專利名稱：：從發(fā)酵液中分離提取l-谷氨酸的方法從發(fā)酵液中分離提取L-谷氨酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本涉及一種在發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸過程中的谷氨酸提取新工藝，屬于發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸的
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：目前，國內(nèi)味精行業(yè)常用玉米、大米、糖蜜、甜菜等為原料采用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸，谷氨酸主要用于生產(chǎn)味精(谷氨酸鈉)。為分離發(fā)酵液中菌體蛋白、殘?zhí)堑入s質(zhì)，通常采用等電沉降和離子交換相結(jié)合的方法，其所產(chǎn)生的COD、硫酸根、NH3-N(氨氮)的高濃廢水，治理難度大，污染環(huán)境嚴(yán)重，制約了我國味精行業(yè)和谷氨酸生產(chǎn)進入良性的可持續(xù)發(fā)展軌道。為此，國內(nèi)許多企業(yè)和科研機構(gòu)采取了一些清潔生產(chǎn)方法，如菌體與料液分離，回收菌體蛋白，不僅可以簡化后續(xù)處理工藝，而且還可以減輕企業(yè)污水處理負(fù)擔(dān)。目前分離菌體、殘?zhí)请s質(zhì)的主要方法有離心法、絮凝法加熱法、膜分離法(超濾和微濾)等，綜合考慮以膜分離法最為先進。另外，國內(nèi)現(xiàn)階段味精工業(yè)的主要問題是谷氨酸的收率及純度，兩項指標(biāo)均低于國外水平。據(jù)報道，目前大多數(shù)味精廠在實際生產(chǎn)過程中從母液中流失的谷氨酸所占比重較大，而且晶型較差，結(jié)晶時間長，成本高，控制和操作的難度大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是解決谷氨酸現(xiàn)有分離提取方法中廢液污染嚴(yán)重、產(chǎn)品純度不高以及收率低的問題，提供一種利用金屬膜分離技術(shù)和濃縮連續(xù)等點法相結(jié)合的從發(fā)酵液中分離提取與精制谷氨酸的方法。本發(fā)明提供的從發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵液中提取精制谷氨酸的方法，其具體提取步驟如下a、將谷氨酸發(fā)酵液裝進金屬微濾膜系統(tǒng)進行微濾，除去菌體蛋白雜質(zhì)，得到澄清的谷氨酸發(fā)酵液；所述無機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014，操作溫度為080。C，操作壓差為0.11.0Mpa;b、將上步得到澄清的谷氨酸發(fā)酵液調(diào)整pH為4.07.0，加入活性炭粉末進行脫色，活性炭加入量為發(fā)酵液體積的0.1~0.5%，脫色溫度為20~80°C，時間為20-40min;使用752分光光度計于430nm下測透光達90%以上；c、將1/41/3發(fā)酵液作為底料，用硫酸冰解液調(diào)節(jié)pH值至4.5-4.0時，加入0.2%~0.3%的(1-型谷氨酸晶種，攪拌，育晶12小時，再慢加酸至pH值為3.0~3.2，作為種子液；將其余谷氨酸發(fā)酵液進行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的1/5-1/2。然后，將濃縮后的谷氨酸發(fā)酵液和硫酸/水解液同時流加，保持pH值恒定，溫度控制在1525"C之間，同時放出己結(jié)晶的谷氨酸，使進出料液保持平衡，放出的物料進行低溫(4°C)育晶。d、過濾、洗滌得到谷氨酸晶體和母液，此方法得到的谷氨酸晶體主要是a-型谷氨酸晶體，純度和收率都較高。將母液打入發(fā)酵液，進入金屬膜進行微濾，循環(huán)利用。e、當(dāng)谷氨酸母液中蛋白和色素等雜質(zhì)較多時，可重新進行脫色或直接進行金屬膜過濾。上述b步中，澄清的谷氨酸發(fā)酵液脫色時pH最佳為5.06.0，溫度為40~60°C。根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于得到精制的谷氨酸，純度達到99%以上，收率在96%以上。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果與現(xiàn)有工藝相比，本發(fā)明的方法具有以下特點1、本發(fā)明采用的不銹鋼膜具有濾液質(zhì)量穩(wěn)定、使用壽命長、濾液精度高、耐高溫、耐酸堿、寬通道、易于清洗且裝置維護方便等特點，適合大規(guī)模生產(chǎn)；2、本發(fā)明采用不銹鋼膜過濾菌體，改變了常規(guī)發(fā)酵液處理采用的離心法、加熱法、絮凝法等方法，大大地降低了谷氨酸的提取成本，去除菌體較徹底，過濾后的液體澄清透明；3、本發(fā)明精制后的谷氨酸溶液質(zhì)量顯著提高，經(jīng)濃縮連續(xù)等電法提取后得到的谷氨酸產(chǎn)品經(jīng)氨基酸分析儀分析純度可達99%以上，避免了傳統(tǒng)工藝中的轉(zhuǎn)晶過程，大大地提高了谷氨酸的提取收率；4、通常的生產(chǎn)工藝常采用樹脂回收母液中的谷氨酸，高濃度有機廢水的主要來源是發(fā)酵液等電結(jié)晶后經(jīng)樹脂排放的菌體以及大量的漂洗用水，污染嚴(yán)重，治理十分困難，耗用大量資金。本發(fā)明利用金屬膜分離技術(shù)對發(fā)酵液進行預(yù)處理，有效解決了高濃度有機廢水污染的問題。具體實施方式實施例l:a、取谷氨酸發(fā)酵液30L，pH值為6.5左右，分批加入金屬膜微濾設(shè)備料罐，啟動微濾設(shè)備，控制溫度206(TC，調(diào)節(jié)膜進出口壓差為0.81MPa，利用微濾膜對不同分子量物質(zhì)截流率的不同，使菌體、雜蛋白截留在濾渣內(nèi)，當(dāng)進出膜壓差明顯降低時，補入適量水。過濾結(jié)束后，得到谷氨酸濾液40L，濾出液菌體去除率為99.6%，蛋白去除率為87.2%，損失率低于1%。b、將上步得到澄清的谷氨酸發(fā)酵液調(diào)整pH為5.0，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%，脫色溫度為50'C，脫色時間為30min。脫色后的發(fā)酵液用752分光光度計于430nm下測透光率達91.6%;c、將8L發(fā)酵液作為底料，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH值至4.2時，加入0.2%的"型谷氨酸晶種，充分?jǐn)嚢?，育?小時，再慢加酸至pH值為3.2，作為種子液；將其余谷氨酸發(fā)酵液進行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的1/3左右。d、將濃縮后的谷氨酸發(fā)酵液和硫酸/水解液同時流加，保持pH值為3.2恒定，溫度控制在152(TC之間，同時使已結(jié)晶的谷氨酸從底部流出，保持進出料液平衡，放出的物料低溫(4°C)育晶。e、過濾、洗滌得到谷氨酸晶體和母液，得到的主要是a-型谷氨酸晶體，純度為99.2%，谷氨酸的總收率為96.8%。實施例2:a、取pH為6.5的谷氨酸發(fā)酵液40L，分批加入微濾設(shè)備料罐，啟動微濾設(shè)備，控制溫度206(TC,調(diào)節(jié)膜進出口壓力差為0.81.0MPa，利用微濾膜對不同分子量的物質(zhì)截流率的不同，使菌體、雜蛋白截留在濾渣內(nèi)，當(dāng)進出膜壓差明顯降低時，補入適量水，得到菌體去除率高達99.9c/。的谷氨酸濾液50L，蛋白去除率為88.6%。b、將上步得到澄清的谷氨酸發(fā)酵液調(diào)整pH為5.5，加入活性炭進行脫色，活性炭加入量為發(fā)酵液體積的0.3%，脫色溫度為55"C，脫色40min;使用752分光光度計于430nm下測透光率達92.5%;c、將10L發(fā)酵液作為底料，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH值至4.0時，加入0.3%的a-型谷氨酸晶種，充分?jǐn)嚢?，育?小時，再慢加酸至pH值為3.2，作為種子液;將其余谷氨酸發(fā)酵液進行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的1/4左右。d、將濃縮后的谷氨酸發(fā)酵液和硫酸同時流加，保持？11值為3.2恒定，溫度控制在152(TC之間，同時使已結(jié)晶的谷氨酸從底部流出，保持進出料液平衡，放出的物料低溫(4°C)育晶。e、過濾、洗滌得到谷氨酸晶體和母液，得到的主要是a-型谷氨酸晶體，純度為99.7%，谷氨酸的總收率為96.6%。實施例3:不同進出膜壓差下利用金屬膜過濾提取谷氨酸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(zhì)，能保證定量截留，膜過濾分靜態(tài)過濾和錯流過濾。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(jīng)過膜表面時產(chǎn)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(xiàn)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(jié)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承受較大的壓力和壓差。在系統(tǒng)溫度為3(TC時，比較了進出膜壓差分別在1.0Mpa和0.6Mpa時膜的截流效果，結(jié)果如表l所示。表1不同壓差下谷氨酸發(fā)酵液的過濾結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例4不同溫度下利用金屬膜過濾提取谷氨酸溫度對膜通量的影響，是因為溫度升高導(dǎo)致料液黏度下降和擴散系數(shù)的增大，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。但過高的溫度會導(dǎo)致發(fā)酵液顏色變暗，這可能是由于發(fā)酵液中殘留的糖分、蛋白質(zhì)膠體物質(zhì)等成分在高溫下反應(yīng)所致，從而影響后續(xù)的提取操作。研究了不同的過濾溫度對谷氨酸發(fā)酵液的過濾效果的影響，并測定了不同過濾溫度下所得谷氨酸發(fā)酵液的提取收率，結(jié)果見表2。表2不同溫度下谷氨酸發(fā)酵液的過濾結(jié)果批次進膜壓力出膜壓力溫度廠c膜通量/蛋白去除色素去除L-谷氨酸/MPa/MPaL.m-2.h-'率/%率/%收率/%14.03.03018488.6148.1396.8324.02.04018987.9847.3896.6634.03.05019286.1247.2496.2144.03.06019685.6747.1795.8154.03.07019885.2346.9295.679權(quán)利要求1、一種從發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵液中提取谷氨酸的方法，其特征在于該方法的具體提取步驟如下a、將谷氨酸發(fā)酵液進入金屬膜進行微濾，除去菌體蛋白等雜質(zhì)，得到澄清的谷氨酸發(fā)酵液和菌體濃縮液，菌體濃縮液可加入適量水后繼續(xù)過濾，也可混入發(fā)酵液中循環(huán)使用；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、用濃硫酸調(diào)節(jié)谷氨酸發(fā)酵液pH為4.0～7.0，活性炭加入量為發(fā)酵液體積的0.1～0.5％進行脫色，溫度為20～80℃，時間為20～40min。c、將1/4～1/3發(fā)酵液作為底料，用硫酸/水解液調(diào)節(jié)pH值至4.5～4.0時，加入0.2％～0.3％的α-型谷氨酸晶種，攪拌，育晶1～2小時，再慢加酸至pH3.0～3.2，作為種子液；將其余谷氨酸發(fā)酵液進行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的1/5-1/2。然后，將濃縮后的谷氨酸發(fā)酵液和硫酸(或水解液)同時進行流加，保持pH值(3.0～3.2)，溫度控制在15～25℃之間，同時放出已結(jié)晶的谷氨酸，使進出料液保持平衡，放出的物料低溫(4℃)育晶。d、過濾、洗滌得到谷氨酸晶體和母液，此方法得到的谷氨酸晶體主要是α-型谷氨酸晶體，收率較高。將母液打入發(fā)酵液，進入金屬膜進行微濾，循環(huán)利用。e、當(dāng)谷氨酸母液中蛋白和色素等雜質(zhì)較多時，可重新進行脫色或直接進行金屬膜過濾。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述b步中，澄清的谷氨酸發(fā)酵液脫色時最佳pH為5.06.0，溫度為4060°C。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述d步中得到的母液重復(fù)a或b步驟，確保谷氨酸產(chǎn)品的純度，純度可達到99%以上。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述d步中得到的母液重復(fù)a的步驟，節(jié)約酸的使用量，提高收率，收率達到96%以上。全文摘要一種利用金屬膜分離技術(shù)和濃縮連續(xù)等點法相結(jié)合的從發(fā)酵液中提取與精制谷氨酸的方法，主要解決現(xiàn)有分離提取方法中產(chǎn)品純度以及提取收率低、成本高、廢液污染嚴(yán)重的問題。本發(fā)明包括谷氨酸發(fā)酵液進行金屬膜過濾、活性炭脫色、濃縮、結(jié)晶等操作步驟，各步母液均可循環(huán)利用，廢液少，減少環(huán)境污染。對谷氨酸進行分離提取，得到精制的谷氨酸結(jié)晶，谷氨酸的提取收率大于96％，純度可達98％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法、絮凝法加熱法等方法，大大降低了谷氨酸的提取成本，除菌體徹底，過濾液澄清透明；另外，本實驗采用的不銹鋼膜具有濾液質(zhì)量穩(wěn)定、使用壽命長、耐高溫、耐酸堿、寬通道、易于清洗且裝置維護方便等特點。文檔編號C07C229/00GK101402584SQ20081015288公開日2009年4月8日申請日期2008年11月7日優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日發(fā)明者劉淑云,徐慶陽,雪梁,謝希賢,寧陳申請人:天津科技大學(xué)