一種從發(fā)酵液中提取谷氨酰胺的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從發(fā)酵液中提取谷氨酰胺的工藝方法，屬于藥用和保健用氨基酸制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]L-谷氨酰胺(Gin)是L-谷氨酸(Glu)的Y-羧基酰胺化物，是20種構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本氨基酸之一。它的化學(xué)分子式為H.NC0.CH2.CH2.C_2).C00H,分子量146.15，分解溫度184 — 185° C，等電點(diǎn)5.65，屬于中性氨基酸。近年來醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)表明谷氨酰胺是一種條件必需性氨基酸，在生物代謝中起著舉足輕重的作用，缺乏時將引發(fā)多種疾病。
[0003]發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酰胺的主要生產(chǎn)國是日本和韓國。據(jù)估算，現(xiàn)全世界谷氨酰胺的年產(chǎn)量己達(dá)4000噸左右，而且呈增長趨勢。發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酰胺技術(shù)研究在我國已有近二十年歷史，但目前由于還沒有成熟的下游分離技術(shù)，尚無一家企業(yè)釆用發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)谷氨酰胺。國內(nèi)外分離提取谷氨酰胺基本上都釆用陰陽雙柱離子交換法，只是在樹脂的選擇、陰陽離子柱的組合及具體操作方式上有所差別。1998年國內(nèi)報道(離子交換與吸附，1998，14 (2),97 - 103)，釆用雙柱法分步洗脫，實(shí)驗(yàn)室收率可達(dá)56.6%。九十年代初國外專利(Miyazawaet al.Method for purifying L-glutamine, Int.Cl.C07C227/00, United States Patent 4,966,994 Filed: July.11,1989 Date of Patent:Oct.30，1990.)通過發(fā)酵液粗結(jié)晶和離子交換相結(jié)合的工藝在實(shí)驗(yàn)室中收率達(dá)到70%以上。陰陽雙柱分離工藝由于交換樹脂用量龐大，洗脫和再生酸堿消耗太多，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，另外谷氨酰胺在強(qiáng)堿和強(qiáng)酸環(huán)境容易轉(zhuǎn)化成谷氨酸，導(dǎo)致收率很低；粗結(jié)晶工藝則耗能較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有離子交換法存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種收率和純度高、產(chǎn)品成本低、耗能低及環(huán)保的從發(fā)酵液中提取谷氨酰胺的工藝方法。
[0005]本發(fā)明提出的一種從發(fā)酵液中提取谷氨酰胺的工藝方法，其特征在于:所述工藝方法是先對谷氨酰胺發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，除去菌體和部分蛋白質(zhì)、色素及多糖，控制預(yù)處理后發(fā)酵液的PH值，通過電滲析設(shè)備去除其中的無機(jī)鹽，重新調(diào)節(jié)PH值料液，并通入處理好的OH型陰離子交換柱，雜質(zhì)與樹脂發(fā)生交換被吸附，谷氨酰胺流過離子交換柱得到分離，流出液先脫色、真空濃縮，然后等電結(jié)晶，粗晶體通過有機(jī)溶劑洗滌，干燥即可，其工藝步驟為:
絮凝和超濾耦合預(yù)處理發(fā)酵液:將谷氨酰胺發(fā)酵液調(diào)節(jié)至PH3.0-7.0,緩慢攪拌下向發(fā)酵液加入高分子絮凝劑，最終質(zhì)量濃度為500 — 1500ppm，然后快速攪拌，過濾除去固相，用去離子水洗滌固相，收集上清液和洗滌水，合并后超濾，超濾膜的截留分子量為5000—50000,透過液備用；
電滲析脫鹽:透過液調(diào)節(jié)PH4 — 7，進(jìn)入電滲析裝置脫鹽，控制操作電壓和電流，當(dāng)電流密度降到10-30mA/cm2時，停止電滲析，收集料液備用；
離子交換樹脂的處理:堿性離子交換樹脂按常規(guī)方法處理后裝柱，然后轉(zhuǎn)成OH型后備用；
離子交換除去雜質(zhì):將步騾(2)所得的料液調(diào)節(jié)pH4.0-6.0,并通入步驟(3)所處理好的離子交換柱，監(jiān)測流出液的PH值，確定料液開始和終止收集的時刻，確保谷氨酸和其它雜質(zhì)沒有穿透樹脂；
料液脫色:向上述流出液中加入活性炭，攪拌，過濾；
料液的真空濃縮:將脫色后的料液真空濃縮；
濃縮液結(jié)晶:調(diào)節(jié)脫色后的濃縮液PH值，降溫結(jié)晶，過濾，收集晶體；
初次結(jié)晶母液先按照步驟(6)進(jìn)行濃縮，然后按照步驟(7)進(jìn)行結(jié)晶，并將晶體與步驟(7)收集的晶體合并；
谷氨酰胺晶體洗滌:按照I 一 3倍的比例向粗晶體中加入有機(jī)溶劑，攪拌均勻后過濾，收集晶體；
谷氨酰胺晶體干燥:將步驟(9)所得晶體干燥，冷卻后即得谷氨酰胺成品。
[0006]在上述工藝方法中，所述的發(fā)酵液為谷氨酰胺發(fā)酵液，除去菌體、雜蛋白和殘?zhí)窍Σ罚劝滨０返暮宽毟哂?0g/l，谷氨酸含量須低于10g/l，硫酸銨和氯化銨總量60g/l，還有少量磷酸鹽其它鹽類:步驟(I)所述的發(fā)酵液的PH值是用無機(jī)酸如鹽酸、硫酸和磷酸，有機(jī)酸如乙酸、醋酸和乳酸中的任何一種調(diào)節(jié)的；步驟(I)所述的高分子絮凝劑為陰離子型、陽離子型、非離子型聚丙烯酰胺和殼聚糖中的任何一種；步驟(2)調(diào)節(jié)料液pH所用的酸為無機(jī)酸如鹽酸、硫酸和磷酸，有機(jī)酸如乙酸、醋酸和乳酸中的任何一種，所用的堿為氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉中的任何一種；步驟(3)所用的陰離子交換樹脂是D296、D261、D290、201X4、201X7、D301、D380、D314、D392中的任何一種；步驟(9)所述的有機(jī)溶劑為無水乙醇，95%的乙醇和甲醇，丙酮和丁酮中的任何一種。
[0007]由于本發(fā)明釆用了電滲析脫鹽和單根陰離子交換柱除谷氨酸等雜質(zhì)相耦合的工藝提取發(fā)酵液中谷氨酰胺，可以明顯減少交換樹脂的用量，有效地避免了谷氨酰胺在強(qiáng)堿和強(qiáng)酸環(huán)境中的轉(zhuǎn)化問題，大大地降低了生產(chǎn)成本，谷氨酰胺的總提取收率達(dá)到70%左右，而且產(chǎn)品質(zhì)量符合日本藥典。也使得工業(yè)上通過發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酰胺成為可能。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0009]實(shí)施例1:
谷氨酰胺發(fā)酵液的主要成分為:谷氨酰胺35g/l，谷氨酸8g/l，硫酸銨50g/l，氯化銨10g/l，其它無機(jī)鹽少量，pH6.7，發(fā)酵液體積5L。
[0010]5g陽離子型聚丙烯酰胺作絮凝劑，緩慢攪拌下加入到發(fā)酵液中，然后快速攪拌10分鐘，靜置30分鐘，過濾。用500ml去離子水清洗固相。將上清液與洗滌水合并后通過管式膜組件進(jìn)行超濾，超濾膜截留分子量為6000。用2M硫酸調(diào)節(jié)發(fā)酵液PH為6，進(jìn)行電滲析，電滲析器由兩個陽膜和一個陰膜組成。在此過程中用2M硫酸和2M氫氧化鈉控制發(fā)酵液pH穩(wěn)定在6左右，控制溫度30° C左右。當(dāng)電流降低到20mA/cm2時，停止電滲析。然后以上述酸堿調(diào)節(jié)pH為5.0,以3BV/小