高纯度苏氨酸的生产工艺制造技术

本发明专利技术属于氨基酸发酵技术领域，公开了高纯度苏氨酸的生产工艺，其包括发酵工序和提取分离工序，所述发酵工序包括如下步骤：将L‑苏氨酸生产菌种子液接入到含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵36h，收集发酵液；所述提取分离工序包括如下步骤：利用高速碟片分离机离心，陶瓷膜过滤处理，活性炭一级脱色处理，脱色膜二级脱色处理，超滤膜处理，最后浓缩结晶烘干制得产品。本发明专利技术生产工艺苏氨酸收率和纯度较高，适合工业化推广使用。

Production technology of high purity threonine

【技术实现步骤摘要】
高纯度苏氨酸的生产工艺
本专利技术属于氨基酸发酵
，具体涉及高纯度苏氨酸的生产工艺。
技术介绍
L-苏氨酸的分子式为C4H9NO3，相对分子量119.12。L-苏氨酸为白色结晶或结晶粉末，是一种极性氨基酸，味微甜。253℃熔化并分解。高温下溶于水，25℃溶解度为20.5g/100ml，不溶于乙醇、乙醚和氯仿。比旋光度为27.6°-29°，等电点PI5.64。我国苏氨酸产业发展较晚，在上世纪90年代以前国内基本没有生产，在90年代以后才开始生产。近年来，国内外市场对苏氨酸的需求逐年强劲增长，全球苏氨酸市场近几年以每年20%多的增长率高速增长，亚洲、北美等地区的需求也快速增长。需求的旺盛拉动了生产，1993年，全世界苏氨酸产量不足4000吨，1996年为5000吨，1999年猛增至2.5万吨，2002年4万吨，到2005年产量已接近7万吨，比10年前增长了15倍多。经过十年的发展，到20世纪末产量也未能突破200吨，苏氨酸属于工业化发酵的产品之一，据有关统计，1993年全世界苏氨酸产量仅4000t，1999年增长至2.5万t，2002年超过4万t，目前已经超过20万t。苏氨酸发展之迅速体现了其在氨基酸发酵领域的重要性。每年以20%的增幅递增，为提高饲料行业的产品品质，苏氨酸的添加量还会进一步增加。产品的主要市场也是医药行业，主要用于各种氨基酸输液。目前，全世界主要的苏氨酸生产企业为日本味之素公司、德国德固赛公司、美国ADM公司、日本协和发酵工业公司等，这几大公司的产量占全球份额的90%左右，产能达到10万吨左右，而国内苏氨酸生产处于发展阶段，截至2014年初，国内生产厂家有8至9家，苏氨酸大部分供应国内需求，而且部分公司有向国外出口氨基酸，苏氨酸的生产无论从技术指标、成本指标、产品质量上来讲，国内生产水平还是与国外存在一定差距，产品价格总体比国外价格略高。近两年，随着生产厂家的增多，苏氨酸生产日益趋于平稳增长，逐渐减小了与国外厂家的差距。随着赖氨酸和蛋氨酸合成品在配合饲料中的广泛应用，它逐渐成为影响畜禽生产性能的主要限制性因素，尤其是在低蛋白日粮中添加赖氨酸后，苏氨酸成为育成猪的第一限制性氨基酸。如果饲料中不添加苏氨酸，对苏氨酸的需求就只能依赖于蛋白质原料，而蛋白质原料中不仅含有苏氨酸，还含有其他必需和非必需氨基酸，使用蛋白质原料而不使用苏氨酸调节氨基酸平衡导致的结果是，饲料的氨基酸平衡无法得到尽可能多地改善，饲料的配方成本就无法进一步降低。可以说，苏氨酸是改善氨基酸平衡必须迈过的一道槛儿，是所有配方无法回避的瓶颈性质问题。苏氨酸在机体内的代谢途径和其他氨基酸不同，是唯一不经过脱氢酶作用和转氨基作用，而是通过苏氨酸脱水酶(TDH)和苏氨酸脱酶(TDG)以及醛缩酶催化而转变为其他物质的氨基酸。途径主要有3条：通过醛缩酶代谢为甘氨酸和乙醛；通过TDG代谢为氨基丙酸、甘氨酸、乙酰COA；通过TDH代谢为丙酸和α-氨基丁酸。苏氨酸生产中大部分是以玉米浆及糖蜜作为发酵氮源，苏氨酸发酵菌体通过膜过滤后直接进行苏氨酸提取，发酵副产物菌体蛋白通过絮凝沉淀板框过滤后，直接作为廉价菌体蛋白销售，产品附加值较低。菌体蛋白直接用来制作饲料，结合行业现状，安琪酵母利用啤酒酵母、面包酵母等生产酵母膏、酵母粉、酵母抽提物、蛋白胨等高附加值产品，酵母粉售价较高，利润较大。申请人之前的专利技术对苏氨酸发酵进行了较多的研究，包括培养基和发酵过程的优化；现有技术“L-苏氨酸工业生产发酵条件优化研究，卢伟宁，生物学杂志2010年”对工业生产发酵条件进行了优化，试验以高产L-苏氨酸菌E.coliTHR6作为出发菌株,结合本公司的实际工业生产条件对发酵各条件进行了一系列优化研究,结果表明：添加0.2%的工业级生长促进剂，以复合糖代替葡萄糖为初糖，并控制初糖浓度在60g/L，除生长高峰期外，发酵过程中溶解氧(DO)控制在10%-20%之间；发酵时间为40h，最终发酵放罐湿菌体在45g/L左右，L-苏氨酸含量可达100g/L左右。
技术实现思路
在申请人之前的专利技术“L-苏氨酸发酵过程优化方法”的基础上，本专利技术继续对苏氨酸发酵液进行了分离提取，提供了高纯度苏氨酸的生产工艺。本专利技术是通过如下技术方案来实现的：高纯度苏氨酸的生产工艺，其包括发酵工序和提取分离工序。进一步地，所述发酵工序包括如下步骤：将L-苏氨酸生产菌种子液按照1-2%的接种量接入到含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵，温度35-37℃，搅拌转速为300-500rpm，通过通气和搅拌控制溶氧量为15-20%，以泡敌消泡，发酵时间为36h，停止发酵，收集发酵液。进一步地，所述提取分离工序包括如下步骤：利用高速碟片分离机以4000-5000rpm的离心速度离心发酵液3-5min，收集苏氨酸料液和菌体蛋白沉淀；利用陶瓷膜对苏氨酸料液进行过滤处理，收集过滤液；将过滤液通过板式密闭过滤机进行活性炭一级脱色处理，脱色时间30-90min；将脱色完成后的清液通过脱色膜中进行二级脱色处理，得到脱色清液；将脱色清液通过超滤膜，收集超滤液；将超滤液浓缩成原体积的四分之一，然后缓慢降温至16℃，调节成等电溶液；等电溶液沉降6-18小时，离心，收集结晶的苏氨酸，将结晶的苏氨酸烘干，即得。进一步地，所述方法包括如下步骤：通过流加50%（蔗糖50g加水定溶至100ml即为50%溶液）的蔗糖溶液控制含糖量为2-3%，直至发酵结束。进一步地，所述方法包括如下步骤：通过流加20-30%的氨水控制pH为7.0，直至发酵结束。进一步地，所述方法包括如下步骤：发酵至20h左右，于每升发酵液中以2-3ml/h的流速往发酵罐中补料流加双氧水，直至发酵结束。进一步地，所述方法包括如下步骤：发酵至20h左右，于每升发酵液中以10-20ml/h的流速往发酵罐中补料流加含有琥珀酸和柠檬酸钠的混合水溶液，直至发酵结束。进一步地，所述方法包括如下步骤：在发酵至30h左右，往发酵罐中一次性添加壳聚糖，控制壳聚糖的浓度为40-60mg/L。进一步地，所述发酵培养基组分为：蔗糖60g/L，葡萄糖30g/L，玉米浆20g/L，硫酸铵5g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钾0.5g/L，七水硫酸镁0.1g/L，七水硫酸亚铁10mg/L，一水硫酸锰10mg/L，VB12mg/L，VH50μg/L。优选地，所述混合水溶液中，琥珀酸和柠檬酸钠的浓度均为50g/L。本专利技术取得的有益效果主要包括以下几个方面：由于菌株发酵10h左右苏氨酸开始大量积累，发酵至20h左右，随着苏氨酸和副产物的增加，反馈抑制较为明显；选择此时来优化代谢合成途径较为合适。合成苏氨酸过程中并不直接经过三羧酸循环,而是由草酰乙酸进入天冬氨酸族代谢,最终生成苏氨酸,通过流加柠檬酸钠能够对柠檬酸脱氢酶产生一定的抑制作用，适当削弱三羧酸循环，能够减少副产物的生成及能量的损失，从而对于提高苏氨酸产率有积极意义；乙醛酸循环消耗大量的ATP及造成碳源的浪费，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高纯度苏氨酸的生产工艺，其包括发酵工序和提取分离工序。/n

【技术特征摘要】
1.高纯度苏氨酸的生产工艺，其包括发酵工序和提取分离工序。


2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述发酵工序包括如下步骤：
将L-苏氨酸生产菌种子液按照1-2%的接种量接入到含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵，温度35-37℃，搅拌转速为300-500rpm，通过通气和搅拌控制溶氧量为15-20%，以泡敌消泡，发酵时间为36h，停止发酵，收集发酵液。


3.根据权利要求1-2所述的生产工艺，其特征在于，所述提取分离工序包括如下步骤：
利用高速碟片分离机以4000-5000rpm离心发酵液3-5min，收集苏氨酸料液和菌体蛋白沉淀；利用陶瓷膜对苏氨酸料液进行过滤处理，收集过滤液；将过滤液通过板式密闭过滤机进行活性炭一级脱色处理，脱色时间30-90min；将脱色完成后的清液通过脱色膜中进行二级脱色处理，得到脱色清液；将脱色清液通过超滤膜，收集超滤液；将超滤液浓缩成原体积的四分之一，然后缓慢降温至16℃，调节成等电溶液；等电溶液沉降6-18小时，离心，收集结晶的苏氨酸，将结晶的苏氨酸烘干，即得。


4.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述发酵工序中，
通过流加50%的蔗糖溶液控制含糖量为2-3%，直至发酵结束。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兰坤，王小平，赵春晓，毛松举，翟德亮，张婷婷，
申请(专利权)人：赵兰坤，
类型：发明
国别省市：内蒙;15