一種色氨酸發酵法清潔生產新工藝的製作方法
2023-12-03 09:46:16
專利名稱：一種色氨酸發酵法清潔生產新工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種色氨酸發酵法清潔生產新工藝，屬胺基酸的分離提取技術領域。
背景技術：
色氨酸是人體內8種必需胺基酸之一，由Hokinst於1902年首先從酪蛋白中水解分離獲得，為a-氨基-P-吲哚丙酸，有L-型和D-型兩種同分異構體。L-色氨酸又稱為L-胰化蛋白酶胺基酸，是含有吲哚基的中性芳香族胺基酸，分子式CuHuN202，分子量204.23，為白色或略帶黃色葉片狀結晶或粉末，水中溶解度U4克(25'C)，溶於稀酸或稀鹼，在鹼中穩定，強酸中分解，微溶於乙醇，不溶於氯仿、乙醚，對人和動物的生長發育、新陳代謝起重要的作用，被稱為第二必需胺基酸，廣泛應用於醫藥、食品和飼料等方面。在生物體內，從色氨酸出發可合成5-羥基色胺等激素以及色素、生物鹼、輔酶、植物激素等生理活性物質，可預防和治療糙皮病，同時具有消除精神緊張、改善睡眠效果等功效。色氨酸代謝失凋會引起糖尿病和神經錯亂，因此在醫學上被用作胺基酸注射液和複合胺基酸製劑。另外，由於色氨酸是一些植物蛋白中比較缺乏的胺基酸，用它強化食品和做飼料添加劑對提高植物蛋白質的利用率具有重要的作用，它是繼蛋氨酸和賴氨酸之後的第三大詞料添加胺基酸。
目前，國內外報導的生產色氨酸的方法主要有蛋白水解提取法、化學合成法、微生物發酵法和酶促轉化法四種，其中微生物發酵法是目前普遍採用的工業生產方法。
自發酵液中分離提取色氨酸，通常採用離子交換方法，將除去菌體的發酵液在特定的pH條件下上柱，讓色氨酸吸附在離子交換柱上，隨後用去離子水對離子交換柱充分洗滌，除去雜質，然後用洗脫液將色氨酸從離子交換柱上洗脫，得到色氨酸溶液，再經過結晶和乾燥，得到色氨酸產品。該方法存在以下缺陷①色氨酸易氧化，收率不穩定；②粗色氨酸雜質多、色澤深，影響精製收率及產品質量。③耗水量大，酸鹼用量大，在生產過程中會產生人量的廢渣和廢水，對環境造成非常嚴重的汙染。
能夠克服這一缺陷，使色氨酸的發酵法生產以一種環境友好化的方式進行，實現加工生產過程的廢渣廢水零排放，徹底根除過色氨酸發酵法生產過程中的環境汙染問題的工藝國內外尚未見任何報導。
發明內容
本發明發明了一種色氨酸發酵法清潔生產新工藝。較為獨特的是，它充分考慮了既不影響色氨酸的得率和品質，又能夠實現廢渣廢水零排放，對色氨酸等胺基酸生產的可持續發展的意義，在不影響色氨酸的得率和品質的前提下，將多級串聯膜分離技術與電滲析技術融為一體，形成了一條色氨酸發酵法清潔生產新工藝。這對於色氨酸的生產，乃至整個胺基酸工業的發展而言都是至關重要的。
按照本發明進行操作，可實現色氨酸發酵法生產過程的廢渣廢水零排放，徹底根除色氨酸發酵法生產過程中的環境汙染問題，並且可將色氨酸的收率提高至90%以上，色氨酸產品的質量也大為提高，含量可達到99%以上。
具體來說，首先，我們發現電滲析濃縮過程中所產生的稀液可以經反滲透膜處理，對其中所含有的有機物進行徹底的截流，稀液可被濃縮IO倍以上，使其中的固形物含量達到4%以上，而不會造成膜的杜塞，並且透過液的品質可達到作為工藝用水供發酵生產循環使用的要求。由此奠定了徹底消除色氨酸加工生產所產生的工藝廢水的基礎。
其次，我們發現除去菌體後的色氨酸原液可以經納濾處理，對其中所含有的膠體、蛋白、色素等大分子有機物質，以及還原糖類和硫酸根離子、鈣離子、鎂離子等二價離子進行徹底的截流，色氨酸原液可被濃縮20倍以上，使其中的固形物含量達到10%以上，而不會造成膜的杜塞，得到品質極佳的可供電滲析濃縮之用的透過液。並且經過濃縮的原液和菌體泥渣以及色氨酸結晶母液中含有大量的蛋白質、胺基酸和礦物質等營養成分，經過適當的加工處理，可以作為特種高蛋白飼料出售。
我們發現，分離應當在pH1.5 7.0，溫度為0~100°<:，最好是40 80。C，的條件卜進行。分離的方式可以是過濾分離，也可以是離心分離，或者是兩者的某種組合。初級膜分離應當在pH 1.5-7.0,溫度為0~100°C，最好是40 80。C,的條件下進行。所採用的膜應當為截流分子量為30O^500Da的納濾膜，膜材料可以是陶瓷等無機膜，也可以是聚醋酸纖維、聚碸、聚四氟乙烯等有機膜，膜組件的構型可以是管式膜、巻式膜、平板膜或中空纖維膜。電滲析應當在pH 1.5-9.5，溫度為0 100。C，最好是40 80。C，的條件下進行。次級膜分離應當在1.5~9.5，溫度為0 100。C，最好是40 80。C，的條件下進行。所採用的膜應當為反滲透膜，膜組件的構型可以是管式膜、巻式膜、平板膜或中空纖維膜。結晶應當在pH 5.89-5.90，溫度為0 10。C，最好是0~5°C，的條件下進行。結晶與母液的分離方式可以是過濾、離心或抽濾。菌體泥渣和結晶的乾燥方式可以是氣流乾燥、滾筒乾燥或真空乾燥。
具體實施例方式
下面的實例將具體說明本發明的操作方法，但不能作為對本發明的限定。實例一
色氨酸含量3.16%， pH值4.5，殘糖0.8%, NH4+ 0.5 mol/L的色氨酸發酵液300L,在65°C下，用220nm聚醋酸纖維微孔濾膜過濾，得到色氨酸含量3.16n/。的濾液298L，濾渣2.0 kg。濾液在相同的溫度和pH條件下用截流分子量為300 Da的納濾膜濃縮，得到固形物含量為10%的濃縮液13 L，和色氨酸含量3.16%的透過液285 L。將透過液在相同的pH， 85。C下用電滲析濃縮，得到含色氨酸6.3%， NH4+ 1 mol/L的電滲析濃縮液142 L和含色氨酸0.2%, NH4+ 0.05 mol/L的電滲析稀液141 L，電滲析稀液用巻式反滲透膜裝置進行濃縮處理，得到含色氨酸2%， NH4+ 0.5 mol/L的反滲透濃縮液14 L和反滲透透過液127 L。將電滲析濃縮液的pH用濃氨水調至5.9，在30min內冷卻至4。C，然後保溫靜置過夜，讓色氨酸晶體析出，經真空抽濾，真空乾燥，得到色氨酸固體7.9kg。經HPLC檢驗，其色氨酸含量達到99%。結晶母液併入濃縮液和菌體泥渣，經氣流乾燥，得到可作為飼料的固體12.5kg。反滲透濃縮液併入透過液，去進行電滲析濃縮。反滲透透過液作為工藝用水供發酵生產，然後得到發酵液，重複上述工藝，得到了大致相同的結果。
實例二
色氨酸含量3.81%, pH值4.6，殘糖0.8%, NH4+0.5mol/L的色氨酸發酵液500L,在65。C下，用100nm聚醋酸纖維微孔濾膜過濾，得到色氨酸含量3.8P/。的濾液498L，濾渣2.0kg。濾液在相同的溫度和pH條件下用截流分子量為300 Da的巻式納濾膜濃縮，得到固形物含量為12%的濃縮液21 L，和色氨酸含量3.81%的透過液486 L。將透過液的pH值調至5.89，然後在90°C下用電滲析與巻式反滲透膜組合裝置進行脫鹽、濃縮處理，得到色氨酸含量6.3%的反滲透濃縮液294 L。將反滲透濃縮液在30 min內冷卻至4°C，然後保溫靜置過夜，讓色氨酸晶體析出，經離心，收集晶體，真空乾燥，得到色氨酸固體16.3 kg。經HPLC檢驗，其色氨酸含量達到99%。
色氨酸含量3.81%, pH值4.6，殘糖0.8%, NH4+0.5mol/L的色氨酸發酵液500L，在65。C下經15000rpm高速離心，得到色氨酸含量3.8P/。的上清液498L，濾渣2.0 kg。上清液在相同的溫度和pH條件下用截流分子量為500 Da的納濾膜濃縮，得到固形物含量為10%的濃縮液21 L,和色氨酸含量3.81%的透過液486 L。將透過液在相同的pH， 85。C下用電滲析濃縮，得到含色氨酸6.3%, NH4+1 mol/L的電滲析濃縮液243 L和含色氨酸0.2%, NH4+ 0.05 mol/L的電滲析稀液243 L，電滲析稀液用巻式反滲透膜裝置進行濃縮處理，得到含色氨酸2%， NH/0.5mol/L的反滲透濃縮液24L和反滲透透過液219L。將電滲析濃縮液的pH用濃氨水調至5.9,在30 min內冷卻至4°C,然後保溫靜置過夜，讓色氨酸晶體析出，經真空抽濾，真空乾燥，得到色氨酸固體16.3kg。經HPLC檢驗，其色氨酸含量達到99%。結晶母液與電滲析濃縮液合併，循環回用。濃縮液和菌體泥渣，經氣流乾燥，得到可作為飼料的固體3kg。反滲透濃縮液併入透過液，去進行電滲析濃縮。反滲透透過液作為工藝用水供發酵生產，然後得到發酵液，重複上述工藝，得到了大致相同的結果。
權利要求
1.一種色氨酸發酵法清潔生產新工藝。該工藝由下列步驟組成1)對含有色氨酸的發酵液進行分離，得到除去菌體的色氨酸原液和菌體泥渣；2)對所得到的色氨酸原液進行初級膜分離，將色氨酸原液分為濃縮液和透過液兩個部分；3)所得到的濃縮液，與菌體泥渣合併，然後進行乾燥，得到固體粉末，即為特種飼料；4)對所得到的透過液進行電滲析濃縮，將透過液分為電滲析濃縮液和電滲析稀液兩個部分；5)所得到的電滲析濃縮液進行結晶，然後將結晶與母液分離、乾燥，得到色氨酸粗結晶固體；6)所得到的母液可以與電滲析濃縮液合併，循環回用；亦可併入濃縮液和菌體泥渣，製備特種飼料；7)對所得到的電滲析稀液進行次級膜分離，將電滲析稀液分為次級濃縮液和次級透過液兩個部分；8)所得到的次級濃縮液併入透過液，去進行電滲析濃縮；9)所得到的次級透過液，作為工藝用水循環回用，用於色氨酸的發酵生產。
2. 如權利要求1所述的色氨酸發酵法清潔生產新工藝，其特徵在於分離在pH 1.5-7.0,溫度為0~100°C， 最好是40~80°C，的條件下進行。分離的方式可以是過濾分離，也可以是離心分離，或者是兩者的某 種組合。
3. 如權利要求1所述的色氨酸發酵法清潔生產新工藝，其特徵在於初級膜分離在pH 1.5~7.0，溫度為 0~100°C，最好是40 80。C，的條件下進行。所採用的膜為截流分子量為300 500 Da的納濾膜，膜材 料可以是陶瓷等無機膜，也可以是聚醋酸纖維、聚碸、聚四氟乙烯等有機膜，膜組件的構型可以是管 式膜、巻式膜、平板膜或中空纖維膜。
4. 如權利要求1所述的色氨酸發酵法清潔生產新工藝，其特徵在於電滲析在pH 1.5~9.5，溫度為0~100°C， 最好是40 80。C，的條件下進行。
5. 如權利要求1所述的色氨酸發酵法清潔生產新工藝，其特徵在於次級膜分離在1.5~9.5，溫度為 0~100°C,最好是40 80。C，的條件下進行。所採用的膜為反滲透膜，膜組件的構型可以是管式膜、巻 式膜、平板膜或中空纖維膜。
6. 如權利要求1所述的色氨酸發酵法清潔生產新工藝，其特徵在於結晶在pH 5.89-5.90，溫度為0~10°C， 最好是0 5。C，的條件下進行。
7. 如權利要求1所述的色氨酸發酵法清潔生產新工藝，其特徵在於結晶與母液的分離方式可以是過濾、 離心或抽濾。
8. 如權利要求1所述的色氨酸發酵法清潔生產新工藝，其特徵在於菌體泥渣和結晶的乾燥方式可以是氣 流乾燥、滾筒乾燥或真空乾燥。
全文摘要
本發明屬胺基酸的分離提取技術領域。具體涉及一種色氨酸發酵法清潔生產新工藝。本發明將多級串聯膜分離技術與電滲析技術融為一體，創造了一項全新的自發酵液分離色氨酸技術，形成了一條色氨酸發酵法清潔生產新工藝。按照本發明進行操作，可實現色氨酸發酵法生產過程的廢渣廢水零排放，徹底根除色氨酸發酵法生產過程中的環境汙染問題，並且可將色氨酸的收率提高至90％以上，色氨酸產品的質量也大為提高，含量可達到99％以上。
文檔編號C07D209/20GK101492409SQ20091002469
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月26日 優先權日2009年2月26日
發明者姜劍國, 曹雅晴, 湯魯宏, 沈春梅, 爽 邱, 陳劍慧, 韓勤更 申請人:江蘇賽奧生化有限公司;江南大學