赖氨酸的生产、提取以及纯化工艺制造技术

本发明专利技术属于发酵技术领域，公开了赖氨酸的生产、提取以及纯化工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备种子液；步骤2）制备发酵培养基；步骤3）发酵生产赖氨酸；步骤4）提取和纯化。本发明专利技术工艺成本低廉，赖氨酸产量和纯度高。

【技术实现步骤摘要】
赖氨酸的生产、提取以及纯化工艺
本专利技术属于氨基酸发酵
，具体涉及赖氨酸的生产、提取以及纯化工艺。
技术介绍
赖氨酸是人体需要的一种氨基酸，一种不可缺少的营养物质。蛋白质是构成人体细胞的主要成份，食物中的蛋白质进入人体后经过消化先分解成氨基酸，然后人体又利用这些氨基酸再合成新的人体蛋白质，如免疫抗体、消化酶、血浆蛋白、生长激素等都是合成后的人体蛋白质。在合成蛋白质的各种氨基酸中，L-赖氨酸是最重要的一种，缺少赖氨酸，其它氨基酸就受到限制或得不到利用，科学家称它为人体第一必需氨基酸。科学家还发现，L-赖氨酸是控制人体生长的重要物质抑长素中最重要的也是最必需的成份，对人的中枢神经和周围神经系统都起着重要作用。人体不能自身合成L-赖氨酸，必须从食物中吸取赖氨酸是帮助其它营养物质被人体充分吸收和利用的关键物质，人体只有补充了足够的L-赖氨酸才能提高食物蛋白质的吸收和利用，达到均衡营养，促进生长发育。其作用主要有：提高智力、促进生长、增强体质；增进食欲、改善营养不良状况；改善失眠，提高记忆力；帮助产生抗体、激素和酶，提高免疫力、增加血色素；帮助钙的吸收，治疗防止骨质疏松症；降低血中甘油三酯的水平，预防心脑血管疾病的产生。目前生产赖氨酸的方法主要有发酵法和酶法。其中，发酵法是最广泛的生产方法，发酵法生产赖氨酸的主要微生物有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等。工业生产中最高产酸率已提高到每升发酵液100g以上，提取率达到80～90%左右。但是培养基的成本制约着企业的发展，原料成本高，企业的利润相应会降低。申请人前期的研究成果“CN2018103846072，一种赖氨酸发酵培养基”，其包括玉米皮处理物，玉米浆，磷酸二氢钾，磷酸氢二钾，七水硫酸亚铁，七水硫酸镁，乙酸钙，甘露醇，生物素，维生素，水。该方法以玉米皮为主要原料进行处理，产酸率高，降低了发酵培养基成本；但是仍然需要添加其他组分，包括玉米浆等。在现有的提取纯化赖氨酸的工艺中，调节赖氨酸清液的pH时，需要消耗大量的硫酸，用氨水洗脱时又要消耗大量的液氨，对树脂进行水洗涤的时候又会产生大量的废水，增加了环保的负担，并造成了资源的浪费，而且在分离过程中会造成树脂破碎流失，对分离设备性能要求高。此工艺路线长，原辅料消耗大，成本高，制约了赖氨酸行业的发展。
技术实现思路
在申请人之前的研究“一种发酵制备赖氨酸的工艺”的基础上，本专利技术继续对赖氨酸进行了提取和纯化。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案来实现的：赖氨酸的生产、提取以及纯化工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备种子液；步骤2）制备发酵培养基；步骤3）发酵生产赖氨酸；步骤4）提取和纯化。进一步地，所述步骤1）制备种子液，包括如下步骤：将产赖氨酸菌株接入种子培养基中，培养至密度为3-5×108cfu/mL的种子液；所述种子培养基的组分为：葡萄糖80g/L，酵母膏30g/L，玉米浆10g/L，磷酸二氢钾2g/L，磷酸氢二钾2g/L，七水硫酸亚铁0.2g/L，七水硫酸镁0.2g/L，生物素10mg/L，维生素B12mg/L。进一步地，所述步骤2）制备发酵培养基，包括如下步骤：（1）将小麦秸秆破碎，然后与麦麸按照2：3的质量比混合，再粉碎至粒径为50目，然后添加到4-5倍重量的水中，以200rpm的搅拌速度边搅拌边升温至60℃，保温条件下，超声处理20-30min，超声功率为500W，然后121℃蒸汽处理10min，自然冷却至室温，即得复合物；（2）将绿色木霉种子液和地衣芽孢杆菌种子液按照1-2:2-3的体积比混合，得到混合接种液，将混合接种液按照6-8%（占步骤1）所得复合物的体积比）的接种量接入到含有步骤1）所得复合物的发酵罐中进行培养，温度为30℃，培养时间为72-96h，得到培养液；（3）超声处理培养液，超声时间为30-60min，超声功率为500W，再调整温度为55℃，加硫酸调整pH为6，分别加入溶菌酶和酸性蛋白酶，溶菌酶的添加量为2万U：1L溶液，酸性蛋白酶的添加量为1万U：1L溶液，保温条件下，酶解12-24小时，然后通过过滤网进行过滤，过滤网孔径为5-10微米，去除絮状物，收集滤过液，然后100℃灭酶5min，自然冷却至室温，再添加相同体积的水、适量乙酸钙和甘露醇，搅拌均匀，121℃蒸汽处理5min，自然冷却至室温，即得发酵培养基。进一步地，所述步骤3）发酵生产赖氨酸，包括如下步骤：将种子液按照5-10％的接种量接种至含有发酵培养基的发酵罐中，进行好氧发酵，发酵温度为32-35℃，罐压为0.05MPa，发酵48-60小时得到发酵液。进一步地，所述步骤4）提取和纯化，包括如下步骤：往发酵液中加盐酸调pH至5.5，利用碟片离心机进行固液分离，收集液体，泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加占液体质量0.5-0.8%的活性炭，脱色30min，然后离心去除活性炭，收集上清液，再添加盐酸调pH至4.9，进入浓缩结晶器中蒸发浓缩，控制温度40℃、真空度为-0.09Mpa，待蒸发浓缩至原体积的三分之一到四分之一时，进行离心分离，收集湿晶体，烘干即得。优选地，所述绿色木霉种子液的制备方法为：将绿色木霉划线接种在PDA培养基上培养，得到单菌落；挑取单菌落接种到PDA液体培养基进行培养，得到绿色木霉种子液。优选地，所述地衣芽孢杆菌种子液的制备方法为：将地衣芽孢杆菌接种到LB固体培养基上培养，得到单菌落；挑取单菌落接种到LB液体培养基上进行培养，得到地衣芽孢杆菌种子液。优选地，所述乙酸钙的添加量为100-200mg/L优选地，所述甘露醇的添加量为50-100mg/L。本专利技术实施方式中具体使用的菌株为谷氨酸棒状杆菌ATCC14997，绿色木霉ATCC9275，地衣芽孢杆菌ATCC12759；也可以使用同一种属中功能类似的其他菌株。本专利技术菌株种子液还可以按照现有技术记载的其他培养方式来制备，只需达到合适的接种浓度即可。与现有技术相比，本专利技术制备的培养基的优点主要包括以下几个方面：本专利技术提取纯化工艺简单，不采用树脂，成本较低，而且废水产生量低；本专利技术通过对小麦秸秆和麦麸进行加热浸泡和超声处理，利用的超声波的空化作用，产生局部高压高温进行冲击，有助于纤维、蛋白以及碳水化合物的分离，更容易被菌株利用；绿色木霉可以产生纤维素酶，地衣芽孢杆菌可以产生蛋白酶和淀粉酶，本专利技术采用绿色木霉和地衣芽孢杆菌联合对小麦秸秆和麦麸处理物进行发酵酶解处理，然后酶解菌体，得到含有糖类化合物、菌体蛋白、多肽以及无机矿物质的培养基，供大肠杆菌使用，提高了发酵效率，并且利用了农业废弃物，降低了成本。本专利技术利用的超声波的空化作用，产生局部高压高温，对菌体细胞进行冲击，导致细胞变形和破裂，辅助溶菌酶进行破壁溶解，并且采用酸性蛋白酶进行辅助，提高了菌体蛋白的酶解效率。乙酸钙在细胞内部参与了乙酰辅酶A的合成，能够参与到三羧酸循环中，从而增加了细胞的代谢强度，适量的乙酸钙能促进棒杆菌菌体细胞生长，从而促进赖氨酸的发酵；甘露醇能够维持渗透压，同时防止细胞水分的流出和盐分的入侵，提高细胞对缺水，高温，高盐和高渗环境的耐受力，稳定酶活性和生物大分子的功能，菌体能够吸收培养基中的甘露醇来抵抗高渗透的压力，在赖氨酸发酵过程中，适量甘露醇的添加能够起到加快菌种生长速率，耗糖速率和产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.赖氨酸的生产、提取以及纯化工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备种子液；步骤2）制备发酵培养基；步骤3）发酵生产赖氨酸；步骤4）提取和纯化。

【技术特征摘要】
1.赖氨酸的生产、提取以及纯化工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备种子液；步骤2）制备发酵培养基；步骤3）发酵生产赖氨酸；步骤4）提取和纯化。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤1）制备种子液，包括如下步骤：将产赖氨酸菌株接入种子培养基中，培养至密度为（3-5）×108cfu/mL的种子液；所述种子培养基的组分为：葡萄糖80g/L，酵母膏30g/L，玉米浆10g/L，磷酸二氢钾2g/L，磷酸氢二钾2g/L，七水硫酸亚铁0.2g/L，七水硫酸镁0.2g/L，生物素10mg/L，维生素B12mg/L。3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述步骤2）制备发酵培养基，包括如下步骤：（1）将小麦秸秆破碎，然后与麦麸按照2：3的质量比混合，再粉碎至粒径为50目，然后添加到4-5倍重量的水中，以200rpm的搅拌速度边搅拌边升温至60℃，保温条件下，超声处理20-30min，超声功率为500W，然后121℃蒸汽处理10min，自然冷却至室温，即得复合物；（2）将绿色木霉种子液和地衣芽孢杆菌种子液按照1-2:2-3的体积比混合，得到混合接种液，将混合接种液按照6-8%的接种量接入到步骤（1）所得复合物中进行培养，温度为30℃，培养时间为72-96h，得到培养液；（3）超声处理培养液，超声时间为30-60min，超声功率为500W，再调整温度为55℃，加硫酸调整pH为6，分别加入溶菌酶和酸性蛋白酶，溶菌酶的添加量为2万U：1L溶液，酸性蛋白酶的添加量为1万U：1L溶液，保温条件下，酶解12-24小时，然后过滤，收集滤过液，100℃灭酶5min，自然冷却至室温，再添加相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，唐永强，汲广习，聂庆胜，董力青，邱庆志，李航，王铮，张丽微，姚志强，
申请(专利权)人：齐齐哈尔龙江阜丰生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23