離子交換法從發酵液中提取l-亮氨酸的工藝的製作方法

2023-06-23 08:08:51

專利名稱：：離子交換法從發酵液中提取l-亮氨酸的工藝的製作方法離子交換法從發酵液中提取L-亮氨酸的工藝
技術領域：
：本發明屬於生化工程領域，涉及一種從發酵液中提取L-亮氨酸的方法。
背景技術：
：L-亮氨酸(L-leucine)的化學名為L-ct-氨基異己酸,別名L-2-氨基-4-甲基戊酸，L-亮氨酸是人與動物自身不能合成而必須依賴外源供給的八大必需胺基酸之一。國內外市場需求量較大的藥用胺基酸價格比較高，藥用級亮氨酸的市場價格在18萬元/噸左右，^口級產品市場價在12萬元/噸左右。近年來隨著亮氨酸在醫藥、食品等方面應用的開拓，市場需求量不斷增加。L-亮氨酸生產方法有提取法、化學合成法和發酵法三類。國內外L-亮氨酸生產方法以蛋白水解提取法為主，由於天然蛋白質原料胺基酸組成複雜，提取工藝複雜，汙染嚴重，收率較低，而且由於狂牛症等動物疾病的存在，西方國家已禁止採用動物蛋白水解提取法生成胺基酸，因此極大的刺激了生物發酵法生產L-亮氨酸工藝技術的研究.熱情。以微生物直接發酵法生產L-亮氨酸，在國外已形成一定規模'的工業生產能力。該法具有原料成本低，來源廣泛，產品純度高，反應條件溫和等優點，具有工業化生產的潛力。'目俞國內雖然已有生產廠家，但菌株產酸水平不高，產量較小，遠不能滿足國內市場的需求。發酵法合成亮氨酸的工業生產還存在著一些問題:(l)產酸率低。國內產酸率最高達30g/L,而L-亮氨酸在國外己經實現大規模工業化生產，產酸水平已達到35g/L。(2)轉化率低。目.前發酵生產L-亮氨酸的最高轉化率僅為20%,提高轉化率對工業化生產有極其重要的意義。(3)降低提取分離成本。尋找最佳的提取途徑,包括所用試劑,提取工藝及效率等。要真正實現發酵法生產L-亮氨酸的工業化，就必須對發酵液中L-亮氨酸的提取工藝進行研究。國內外多採用沉澱法提取L-亮氨酸，且已有相關專利報導。本發明採用金屬膜過濾發酵液，然後用離子交'^法分離提取發酵液中L-亮氨酸。
發明內容本發明的目的是解決現有發酵法生產L-亮氨酸的提取收率低，.無法實現產業化生產的問題，提供從發酵液中提取L-亮氨酸的方法。一種從發酵液中提取L-亮氨酸的工藝，包括採用金屬膜過濾除菌體和蛋白，濾液通過離子交換法提取L-亮氨酸，離子交換過程中的上柱料液的pH範圍1~14，操作溫度為040'C，流速為16倍:床體積/h。對離子交換洗脫液進行等點結晶，操作溫度為02(TC。結晶後的母液用離子交換樹脂濃縮回流至等點液中。等點後粗結晶用去離子水溶解，加入一倍體積50%95%乙醇，冷藏過夜，進行重結晶，烘乾後得L-亮氨酸結晶。金屬膜採用不鏽鋼管式膜分離系統，其孔徑為50nm100nm，截留分子量200050000]ViW，pH範圍1~14，操作溫度為0~40°C，操作壓差為0.21.0MPa。洗脫液為0.110mol/L氨水，氯化銨溶液，硫酸銨溶液，醋酸銨:溶液，乙醇溶液。離子交換樹脂採用強酸型陽離子交換樹脂JK006，HD-8，732，DOOl，JK008，WA-2和HZ014;離子交換柱採用串聯方式。金屬膜過濾除菌體和蛋白前，發酵液進行預處理，用鹼將發酵液pH調至912，攪拌並加熱到8(TC，加入發酵液0.1%~0.5%硅藻土後注入不鏽鋼管式膜分離系統，操作溫度控制在50~60°C，進膜壓力'與出膜壓力差0.3~0.8kg/cm2，濾速控制在200300ml/min。本發明的優點和積極效果本發明利用金屬膜過濾法預處理髮酵液，並以離子交換法提取L-亮氨酸，可以大大提高L-亮氨酸的收率，縮短操作周期。產品純度可達98%以上，提取率85.5%。本發明採用金屬膜過濾菌體，改變了常規發酵液處理採用的離心、壓濾機壓濾等方法，降低了維修費用，降低了工人的勞動強度，除去菌體徹底，節省操作時間；且金屬膜使用壽命長，耐高溫、耐酸鹼、易於清洗且裝置維護方便。利用金屬膜過濾預處理可以快速有效地除去發酵液中的菌體、'雜蛋白和色素等，有利於L-亮氨酸的離子交換吸附。另外離子交換法可以進一步起到脫色作用，去除濾液的色素，從而省略採用活性炭等的脫色操作，縮短了操作周期。提取工藝流程見說明書附圖。.具體實施方式實施例l:膜過濾法除蛋白和色素用硫酸將L-亮氨酸發酵液pH調至3，攪拌並8(TC水浴加熱10min，加入0.1%硅藻土，將發酵液倒入金屬膜過濾器，控制溫度50"C6(TC，進膜壓力與出膜壓力差0.6kg/cm2，當進出膜壓差明顯降低時，'補入適量去離子水，濾速控制在200300ml/min。蛋白和色素去除率分別為94.2%和50.2%。L-亮氨酸損失率為5.1%。實施例2:離子交換樹脂的篩選對於離子交換法提取發酵液中的L-亮氨酸，交換容量是衡量離子-交換樹脂好壞的最重要的指標。實驗選用了5種強酸性陽離子交換樹脂732、WA-2、HD-8、JK008、HZ014進行靜態實驗，測定各種樹脂對L-亮氨酸的靜態吸附量Q，結果如表l所示。表l不同型號樹脂對L-亮氨酸的靜態吸附量tableseeoriginaldocumentpage6由表1可知，樹脂732、WA-2、JK008、HZ014四種樹脂吸附量較大。實施例3:離子交換法提取L-亮氨酸將處理成IT型的WA-2樹脂裝入直徑2.5cm的離子交換柱中，裝柱高16cm，操作溫度為室溫，濾液或等點結晶後的母液上柱速度為lBV/h，上柱量為兩倍床體積。上柱後，用l倍體積水洗滌樹脂，流速為lBV/h，將洗滌液收集準備再次上柱。用0.3mol/L氨水lBV/h'洗脫，收集pH-39部分的洗脫液。離子交換法提取收率為96%。實施例4:L-亮氨酸等點結晶將離子交換洗脫液用濃硫酸緩慢調節pH至6.5，溫度4。C，添加0.1%的晶種，然後將pH調至5.96,等點結晶24h。等點結晶收率為85%。實施例5:L-亮氨酸精製用一定量的去離子水溶解粗結晶，再加入等體積的95%乙醇，冷藏過夜，過濾晶體，烘乾後得L-亮氨酸結晶，純度可達98%以上，.精'制收率為94.5%。權利要求1、一種從發酵液中提取L-亮氨酸的工藝，包括採用金屬膜過濾除菌體和蛋白，濾液通過陽離子交換法提取L-亮氨酸，離子交換過程中的上柱料液的pH範圍1～14，操作溫度為0～40℃，流速為1～6倍床體積/h。對離子交換洗脫液進行等點結晶，操作溫度為0～20℃。結晶後的母液用離子交換樹脂濃縮回流至等點液中。等點後粗結晶用去離子水溶解，加入一倍體積50％～95％乙醇，冷藏過夜，進行重結晶，烘乾後得L-亮氨酸結晶。2、根據權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於金屬膜採用不鏽鋼管式膜分離系統，其孔徑為50nm100nm，截留分子量2000~50000MW，pH範圍1~14，操作溫度為04(TC，操作壓差為0.2-1.OMPa。3、根據權利要1所述的生產工藝，其特徵在於洗脫液為0.110mol/L氨水，氯化銨溶液，硫酸銨溶液，醋酸銨溶液，乙醇溶液。4、根據權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於的離子交換樹脂採用強酸型陽離子交換樹脂JK006，HD-8，732，DOOl，JK008，WA-2和HZ014;離子交換柱採用串聯方式。.'5、根據權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於過濾前，發酵液進行預處理，將發酵液pH調至1~14，攪拌並加熱到8(TC，加入發酵液0.1%~0.5%硅藻土後注入不鏽鋼管式膜分離系統，操作溫度控制在506(TC，進膜壓力與出膜壓力差0.3~0.8kg/cm2，濾速控制在200300ml/min。全文摘要本發明公開了一種利用直接發酵法生產L-亮氨酸的提取工藝。該方法包括採用不鏽鋼管式膜分離系統過濾發酵液，應用離子交換法提取L-亮氨酸，離子交換洗脫液等點結晶，結晶後的母液再用離子交換樹脂濃縮以及產品的濃縮和結晶。本發明採用金屬膜過濾菌體，改變了常規發酵液處理採用的離心、壓濾機壓濾等方法，降低了維修費用，降低了工人的勞動強度，除去菌體徹底，節省操作時間；且金屬膜使用壽命長，耐高溫、耐酸鹼、易於清洗且裝置維護方便。發酵濾液離子交換和結晶後的母液再用離子交換樹脂濃縮，這兩步離子交換使得提取總收率以及產品純度大大提高，並且能夠有效降低提取過程的能耗。該方法提取總收率為85.5％，精製產品純度達98％以上。文檔編號C12P13/00GK101328131SQ20071005765公開日2008年12月24日申請日期2007年6月18日優先權日2007年6月18日發明者輝劉,劉淑雲,徐慶陽,寧陳申請人:天津科技大學