从发酵液中提取L-色氨酸的新方法技术

本发明专利技术公开了一种利用直接发酵法生产Ｌ－色氨酸的离子交换提取工艺。该方法包括采用不锈钢管式膜分离系统过滤发酵液，应用离子交换法提取Ｌ－色氨酸以及产品的浓缩和结晶。本发明专利技术采用金属膜过滤菌体，改变了常规发酵液处理采用的离心、压滤机压滤等方法，降低了维修费用，降低了工人的劳动强度，除去菌体彻底，节省操作时间；且金属膜使用寿命长，耐高温、耐酸碱、易于清洗且装置维护方便。该方法可以大大提高Ｌ－色氨酸的提取收率，提取总收率为６３．４％，精制产品纯度达９８％以上。

【技术实现步骤摘要】
从发酵液中提取L-色氨酸的新方法
本专利技术属于生化工程领域，涉及一种从发酵液中提取 L-色氨酸的方法。
技术介绍
L-色氨酸学名(3-吲哚基丙氨酸，化学名L-2-氨基-3-吲 哚基丙酸，别名L-胰化蛋白氨基酸、L-氨基吲哚丙酸，分子式 C11H1202N2，相对分子质量204.21。 L-色氨酸是人体和动物生命活 动中八种必需的氨基酸之一，以游离态或结合态存在于生物体中。世 界市场L-色氨酸年需求量约为120万吨以上，而目前全世界只有一 千多吨的生产能力，且主要集中在日本、美国等少数国家，仅日本 1989年的销售额就达到25亿日元，因而L-色氨酸的市场前景巨大。 目前具有L-色氨酸生产能力的只有日、德、美等少数发达国家，我国因技术水平限制尚未进行工业化生产，市场全部依赖进口。L-色氨酸的生产最早主要依靠蛋白质水解法和化学合成法，但是随着对微生物法生产L-色氨酸研究的不断深入，微生物法已经走向实用并且处于主导地位。微生物法大体上可以分为直接发酵法、微生物转化法和酶法。以微生物直接发酵法生产L-色氨酸，在国外已形成一定规模的工业生产能力。该法具有原料成本低，来源广泛，产品纯度高，反应条件温和等优点，具有工业化生产的潜力。近年来，L-色氨酸作为必需氨基酸，在输液、健康食品、饲料 添加剂等方面应用日益广泛，随着蛋氨酸、赖氨酸的大量应用，价格 一直较高的L-色氨酸更希望有廉价高效的生产及提取方法，以便推 进L-色氨酸的应用。和其他生物工程产品一样，色氨酸工业生产也常常会受到生产成本的制约，而在生产成本的构成中，分离提取等下游工程的成本占有相当的比例。因此，研究L-色氨酸的提取方法具 有重要的理论意义和实用价值。要真正实现发酵法生产L-色氨酸的工业化，就必须对发酵液中 L-色氨酸的提取工艺进行研究。国内外多采用沉淀法提取L-色氨酸， 且已有相关专利报道。本专利技术采用金属膜过滤发酵液，然后用离子交 换法分离提取发酵液中L-色氨酸。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有发酵法生产L-色氨酸的提取 收率低，无法实现产业化生产的问题，提供从发酵液中提取L-色氨 酸的方法。一种从发酵液中提取L-色氨酸的工艺，包括采用金属膜过滤 除菌体和蛋白，滤液通过离子交换法提取L-色氨酸，离子交换过程 中的上柱料液的pH范围1~14，操作温度为0~40°C，流速为1 ~6倍 床体积/h。对离子交换洗脱液进行等点结晶，操作温度为0 2(TC。结 晶后的母液用离子交换树脂浓縮回流至等点液中。等点后粗结晶用去 离子水溶解，加入一倍体积50% 95%乙醇，冷藏过夜，进行重结晶， 烘干后得L-色氨酸结晶。金属膜采用不锈钢管式膜分离系统，其孔径为50nm 100nm，截 留分子量2000 50000MW， pH范围1 14，操作温度为0~40°C，操 作压差为0.2 1.0MPa。洗脱液为0.1~lmd/L氨水，氯化铵溶液，硫酸铵溶液，醋酸铵 溶液，乙醇溶液。离子交换树脂采用强酸型阳离子交换树脂D061、 D001-CC、 732、 HD-8、 JK006、 HZ014;离子交换柱釆用串联方式。金属膜过滤除菌体和蛋白前，发酵液进行预处理，用碱将发酵液pH调至9 12，搅拌并加热到80°C，加入发酵液0.1%~0.5%硅藻土 后注入不锈钢管式膜分离系统，操作温度控制在50~60°C ，进膜压力 与出膜压力差0.3~0.8kg/cm2，滤速控制在200 300ml/min。本专利技术的优点和积极效果本专利技术利用金属膜过滤法预处理发酵 液，并以离子交换法提取L-色氨酸，可以大大提高L-色氨酸的收率， 縮短操作周期。产品纯度可达98%以上，提取率63.4%。本专利技术采用金属膜过滤菌体，改变了常规发酵液处理采用的离 心、压滤机压滤等方法，降低了维修费用，降低了工人的劳动强度， 除去菌体彻底，节省操作时间；且金属膜使用寿命长，耐高温、耐酸 碱、易于清洗且装置维护方便。利用金属膜过滤预处理可以快速有效地除去发酵液中的菌体、杂 蛋白和色素等，有利于L-色氨酸的离子交换吸附。另外离子交换法 可以进一步起到脱色作用，去除滤液的色素，从而省略采用活性炭等 的脱色操作，縮短了操作周期。提取工艺流程l见说明书附图。具体实施方式实施例l:膜过滤法除蛋白和色素用硫酸将L-色氨酸发酵液pH调至3，搅拌并8(TC水浴加热 10min，加入0.1%硅藻土，将发酵液倒入金属膜过滤器，控制温度50 °C 60°C，进膜压力与出膜压力差0.7kg/cm2,当进出膜压差明显降 低时，补入适量去离子水，滤速控制在200 300ml/mb。蛋白和色素 去除率分别为94.5%和50.0%。 L-色氨酸损失率为3.2%。实施例2:离子交换树脂的筛选对于离子交换法提取发酵液中的L-色氨酸，交换容量是衡量离子 交换树脂好坏的最重要的指标。实验选用了6种强酸性阳离子交换树 脂D061、 D001-CC、 732、 HD-8、 JK006、 HZ014进行静态实验，测 定各种树脂对L-色氨酸的静态吸附量Q，结果如表l所示。表l不同型号树脂对L-色氨酸的静态吸附量<table>table see original document page 6</column></row><table>由表1可知，树脂732、 HD-8、 JK006、 HZ014四种树脂吸附量 较大。实施例3:离子交换法提取L-色氨酸将处理成H型的JK006树脂装入直径2.5cm的离子交换柱中， 装柱高16cm，操作温度为室温，滤液或等点结晶后的母液上柱速度 为lBV/h，上柱量为两倍床体积。上柱后，用l倍体积水洗涤树脂， 流速为lBV/h，将洗涤液收集准备再次上柱。用lmol/L氨水lBV/h 洗脱，收集2 7倍树脂体积的分离液。离子交换法提取收率为卯.7%。实施例4: L-色氨酸等点结晶将离子交换洗脱液先减压浓縮将部分水蒸发，得到一定浓度的色 氨酸溶液，再将过饱和溶液冷却，在溶液中加入30%的的乙醇溶液， 用浓硫酸缓慢调节pH至6.5，温度4"C，添加0.1%的晶种，然后将 pH调至5.88， 4r等点结晶24h。等点结晶收率为91.8%。实施例5: L-色氨酸精制用一定量的去离子水溶解粗结晶，再加入等体积的95%乙醇，冷6藏过夜，过滤晶体，烘干后得L-色氨酸结晶，纯度可达98%以上，精 制收率为93.6%。权利要求1、一种从发酵液中提取L-色氨酸的工艺，包括采用金属膜过滤除菌体和蛋白，滤液通过阳离子交换法提取L-色氨酸，离子交换过程中的上柱料液的pH范围1～14，操作温度为0～40℃，流速为1～6倍床体积/h。对离子交换洗脱液进行等点结晶，操作温度为0～20℃。结晶后的母液用离子交换树脂浓缩回流至等点液中。等点后粗结晶用去离子水溶解，加入一倍体积50％～95％乙醇，冷藏过夜，进行重结晶，烘干后得L-色氨酸结晶。2、 根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于金属膜采用不锈钢管式膜 分离系统，其孔径为50nm 100nm，截留分子量2000~50000MW， pH范围 1~14，操作温度为0 40。C，操作压差为0.2 1.0MPa。3、 根据权利要1所述的生产工艺，其特征在于洗脱液为0.1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从发酵液中提取Ｌ－色氨酸的工艺，包括：采用金属膜过滤除菌体和蛋白，滤液通过阳离子交换法提取Ｌ－色氨酸，离子交换过程中的上柱料液的ｐＨ范围１～１４，操作温度为０～４０℃，流速为１～６倍床体积／ｈ。对离子交换洗脱液进行等点结晶，操作温度为０～２０℃。结晶后的母液用离子交换树脂浓缩回流至等点液中。等点后粗结晶用去离子水溶解，加入一倍体积５０％～９５％乙醇，冷藏过夜，进行重结晶，烘干后得Ｌ－色氨酸结晶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，谢希贤，黄磊，刘淑云，徐庆阳，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]