專利名稱：一種l-谷氨酰胺發(fā)酵液全膜法提取工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氨基酸生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種L-谷氨酰胺發(fā)酵液全膜法提取工藝。
背景技術(shù)：
谷氨酰胺，學(xué)名2-氨基-5-羧基戊酰胺，是谷氨酸的酰胺。L-谷氨酰胺是蛋白質(zhì)合成中的編碼氨基酸，哺乳動物非必需氨基酸，在體內(nèi)可以由葡萄糖轉(zhuǎn)變而來。雖然L-谷氨酰胺為哺乳動物非必需氨基酸，但是其對人和動物具有多方面的生理作用，例如能夠增長肌肉、具有強力作用、增強免疫系統(tǒng)功能、改善腦機能、提高機體的抗氧化能力等，此外，L-谷氨酰胺還是胃腸道管腔細胞的基本能量來源以及合成谷胱甘肽的重要原料。L-谷氨酰胺是機體內(nèi)含量最豐富的氨基酸，占全部游離氨基酸的60%以上，具有多種生理功能；被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、調(diào)味品制造及動物飼料制造領(lǐng)域。醫(yī)藥行業(yè)中谷氨酰胺在治療胃腸道疾病，保護肝臟，放化療恢復(fù)，癲癇病防治，延長淋巴細胞壽命，促進細胞生長，調(diào)節(jié)胰島素水平和血糖等諸多方面具有良好的治療作用?？纱龠M大腦發(fā)育，增強記憶；保持大腦活動，防止老年癡呆癥；為大腦充電，防止腦部疲勞以及病后或手術(shù)后康復(fù)。亦可在食品加工中作營養(yǎng)增補劑，調(diào)香增補劑，是健美運動和健美愛好者的重要營養(yǎng)補劑；可促進肌肉生長，緩解疲勞、提高耐力；增強免疫系統(tǒng)的功能；增強腸道細胞活性，改善腸道免疫功能等諸多功效。L-谷氨酰胺的生產(chǎn)方法為化學(xué)合成法、自然物質(zhì)提取法和微生物發(fā)酵法。目前隨著氨基酸發(fā)酵行業(yè)的發(fā)展，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)L-谷氨酰胺受到青睞；L-谷氨酰胺發(fā)酵液提取一般經(jīng)過離子交換等各種除雜程序最終提取出L-谷氨酰胺。然而現(xiàn)有工藝中離子交換步驟在完成雜質(zhì)吸附后需要利用酸液和堿液進行再生、清水沖洗，然后才能投入到下一輪L-谷氨酰胺的提取中；堿液再生處理以及清水沖洗產(chǎn)生大量的污水，治理困難，污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種L-谷氨酰胺發(fā)酵液全膜法提取工藝，其具體涉及一種從L-谷氨酰胺發(fā)酵液中，采用多級膜組合過濾，分離和提取L-谷氨酰胺工藝。本發(fā)明公開了一種L-谷氨酰胺發(fā)酵液全膜法提取工藝，其包括下述步驟:(I) L-谷氨酰胺發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過濾除菌，分別收集截留物和濾過液；然后將濾過液繼續(xù)進行超膜過濾，收集濃縮液和凈化液；將上述截留物和濃縮液合并為混合溶液備用；其中，微濾膜為無機陶瓷膜，截留分子量為2000-20000MW，孔徑大小為1_10μπι，微濾溫度為20-40°C，工作壓力:進壓為3bar，出壓為Ibar ;超濾膜為PP、PES、PVDF中的一種，截留分子量為300-3000MW，孔徑在lO-lOOnm，微濾溫度為20_40°C，工作壓力:進壓為6_8bar，出壓為 l-3bar ；(2)步驟(I)獲得的凈化液經(jīng)活性炭脫色后獲得無色透明的L-谷氨酰胺溶液，再次經(jīng)反滲透膜過濾濃縮獲得濃縮液；其中，反滲透膜過濾濃縮所用膜選用PVDF、PES、PE復(fù)合膜中的一種，NaCl截留率彡95%,操作溫度為20-45°C，工作壓力:進壓為10_20bar，出壓為 3_5bar ；
(3)步驟(2)獲得的濃縮液經(jīng)降膜蒸發(fā)器濃縮至有白色顆粒狀結(jié)晶出現(xiàn)后，將料液迅速抽入結(jié)晶器中，緩慢降溫結(jié)晶；其中，降膜蒸發(fā)器為三效降膜式蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度控制50-55°C，蒸發(fā)量l_2m3/h，蒸發(fā)濃縮臨界點判斷為少許有白色顆粒狀結(jié)晶出現(xiàn)；降溫結(jié)晶過程溫度下降速度1°C /min，最終結(jié)晶溫度20-25°C，恒溫結(jié)晶2_3h ；(4)結(jié)晶后的料液經(jīng)離心分離，獲得沉淀和一次提取母液，將沉淀用去離子水洗滌后，送入烘干室烘干后，獲得一次提取L-谷氨酰胺成品；一次提取母液經(jīng)三效降膜蒸發(fā)器再次濃縮后，離心、洗滌、干燥，獲得二次提取L-谷氨酰胺成品；重復(fù)二次提取步驟，獲得三次提取L-谷氨酰胺成品和末次母液；離心機采用自動卸料離心機；(5)末次母液與步驟(I)獲得的混合溶液合并得到飼料母液，然后添加玉米粉、豆渣和酒糟，邊添加邊攪拌至糊狀；最后通入蒸汽升溫至105°C，蒸餾約10分鐘；然后將蒸餾物烘干、粉碎后，添加硫酸鋅和復(fù)合菌，混合均勻，獲得粉狀營養(yǎng)飼料；復(fù)合菌由乳酸桿菌和酵母菌按照1:1的質(zhì)量比混合而成；其中，玉米粉、豆渣和酒糟分別占飼料母液質(zhì)量的5 %，2 %和I %，硫酸鋅和復(fù)合菌分別占飼料母液質(zhì)量的千分之一。本發(fā)明具有以下幾個方面的優(yōu)點:1、本發(fā)明提供了 L-谷氨酰胺發(fā)酵液全膜法提取技術(shù)，膜過濾設(shè)備自動化程度高、可控性強、易于操作；減少了人為操作因素對料液質(zhì)量的影響；獲得的料液質(zhì)量穩(wěn)定，并且全程無污染。2、本發(fā)明發(fā)酵液膜過濾分離和反滲透濃縮過程均在常溫下進行，避免了溫度過高對料液質(zhì)量產(chǎn)生影響；反滲透獲得去離子水可直接用于產(chǎn)品洗滌。3、微濾、超濾膜過濾過程菌體蛋白、大分子多糖等提取收大大提高，避免了此類物質(zhì)對L-谷氨酰胺提取產(chǎn)生負面影響及提取后廢液難以處理；同時，獲得了營養(yǎng)豐富的菌體蛋白飼料，變廢為寶，增加經(jīng)濟效益。

4、本發(fā)明技術(shù)實現(xiàn)了 L-谷氨酰胺提取過程綠色環(huán)保，幾乎無廢水外排，工藝水循環(huán)利用，料液組分充分利用；制備的L-谷氨酰胺成品純度可達99%以上。
具體實施例方式以下將采用具體的實施例來對本發(fā)明作進一步的解釋，但是不應(yīng)當看作是對本發(fā)明創(chuàng)新精神的限制。實施例1一種L-谷氨酰胺發(fā)酵液全膜法提取工藝，其包括下述步驟:(I) L-谷氨酰胺發(fā)酵液150L (產(chǎn)酸87mg/ml)經(jīng)微濾膜過濾除菌，分別收集截留物和濾過液；然后將濾過液繼續(xù)進行超膜過濾，收集濃縮液和凈化液；將上述截留物和濃縮液合并為混合溶液備用；其中，微濾膜為無機陶瓷膜，截留分子量為10000MW，孔徑大小為5口111，微濾溫度為201:，工作壓力:進壓為3bar，出壓為Ibar ;超濾膜為PVDF，截留分子量為1000MW，孔徑在10nm，微濾溫度為20°C，工作壓力:進壓為6bar，出壓為Ibar ；(2)步驟(I)獲得的凈化液經(jīng)活性炭脫色后獲得無色透明的L-谷氨酰胺溶液，再次經(jīng)反滲透膜過濾濃縮獲得濃縮液；其中，反滲透膜過濾濃縮所用膜選用PE復(fù)合膜，NaCl截留率彡95%，操作溫度為20°C，工作壓力:進壓為lObar，出壓為3bar ；(3)步驟(2)獲得的濃縮液經(jīng)降膜蒸發(fā)器濃縮至有白色顆粒狀結(jié)晶出現(xiàn)后，將料液迅速抽入結(jié)晶器中，緩慢降溫結(jié)晶；其中，降膜蒸發(fā)器為三效降膜式蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度控制50°C，蒸發(fā)量lm3/h，蒸發(fā)濃縮臨界點判斷為少許有白色顆粒狀結(jié)晶出現(xiàn)；降溫結(jié)晶過程溫度下降速度1°C /min，最終結(jié)晶溫度20°C，恒溫結(jié)晶2h ；(4)結(jié)晶后的料液經(jīng)離心分離，獲得沉淀和一次提取母液，將沉淀用去離子水洗滌后，送入烘干室烘干后，獲得一次提取L-谷氨酰胺成品6.02Kg ;一次提取母液經(jīng)三效降膜蒸發(fā)器再次濃縮后，離心、洗滌、干燥，獲得二次提取成品2.13Kg ;重復(fù)二次提取步驟，獲得三次提取成品0.87Kg和末次母液；離心機采用自動卸料離心機；(5)末次母液與步驟(I)獲得的混合溶液合并得到飼料母液，然后添加玉米粉、豆渣和酒糟，邊添加邊攪拌至糊狀；最后通入蒸汽升溫至105°C，蒸餾約10分鐘；然后將蒸餾物烘干、粉碎后，添加硫酸鋅和復(fù)合菌，混合均勻，獲得粉狀營養(yǎng)飼料；復(fù)合菌由乳酸桿菌和酵母菌按照1:1的質(zhì)量比混合而成；其中，玉米粉、豆渣和酒糟分別占飼料母液質(zhì)量的5 %，2 %和I %，硫酸鋅和復(fù)合菌分別占飼料母液質(zhì)量的千分之一。上述L-谷氨酰胺產(chǎn)品經(jīng)檢測，一次提提取產(chǎn)品純度99.6%，二次提取產(chǎn)品純度91.3%，三次提取產(chǎn)品純度81.2% ;折純后制備L-谷氨酰胺9.02Kg,總體收率87.1%。三次提取的產(chǎn)品可進一步精制提高純度作為醫(yī)藥或食品用谷氨酰胺，亦可直接作為飼料級產(chǎn)品。二次提取的產(chǎn)品可進一步精制提高純度作為醫(yī)藥用谷氨酰胺，亦可直接作為食品級別級產(chǎn)品。經(jīng)檢測，該營養(yǎng)飼料蛋白含量45.1 %，無機礦物質(zhì)含量3.4%，L-谷氨酰胺含量
4.2%，其余為淀粉、糖類物質(zhì)及少量其他氨基酸。實施例2一種L-谷氨酰 胺發(fā)酵液全膜法提取工藝，其包括下述步驟:(I) L-谷氨酰胺發(fā)酵液150L (產(chǎn)酸87mg/ml)經(jīng)微濾膜過濾除菌，分別收集截留物和濾過液；然后將濾過液繼續(xù)進行超膜過濾，收集濃縮液和凈化液；將上述截留物和濃縮液合并為混合溶液備用；其中，微濾膜為無機陶瓷膜，截留分子量為20000MW，孔徑大小為10 μ m,微濾溫度為40°C，工作壓力:進壓為3bar，出壓為Ibar ;超濾膜為PP，截留分子量為3000MW，孔徑在lOOnm，微濾溫度為40°C，工作壓力:進壓為8bar，出壓為3bar ；(2)步驟(I)獲得的凈化液經(jīng)活性炭脫色后獲得無色透明的L-谷氨酰胺溶液，再次經(jīng)反滲透膜過濾濃縮獲得濃縮液；其中，反滲透膜過濾濃縮所用膜選用PVDF，NaCl截留率彡95%，操作溫度為45°C，工作壓力:進壓為20bar，出壓為5bar ；(3)步驟(2)獲得的濃縮液經(jīng)降膜蒸發(fā)器濃縮至有白色顆粒狀結(jié)晶出現(xiàn)后，將料液迅速抽入結(jié)晶器中，緩慢降溫結(jié)晶；其中，降膜蒸發(fā)器為三效降膜式蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度控制55°C，蒸發(fā)量2m3/h，蒸發(fā)濃縮臨界點判斷為少許有白色顆粒狀結(jié)晶出現(xiàn)；降溫結(jié)晶過程溫度下降速度1°C /min，最終結(jié)晶溫度25°C，恒溫結(jié)晶3h ；(4)結(jié)晶后的料液經(jīng)離心分離，獲得沉淀和一次提取母液，將沉淀用去離子水洗滌后，送入烘干室烘干后，獲得一次提取L-谷氨酰胺成品6.14Kg ;一次提取母液經(jīng)三效降膜蒸發(fā)器再次濃縮后，離心、洗滌、干燥，獲得二次提取成品2.05Kg ;重復(fù)二次提取步驟，獲得三次提取成品0.85Kg和末次母液；離心機采用自動卸料離心機；(5)末次母液與步驟(I)獲得的混合溶液合并得到飼料母液，然后添加玉米粉、豆渣和酒糟，邊添加邊攪拌至糊狀；最后通入蒸汽升溫至105°C，蒸餾約10分鐘；然后將蒸餾物烘干、粉碎后，添加硫酸鋅和復(fù)合菌，混合均勻，獲得粉狀營養(yǎng)飼料；復(fù)合菌由乳酸桿菌和酵母菌按照1:1的質(zhì)量比混合而成；其中，玉米粉、豆渣和酒糟分別占飼料母液質(zhì)量的5 %，2 %和I %，硫酸鋅和復(fù)合菌分別占飼料母液質(zhì)量的千分之一。
上述L-谷氨酰胺產(chǎn)品經(jīng)檢測，一次提提取產(chǎn)品純度99.7%，二次提取產(chǎn)品純度91.2%，三次提取產(chǎn)品純度81.5% ;折純后制備L-谷氨酰胺9.04Kg,總體收率87.1 %。三次提取的產(chǎn)品可進一步精制提高純度作為醫(yī)藥或食品用谷氨酰胺，亦可直接作為飼料級產(chǎn)品。二次提取的產(chǎn)品可進一步精制提高純度作為醫(yī)藥用谷氨酰胺，亦可直接作為食品級別級產(chǎn)品。經(jīng)檢測，該營養(yǎng)飼料蛋白含量45.3%，無機礦物質(zhì)含量3.5%，L-谷氨酰胺含量
4.1%，其余為淀粉、糖類物質(zhì)及少量其他氨基酸。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種L-谷氨酰胺發(fā)酵液全膜法提取工藝，其包括下述步驟: (1)L-谷氨酰胺發(fā)酵液經(jīng)微濾膜過濾除菌，分別收集截留物和濾過液；然后將濾過液繼續(xù)進行超膜過濾，收集濃縮液和凈化液；將上述截留物和濃縮液合并為混合溶液備用；其中，微濾膜為無機陶瓷膜，截留分子量為2000-20000MW，孔徑大小為1_10μπι，微濾溫度為20-40°C，工作壓力:進壓為3bar，出壓為Ibar ;超濾膜為PP、PES、PVDF中的一種，截留分子量為300-3000MW，孔徑在lO-lOOnm，微濾溫度為20_40°C，工作壓力:進壓為6_8bar，出壓為 l-3bar ； (2)步驟(I)獲得的凈化液經(jīng)活性炭脫色后獲得無色透明的L-谷氨酰胺溶液，再次經(jīng)反滲透膜過濾濃縮獲得濃縮液；其中，反滲透膜過濾濃縮所用膜選用PVDF、PES、PE復(fù)合膜中的一種，NaCl截留率彡95%，操作溫度為20-45°C，工作壓力:進壓為10_20bar，出壓為3_5bar ； (3)步驟(2)獲得的濃縮液經(jīng)降膜蒸發(fā)器濃縮至有白色顆粒狀結(jié)晶出現(xiàn)后，將料液迅速抽入結(jié)晶器中，緩慢降溫結(jié)晶；其中，降膜蒸發(fā)器為三效降膜式蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度控制50-55°C，蒸發(fā)量l_2m3/h，蒸發(fā)濃縮臨界點判斷為少許有白色顆粒狀結(jié)晶出現(xiàn)；降溫結(jié)晶過程溫度下降速度1°C /min，最終結(jié)晶溫度20-25°C，恒溫結(jié)晶2_3h ； (4)結(jié)晶后的料液經(jīng)離心分離，獲得沉淀和一次提取母液，將沉淀用去離子水洗滌后，送入烘干室烘干后，獲得一次提取L-谷氨酰胺成品；一次提取母液經(jīng)三效降膜蒸發(fā)器再次濃縮后，離心、洗滌、干燥，獲得二次提取L-谷氨酰胺成品；重復(fù)二次提取步驟，獲得三次提取L-谷氨酰胺成品和末次母液； (5)末次母液與步驟(I)獲得的混合溶液合并得到飼料母液，然后添加玉米粉、豆渣和酒糟，邊添加邊攪拌至糊狀；最后通入蒸汽升溫至105°C，蒸餾約10分鐘；然后將蒸餾物烘干、粉碎后，添加硫酸鋅和復(fù)合菌，混合均勻，獲得粉狀營養(yǎng)飼料；復(fù)合菌由乳酸桿菌和酵母菌按照1:1的質(zhì)量比混合而成；其中，玉米粉、豆渣和酒糟分別占飼料母液質(zhì)量的5%，2%和I %，硫酸鋅和復(fù) 合菌分別占飼料母液質(zhì)量的千分之一。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，微濾膜為無機陶瓷膜，截留分子量為10000麗，孔徑大小為5μπι，微濾溫度為20°C，工作壓力:進壓為3bar，出壓為Ibar ;超濾膜為PVDF，截留分子量為1000MW，孔徑在10nm，微濾溫度為20°C，工作壓力:進壓為6bar,出壓為lbar。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中采用的離心機為自動卸料離心機。
全文摘要
本發(fā)明屬于氨基酸生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，其具體涉及L-谷氨酰胺發(fā)酵液全膜法提取工藝。本發(fā)明采用多種膜逐次對發(fā)酵液進行過濾出去雜質(zhì)，膜過濾設(shè)備自動化程度高、可控性強、易于操作；減少了人為操作因素對料液質(zhì)量的影響；獲得的料液質(zhì)量穩(wěn)定，同時避免了此類物質(zhì)對L-谷氨酰胺提取產(chǎn)生負面影響及提取后廢液難以處理的問題；實現(xiàn)了L-谷氨酰胺提取過程綠色環(huán)保，幾乎無廢水外排，工藝水循環(huán)利用，料液組分充分利用；制備的一次L-谷氨酰胺成品純度可達98％以上，該工藝生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化簡便、可控性強、生產(chǎn)過程環(huán)保，經(jīng)濟效益可觀。
文檔編號C07C231/24GK103159643SQ201310078358
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者李德衡, 嚴紀文, 李樹標, 劉元濤, 劉建陽, 李玉成, 王玉杰 申請人:左英龍