布料杆将堆积的藻泥展开平铺在过滤带上。

(4)所述过滤带18由过滤孔径为600目的膜材料制成。

实施例4

一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***，同实施例1，区别在于：所述进气管与搅拌器一体化设计：搅拌器106中设置有进气管道和出气孔，含碳源气体105通过进气管道后，再从出气孔中进入培养液103中。

所述光源108为自然光。

所述滤渣床29的床面的膜孔结构由膜孔为10目的硬质膜制成。

所述采收床30的床面的膜孔过滤结构由膜孔为800目的软质膜制成。

所述动密封部件44为机械密封的动密封结构。

所述清洗喷水管31上的喷水孔与微藻细胞流动的方向呈90°倾斜角度。

所述过滤带18的过滤孔径为2000目。

所述过滤装置46中最后一级的滤膜孔径为0.5μm。

所述脱盐装置49中膜的孔径为200KDa。

实施例5

一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***，同实施例1，区别在于：(1)所述滤渣床29的床面的膜孔过滤结构由膜孔为100目的硬质膜制成。

(2)所述采收床30的床面由膜孔为400目的软质过滤布制成。

(3)所述过滤带18的过滤孔径为3000目。

(4)所述过滤装置46中最后一级的滤膜孔径为0.1μm。

(5)所述脱盐装置49中膜的孔径为180KDa。

实施例6

一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***，同实施例1，区别在于：(1)所述滤渣床29的床面由膜孔为100目的软质过滤布材料制成。

(2)所述采收床30的床面由膜孔为600目的软质过滤布制成。

(3)所述过滤带18的过滤孔径为2000目。

(4)所述过滤装置46中最后一级的滤膜孔径为0.3μm。

(5)所述脱盐装置49中膜的孔径为160KDa。

实施例7

一种利用实施例1所述的***生产蓝藻细胞中甘油葡萄糖苷的方法，包括如下步骤：

(1)首先，在光反应器101内接入培养液103和微藻细胞102(具体为蓝藻)；所述培养液3为f/2培养液，所述培养液3包括水、氮、磷、钙、镁、铁及微量金属营养盐等营养物质。所述含碳源气体为含CO₂的气体；

(2)启动搅拌器106和光源108，通过进气管104通入CO₂气体105，微藻细胞102具备了能够光合成成长并在微藻细胞内合成GG的基本条件，然后开始GG的合成，GG生成过程中，微藻细胞102在光合作用下吸收二氧化碳并生成氧气，释放至培养液103内，随着搅拌器的搅拌作用，氧气脱离液培养液103，从排气口107排出至光反应器101外部，以保证GG的合成过程顺利进行；

(3)待培养液103中微藻细胞102的含量达到2g/mL后，停止光照和含碳源气体105的通入，通过藻液输送泵41将微藻细胞和培养液送入采收***2中的进液管28中，进液管28将微藻细胞和培养液通过布液孔均匀分布到滤渣床29中，通过滤渣床29的床面对微藻细胞和培养液中的杂质进行过滤，杂质汇集在滤渣收集槽36中后，被滤渣清扫杆37从滤渣排出口40中清除出去，而过滤掉杂质的微藻细胞和培养液进入采收床30；

(2)经过步骤(1)滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床30的床面，同时，清水箱38中的清水通过中空的转动轴42后进入清洗喷水管31，随着转动轴42的转动，清水从清洗喷水管31的喷水孔喷出后，对采收床30的床面上的微藻细胞进行均匀清洗，且喷水孔的射流方向与微藻细胞流动的方向呈45°倾斜角度，使培养液和微藻细胞快速分离，微藻细胞汇集后从采收床30底部的藻泥输出口33中排出；

(3)步骤(2)中，从藻泥输出口33中排出的微藻细胞通过藻泥输送泵4进入微藻细胞均料装置6中的微藻细胞仓15，均料口16将微藻细胞输送到过滤带18上，控制阀17控制匀料口16的输送量；

(4)步骤(3)中的微藻细胞首先进入初级真空分离室7中，在抽气机23的驱动下，进一步抽离微藻细胞中的水分，并通过抽离气水分离罐24对这些水分进行排放；

经过去除了多余水分的微藻细胞进入一级低渗液萃取室8后，被喷上低渗液(无菌去离子水)，微藻细胞在低渗液的作用下，逐渐从细胞中向低渗液中分泌GG，所述低渗液为洁净无菌去离子水；

微藻细胞经过在一级低渗液萃取室8中的萃取后，萃取液中含有一定浓度的GG，然后通过一级真空分离室9将含有GG的低渗液及时抽离出来；

微藻细胞从一级真空分离室9进入二级低渗液萃取室10后，继续被喷上低渗液，微藻细胞逐渐从细胞中继续向低渗液中分泌GG，然后依次经过二级真空分离室11、三级低渗液萃取室12、三级真空分离室13，对微藻细胞进行多级分离和萃取，以在保证微藻细胞保持进一步培养、合成GG所需活性的情况下，更加彻底地将微藻细胞中的GG萃取出来，而经过低渗液萃取后的微藻细胞由微藻细胞循环泵14输送到培养***1进行循环培养，萃取液则用于下一步的纯化处理；

(5)将步骤(4)中得到的萃取液先置于过滤装置46中去除萃取液中杂质；然后继续将萃取液置于第一色素脱除装置47中，通过色素脱除膜脱除萃取液中分子量大于500的色素，而使GG以及分子量500以下的带有色素的物质通过；

(6)将步骤(5)中的萃取液继续送入第二色素脱除装置48中，通过NM200型号的吸附树脂柱脱除萃取液中分子量500以下的带有色素的物质；

(7)将步骤(6)中的萃取液继续送入XAD-1型号的吸附树脂脱盐装置49中，通过膜浓缩设备脱盐时的同时，对萃取液进行浓缩；

(8)将步骤(7)中的萃取液继续送入脱水装置50中，进一步去除多余水分，最终得到高纯度的GG纯品。

通过本实施例的生产工艺，使萃取液中GG的浓度由2g/L提升至200g/L，而萃取液中的盐分的离子浓度降低至300ppm以下，最终得到的GG的纯度为95.3％，回收率96.1％。

实施例8

一种螺旋藻的采收和萃取螺旋藻细胞中甘油葡萄糖苷(GG)的方法，同实施例7，区别在于：所述清洗喷水管上的喷水孔喷射流方向与微藻细胞流动的方向呈90°倾斜角度；所述低渗液为无菌的质量浓度为0.1％的NaCl溶液；

由5g/L提升至100g/L，而萃取液中的盐分的离子浓度降低至300ppm以下，最终得到的GG的纯度为93.6％，回收率95.8％。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种工业化生产甘油葡萄糖苷的***，其特征在于：包括培养***、采收***、萃取***、纯化***，所述采收***包括：滤渣床、采收床；所述滤渣床设置在采收床的上方，且采收床和滤渣床装配后密封连接，采收床的下端形成藻泥输出口；

所述滤渣床为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，其侧面为形成了过滤结构的床面；

所述采收床为变曲面喇叭漏斗型结构，其侧壁形成了膜孔过滤结构的床面，床面相对于水平面的倾斜角α由0°向90°连续变化或梯度变化；

所述萃取***包括：包括依次连接的至少两级萃取分离单元；所述萃取分离单元包括依次连接的低渗液萃取室、真空分离室；微藻细胞依次经过第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室后，再进入第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室；

所述培养***、滤渣床、采收床、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接，其中，第一级萃取分离单元中的真空分离室与第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室连接；

所述纯化***包括：过滤装置、第一色素脱除装置、第二色素脱除装置、脱盐装置、脱水装置；

所述低渗液萃取室、过滤装置、第一色素脱除装置、第二色素脱除装置、脱盐装置、脱水装置依次连接；

所述采收***还包括进液管，进液管呈环形固定在滤渣床床面的上端，且进液管上设置有若干射流方向朝向滤渣床的布液孔；

所述滤渣床床面为膜孔过滤结构，所述膜孔过滤结构由膜孔10-100目的硬质或软质过滤材料制成；

或，所述采收床床面为膜孔过滤结构，所述膜孔过滤结构由膜孔100-800目的硬质或软质过滤材料制成；

所述采收***还包括滤渣收集槽、滤渣清扫杆、转动轮、滤渣排出口、排渣通道、转动轴；所述滤渣收集槽设置在滤渣床的下端面的外周，滤渣排出口设置在滤渣收集槽的底面，所述排渣通道与滤渣排出口连接，所述滤渣清扫杆与转动轴连接，并能够在转动轴的驱动下沿着滤渣收集槽做圆周转动，所述转动轮设置在转动轴上；

所述采收***还包括清洗喷水管，所述清洗喷水管位于采收床中，清洗喷水管上设置有喷水孔，喷水孔的射流方向面向采收床，且与微藻细胞流动的方向呈倾斜角度。

2.如权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述萃取***还包括藻泥均料装置，所述藻泥均料装置、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接；

所述藻泥均料装置至少包括料仓，所述料仓下方设置有均料口，均料口中设置有控制阀；

所述萃取***还包括初级真空分离室，所述初级真空分离室、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接；或者，所述藻泥均料装置、初级真空分离室、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接；

所述第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元中的真空分离室以及初级真空分离室均由真空室、侧向密封室组成；所述真空室的顶面为网孔结构；所述侧向密封室设置在真空室的四周，由若干个水封小室组成；

所述低渗液萃取室由低渗液射流管、防护罩组成；所述低渗液射流管表面设置有若干低渗液出口；

所述真空分离室还包括气水分离罐、抽气机，所述气水分离罐与真空分离室连接，抽气机与气水分离罐连接。

3.如权利要求2所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于，所述均料口为料仓出料口和布料板，或仓出料口和布料杆构成的组合装置；

所述均料口为漏斗形扁长开口，且均料口的宽度与过滤带宽度相匹配；

所述初级真空分离室的构造和第一级、第二级萃取分离单元中的真空分离室的构造相同；

所述低渗液出口的喷射流呈线状、面状或散射状;所述网状结构为由蜂窝状抽气腔组成的网孔结构。

4.如权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述萃取***还包括过滤传送装置，所述过滤传送装置包括：过滤带、侧向防护板、过滤带传送清洗装置；所述侧向防护板紧密固定在过滤带的两侧边缘，且随过滤带同步传动；所述过滤带传送清洗装置为过滤带提供输送动力、调整过滤带状态以及清洗过滤带；

所述过滤带依次穿过初级真空分离室、第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室、第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室，过滤带设置在初级真空分离室以及第一级、第二级萃取分离单元中的真空室的上表面，且与各真空室之间滑动接触；

所述过滤带为过滤孔径小于微藻细胞的柔性过滤膜；

所述纯化***中，过滤装置中设置有十级不同孔径的滤膜，所述孔径逐级递减，最后一级的滤膜孔径为0.05-0.5μm；

所述纯化***中，第一色素脱除装置为膜浓缩设备，其中设置有色素脱除膜；

所述纯化***中，第二色素脱除装置为吸附树脂柱；

所述纯化***中，脱盐装置为膜浓缩设备，膜的孔径为150-200KDa；所述脱水装置包括真空反应釜和旋转蒸发器。

5.如权利要求4所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：柔性过滤膜为平板型膜材料；所述过滤带的过滤孔径为600-3000目；

所述吸附树脂柱型号为NM200的吸附树脂柱或D3520吸附树脂柱、NKA-9吸附树脂柱、HZ-802吸附树脂柱、D208吸附树脂柱；

所述脱盐装置为GG吸附树脂柱。

6.如权利要求5所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述过滤带的过滤孔径为1000-2000目；所述脱盐装置为苯乙烯型大孔吸附树脂。

7.如权利要求6所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：脱盐装置为D101树脂、XAD-1树脂。

8.如权利要求4所述的工业化生产甘油葡萄糖苷的***，其特征在于：所述低渗液萃取室还包括过渡板，所述过渡板为无孔的光滑平面板；

所述萃取***还包括微藻细胞均料装置，所述微藻细胞均料装置设置在过滤带传送装置上方。

9.如权利要求8所述的工业化生产甘油葡萄糖苷的***，其特征在于：所述微藻细胞均料装置包括微藻细胞仓、均料口和控制阀，其中，均料口设置在微藻细胞仓下方，控制阀设置在均料口中；

所述均料口为漏斗形扁长开口，且均料口的宽度与过滤带宽度相匹配；

所述萃取***还包括藻泥输送泵、回用水池、微藻细胞循环泵，所述藻泥输送泵与藻泥输出口连通，所述回用水池设置在培养液收集槽的下方，所述微藻细胞循环泵与培养***连接。

10.如权利要求8所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述萃取***还包括与第二级萃取分离单元连接的第三级萃取分离单元；所述第三级萃取分离单元和第一级、第二级萃取分离单元的构造相同；具体的，所述第三级萃取分离单元中的低渗液萃取室与第二级萃取分离单元中的真空分离室连接；

所述低渗液萃取室还包括过渡板，所述过渡板为无孔的光滑平面板，过渡板设置在过滤带的下面，且与过滤带紧密接触；

所述萃取***还包括回用水池、微藻细胞循环泵，回用水池设置在培养液收集槽的下方，微藻细胞循环泵与萃取分离单元连接后，再与培养***连接。

11.如权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述采收床床面相对于水平面的倾斜角α梯次变化分为4个梯度：5°、15°、45°、85°。

12.如权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述采收***还包括清水箱，清水箱设置在采收***外部，且清水箱与清洗喷水管的一端连接，清洗喷水管的另一端位于采收床中。

13.如权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述转动轴为中空结构，且转动轴的中心轴线与采收床中心轴线重合，转动轴的一端位于采收床内，另一端与清水箱连通，所述清洗喷水管位于采收床内，且清洗喷水管的一端与转动轴连通或两端均与转动轴连通，清洗喷水管能够随转动轴一起转动；所述清水箱设置在转动轴的上方。

14.如权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述采收***还包括支撑架、清水泵清水输入口，所述清水箱固定在支撑架上，所述清水输入口设置在清水泵上，清水泵与清水输入口连接。

15.如权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷***，其特征在于：所述喷水孔的射流方向与微藻细胞流动方向之间的倾斜角为45°-90°；

所述动密封部件包括填料密封、机械密封的动密封结构；

所述采收***还包括培养液收集槽，所述培养液收集槽设置在采收床的床面下部，采收床的下端形成的藻泥输出口贯穿培养液收集槽的底面，且藻泥输出口与培养液收集槽底面接触的部位密封连接；

所述培养液收集槽的下部设置有废液排出口；

所述采收***还包括藻液输送泵，所述藻液输送泵与进液管连接。

16.利用权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷的***生产甘油葡萄糖苷的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）首先，通过藻液输送泵将培养***中的微藻细胞和培养液送入采收***中的进液管中，进液管将微藻细胞和培养液通过布液孔均匀分布到滤渣床中，通过滤渣床床面对微藻细胞和培养液中的杂质进行过滤，杂质汇集在滤渣收集槽中后，被滤渣清扫杆通过滤渣排出口、排渣通道清除出去，而过滤掉杂质的微藻细胞和培养液进入采收床；

（2）经过步骤（1）滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床的床面，同时，清水箱中的清水通过中空的转动轴后进入清洗喷水管，随着转动轴的转动，清水从清洗喷水管的喷水孔喷出后，对采收床床面上的微藻细胞进行均匀的清洗，且喷水孔的射流方向与微藻细胞流动的方向呈45°-90°倾斜角度，使培养液和微藻细胞快速分离，微藻细胞汇集后从采收床底部的藻泥输出口中排出；

（3）步骤（2）中，从采收***中排出的微藻细胞通过藻泥输送泵进入微藻细胞均料装置中的微藻细胞仓，均料口将微藻细胞输送到并均匀、全面积地覆盖在过滤带上，控制阀控制匀料口的输送量和微藻细胞覆盖在过滤带上的厚度；

（4）步骤（3）中的微藻细胞进入初级真空分离器，脱除微藻细胞表面多余的液体，减少水分和杂质对后续萃取和分离的影响；

（5）步骤（4）中的微藻细胞依次经过第一级、第二级、第三级萃取分离单元后，分别得到含有不同GG浓度的萃取液，经过三级萃取后的微藻细胞由微藻细胞循环泵输送到培养***进行循环培养，萃取液进行下一步处理；

（6）将步骤（5）中得到的萃取液先置于过滤装置中去除萃取液中杂质；然后继续将萃取液置于第一色素脱除装置中，通过色素脱除膜脱除萃取液中分子量大于500的色素，而使GG以及分子量500以下的带有色素的物质通过；

（7）将步骤（6）中的萃取液继续送入第二色素脱除装置中，通过为吸附树脂柱脱除萃取液中分子量500以下的带有色素的物质；

（8）将步骤（7）中的萃取液继续送入脱盐装置中，通过膜浓缩设备脱盐时的同时，对萃取液进行浓缩；

（9）将步骤（8）中的萃取液继续送入脱水装置中，进一步去除多余水分，最终得到高纯度的GG纯品。

17.如权利要求1-15任一项所述的工业化生产甘油葡萄糖苷的***和/或如权利要求16所述方法和/或如权利要求16所述方法制备的甘油葡萄糖苷在食品、化妆品、医药品中的应用。

Images