專利名稱：一種利用有機(jī)膜分離提取發(fā)酵液中l(wèi)-色氨酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及L-色氨酸的提取方法，具體涉及一種利用有機(jī)膜分離提取發(fā)酵液中 L-色氨酸的方法。
背景技術(shù)：
L-色氨酸學(xué)名β -吲哚基丙氨酸，化學(xué)名L-2-氨基-3-吲哚基丙酸，別名L-胰 化蛋白氨基酸，1^氨基吲哚丙酸，分子式(11!11202擬，相對分子質(zhì)量204.21。L-色氨酸 (L-Tryptophan)是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸。L-色氨酸是人體和動物生命活動中 八種必需的氨基酸之一，它以游離態(tài)或結(jié)合態(tài)存在于生物體之中。對人和動物的生長發(fā)育、 新陳代謝起著重要的作用，被稱為第二必需氨基酸，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和飼料等方面。
目前，L-色氨酸生產(chǎn)主要以發(fā)酵法生產(chǎn)為主，以微生物直接發(fā)酵法生產(chǎn)L-色氨 酸，在國外已形成一定規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)能力。該法具有原料成本低，來源廣泛，產(chǎn)品純度高， 反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，易于工業(yè)化生產(chǎn)。近年來，L-色氨酸作為必需氨基酸，價(jià)格一直較高， L-色氨酸更希望有廉價(jià)高效的生產(chǎn)及提取方法，以便推進(jìn)L-色氨酸的應(yīng)用。和其他生物工 程產(chǎn)品一樣，色氨酸工業(yè)生產(chǎn)也常常會受到生產(chǎn)成本的制約，而在生產(chǎn)成本的構(gòu)成中，分離 提取等下游工程的成本占有相當(dāng)?shù)谋壤Ｒ虼?，研究L-色氨酸提取方法具有重要的理論意 義和實(shí)用價(jià)值。
微生物發(fā)酵液中往往存在著大量的菌體、雜蛋白和膠體顆粒等物質(zhì)，這些物質(zhì)的 存在使產(chǎn)物收率和結(jié)晶質(zhì)量下降。因此，在進(jìn)行分離前必須先將其除去。傳統(tǒng)的方式是先 將發(fā)酵液進(jìn)行絮凝或離心去除菌體，然后通過離子交換及活性炭脫色，進(jìn)而以蒸發(fā)和等電 結(jié)晶步驟獲得產(chǎn)品。在此過程中由于離子交換法使用大量的氨水進(jìn)行洗脫，致使廢水中大 量NH3-N的產(chǎn)生，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
膜分離技術(shù)是近年來發(fā)展較快的一門新興高效分離技術(shù)。目前膜分離技術(shù)以其在 常溫下操作無相態(tài)變化、分離精度高、選擇性強(qiáng)、污染小等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代絮凝法、離心法成 為分離提取發(fā)酵液中產(chǎn)物的主要方法。目前經(jīng)常使用的膜過濾方法為有機(jī)膜過濾、無機(jī)膜 過濾和金屬膜過濾。L-色氨酸作為典型的發(fā)酵產(chǎn)品，其發(fā)酵液中亦存在菌絲體、蛋白質(zhì)(包 括可溶性蛋白)和懸浮的固體顆粒。利用金屬超濾膜分離系統(tǒng)可有效除雜，簡化生產(chǎn)工藝 流程，降低生產(chǎn)成本。
針對目前色氨酸發(fā)酵液中大分子蛋白含量高、目的產(chǎn)物濃度大的料液特性，本發(fā) 明采用有機(jī)微濾-超濾膜分離系統(tǒng)錯(cuò)流過濾去除發(fā)酵液中的菌體、大部分蛋白和部分色 素，具有以下特點(diǎn)(1)有機(jī)膜微濾和超濾膜組件材質(zhì)相同，降低物料性質(zhì)的改變對膜過濾 性能的影響，適用性強(qiáng)，有利于行業(yè)推廣；與膜套件全部采用脹焊連接，杜絕滲漏的可能； (2)力學(xué)強(qiáng)度高；C3)耐酸堿，不易水解；(4)耐污染清洗容易；( 設(shè)備系統(tǒng)占地面積小。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是解決現(xiàn)有分離提取方法提取L-色氨酸存在的分離成本高和蛋白去除率低的問題，提供一種利用有機(jī)膜分離技術(shù)從發(fā)酵液中分離提取L-色氨酸的方法。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種利用有機(jī)膜分離技術(shù)分離提取L-色氨酸的方法，其特征在于具體包括以下 步驟
(1)將L-色氨酸發(fā)酵液的活菌滅活后，調(diào)節(jié)pH值至6. 0-7. 0，然后進(jìn)入有機(jī)微 濾-超濾膜分離系統(tǒng)進(jìn)行膜過濾，發(fā)酵液先進(jìn)入微濾-超濾系統(tǒng)料罐進(jìn)行微濾，微濾后的濾 液加至儲料罐進(jìn)行超濾，得到澄清的L-色氨酸發(fā)酵液；
(2)將步驟(1)超濾后的L-色氨酸發(fā)酵液的PH值調(diào)節(jié)至4.0 6.0，然后加入活 性炭進(jìn)行脫色，其中，每IOOml發(fā)酵液中活性炭的加入量為0. 5g-2g，脫色溫度為15_80°C， 脫色溫度為15-80°C ；
(3)將步驟⑵脫色后的L-色氨酸發(fā)酵液進(jìn)行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的 20% 50%，至有結(jié)晶析出時(shí)停止蒸發(fā)；
(4)將步驟(3)濃縮液的pH值調(diào)至3. 0-6.0，讓其自然結(jié)晶，結(jié)晶結(jié)束后，將析出 的晶體過濾、洗滌得到L-色氨酸晶體和母液；
(5)將步驟(4)所得的晶體溶于蒸餾水中，得到濃度為10 20% L-色氨酸水溶 液，再加入等體積的95%的乙醇溶液，攪拌均勻后，養(yǎng)晶0-20h制得L-色氨酸晶體；
(6)上述步驟(4)中得到的母液重復(fù)步驟O)、(3)、0)，得到L-色氨酸晶體和二 次母液，所得晶體重復(fù)步驟( 處理，得精制L-色氨酸結(jié)晶；二次母液與膜過濾后的發(fā)酵液 混合循環(huán)使用。
所述的利用有機(jī)膜分離技術(shù)分離提取L-色氨酸的方法，其特征在于步驟⑴所 述的有機(jī)微濾-超濾膜分離系統(tǒng)中所述的膜系統(tǒng)由雙酚型聚砜為填料的316不銹鋼套件卷 式微濾及超濾有機(jī)膜組成微濾膜孔徑0. 15um-0. 2um，通道內(nèi)徑7mm，外徑10mm，有效過濾 面積0. 2m2，多通道，通道間隙1. 2mm,膜管長度IOOOmm ；超濾膜孔經(jīng)50nm-70nm，截留分子量 1000-5000MW,通道內(nèi)徑4mm，外徑30mm，有效過濾面積2. Im2,多通道，通道間隙1. 2mm,膜管 長度IOOOmm ；最高操作溫度45°C，pH范圍1_14，操作壓力0. 3-2. 5Mpa。
所述的利用有機(jī)膜分離技術(shù)分離提取L-色氨酸的方法，其特征在于所述步驟 (2)、(4)的 PH 值調(diào)節(jié)至 5. 0-6. 0。
與現(xiàn)有工藝相比，本發(fā)明的方法具有以下特點(diǎn)
1、本發(fā)明采用有機(jī)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(jī)壓濾 等方法，降低了維修費(fèi)用，降低了工人的勞動強(qiáng)度，除去菌體徹底，過濾液澄清透明，同時(shí)較 金屬膜過濾方式減少了設(shè)備投入費(fèi)用；
2、本發(fā)明解決了一步法超濾過程中膜通量低的難題，將有機(jī)膜過濾引入發(fā)酵法生 產(chǎn)L-色氨酸分離提取領(lǐng)域，使其應(yīng)用領(lǐng)域得到拓展。
3、本發(fā)明采用的有機(jī)膜使用壽命長，占地面積小，耐高溫、耐酸堿、易于清洗且裝 置維護(hù)方便；
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、主要污染物COD和NH3-N排放少、產(chǎn)品收率 高、質(zhì)量好等特點(diǎn)；
5、本發(fā)明精制后的L-色氨酸產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，經(jīng)醇析結(jié)晶得到的L-色氨酸產(chǎn) 品經(jīng)氨基酸分析儀分析測定純度達(dá)98. 5%以上。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
a、取L-色氨酸發(fā)酵液100L調(diào)節(jié)pH6. 5左右，進(jìn)入微濾-超濾系統(tǒng)料罐(膜組 件均為有機(jī)膜，微濾膜孔經(jīng)0. 15um-0. 2um,超濾膜孔經(jīng)50nm-70nm)，控制過濾溫度在50°C 以下，啟動微濾設(shè)備，調(diào)節(jié)膜進(jìn)出口壓差為0. 8-0. 9MPa，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(jìn)出膜壓差明顯降低時(shí)，放出微濾濾液。清 液L-色氨酸回收率達(dá)93.5%，蛋白去除率78.2%，色素去除率達(dá)17.5%，膜通量達(dá)到 62L · (m2 · hr1。清液加至儲料罐進(jìn)行超濾，進(jìn)出膜壓差為1. OMPa,當(dāng)進(jìn)出膜壓差明顯降低 時(shí)，補(bǔ)入適量去離子水，過濾完后得到L-色氨酸濾液115L，膜通量、色素去除率、蛋白去除 率及產(chǎn)品回收率可達(dá)45L · (m2 · h)人58. 5%,96. 3%和97. 4%
b、將a得到澄清的L-色氨酸發(fā)酵液調(diào)整pH為6.0，加入活性炭進(jìn)行脫色，每IOOml 的發(fā)酵液體積里加入的活性炭為1. 0g，脫色溫度為60°C，脫色時(shí)間30min ；使用752分光光 度計(jì)于560nm下測透光達(dá)90%以上；
c、將b步脫色后的L-色氨酸發(fā)酵液進(jìn)行減壓蒸發(fā)濃縮，濃縮至原液的50%左右， 至有結(jié)晶析出時(shí)停止蒸發(fā)；
d、濃縮液調(diào)pH為6. 0，攪拌轉(zhuǎn)速為65rpm，結(jié)晶證，過濾、洗滌得到L-色氨酸晶體 和母液；
e、將d步所得晶體加熱溶于一定蒸餾水中，使L-色氨酸濃度達(dá)到20%，加入等 體積95%乙醇，攪拌轉(zhuǎn)速為50rpm，養(yǎng)晶12h，可得精制L-色氨酸結(jié)晶，L-色氨酸總收率為 65. 3%。
實(shí)施例2
不同進(jìn)出膜壓力下L-色氨酸發(fā)酵液有機(jī)膜微濾
直接應(yīng)用超濾膜分離效果不理想，可應(yīng)用系統(tǒng)微濾膜進(jìn)行預(yù)過濾，以確保后道超 濾工序的順利進(jìn)行。有機(jī)膜耐壓強(qiáng)度有限(本套小試設(shè)備，最大耐壓2. 5MPa)，因此在保證 過濾效果的情況下，盡量加大壓力及壓差，減少膜表面污染層的厚度。當(dāng)壓力和壓差都很低 時(shí)，膜通量大幅度降低，過濾時(shí)間大大增加，過濾效率降低，同時(shí)此工序的過濾效果將直接 影響超濾工序的過濾效果。不同操作條件下進(jìn)出膜壓力對頭道微濾工序的影響，結(jié)果如表 2所示
表2不同壓力及壓差下L-色氨酸發(fā)酵液微濾結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種利用有機(jī)膜分離技術(shù)分離提取L-色氨酸的方法，其特征在于具體包括以下步驟(1)將L-色氨酸發(fā)酵液的活菌滅活后，調(diào)節(jié)PH值至6.0-7. 0,然后進(jìn)入有機(jī)微濾-超 濾膜分離系統(tǒng)進(jìn)行膜過濾，發(fā)酵液先進(jìn)入微濾-超濾系統(tǒng)料罐進(jìn)行微濾，微濾后的濾液加 至儲料罐進(jìn)行超濾，得到澄清的L-色氨酸發(fā)酵液；(2)將步驟(1)超濾后的L-色氨酸發(fā)酵液的pH值調(diào)節(jié)至4.0 6.0，然后加入活性炭 進(jìn)行脫色，其中，每IOOml發(fā)酵液中活性炭的加入量為0. 5g-2g，脫色溫度為15_80°C ；(3)將步驟( 脫色后的L-色氨酸發(fā)酵液進(jìn)行減壓蒸發(fā)，濃縮體積至原液的20% 50%，至有結(jié)晶析出時(shí)停止蒸發(fā)；(4)將步驟(3)濃縮液的pH值調(diào)至3.0-6.0，讓其自然結(jié)晶，結(jié)晶結(jié)束后，將析出的晶 體過濾、洗滌得到L-色氨酸晶體和母液；(5)將步驟(4)所得的晶體溶于蒸餾水中，得到濃度為10 20%L-色氨酸水溶液，再 加入等體積的95%的乙醇溶液，攪拌均勻，養(yǎng)晶0-20h，可得精制L-色氨酸結(jié)晶；(6)上述步驟中得到的母液重復(fù)步驟O)、(3)、0)，得到L-色氨酸晶體和二次母 液，所得晶體重復(fù)步驟( 處理，得精制L-色氨酸結(jié)晶，二次母液與膜過濾后的發(fā)酵液混合 循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用有機(jī)膜分離技術(shù)分離提取L-色氨酸的方法，其特征 在于步驟(1)所述的有機(jī)微濾-超濾膜分離系統(tǒng)中所述的膜系統(tǒng)由雙酚型聚砜為填 料的316不銹鋼套件卷式微濾及超濾有機(jī)膜組成微濾膜孔徑0. 15um-0. 2um，通道內(nèi)徑 7mm，外徑10mm，有效過濾面積0. 2m2，多通道，通道間隙1. 2mm，膜管長度IOOOmm ；超濾膜孔 經(jīng)50nm-70nm，截留分子量1000-5000MW，通道內(nèi)徑4mm，外徑30mm，有效過濾面積2. Im2, 多通道，通道間隙1.2mm，膜管長度1000mm;最高操作溫度45°C，pH范圍1-14，操作壓力 0. 3-2. 5Mpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用有機(jī)膜分離技術(shù)分離提取L-色氨酸的方法，其特征在于所述步驟(2)、(4)的PH值調(diào)節(jié)至5. 0-6. 0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用有機(jī)膜分離技術(shù)分離提取L-色氨酸的方法，先將發(fā)酵液的pH調(diào)節(jié)到一定值后，讓發(fā)酵液進(jìn)入微濾-超濾系統(tǒng)料罐進(jìn)行膜過濾，膜過濾后的澄清發(fā)酵液，再次調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，進(jìn)行濃縮結(jié)晶，醇結(jié)晶，可得精制L-色氨酸結(jié)晶體。本發(fā)明方法操作簡單，條件溫和，產(chǎn)品純度高，成本低，污染小。
文檔編號C07D209/20GK102030698SQ201010560069
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者孫杰 申請人:安徽虹光企業(yè)投資集團(tuán)有限公司