一種穀氨酸鈉提取新工藝的製作方法

2023-06-15 19:22:26 3

一種穀氨酸鈉提取新工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種穀氨酸鈉發酵工藝，其包括如下步驟：在穀氨酸發酵液中同時加入液氨和碳酸鈉進行反應，液氨和碳酸鈉的摩爾比為2:1，得到pH為6.9-7.1的含有穀氨酸鈉粗產物的發酵液；經微膜過濾，所述微膜孔徑為〇.04-0.06ym，2000r/min離心3-5分鐘，收集除菌液，以及沉澱菌體蛋白；除菌液泵入脫色罐進行脫色處理，脫色罐中添加除菌液質量1.5%的粉狀活性炭，控制脫色罐內的溫度為45-5CTC，脫色30分後濃縮、所述濃縮參數為：溫度60-7CTC，真空度為-0.lkpa，一次結晶獲得谷氣酸鈉粗晶體；然後精製並處理廢水，本發明工藝經濟環保，其具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種穀氨酸鈉提取新工藝

【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物發酵行業穀氨酸鈉提取工藝領域，具體提供一種穀氨酸鈉提取新 工藝。

【背景技術】
[0002] 穀氨酸鈉化學名α-氨基戊二酸一鈉，是一種由鈉離子與穀氨酸根離子形成的 鹽，其中穀氨酸是一種胺基酸，而鈉是一種金屬元素。生活中常用的調味料味精的主要成分 就是穀氨酸鈉。味精是日常生活中常用的調味劑，能夠增加食物的鮮味，有利於提高人體對 食物的消化率。此外，穀氨酸鈉又有著十分重要的功能，被廣泛應用於食品、醫藥、工業及農 業等領域。
[0003] 目前穀氨酸鈉的生產過程中存在以下問題：
[0004] -方面：在發酵過程中，隨著穀氨酸的含量逐漸增加，發酵液的pH值逐漸降低， 這樣會抑制穀氨酸的產生，為了保證穀氨酸不斷產生，需不斷加入液氨來穩定發酵液的PH 值，保證pH值在6. 9-7. 1之間，發酵法在微生物發酵階段，主要是獲得穀氨酸，在氨過量存 在的情況下以穀氨酸銨的形式存在，所以從發酵罐出來的是穀氨酸銨，而不是我們所希望 的穀氨酸，這樣就為後序的味精的生成和製備帶來很大的不良影響。
[0005] 另一方面：味精的提取通常採用等電-離交法，通過加入濃硫酸調節等電點使谷 氨酸結晶出來，而生產過程中產生的硫酸銨廢液，給廢液處理帶來了極大地困難，對環境、 水源造成了直接的危害。
[0006] 第三方面：味精工業也是我國發酵工業中的最大汙染源，據統計，每噸味精產品產 生高濃度廢水15噸左右。味精行業高濃度有機廢水汙染嚴重，是行業突出的共性問題。發 酵廢母液或離交尾液是味精生產行業的主要汙染源，由於發酵廢母液中含有殘糖、菌體蛋 白、胺基酸、銨鹽及硫酸鹽等，是典型的高CODCr、高B0D5、高菌體含量、高NH3-N、高S042_、 低pH的"五高一低"廢水。
[0007] 本發明是將液氨和碳酸鈉溶液同時加入發酵液中，根據發酵液的產酸進程確定液 氨和碳酸鈉的加入量，利用碳酸鈉代替液氨中和發酵液，並直接生產穀氨酸鈉，在整個生產 過程中，不使用硫酸，解決了環保問題。與傳統工藝相比，本發明提供了一種利用碳酸鈉代 替液氨中和發酵液並直接生產穀氨酸鈉的方法，以降低發酵原料成本，解決後續提取的離 交工序需要大量使用酸的問題，解決穀氨酸鈉生產過程的汙染問題。本發明用碳酸鈉代替 發酵過程中用來穩定發酵液pH的部分氨，節省氨用量；在發酵過程中直接生成穀氨酸鈉， 提取過程中不使用硫酸，整個工藝流程收益大大提高。同時，生產過程杜絕了廢液中硫酸銨 的產生，極大地降低廢液處理難度，徹底解決環保問題。
[0008] 本發明公開了一種穀氨酸鈉發酵新工藝，這對增加穀氨酸鈉生產收益，降低汙水 處理負擔，增加企業的經濟效益，具有重要意義。


【發明內容】

[0009] 本發明的目的是針對傳統工藝的不足，提供了一種適用的穀氨酸鈉提取新工藝， 其大幅降低了成產成本，生產過程操作簡便，產品質量穩定可靠。符合資源綜合利用、節能 減排的要求，同時減少了廢液排放，減輕了汙水處理負擔，帶來了巨大的經濟效益和環保效 益。為了實現本發明目的，採用如下技術方案：
[0010] 一種穀氨酸鈉提取工藝，其包括如下步驟：
[0011] (1)在穀氨酸發酵液中同時加入液氨和碳酸鈉進行反應，液氨和碳酸鈉的摩爾比 為2 : 1，得到pH為6. 9-7. 1的含有穀氨酸鈉粗產物的發酵液；
[0012] (2)步驟（1)處理後的發酵液經微膜過濾，所述微膜孔徑為0.04-0. 06 μ m，2000r/ min離心3-5分鐘，收集除菌液和菌體蛋白；
[0013] (3)步驟（2)製備的除菌液泵入脫色罐進行脫色處理，脫色罐中添加除菌液質量 1. 5%的粉狀活性炭，控制脫色罐內的溫度為45-50°C，脫色30分後濃縮，所述濃縮參數為： 溫度60-70°C，真空度為-0. lkpa，一次結晶獲得穀氨酸鈉粗晶體；
[0014] (4)將粗晶體分離純化，脫色、離交除鐵，二次結晶，分離，乾燥，篩分精製穀氨酸 鈉；
[0015] (5)取上述提取步驟產生的穀氨酸鈉生產廢水，自然沉降固液分離，獲得沉降物與 上清液，將上清液排入進入汙水處理系統，添加複合微生物菌劑深度處理後達標排放。
[0016] 液氨+碳酸鈉的添加量為按照穀氨酸發酵液中與穀氨酸摩爾比為I : 1的量添 力口，所述穀氨酸發酵液中穀氨酸含量測定方法採用華勃氏脫竣酶法。
[0017] 所述複合微生物菌劑的活性成分包括下列重量份的原料：
[0018] 紅球菌7份，巨大芽孢桿菌10份，脫氮副球菌6份，黃孢原毛平革菌8份；黑麴黴 3份，亞硝化菌2份，嗜酸氧化亞鐵硫桿菌2份
[0019] 所述紅球菌具體為紅球菌（Rhodococcus rhodochrous) ATCC15906 ;(參見文獻 Cloning and Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp.Strain RHAl, J.Bacteriol. November 2001)；
[0020] 所述巨大芽孢桿菌具體可為巨大芽孢桿菌（Bacillus megatherium) CGMCC No : 2267(CN101215532)；
[0021] 所述脫氮副球菌具體為脫氮副球菌（Paracoccus denitrificans) ATCC13543 (參見 文獻Genes coding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificans genome, Archives of Microbiology, 1998)；
[0022] 所述黃抱原毛平革菌為黃抱原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium)ATCC 24725
[0023] (參見文獻 APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY，Febl994，p709-714)
[0024] 所述黑麴黴具體為黑麴黴（Aspergillus nige)CCTCC No :M206034 ;(CN1924000)
[0025] 所述亞硝化菌具體為亞硝化菌（Nitrosomonas europaea)ATCC19718(參見文 獻 Complete Genome Sequence of the Ammonia-Oxidizing Bacterium and Obligate Chemolithoautotroph Nitrosomonas europaea，2003)；
[0026] 所述嗜酸氧化亞鐵硫桿菌為嗜酸氧化亞鐵硫桿菌（Acidithiobacillus ferrooxidans)
[0027] ATCC 53993 (可見文獻 A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 53993 additional copper resistance ：a possible competitive advantage. Appl Microbiol Biotechnol. 2011)；
[0028] 將以上紅球菌，巨大芽孢桿菌，脫氮副球菌，黃孢原毛平革菌；黑麴黴，亞硝化菌， 嗜酸氧化亞鐵硫桿菌、按照常規培養濃度均控制在2 X IO8個/克，所培養的菌液按照質量 比例混合得到液體菌劑；
[0029] 取上述液體菌劑與載體攪拌混合，優選以硅藻土（40-80目）為載體，按照菌劑：載 體為3 : 1的重量比混合。乾燥：將混合好物料進行乾燥，乾燥溫度為20_50°C，乾燥後含 水量為20-30% ;檢驗、包裝：按質量標準檢驗，成品按重量進行包裝，即得固體菌劑。
[0030] 按每立方米釜底料每次投加微生物製劑30克，每天投加1次，連續投加一周，最後 靜置3天，將液體排出。
[0031] 本發明取得的有益效果：
[0032] 1本發明提供了一種穀氨酸鈉提取新工藝，其要點在於在發酵液中同時加入液氨 和碳酸鈉溶液，根據發酵液的產酸進程確定液氨和碳酸鈉的加入量，在發酵過程中用碳酸 鈉代替部分氨，氨不再參與調節發酵液的PH值。而碳酸鈉的加入用於保證適合於菌種生長 的環境，以此穩定發酵液的pH值，保證發酵液的pH值為6. 9-7. 1。碳酸鈉將所產生的穀氨 酸轉化成穀氨酸鈉，得到最終的目的產物。
[0033] 2複合菌劑專門針對本發明味精製備過程的廢水，將各種能形成優勢菌群的菌種， 配製成高效微生物製劑，按一定量投加到廢水處理系統中，加速微生物對汙染物的降解，以 提高系統的生物處理效率，保證系統穩定運行。其含有多種對難降解汙染物有優良降解能 力的微生物，各菌種之間合理配伍，共生協調，互不拮抗，活性高，生物量大，繁殖快，投加在 廢水處理系統中，對大分子、難降解物質有良好的降解效果，對傳統的氨酸過程排放廢水有 獨特的處理效果。適於本申請製備味精方法產生廢水排放處理，可提高處理水量和處理水 質，降低運行費用，促進達標排放。
[0034] 3針對脫色和濃縮處理步驟，設計單因子和多因子重複實驗篩選最佳操作參數，研 究活性炭添加量、反應溫度、時間等參數對脫色率和胺基酸損失率的影響，最終得出針對本 發明中和方法，控制脫色罐內的溫度為45-50°C，脫色30分後濃縮、所述濃縮參數為：溫度 60-70°C，真空度為-0. lkpa，操作參數最佳，其脫色率最高。

【具體實施方式】：
[0035] 實施例1 :
[0036] 以葡萄糖為原料進行發酵，其中的葡萄糖為1噸，接著向發酵液中加入液氨和碳 酸鈉溶液，液氨和碳酸鈉的摩爾比為2 : 1，得到pH為6. 9的含有穀氨酸鈉粗產物的發酵 液，二者同時加入，得到含有穀氨酸鈉粗產物的發酵液，再將含有穀氨酸鈉粗產物的發酵 液通過板框或微膜過濾，除去菌體蛋白，微膜孔徑為0. 04 μ m，2000r/min離心3分鐘，收 集除菌液。除菌液泵入脫色罐進行脫色處理，脫色罐中添加除菌液質量1. 5%的粉狀活性 炭，控制脫色罐內的溫度為45-50°C，脫色30分後濃縮、所述濃縮參數為：溫度65°C，真空 度為-0. lkpa，一次結晶獲得穀氨酸鈉粗晶體；將粗晶體分離純化，脫色、離交除鐵，二次結 晶，分離，乾燥，篩分精製穀氨酸鈉；接著將收集的除菌液進行脫色，除鹽、濃縮、一次結晶， 收集穀氨酸鈉粗晶體，將收集到的穀氨酸鈉粗晶體進行分離，收集得到的穀氨酸鈉結晶體， 再將穀氨酸鈉結晶體進行重溶，經過炭柱脫色，離交柱除鐵，最後進行二次結晶、分離、幹 燥、篩分和包裝，最終得到0. 67噸質量合格的味精產品，全程沒有使用硫酸，節省670公斤 的濃硫酸，大大降低了原料成本。
[0037] 味精生產過程產生的廢水採用如下處理方式：生產廢水，自然沉降固液分離，獲得 沉降物與上清液，將上清液排入進入汙水處理系統，添加複合微生物菌劑深度處理後達標 排放。
[0038] 所述複合微生物菌劑的活性成分包括下列重量份的原料：
[0039] 紅球菌7份，巨大芽孢桿菌10份，脫氮副球菌6份，黃孢原毛平革菌8份；黑麴黴 3份，亞硝化菌2份，嗜酸氧化亞鐵硫桿菌2份
[0040] 所述紅球菌具體為紅球菌（Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906 ;(參見文獻 Cloning and Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp.Strain RHAl, J.Bacteriol. November 2001)；
[0041] 所述巨大芽孢桿菌具體可為巨大芽孢桿菌（Bacillus megatherium) CGMCC No : 2267(CN101215532)；
[0042] 所述脫氮副球菌具體為脫氮副球菌（Paracoccus denitrificans) ATCC13543 (參 見文獻 Genes coding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificans genome, Archives of Microbiology, 1998)；
[0043] 所述黃抱原毛平革菌為黃抱原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium)ATCC 24725
[0044] (參見文獻 APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY，Febl994，p709-714)
[0045] 所述黑麴黴具體為黑麴黴（Aspergillus nige)CCTCC No :M206034 ;(CN1924000)
[0046] 所述亞硝化菌具體為亞硝化菌（Nitrosomonas europaea)ATCC19718(參見文 獻 Complete Genome Sequence of the Ammonia-Oxidizing Bacterium and Obligate Chemolithoautotroph Nitrosomonas europaea，2003)；
[0047] 所述嗜酸氧化亞鐵硫桿菌為嗜酸氧化亞鐵硫桿菌（Acidithiobacillus ferrooxidans) ATCC 53993(可見文獻 A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 53993 additional copper resistance :a possible competitive advantage. Appl Microbiol Biotechnol. 2011)；
[0048] 將以上紅球菌，巨大芽孢桿菌，脫氮副球菌，黃孢原毛平革菌；黑麴黴，亞硝化菌， 嗜酸氧化亞鐵硫桿菌、按照常規培養濃度均控制在2 X IO8個/克，所培養的菌液按照質量 比例混合得到液體菌劑；
[0049] 取上述液體菌劑與載體攪拌混合，優選以硅藻土（40-80目）為載體，按照菌劑：載 體為3 : 1的重量比混合。乾燥：將混合好物料進行乾燥，乾燥溫度為20-50°C，乾燥後含 水量為20-30% ;檢驗、包裝：按質量標準檢驗，成品按重量進行包裝，即得固體菌劑。
[0050] 按每立方米釜底料每次投加微生物製劑30克，每天投加1次，連續投加一周，最後 靜置3天，將液體排出。
[0051] 實施例2 :
[0052] 以葡萄糖為原料進行發酵，其中的葡萄糖為1噸，接著向發酵液中加入液氨和碳 酸鈉溶液，液氨和碳酸鈉的摩爾比為2 : 1，得到pH為7.1的含有穀氨酸鈉粗產物的發酵 液，二者同時加入，且根據發酵液的產酸進度調節液氨和碳酸鈉溶液的加入量，穩定發酵液 的PH值為6. 9,得到含有穀氨酸鈉粗產物的發酵液，再將含有穀氨酸鈉粗產物的發酵液通 過板框或微膜過濾，除去菌體蛋白，微膜孔徑為〇. 06 μ m，2000r/min離心5分鐘，收集除 菌液。除菌液泵入脫色罐進行脫色處理，脫色罐中添加除菌液質量1. 5 %的粉狀活性炭， 控制脫色罐內的溫度為45-50°C，脫色30分後濃縮、所述濃縮參數為：溫度70°C，真空度 為-0. lkpa，一次結晶獲得穀氨酸鈉粗晶體；將粗晶體分離純化，脫色、離交除鐵，二次結 晶，分離，乾燥，篩分精製穀氨酸鈉；接著將收集的除菌液進行脫色，除鹽、濃縮、一次結晶， 收集穀氨酸鈉粗晶體，將收集到的穀氨酸鈉粗晶體進行分離，收集得到的穀氨酸鈉結晶 體，再將穀氨酸鈉結晶體進行重溶，經過炭柱脫色，離交柱除鐵，最後進行二次結晶、分離、 乾燥、篩分和包裝，最終得到〇. 70噸質量合格的味精產品。
[0053] 味精生產過程產生的廢水採用如下處理方式：生產廢水，自然沉降固液分離，獲得 沉降物與上清液，將上清液排入進入汙水處理系統，添加複合微生物菌劑深度處理後達標 排放。
[0054] 所述複合微生物菌劑的活性成分包括下列重量份的原料：
[0055] 紅球菌7份，巨大芽孢桿菌10份，脫氮副球菌6份，黃孢原毛平革菌8份；黑麴黴 3份，亞硝化菌2份，嗜酸氧化亞鐵硫桿菌2份
[0056] 將以上紅球菌，巨大芽孢桿菌，脫氮副球菌，黃孢原毛平革菌；黑麴黴，亞硝化菌， 嗜酸氧化亞鐵硫桿菌、按照常規培養濃度均控制在2 X IO8個/克，所培養的菌液按照質量 比例混合得到液體菌劑；
[0057] 取上述液體菌劑與載體攪拌混合，優選以硅藻土（40-80目）為載體，按照菌劑：載 體為3 : 1的重量比混合。乾燥：將混合好物料進行乾燥，乾燥溫度為20_50°C，乾燥後含 水量為20-30% ;檢驗、包裝：按質量標準檢驗，成品按重量進行包裝，即得固體菌劑。
[0058] 按每立方米釜底料每次投加微生物製劑30克，每天投加1次，連續投加一周，最後 靜置3天，將液體排出。
[0059] 實施例3
[0060] 取新疆阜豐味精生產發酵車間廢水，按照實施例1方法釜底料進入汙水處理系 統，利用50L水桶作為試驗設備並帶攪拌，分別取30L，加入兩個桶中，調pH為7. 0,水溫 20°C，取樣測定C0D、氨氮、總氮數據；對照組不添加複合菌劑，實驗組添加實施例1中複合 菌劑，按每立方米釜底料每次投加微生物製劑30克，每天投加1次，連續投加一周後，取樣 測定C0D、氨氮、總氮數據，經處理後的廢水完全達到排放標準。
[0061]

【權利要求】
1. 一種穀氨酸鈉提取工藝，其包括如下步驟： (1) 在穀氨酸發酵液中同時加入液氨和碳酸鈉進行反應，液氨和碳酸鈉的摩爾比為 2 : 1，得到pH為6. 9-7. 1的含有穀氨酸鈉粗產物的發酵液； (2) 步驟（1)處理後的發酵液經微膜過濾，所述微膜孔徑為0.04-0.06ym，2000r/min 離心3-5分鐘，收集除菌液和菌體蛋白沉澱； (3) 步驟（2)製備的除菌液泵入脫色罐進行脫色處理，脫色罐中添加除菌液質量1. 5% 的粉狀活性炭，控制脫色罐內的溫度為45-50°C，脫色30分後濃縮，所述濃縮參數為：溫度 60-70°C，真空度為-0. lkpa，一次結晶獲得穀氨酸鈉粗晶體； (4) 將粗晶體精製穀氨酸鈉； (5) 取穀氨酸鈉生產廢水，自然沉降固液分離，獲得沉降物與上清液，將上清液排入汙 水處理系統，添加複合微生物菌劑深度處理後達標排放； 所述複合微生物菌劑的活性成分包括下列重量份的原料： 紅球菌7份，巨大芽孢桿菌10份，脫氮副球菌6份，黃孢原毛平革菌8份；黑麴黴3份， 亞硝化菌2份，嗜酸氧化亞鐵硫桿菌2份。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於， 所述紅球菌具體為紅球菌（Rhodococcus rhodochrous) ATCC 15906 ; 所述巨大芽孢桿菌具體為巨大芽孢桿菌（Bacillus megatherium)CGMCC No :2267 ; 所述脫氮副球菌具體為脫氮副球菌（Paracoccus denitrificans)ATCC13543 ; 所述黃抱原毛平革菌為黃抱原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium)ATCC 24725 ； 所述黑麴黴具體為黑麴黴（Aspergillus nige)CCTCC No :M206034; 所述亞硝化菌具體為亞硝化菌（Nitrosornonas europaea)ATCC19718 ; 所述嗜酸氧化亞鐵硫桿菌為嗜酸氧化亞鐵硫桿菌（AcidithiobaciIlus ferrooxidans) ATCC 53993 ； 所述複合微生物菌劑的製備方法為：將以上紅球菌，巨大芽孢桿菌，脫氮副球菌，黃孢 原毛平革菌，黑麴黴，亞硝化菌以及嗜酸氧化亞鐵硫桿菌分別培養至菌液的濃度為2X IO8 個/克，所培養的菌液按照重量份混合得到液體菌劑；取液體菌劑與硅藻土按照3 : 1的重 量比混合製備複合微生物菌劑。
【文檔編號】C02F3/34GK104211610SQ201410374337
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】潘悅洪, 莊會華, 肖勇, 董爽 申請人:新疆阜豐生物科技有限公司