專利名稱：從發(fā)酵液中分離提取l－蘇氨酸的方法
技術領域：
本涉及一種在發(fā)酵法生產L-蘇氨酸過程中的L-蘇氨酸提取工藝，屬于發(fā)酵法生產氨基酸的技術領域。
背景技術：
L-蘇氨酸是人與動物體內所必需的一種氨基酸，自身不能合成，必需從食物中攝取，它作為食品添加劑廣泛應用于飼料工業(yè)、保健食品和醫(yī)藥工業(yè)。
L-蘇氨酸得主要用途(1)是一種重要的營養(yǎng)強化劑，可以強化谷物、糕點、乳制品，和色氨酸一樣有恢復人體疲勞，促進生長發(fā)育的效果；(2)由于含有羥基，對人體皮膚具有持水作用，與寡糖鏈結合，對保護細胞膜起重要作用，在體內能促進磷脂合成和脂肪酸氧化，其制劑具有促進人體發(fā)育抗脂肪肝藥用效能，是復合氨基酸輸液中的一個成分；(3)是制造高效低過敏的抗生素——單酰胺菌素的原料。(4)用于添加仔豬飼料、種豬飼料、肉雞飼料、對蝦飼料和鰻魚飼料等。
L-蘇氨酸的生產方法主要有蛋白水解法、化學合成法和發(fā)酵法三種。蛋白水解法是將酪蛋白、絲蛋白、絲膠蛋白用酸或堿及酶水解后，在丁希酸中與溴的甲醇液作用，再用氨進行氨基化，經離子交換樹脂分離而得。這是一種傳統(tǒng)的氨基酸生產方法，但目前采用較少。化學合成法是以巴豆酸、乙酰醋酸酯或甘氨酸為原料進行合成，具體反應中根據所用的介質不同，又有水相反應和非水相反應兩種合成方式，其中以甘氨酸為原料的工藝路線較短、產品收率高。發(fā)酵法利用微生物發(fā)酵法生產L-蘇氨酸具有原料成本低，反應條件溫和及易實現大規(guī)模生產等優(yōu)點，是一種非常經濟的生產方法。發(fā)酵法是采用葡萄糖和蔗糖為原料，經發(fā)酵后再精制提取得到成品。是目前工業(yè)化生產蘇氨酸的主要方法。
L-蘇氨酸發(fā)酵液中存在著大量的菌體和雜蛋白，這些物質的存在使L-蘇氨酸收率和結晶質量下降。因此，在進行L-蘇氨酸分離前必須先將其除去。L-蘇氨酸發(fā)酵液黏度大，細菌菌體細胞小，難于沉降，離心法能耗大，操作繁雜，速度慢，投資大，綜合各方面的因素本實驗選擇膜過濾方法。
膜分離技術是近年來發(fā)展較快的一門新興高效分離技術。隨著膜材料、膜分離裝置的不斷改進以及應用領域的拓展，膜分離技術已成為重要的化工單元操作，正在引起分離技術的重大變革。金屬膜在超純分離、反應催化、生物環(huán)保以及電子、核能、醫(yī)藥、食品等領域的超純氣體凈化、氣相分離、無菌過濾和微(超)濾等方面顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>
目前經常使用的過濾方法有微濾法、超濾法、中空纖維膜過濾、陶瓷膜過濾和金屬膜過濾。用微濾法和中空纖維膜除去細胞碎片，易產生膜阻塞。聚丙烯酰胺絮凝劑中存在少量的單體，存在一定的毒性，不適合用于食品和醫(yī)藥。目前，業(yè)內傳統(tǒng)的分離提取方法，菌體去除率不高，產品質量不高。
發(fā)明內容本發(fā)明的主要目的是解決現有分離提取方法，菌體去除率和產品質量不高的問題，提供一種利用金屬膜分離技術從發(fā)酵液中分離提取L-蘇氨酸的方法。
本發(fā)明提供的從發(fā)酵法生產L-蘇氨酸的發(fā)酵液中分離提取L-蘇氨酸的方法，其具體提取步驟如下a、將L-蘇氨酸發(fā)酵液經滅菌后進入金屬微濾膜進行微濾，除去菌體蛋白雜質，得到澄清的L-蘇氨酸發(fā)酵液；所述金屬膜采用不銹鋼管式膜分離系統(tǒng)，其孔徑為50nm～100nm，截留分子量2000～50000MW，pH范圍0～14，操作溫度為0～80℃，操作壓差為0.1～1.0MPa；
b、將上步得到澄清的L-蘇氨酸發(fā)酵液調整pH為3.0～9.0，加入活性炭進行脫色，活性炭加入量為發(fā)酵液體積的0.2～2％，脫色溫度為10～80℃；使用752分光光度計于430nm下測透光達85％以上；c、將上步脫色后的L-蘇氨酸發(fā)酵液進行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的20％～80％，至有結晶析出時停止蒸發(fā)；d、濃縮液調pH為3.0～9.0，攪拌轉速為0～300rpm，最佳轉速為100～150rpm，結晶0-20h，最佳結晶12h，過濾、洗滌得到L-蘇氨酸晶體和母液；e、將d步所得晶體溶于一定蒸餾水中，使L-蘇氨酸濃度達到16～20％，加入等體積95％乙醇，攪拌轉速為0～300rpm，養(yǎng)晶0-20h，(最佳轉速為100～150rpm，結晶12h)，可得精制L-蘇氨酸結晶。
上述b步中，澄清的L-蘇氨酸發(fā)酵液調整pH最佳為4.0～5.0。
上述d步中，濃縮液pH最佳為5.0～7.0。
上述d步中得到的母液重復b、c、d步驟，得到L-蘇氨酸晶體和二次母液，所得晶體用e步處理，得精制L-蘇氨酸結晶；二次母液脫鹽后與膜過濾后的發(fā)酵液混合循環(huán)使用；脫鹽采用離子交換裝置、或納濾裝置、或電滲析裝置。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果與現有工藝相比，本發(fā)明的方法具有以下特點1、本發(fā)明采用金屬膜過濾菌體，改變了常規(guī)發(fā)酵液處理采用的離心、壓濾機壓濾等方法，降低了維修費用，降低了工人的勞動強度，除去菌體徹底，過濾液澄清透明；2、膜過濾靠篩分作用截留大于濾膜微孔的微粒和大分子物質，能保證定量截留。膜過濾分靜態(tài)過濾和錯流過濾。錯流過濾能夠過濾混濁度較高的液體，其作用方式是，液體以切線方向流過膜表面，經過膜表面時產生的剪切力可使沉積在膜表面的混濁顆粒擴散回主體流，從而使膜表面污染層保持在一個較薄的穩(wěn)定水平，防止出現快速堵塞。
本發(fā)明采用不銹鋼管式膜分離系統(tǒng)錯流過濾去除發(fā)酵液中的菌體和蛋白。與其他錯流過濾裝置相比較，該設備主要具有以下優(yōu)點(1)膜與膜外殼全部采用脹焊連接，無需任何外加連接件，杜絕滲漏的可能；(2)機械強度高；(3)耐有機溶媒；(4)耐污染易清洗。
3、本發(fā)明采用的金屬膜使用壽命長，耐高溫、耐酸堿、易于清洗且裝置維護方便，投資少；4、提取過程全部采用物理分離方法，過程中消耗的酸、堿及蒸汽低，提取成本大為降低；且具有條件溫和、操作簡便、分離步驟少、廢水排放少、收率高、產品質量好等特點；5、本發(fā)明精制后的L-蘇氨酸溶液質量顯著提高，經醇析結晶得到的L-蘇氨酸產品經氨基酸分析儀分析純度達99％以上。
具體實施方式
實施例1a、取L-蘇氨酸發(fā)酵液20L于80℃加熱10min以上，調節(jié)pH6.0左右，加入微濾設備料罐，微濾膜為金屬膜(該膜系統(tǒng)以非對稱多孔316L不銹鋼粉末為襯體燒結TiO2惰性涂層，孔徑50nm-100nm，截留分子量50000MW，膜管內徑18.3mm，膜管外徑21.6mm，有效過濾面積0.1m2，單孔道，壁厚1.65mm，膜管長80cm，最高操作壓力4-6kg/cm2，最高操作溫度200℃，pH范圍0-14，系統(tǒng)流速5-10m/s)。系統(tǒng)的截留分子量為2000～50000MW，冷凝管中通入冷卻水，控制溫度40℃左右，檢查設備是否處于正常狀態(tài)，啟動微濾設備，調節(jié)膜進出口壓差為0.6kg/cm2，利用微濾膜對不同分子量物質截流率的不同，使菌體、雜蛋白截留在濾渣內，當進出膜壓差明顯降低時，補入適量去離子水；過濾完后得到L-蘇氨酸濾液25L，濾出液蛋白去除率為95％以上。
b、將上步得到澄清的L-蘇氨酸發(fā)酵液調整pH為4.5，加入活性炭進行脫色，活性炭加入量為發(fā)酵液體積的1.0％，脫色溫度為60℃；使用752分光光度計于430nm下測透光達90％以上；c、將上步脫色后的L-蘇氨酸發(fā)酵液進行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的50％左右，至有結晶析出時停止蒸發(fā)；d、濃縮液調pH為6.5，攪拌轉速為110rpm，結晶12h，過濾、洗滌得到L-蘇氨酸晶體和母液；e、將d步所得晶體溶于一定蒸餾水中，使L-蘇氨酸濃度達到18％，加入等體積95％乙醇，攪拌轉速為110rpm，養(yǎng)晶12h，可得精制L-蘇氨酸結晶，L-蘇氨酸總收率為86.2％。
實施例2a、取L-蘇氨酸發(fā)酵液15L于80℃加熱10min以上，調節(jié)pH6.0左右，加入微濾設備料罐，微濾膜為金屬膜，系統(tǒng)的截留分子量為2000～50000MW，冷凝管中通入冷卻水，控制溫度25℃左右，檢查設備是否處于正常狀態(tài)，啟動微濾設備，調節(jié)膜進出口壓力為0.6kg/cm2，利用微濾膜對不同分子量物質截流率的不同，使菌體、雜蛋白截留在濾渣內，進膜壓力與出膜壓力分別為3.0kg/cm2和2.4kg/cm2，當進出膜壓差明顯降低時，補入適量去離子水，得到蛋白去除率為95％以上的L-蘇氨酸濾液20L。
b、將上步得到澄清的L-蘇氨酸發(fā)酵液調整pH為6.0，加入活性炭進行脫色，活性炭加入量為發(fā)酵液體積的2.0％，脫色溫度為60℃；使用752分光光度計于430nm下測透光達86.0％；c、將上步脫色后的L-蘇氨酸發(fā)酵液進行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的50％左右，至有結晶析出時停止蒸發(fā)；d、濃縮液調pH為6.5，攪拌轉速為110rpm，結晶8.0h，過濾、洗滌得到L-蘇氨酸晶體和母液；e、將d步所得晶體溶于一定蒸餾水中，使L-蘇氨酸濃度達到17.0％，加入等體積95.0％乙醇，攪拌轉速為110rpm，養(yǎng)晶8h，可得精制L-蘇氨酸結晶，L-蘇氨酸總收率達到85.1％。
實施例3進出膜壓差對金屬膜過濾的影響金屬膜過濾的方式是錯流過濾，錯流過濾能夠過濾混濁度較高的液體，其作用方式是液體以切線方向流過膜表面，經過膜表面時產生的剪切力可使沉積在膜表面的混濁顆粒擴散回主體流，從而使膜表面污染層保持在一個較薄的穩(wěn)定水平，防止山現快速堵塞。壓力的變化可影響到膜表面污染層的厚度，所以在過濾過程中對過濾的速度等有影響。在研究壓力對金屬膜過濾結果的影響時，由于主要差別在于進出膜的壓差，而金屬膜的耐壓性特別好，所以在過濾過程中能耐受較大的壓力和壓差。這套中試設備可耐壓70MPa，在發(fā)酵液過濾中，為節(jié)省能耗選擇的壓力為4.0MPa以下；考慮到過濾速率，進出膜壓差應保持在0.4MPa以上。不同壓力及壓差對蘇氨酸過濾效果見表1。
表1不同壓差對蘇氨酸的過濾效果
實施例4溫度對金屬膜過濾的影響過濾溫度升高時，L-蘇氨酸發(fā)酵液的粘度降低，發(fā)酵液的雷諾系數變大，膜表面流動速率增大，膜表面剪切力增大，使濾層變薄，因而過濾速率增加。本實驗研究了不同的過濾溫度對L-蘇氨酸發(fā)酵液的蛋白質去除率和色度去除率影響，并測定了不同溫度下的L-蘇氨酸收率，結果見表2。
權利要求
1.一種從發(fā)酵法生產L-蘇氨酸的發(fā)酵液中分離提取L-蘇氨酸的方法，其特征在于該方法的具體提取步驟如下a、將L-蘇氨酸發(fā)酵液經滅菌后進入金屬微濾膜進行微濾，除去菌體蛋白雜質，得到澄清的L-蘇氨酸發(fā)酵液；所述金屬膜采用不銹鋼管式膜分離系統(tǒng)，其孔徑為50nm～100nm，截留分子量2000～50000MW，pH范圍0～14，操作溫度為0～80℃，操作壓差為0.1～1.0MPa；b、將上步得到澄清的L-蘇氨酸發(fā)酵液調整pH為3.0～9.0，加入活性炭進行脫色，活性炭加入量為發(fā)酵液體積的0.2～2％，脫色溫度為10～80℃；c、將上步脫色后的L-蘇氨酸發(fā)酵液進行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的20％～80％；d、濃縮液調pH為3.0～9.0，攪拌轉速為0～300rpm，結晶0-20h，過濾、洗滌得到L-蘇氨酸晶體和母液；e、將d步所得晶體溶于蒸餾水中，使L-蘇氨酸濃度達到16～20％，加入等體積95％乙醇，攪拌轉速為0～300rpm，養(yǎng)晶0-20h，可得精制L-蘇氨酸結晶。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于上述b步中，澄清的L-蘇氨酸發(fā)酵液調整pH最佳為4.0～5.0。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于上述d步中，濃縮液pH最佳為5.0～7.0。
4.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于上述d步中得到的母液重復b、c、d步驟，得到L-蘇氨酸晶體和二次母液，所得晶體用e步處理，得精制L-蘇氨酸結晶；二次母液脫鹽后與膜過濾后的發(fā)酵液混合循環(huán)使用。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于脫鹽采用離子交換裝置、或納濾裝置、或電滲析裝置。
全文摘要
一種從發(fā)酵液中分離提取L－蘇氨酸的方法。解決現有分離提取方法，菌體去除率和產品質量不高的問題。本發(fā)明包括L－蘇氨酸發(fā)酵液經滅菌后進行金屬膜過濾、活性炭脫色、濃縮、結晶等操作步驟，對目標產物進行分離提取，得到精制L－蘇氨酸結晶，L－蘇氨酸的提取收率大于85％，經氨基酸分析儀分析純度可達98.5％以上。本發(fā)明采用金屬膜過濾菌體，改變了常規(guī)發(fā)酵液處理采用的離心、壓濾機壓濾等方法，降低了維修費用，降低了工人的勞動強度，除去菌體徹底，過濾液澄清透明；且金屬膜使用壽命長，耐高溫、耐酸堿、易于清洗且裝置維護方便，投資少。提取過程全部采用物理分離方法，過程中消耗的酸、堿及蒸汽低，提取成本大為降低。
文檔編號C07C227/00GK1865230SQ20061001434
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權日2006年6月14日
發(fā)明者陳寧, 馮志彬, 徐慶陽, 劉淑云, 王振聲, 張金剛 申請人:天津科技大學