一種提高l-穀氨醯胺收率的方法
2023-08-07 21:48:56
一種提高l-穀氨醯胺收率的方法
【專利摘要】本發明屬於胺基酸衍生物發酵液的提取及精製【技術領域】，具體涉及一種提高L-穀氨醯胺收率的方法。該方法包括下述的步驟：發酵液的製備：斜面培養、搖瓶菌種、一級種子培養、二級種子培養、繼續發酵；發酵產品提取精製：發酵液預處理、二次結晶、脫色除雜處理、膜濃縮分離、乾燥，包裝得成品。本發明的有益效果在於，顯著降低穀氨醯胺後續提取精製液中菌體、有機物和無機物雜質含量，提高穀氨醯胺的得率；提高了產品質量，降低了生產成本，大大減輕了工人的勞動強度；大大減少了水、酸、鹼、活性炭等固液廢的排放量，減少了對環境的汙染。
【專利說明】一種提高L-穀氨醯胺收率的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於胺基酸衍生物發酵液的提取及精製【技術領域】，具體涉及一種提高L-穀氨醯胺收率的方法。
【背景技術】
[0002]穀氨醯胺(Glutamin)亦被稱作麩醯胺酸，為人體中含量最豐富的非必需胺基酸，
且是唯--種可直接通過腦血管障壁(BBB)的胺基酸。在人體中儲存於骨骼肌或血液中。
當受傷或患病時，穀氨醯胺可能需要藉由攝取含Gln的食物來獲得足夠的量。生物體通過穀氨醯胺合成酶催化穀氨酸和銨鹽反應生成穀氨醯胺。
[0003]L-穀氨醯胺，該產品在食品加工中作營養增補劑，調香增補劑。並且L穀氨醯胺是健美運動和健美愛好者的重要營養補劑。它(以下稱穀氨醯胺)是肌肉中最豐富的游離胺基酸，約佔人體游離胺基酸總量的60%。空腹血漿穀氨醯胺濃度為500 - 750umol/L。穀氨醯胺不是必需胺基酸，它在人體內可由穀氨酸、頡氨酸、異亮氨酸合成。在疾病、營養狀態不佳或高強度運動等應激狀態下，機體對穀氨醯胺的需求量增加，以致自身合成不能滿足需要。
[0004]L-穀氨醯胺在醫藥、營養保健、食品等領域應用廣泛，需求量大，被稱之為非必須胺基酸中最重要的品種之一。L-穀氨醯胺是發展新型藥物、臨床治療及運動營養保健的重要材料，所有的機體組織都利用L-穀氨醯胺合成細胞漿蛋白和核蛋白。在生理活性方面，除了與胃腸道疾病、動物科學及畜牧獸醫業有關外，近年來，又作為人類抗癌武器之一、強化免疫系統而引起關注，有望成為營養療法的新材料。由於L-穀氨醯胺不僅擁有重要的科學研究、實際生產及應用價值，同時L-穀氨醯胺在生理功能重要性的作用，而且現在國內傳統生產方法依舊汙染嚴重、產能產值較低，因此，經國務院和全國人大代表批准，發酵法生產L-穀氨醯胺列入國家「十一五」重點攻關科技項目。
[0005]發酵液一陶瓷膜過濾一絮凝、脫色+陶瓷膜過濾一濃縮結晶一離心一乾燥一產
品O
【發明內容】
[0006]為了解決上述的技術問題，本發明利用陶瓷膜、反滲透、納濾膜和雙結晶工序來提取和精製L-穀氨醯胺的方法；採用該方法得到的產品其收率和合格率大大提高。
[0007]本發明的一種提高L-穀氨醯胺收率的方法是通過下述的技術方案來解決以上的技術問題的:
L-穀氨醯胺的製備方法，該方法包括下述的步驟:
(一)發酵液的製備:
以黃色短桿菌MQG121菌株為發酵菌株；
(1)斜面培養:將安焙管菌種接入無菌斜面培養基28-32°C培養20-24小時；
(2)搖瓶菌種:將培養好的斜面菌種接入無菌搖瓶種子培養基28-32°C培養16-20小
時；(3)—級種子培養:將培養好的搖瓶種液接入無菌一級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速240rpm，28-32°C培養12-16小時；
(4)二級種子培養:將培養好的一級種液接入無菌二級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速220rpm，28-32 °C培養2-6小時；
(5)將培養好的二級種子接種到滅菌的發酵培養基中，1:0.3通風條件下，攪拌轉速140rpm,發酵過程用液氨調節pH值至7.0-7.2，經過O —12小時菌體培養，然後調節pH值至5.5-5.7，12—44小時產品合成培養，過程用液氨控制PH，流加糖控制糖含量2.0—0%,得到含穀氨醯胺產品的發酵液；
上述的發酵培養基為:
葡萄糖10-20%玉米漿2-6%
ZnSO40.5-2 mg/ml(NH4)2SO4 3-7%
糖蜜0.5-2%KH2PO42-5%,
K2HPO42-5%NaH2PO40.1-0.4%,
維生素 BIl_4mg/LCuSO40.8_2mg/ml
MgSO4 0.05-0.08%,MnSO48_15mg/ml
上述的黃色短桿菌菌株於2013年11月12日保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏編號為CGMCC N0.8468 ；
( 發酵廣品提取精製:
陶瓷膜過濾:將常溫狀態下的發酵液送入陶瓷膜循環過濾得到發酵清液，循環過程中使用循環水為陶瓷膜循環料液降溫，使循環發酵液的溫度保持在70°C以下，陶濾濃縮液加入反滲透水清洗出殘留的產品；通過陶瓷膜過濾除去發酵液中的菌體和大分子雜質，製得陶濾清液。
[0008]一次結晶:將濃縮後的料液在50°C、80rpm條件下真空濃縮，濃縮液產品含量為60%，真空度為-0.098Mpa，用循環水以10—15°C /h的降溫速度降溫至15°C，再養晶4小時，養晶攪拌轉速為20rpm，經離心機離心得到溼品結晶；
粗品回溶:先把反滲透水升溫至70°C，攪拌轉速為40rpm，將溼品結晶溶解，按產品含量為10%的量投入粗品，用試劑鹽酸調至pH3.5，將結晶完全溶解，製得粗品溶解液。
[0009]離子交換:將含量為10%、pH為3.5、溫度為45°C的料液以I倍樹脂體積/小時的流速通過732陽離子交換柱，通過陽離子交換柱的料液以相同的速度流入330陰離子交換柱，通過離子交換樹脂除去料液中的有機、無機雜質，製得離交液；
納濾:將經過陽陰離子交換柱除雜後的料液常溫狀態下進入納濾設備循環過濾；循環過程中使用循環水為納濾循環料液降溫，使循環料液的溫度保持在50°C以下，納濾濃縮液加入反滲透水清洗出殘留的產品；通過納濾除去料液中的有機小分子雜質，製得到納濾透析料液。
[0010]脫色除雜處理:用活性炭對納濾透析料液進行脫色除雜處理，將料液升溫至700C，加入0.3%藥用767活性炭，保溫30分鐘，攪拌轉速為60rpm，待透過率達到95%以上後通過芬特過濾器循環過濾除去料液中的`活性炭，製得脫色液。
[0011]反滲透濃縮:將脫色後的料液降溫至40°c，進入反滲透濃縮器循環濃縮至含量達到15% ;循環過程中使用循環水為循環液降溫，保持料液溫度< 50°C，製得反滲透濃縮液。用H型732陽離子交換樹脂調節料液PH至6.0—6.5。
[0012]二次結晶:將反滲透濃縮液打入單效濃縮結晶罐，保持濃縮溫度為< 50°C，真空度為-0.098Mpa,攪拌轉速保持60rpm，當濃縮液產品含量為60%以上，保持攪拌轉速20rpm,用循環水已15—15°C /h的降溫速度降至15°C,養晶4小時,經轉速1200rpm離心機離心得到溼品結晶；
乾燥:將溼品結晶產品經雙錐乾燥器乾燥，其條件是:真空度-0.098Mpa，使用溫度為80°C的熱水循環保持乾燥溫度< 50°C，乾燥6h，待產品溫度< 40°C包裝，包裝環境條件為:溫度18°C—25°C，溼度≤70%。
[0013]優選的，上述的發酵液的製備過程中:
以黃色短桿菌MQG121 菌株為發酵菌株；
(1)斜面培養:將安焙管菌種接入無菌斜面培養基28-32°C培養20-24小時；
(2)搖瓶菌種:將培養好的斜面菌種接入無菌搖瓶種子培養基28-32°C培養16-20小
時；
(3)—級種子培養:將培養好的搖瓶種液接入無菌一級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速240rpm，28-32°C培養12-16小時；
(4)二級種子培養:將培養好的一級種液接入無菌二級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速220rpm，28-32 °C培養2-6小時；
(5)將培養好的二級種子接種到滅菌的發酵培養基中，1:0.3通風條件下，攪拌轉速140rpm,發酵過程用液氨調節pH值至7.0-7.2，經過O —12小時菌體培養，然後調節pH值至5.5-5.7，12—44小時產品合成培養，過程用液氨控制PH，流加糖控制糖含量2.0—0%,得到含穀氨醯胺產品的發酵液；
更優選的，上述的發酵培養基為:
葡萄糖18%玉米漿 4%
ZnSO41.5 mg/ml(NH4)2SO4 4%
糖蜜1%KH2PO43%
K2HPO42.5%NaH2PO40.2%,
維生素 BIlmg/LCuSO4lmg/ml
MgSO40.05%,MnSO48mg/ml
本發明所採用的黃色短桿菌菌株於2013年11月12日保藏於中國微生物菌種 保藏管理委員會普通微生物中心，保藏編號為CGMCC N0.8468 ;保藏地址是:北京市朝陽區北辰西路I號院3號中國科學院微生物研究所，郵編:100101。
[0014]本發明的有益效果在於:
(I)在L-穀氨醯胺的精製過程中，利用陶瓷膜設備除去發酵液中的生產菌和大分子蛋白，代替傳統的板框除菌技術，減少了佔地面積和勞動強度；採用陶瓷膜進行穀氨醯胺發酵液的除菌，不僅可以回收蛋白，由於過濾液質量的提高，還可以顯著減少離子樹脂的用量(由樹脂對產品的交換量原來的100 kg/m3提高到150 kg/m3)，雙結晶工序可以顯著降低穀氨醯胺後續提取精製液中菌體、有機物和無機物雜質含量，提高穀氨醯胺的得率；
(3)採用超濾膜和鈉濾膜過濾技術除去料液中的有機色素和小分子有機物，使得料液中有機雜質大大降低，提高了料液的透光率，降低了活性炭的用量；(4)採用反滲透進行濃縮預處理，減少了高溫濃縮對產品的破壞，減少了蒸汽的使用，降低了能耗，減少了汙水排放，保證了進離子交換柱料液的質量，加大了離子交換柱對產品的吸附能力，減少了樹脂的用量；離子交換解析液穀氨醯胺含量由傳統的5.5%提高到8%，離交液純度得到大大提高，提高了產品質量，降低了生產成本，大大減輕了工人的勞動強度。
[0015](5)在產品濃縮階段採用國際上通用的膜濃縮分離工藝代替傳統的減壓濃縮工藝，即減少了對產品的破壞，又降低了生產成本。而且採用了鈉濾膜生產工藝，提高了產品的質量，還減少了過去發酵法傳統工藝的樹脂用量，大大減少了水、酸、鹼、活性炭等固液廢的排放量，減少了對環境的汙染。
[0016]通過上述處理方法，成品對於發酵液來說總收率能達到85%以上(相對於除去菌體的淨L-穀氨醯胺含量計算)，成品一次合格率達到100%，而傳統工藝只能達到50%的總收率，一次合格率只有98%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的 工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】來對本發明作更進一步的說明，以便本領域的技術人員更了解本發明，但並不以此限制本發明。
[0019]提取生產工藝
一種提高L-穀氨醯胺收率的方法，該方法包括下述的步驟:
(一)發酵液的製備:
(1)斜面培養:將安焙管菌種接入無菌斜面培養基28-32°C培養20-24小時；
(2)搖瓶菌種:將培養好的斜面菌種接入無菌搖瓶種子培養基28-32°C培養16-20小
時；
(3)—級種子培養:將培養好的搖瓶種液接入無菌一級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速240rpm，28-32°C培養12-16小時；
(4)二級種子培養:將培養好的一級種液接入無菌二級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速220rpm，28-32 °C培養2-6小時；
(5)將培養好的二級種子接種到滅菌的發酵培養基中，1:0.3通風條件下，攪拌轉速140rpm,發酵過程用液氨調節pH值至7.0-7.2，經過O —12小時菌體培養，然後調節pH值至5.5-5.7，12—44小時產品合成培養，過程用液氨控制PH，流加糖控制糖含量2.0—0%,得到含穀氨醯胺產品的發酵液；
上述的發酵培養基為:
葡萄糖18%玉米漿4%
ZnSO41.5 mg/ml(NH4)2SO4 4%
糖蜜1%KH2PO43%
K2HPO42.5%NaH2PO40.2%,
維生素 BIlmg/LCuSO4lmg/ml
【權利要求】
1.一種提高L-穀氨醯胺收率的方法，其特徵在於，該方法包括下述的步驟: (一)發酵液的製備: 以黃色短桿菌MQG121菌株為發酵菌株； (1)斜面培養:將安焙管菌種接入無菌斜面培養基28-32°C培養20-24小時； (2)搖瓶菌種:將培養好的斜面菌種接入無菌搖瓶種子培養基28-32°C培養16-20小時； (3)—級種子培養:將培養好的搖瓶種液接入無菌一級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速240rpm，28-32°C培養12-16小時； (4)二級種子培養:將培養好的一級種液接入無菌二級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速220rpm，28-32 °C培養2-6小時； (5)將培養好的二級種子接種到滅菌的發酵培養基中，1:0.3通風條件下，攪拌轉速140rpm,發酵過程用液氨調節pH值至7.0-7.2，經過O —12小時菌體培養，然後調節pH值至5.5-5.7，12—44小時產品合成培養，過程用液氨控制PH，流加糖控制糖含量2.0—0%,得到含穀氨醯胺產品的發酵液； 上述的發酵培養基為:
2.如權利要求1所述的一種提高L-穀氨醯胺收率的方法，其特徵在於，所述發酵液的製備過程中: 以黃色短桿菌MQG121菌株為發酵菌株； (1)斜面培養:將安焙管菌種接入無菌斜面培養基28-32°C培養20-24小時； (2)搖瓶菌種:將培養好的斜面菌種接入無菌搖瓶種子培養基28-32°C培養16-20小時； (3)—級種子培養:將培養好的搖瓶種液接入無菌一級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速240rpm，28-32°C培養12-16小時； (4)二級種子培養:將培養好的一級種液接入無菌二級種子培養基，1:0.5通風條件下，攪拌轉速220rpm，28-32 °C培養2-6小時； (5)將培養好的二級種子接種到滅菌的發酵培養基中，1:0.3通風條件下，攪拌轉速140rpm,發酵過程用液氨調節pH值至7.0-7.2，經過O —12小時菌體培養，然後調節pH值至5.5-5.7，12—44小時產品合成培養，過程用液氨控制PH，流加糖控制糖含量2.0—0%,得到含穀氨醯胺產品的發酵液。
3.如權利要求1所述的一種提高L-穀氨醯胺收率的方法，其特徵在於，所述的發酵培養基為: 葡萄糖18%玉米漿 4% ZnSO41.5 mg/ml(NH4)2SO4 4% 糖蜜1%KH2PO43% K2HPO42.5%NaH2PO40.2%, 維生素 BIlmg/LCuSO4lmg/ml MgSO40.05%,MnSO48mg/ml 。
【文檔編號】C07C231/24GK103695492SQ201310721044
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】高樹營, 王威, 李令娣 申請人:山東民強生物科技股份有限公司