一种从谷氨酸棒杆菌发酵液中分离提取L-丝氨酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种从谷氨酸棒杆菌发酵液中分离提取L-丝氨酸的方法，包括如下步骤：对发酵液进行絮凝，固液分离后的提取液经活性炭吸附脱色，再通过超滤脱除大分子，并采用阳离子树脂吸附氨基酸，利用氨水进行洗脱。洗脱液经真空浓缩，并加入乙醇进行降温结晶，获得L-丝氨酸晶体。本发明专利技术方法，提取效率高，单程提取率可达56%以上，通过母液回收再处理，综合提取率可达到80%以上。本发明专利技术方法易于工业化实现，提取成本相对低廉，可以进行大批量处理。

Method for separating and extracting L- serine from fermentation broth of glutamic acid Corynebacterium

The invention discloses a method for extracting L- serine from Corynebacterium glutamicum in fermentation liquid, which comprises the following steps: the flocculation of the fermentation broth extract after solid-liquid separation by activated carbon adsorption and decolorization by ultrafiltration, removal of macromolecules, and the cationic resin adsorption elution using ammonia amino acids. The eluent was concentrated in vacuum and ethanol was added to cool the crystal to obtain L- serine crystal. The method of the invention has high extraction efficiency, and the one-way extraction rate can reach more than 56%. After the mother liquor is recycled and processed, the comprehensive extraction rate can reach more than 80%. The method of the invention is easy to be industrialized, and the extraction cost is relatively low, and can be processed in large quantities.

【技术实现步骤摘要】
一种从谷氨酸棒杆菌发酵液中分离提取L-丝氨酸的方法
本专利技术涉及一种提取工艺，特别涉及从谷氨酸棒杆菌的发酵液中提取L-丝氨酸的方法。
技术介绍
L-丝氨酸(L-serine ,简写L_ser),分子式为C3H7NO3,化学结构为HO-CH2CH (NH3)-COOH,分子量105.10，化学名为α-氨基-β-羟基丙酸。L-丝氨酸属于非必须氨基酸，系生糖氨基酸，在细胞增殖过程中有着重要作用，在细胞生长时L-丝氨酸是嘌呤核苷酸与磷酸脱氧胸苷合成的主要的一碳单元供体，同时也是其他氨基酸(如半胱氨酸、牛磺酸)、脂类信使分子(如磷脂酰丝氨酸、神经酰胺)以及神经调质(甘氨酸、D-丝氨酸)的前体物质。L-丝氨酸在食品工业、医药、化妆品中有广阔的应用，其市场需求量不断增加。目前，国内外生产L-丝氨酸的方法主要有化学合成法，蚕丝水解法，酶法，前体发酵法等。国内鲜有直接利用微生物发酵直接生产L-丝氨酸的报道。江南大学从自然界中筛选到一株能够直接利用糖质原料发酵生产L-丝氨酸的谷氨酸棒杆菌{Corynebacterium ，该实验室对这株谷氨酸棒杆菌展开了系统的研究。罗玉常等通过分子生物学手段构建了一株L-丝氨酸C glut ami cum高产菌33a Δ SSA (菌种保藏号),经发酵优化,其发酵产L-丝氨酸水平已稳定达到25g/L以上，为满足中试和规模化发酵，需要研究L-丝氨酸的提取精制工艺。早期的L-丝氨酸的精制工艺主要针对的是蚕丝、毛发等水解液等原料液，由于料液中同时含有多种其他氨基酸以及杂质，提取工艺复杂，收率低，尤其是碱法水解工艺中，还含有较多的D -丝氨酸，需要进行拆分和转型(冯容保.改进的离子交换法提取1-丝氨酸，化学通讯，2000.04 ;一种从缫丝下脚丝提取L-丝氨酸的生产工艺，中国专利201010507725.1)。由于水解法提取工艺污染大、成本高，目前仅有少量生产。近年来，利用酶法工艺生产L-丝氨酸也有报道，如采用采用丝氨酸羟甲基转移酶，以甘氨酸和甲醛为底物，以四氢叶酸和磷酸吡哆醛为辅助因子可以获得L-丝氨酸，利用超滤和离子吸附等技术可以完成提取分离(韦平和等.酶法生产L-丝氨酸的分离纯化，中国新药杂志，2012.20)，但也存在工艺复杂等问题。而且酶法转化液与发酵液在产物浓度、杂质组成和含量方面存在较大差别，因此在方法上不能简单套用。C.glut ami cum发酵液中主要的氨基酸杂质是缬氨酸、丙氨酸，其他杂氨酸含量较少，非氨基酸类杂质主要是菌体、色素、蛋白以及残留的培养基成分。其体系组成与水解液相比要相对简单，也不存在D型氨基酸，但缬氨酸、丙氨酸与丝氨酸在性质上较为接近，分离较为困难。因此，需要针对C glutamicum发酵液的特点，建立一种提取效率高、分离成本低的提取工艺，以满足发酵法L-丝氨酸的生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种从谷氨酸棒杆菌的发酵液中提取L-丝氨酸的方法。本专利技术所采取的技术方案是: 一种从谷氨酸棒杆菌的发酵液中提取L-丝氨酸的方法，包括如下步骤: 1)絮凝:在谷氨酸棒杆菌发酵液中加入絮凝剂进行絮凝，之后固液分离去除絮凝物，得清液； 2)脱色:在清液中加入脱色吸附剂，之后固液分离，得脱色液； 3)超滤:将脱色液超滤，截留分子量在2000~5000Da，合并超滤液； 4)吸附与洗脱:将超滤液 通过阳离子交换柱以吸附氨基酸，之后洗脱，得洗脱液； 5)浓缩:将洗脱液浓缩，得浓缩液； 6)结晶:向浓缩液中加入乙醇，混合均匀，之后冷却至5~10°C，使L-丝氨酸结晶析出，收集析出的晶体并洗涤干净； 7)干燥:将洗涤干净的L-丝氨酸干燥，得到成品。作为本专利技术的进一步改进，絮凝操作时，先将发酵液的pH调节为3~5，之后加入絮凝剂聚丙烯酰胺，使其在发酵液中的浓度为100~200 mg/ml。作为本专利技术的进一步改进，脱色时采用的脱色吸附剂为粉末活性炭。作为本专利技术的进一步改进，阳离子交换柱中填充的离子交换树脂为732强酸性阳离子交换树脂。作为本专利技术的进一步改进，吸附与洗脱操作中使用的洗脱剂为氨水。更进一步的，氨水的浓度为0.2~0.5mol/L。作为本专利技术的进一步改进，结晶操作时，乙醇在浓缩液中的体积浓度为40~80%。作为本专利技术的进一步改进，采用乙醇溶液洗涤L-丝氨酸结晶。本专利技术的有益效果是: 本专利技术方法，可以高效低成本地从谷氨酸棒杆菌的发酵液中提取L-丝氨酸，得到的L-丝氨酸纯度高。同时，本专利技术方法不影响从发酵液中提取其他氨基酸，有利于发酵液的综合利用。本专利技术采用絮凝与离心分离法进行菌体去除，再通过超滤去除大分子物质，继而采用离子交换法进行氨基酸吸附和解吸附，并利用反渗透工艺对解吸液进行浓缩，最后通过冷却结晶工艺获得L-丝氨酸。本专利技术方法，提取效率高，单程提取率可达56%以上，通过母液回收再处理，综合提取率可达到80%以上。本专利技术方法易于工业化实现，提取成本相对低廉，可以进行大批量处理。上述工艺的主要创新在于:一是利用超滤工艺去除大分子，减少杂质对离子交换树脂的污染，提高离子交换的效率，减少离子交换的工艺环节；二是利用反渗透工艺进行浓缩，减少真空浓缩的生产负荷，节能效果显著；三是利用冷却结晶工艺获得高纯度L-丝氨酸，而丙氨酸、缬氨酸在此条件下留在母液中，可以作为副产物进行回收。【附图说明】图1是L-丝氨酸在纯水和乙醇溶液中的溶解度曲线； 图2是不同氨基酸的洗脱曲线。【具体实施方式】一种从谷氨酸棒杆菌的发酵液中提取L-丝氨酸的方法，包括如下步骤: 1)絮凝:在谷氨酸棒杆菌发酵液中加入絮凝剂进行絮凝，之后固液分离去除絮凝物，得清液； 2)脱色:在清液中加入脱色吸附剂，之后固液分离，得脱色液； 3)超滤:将脱色液超滤，截留分子量在2000~5000Da，合并超滤液； 4)吸附与洗脱:将超滤液通过阳离子交换柱以吸附氨基酸，之后洗脱，得洗脱液； 5)浓缩:将洗脱液浓缩，得浓缩液； 6)结晶:向浓缩液中加入乙醇，混合均匀，之后冷却至5~10°C，使L-丝氨酸结晶析出，收集析出的晶体并洗涤干净； 7)干燥:将洗涤干净的L-丝氨酸干燥，得到成品。作为本专利技术的进一步改进，絮凝操作时，先将发酵液的pH调节为3~5，之后加入絮凝剂聚丙烯酰胺，使其在发酵液中的浓度为100~200 mg/ml。通常情况下，加入絮凝剂之后，搅拌20~60min，静置I~8h后，离心分离絮凝物即可去除绝大部分大分子杂质。作为本专利技术的进一步改进，脱色时采用的脱色吸附剂为粉末活性炭。一般而言，在絮凝后的上清液中加入5~50g/L的粉末状活性炭，20~80°C的条件下，搅拌20~60min，过滤或者离心即可获得较好的脱色效果。超滤可以使用通用的陶瓷超滤膜或有机超滤膜装置。为提高利率，截留液可多次加入纯化水进行洗涤,滤出后合并滤液。作为本专利技术的进一步改进，阳离子交换柱中填充的离子交换树脂为732强酸性阳离子交换树脂。控制适宜流速和加入体积，使超滤液中的L-丝氨酸组分得到充分吸附。通过对流出液进行监测，到吸附饱和后停止加料，用柱体积1.5~3.0倍的纯化水进行洗涤，再采用浓度为0.2~0.5mol/L的氨水洗脱，通过监测洗脱液中的氨基酸含量和组成，对氨水浓度和流速进行优化，控制适宜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从谷氨酸棒杆菌的发酵液中提取L?丝氨酸的方法，包括如下步骤：1)絮凝：在谷氨酸棒杆菌发酵液中加入絮凝剂进行絮凝，之后固液分离去除絮凝物，得清液；2)脱色：在清液中加入脱色吸附剂，之后固液分离，得脱色液；3)超滤：将脱色液超滤，截留分子量在2000～5000?Da，合并超滤液；4)吸附与洗脱：将超滤液通过阳离子交换柱以吸附氨基酸，之后洗脱，得洗脱液；5)浓缩：将洗脱液浓缩，得浓缩液；6)结晶：向浓缩液中加入乙醇，混合均匀，之后冷却至5～10℃，使L?丝氨酸结晶析出，收集析出的晶体并洗涤干净；7)干燥：将洗涤干净的L?丝氨酸干燥，得到成品。

【技术特征摘要】
1.一种从谷氨酸棒杆菌的发酵液中提取L-丝氨酸的方法，包括如下步骤: 1)絮凝:在谷氨酸棒杆菌发酵液中加入絮凝剂进行絮凝，之后固液分离去除絮凝物，得清液； 2)脱色:在清液中加入脱色吸附剂，之后固液分离，得脱色液； 3)超滤:将脱色液超滤，截留分子量在2000~5000Da，合并超滤液； 4)吸附与洗脱:将超滤液通过阳离子交换柱以吸附氨基酸，之后洗脱，得洗脱液； 5)浓缩:将洗脱液浓缩，得浓缩液； 6)结晶:向浓缩液中加入乙醇，混合均匀，之后冷却至5~10°C，使L-丝氨酸结晶析出，收集析出的晶体并洗涤干净； 7)干燥:将洗涤干净的L-丝氨酸干燥，得到成品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:絮凝操作时，先将发酵液的PH调节为3~5，之后加入絮凝剂聚丙烯酰胺，使其在发酵液中的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：许正宏，史劲松，郭雯，方佳茂，陈伟滨，张晓梅，罗玉常，朱勤建，
申请(专利权)人：广东环西生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：