[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1726291A [43]公开日2006年1月25日
[21]申请号200380106422.7[22]申请日2003.12.18
[21]申请号200380106422.7
[30]优先权
[32]2002.12.18 [33]DE [31]10260983.7
[86]国际申请PCT/EP2003/014442 2003.12.18
[87]国际公布WO2004/055219 DE 2004.07.01
[85]进入国家阶段日期2005.06.17[71]申请人曼海姆/奥克森富特旭德楚克股份
公司
地址德国曼海姆68165马克西米利安街10号
[72]发明人斯特凡·弗伦策尔 托马斯·米歇尔贝
格尔 京特·维特
[74]专利代理机构上海智信专利代理有限公司代理人缪利明[51]Int.CI.C13D 1/08 (2006.01)A23N 1/00 (2006.01)C13D 1/00 (2006.01)
C13D 1/10 (2006.01)
C13D 3/00 (2006.01)B01D 11/04 (2006.01)C13C 3/00 (2006.01)
权利要求书 2 页 说明书 13 页 附图 1 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明涉及一种改进的方法、用于从生物材料、
特别是甜菜(Beta vulgaris)中提取组分。 200380106422.7权 利 要 求 书第1/2页
1、一种从生物材料中分离组分的方法，包括以下步骤：
a)对生物材料进行电穿孔，
b)从电穿孔后的生物材料中分离细胞浆液，
d)从所述细胞浆液和萃取物中获得生物细胞材料的组分。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述生物材料在导电介质中被置于高压电场。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，细胞浆液从生物材料的分离通过机械负载的方式，最好是滚压的方式。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生物材料的机械负载总是低于2MPa。
5、如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)在螺旋输送机、最好是全螺旋输送机中进行。
6、如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)，往生物材料中加入辅料，最好是石灰和/或石灰浆。
7、如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤c)在0～65℃的温度下，最好是45～60℃下进行。
8、如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤c)包括碱性萃取。
9、如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述生物材料包括甜菜(Beta vulgaris)和/或甜菜片。
10、一种用于从生物材料中分离组分的设备，特别是根据权利要求1～9中的任一项，具有：至少一种用于对所述生物材料进行电穿孔的装置(1)，以及至少一种用于接收所述经电穿孔的生物材料的全螺旋输送装置(5)。
11、如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述至少一个全螺旋输送装置(5)，特别是其外壳和/或其螺纹，钻有穿孔，用于排出从生物材料中分离出的细胞浆液。
12、如权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述至少一个全螺旋输送装置(5)是一个螺旋输送机，该螺旋输送装置上用于接收电穿孔后的生物材料的螺杆段位于较低位置，而螺旋输送装置上用于输出输送的生物材料的螺杆段位于较高位置，在两个螺杆段之间有一个坡度。
200380106422.7权 利 要 求 书 第2/2页
13、如权利要求10～12中任一项所述的设备，其特征在于，还包括一个用于萃取所述生物材料的萃取装置(8)。
14、如权利要求10～13中任一项所述的设备，其特征在于，还包括至少一个用于测量辅料的测量装置。
200380106422.7说 明 书第1/13页
从生物材料中提取组分的方法
技术领域
本发明涉及一种改进的从生物材料，特别是甜菜(B e t a v u l g a r i s)和/或甜菜片中分离组分的方法。
背景技术
众所周知，机械和/或热力学方法常用于从大量的各种不同种类的生物材料、特别是诸如农产水果的植物原材料中获得有价值的组分。为了从生物材料中分离出这些组分，无论如何必须破坏细胞膜，特别是植物细胞的细胞膜。通常这可以通过机械力的作用，如切割、研磨、碾碎等得以实现。其他破碎生物材料细胞膜的方法是热力学破碎，该方法使细胞膜在温度的影响下变性，或者是热力学方法与机械方法结合使用。破壁处理后生物材料的可溶性组分被挤出，然后使用溶剂，通常是水，进行萃取；或者，如果是不溶性的物质，则被洗出。
此类从生物材料中分离组分的方法对制糖工业有着特别重要的意义，因为在中欧，众所周知是使用此类方法对甜菜(B e t a v u l g a r i s)进行处理，以从中获得糖(蔗糖)。对此，常规的方法是将洗好的甜菜在传统的切割机中切片，用大约70～75℃的热水将得到的甜菜片热烫后捣碎。在这个过程中，甜菜细胞壁热力学变性，即细胞壁被破坏，使得蔗糖分子能渗透出来。在接下来的萃取过程中，通常使用逆流萃取法，在大约68～70℃的温度下得到含有蔗糖的萃取液(原汁)。
众所周知，为了有效地萃取，必须加入大量的外来水(冷凝液)。为优化萃取过程，降低萃取后的甜菜片中剩余糖的含量，在已知方法中，通常相对于甜菜片数量的大约105～110％的原汁得到回收。该回收率可以从萃取物的量与所用的甜菜量的比例计算出来。接着即可进行萃取液的纯化。
除了在萃取过程中需要大量的外来水外，从生物材料中分离组分的加工过程还是一个高耗能的加工过程。特别是在通常的高于70℃的温度下进行生物材料的热力学破坏，需要输入较高的能量。即使是随后的萃取步骤中，也必须将大量的外来水加热至70℃以上，在接下来的处理过程中还需要进行高能耗的蒸发过程。因此，现有技术中需要一种破碎生物材料、特别是甜菜或甜菜细胞的方法，该方法能够降低能耗，并且，通过使用合适的下游工程方法，能够降低水和能量的消耗，以用于从生物材料中分离组分。
200380106422.7说 明 书 第2/13页 另一个重要的方面是萃取的生物材料能够被脱水的程度。例如在德意志联邦共和国每年有大约2700万吨的甜菜被处理用于制糖。在对切碎的甜菜进行含水逆流萃取后，产生1500万吨经过萃取的含水约为90％的用作牲畜饲料的甜菜碎片。为使产品便于保存和运输，必须对其进行进一步的脱水。脱水过程首先进行机械挤压，接着干燥至残留水含量约为10％。原则上，压榨程度越高意味着电能消耗也越多，相对地可以减少干燥过程中燃料的使用。因为机械脱水相比干燥过程在达到同一干物质含量时其成本大约低35％，因此改进压榨工艺是制糖业不断追求的目标。干燥过程的成本压力和与之相关的环保措施使得机械脱水被不断加以改进。在选择的16家工厂中计算出的压榨切片中干物质的平均含量从1976年的接近20％提高至1987年的平均约32％。然而，在压榨后干物质含量为20％的甜菜碎片中仍有约44％的水需要从甜菜碎片中去除，而如果甜菜碎片被压榨至于物质含量为30％，则该比例已经下降至约25％。这意味着能源的显著节约，按每个工厂每天处理10,000吨甜菜计算，每个季度可以节约大约500,000欧元(假定石油的价格：150欧元/吨)。因此，迫切需要进一步改进对萃取后的生物材料，特别是甜菜碎片的压榨水平，也就是脱水。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的用于从生物材料中分离组分的方法，以及用于实施所述改进的方法的设备，所述改进的方法在具有较高的效率和经济性的特点同时，还相应地降低资源、诸如能源和水的消耗。
按照本发明，通过以下方法实现上述目的：为了从生物材料中分离组分，在第一步a)中，对生物材料进行电穿孔，在第二步b)中，经电穿孔的生物材料的细胞浆液被分离，在第三步c)中，对从步骤b)中得到的材料进行萃取，在第四步d)中，从第二步b)得到的细胞浆液和第三步c)中得到的萃取液中分离组分。
根据本发明，使用高压脉冲的电穿孔特别有利于生物材料的细胞的破壁，特别是甜菜细胞。因此，这些细胞不需要进行热力学破壁以用于下游的提取。根据本发明的方法，随后进行的生物材料的预处理有利于细胞浆液，特别是大部分细胞浆液的分离，从而有效地减少将在下游过程的提取步骤中被萃取的生物材料组分的量。该方法突出的优点是所需的外来水用量的显著减少，这些水用于上述细胞浆液分离后残留在生物材料中的组分的萃取过程。这也导致回收率、即萃取物的量与所使用的生物材料的量的比例的显著降低。
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