由蘇氨酸發酵液提取蘇氨酸的方法
2023-08-09 21:34:06 1
專利名稱：由蘇氨酸發酵液提取蘇氨酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種由蘇氨酸發酵提取蘇氨酸的方法，由該方法可獲得 高含量的蘇氨酸結晶，所述的蘇氨酸結晶可作為動物飼料添加劑。
背景技術：
蘇氨酸是人和動物體內必需的胺基酸之一，但蘇氨酸不能在體內合 成，必須由食物中攝取。因此，近年來蘇氨酸作為添加劑被廣泛應用於 食品、保健品和詞料工業領域。
在動物詞料中，蘇氨酸是第二限制性胺基酸。近年來，作為飼料添 加劑，隨著賴氨酸用量的逐年加大，蘇氨酸的用量也逐年加大，我國的 蘇氨酸飼料添加劑主要依賴進口，
目前，醫用蘇氨酸多採用化學合成法生產；大量的、作為食品或飼 料添加劑使用的蘇氨酸，主要採用發酵法生產，較之化學合成法，發酵 法的生產規模大、產量高、成本低，可滿足日益增長的需求。
用發酵法生產蘇氨酸的工藝目前尚不夠成熟，其過濾、濃縮、結晶 等各個生產環節均有待改進和優化。天津科技大學的專利申請 CN200610014324.4公開了一種從發酵液中分離提取L-蘇氨酸的方法，其 中採用金屬膜過濾發酵液，使過濾工藝得到改進，提高了生產效率，蘇 氨酸結晶產品的純度可達到99%以上。
本發明人經過大量的研究和實驗，對由發酵液提取蘇氨酸結晶產品 的工藝作了多方面的改進，並已成功地完成工業化規模的生產實驗，產 品質量好，收率高，並且無環境汙染。
發明內容
本發明的目的是提供一種由蘇氨酸發酵液製備蘇氨酸結晶的方法，
該方法包括以下步驟
(1)將蘇氨酸發酵液經高溫滅菌後，通過無機陶瓷膜過濾除去菌體與蛋白等雜質，得到澄清的蘇氨酸發酵液；
(2) 將上述蘇氨酸發酵液用活性炭進行脫色；
(3) 將脫色後的發酵液經減壓濃縮，使其濃度達到25Bo。以上；
(4) 使濃縮後的濃縮液進入結晶罐進行降溫結晶；
(5) 將降溫結晶後的晶槳離心分離，得到晶體和一次母液；和
(6) 烘乾晶體，得到蘇氨酸結晶成品。
在本發明的方法中，其中所述步驟(1)還包括將蘇氨酸發酵液經高 溫滅菌後，用硫酸調pH至4.0 5.0，優選大約4.5，然後通過無機陶瓷膜 過濾除去菌體與蛋白等雜質，所述的膜可截留分子量300kD的蛋白質， 得到透光率在87%以上的蘇氨酸發酵液。膜過濾除去的菌體蛋白，經過 三級膜過濾後，可製成肥料。
無機陶瓷膜是將氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯等氧化物經高溫燒結而成 的，是具有多孔結構的精密陶瓷過濾材料，其中多孔支撐層、過濾層和 微孔膜層呈非對稱分布，過濾精度可涵蓋微濾、超濾甚至鈉米級過濾。 陶瓷膜過濾是一種"錯流過濾"形式的流體分離過程，原料液在膜管內 高速流動，在壓力驅動下含小分子組分的澄清滲透液沿與之垂直的方向 向外透過膜，含大分子組分的混濁濃縮液被膜截留，從而使流體達到分 離、濃縮和純化的目的。
與傳統的過濾材料相比無機陶瓷膜有很多優點，例如化學穩定性極 好，耐高溫，機械強度大，孔徑分布窄，分離精度高，易清洗等，與其 它過濾材料相比，用無機陶瓷膜進行分離時，所得到的分離產物純度高， 更易於濃縮，因此被廣泛應用於製藥、生物工程、電子等行業。
使用無機陶瓷膜進行過濾操作時，其操作溫度和壓力可按產品說明 書的指示或常規操作條件進行，優選的，例如膜過濾的溫度為大約75X:， 壓力進膜壓力大約為0.7mpa/m2，出膜壓力大約為0.4mpa/m2。
在本發明的方法中，其中所述的步驟(2)的活性炭脫色步驟所使用 的活性炭可以是常規使用的活性炭，優選將兩種顆粒度大小不同的活性 炭一起使用，更優選將粒度為200 300目和18目的活性炭一起使用。其 中使用200-300目的活性炭大約可以脫掉80%左右的顏色，用18目的活性炭大約可脫掉15%左右的顏色，使用兩種粒度的活性炭脫色後發酵液
的透光率可達到99%以上，有利於形成大的晶粒。本領域技術人員根據
物料的狀況很容易確定兩種活性炭顆粒的比例，通常情況下，粒度為
200~300目和18目的活性炭的比例為4: 3 (體積比)。
本發明的方法中，步驟(3)所述的減壓濃縮優選採用多效降膜蒸發 裝置，例如四效降膜蒸發器進行濃縮，四效降膜蒸發系統的溫度大約分 別是 一效蒸發溫度為卯。C， 二效蒸發溫度為6(TC，三效蒸發溫度為 80°C，四效蒸發溫度為70°C。當所得到的濃縮液的波美濃度達到25Bo° 以上，優選25 26Bo1寸，即可完成濃縮步驟。
本發明的方法中，步驟(4)所述的降溫結晶是在結晶罐中採用梯度 降溫結晶的方法進行，梯度降溫結晶條件是起始溫度7(TC，降溫速度為 2.5-2.7°C/h，最低溫度5-10。C，維持15-30小時，同時進行攪拌，使小晶 粒進一歩長大，以便於分離。
優選的梯度降溫結晶的條件是起始溫度70°C，降溫速度為 2.57°C/h，最低溫度9t:，維持該溫度20h，攪拌速度大約為30轉/分鐘。
為了確保得到的合適大小的蘇氨酸結晶，優選在上述溫度和pH值 範圍內進行所述的結晶操作，並且應儘量維持溫度和pH值的穩定性，優 選溫度的最大波動不超過土rC， pH值的最大波動不超過土O. 1。
按照本發明由蘇氨酸發酵液提取蘇氨酸結晶的方法，所得到的蘇氨 酸結晶的純度可達到98.5%以上，蘇氨酸提取率可達到95%以上。
優選的，本發明由蘇氨酸發酵液提取蘇氨酸結晶的方法包括以下步
驟
(1) 將蘇氨酸發酵液經高溫滅菌後，用硫酸調pH至4.5，然後用 無機陶瓷膜過濾除去菌體蛋白等雜質，所述的膜可截留分子量300kD的 蛋白質，得到透光率在87%以上的蘇氨酸發酵液；
(2) 將上述蘇氨酸發酵液用200-300目和18目的活性炭脫色，脫 色後發酵液的透光率達到99%以上；
(3) 脫色後的發酵液進入四效降膜蒸發器，使發酵液濃度達到 25 26Bo。；
(4) 使上述發酵液結晶漿進入梯度降溫結晶罐進行降溫結晶，梯度降溫結晶條件是起始溫度70°C，降溫速度為2.5-2.7°C/h，最低溫度 5-10°C，維持15-30小時，同時進行攪拌；
(5) 使降溫結晶後的晶漿離心分離，得到晶體和一次母液；和
(6) 烘乾晶體，得到蘇氨酸結晶成品，所得到的蘇氨酸結晶的純度 可達到98.5%以上。
進一步地，本發明提取蘇氨酸的方法中，可將步驟(5)所得到的一 次母液回收進行再利用，再利用的方法包括其一是將其與滅菌過濾後
的蘇氨酸發酵清液合併，進入本發明方法的程序之中，進行循環使用； 其二是將其直接經再次脫色、濃縮、梯度降溫結晶、離心分離得到蘇氨 酸結晶和二次母液，所得到的晶體用水再溶解、結晶和分離烘乾晶體後 得到成品蘇氨酸結晶。後者所述的方法與前文所述處理髮酵液濃縮液的 方法基本一致，即設置另外一個獨立的工藝系統，各步驟的操作條件與 前述方法基本一樣。
具體的，用後一方法由一次母液再結晶獲得蘇氨酸的方法是將所 述的一次母液經再次脫色、濃縮、梯度降溫結晶、離心分離得到蘇氨酸 結晶和二次母液，所得到蘇氨酸結晶的蘇氨酸含量在60%左右；將該結 晶用水重溶，例如將得到的晶體以2噸料lm3水的比例用高溫熱水於 70 8(TC加蒸氣溶解，然後再梯度降溫結晶、分離烘乾，得到成品蘇氨酸
仕曰 ￡口曰曰。
更進一步的，其中步驟(5)所得到的一次母液經再次脫色、濃縮、 梯度降溫結晶和離心分離，得到蘇氨酸產品，在上述離心過程得到二次 母液，所述的二次母液也可回收利用，例如可用於製造肥料。
另外，本發明方法中濃縮步驟的二次凝液也可充分利用，可作為冷 凝水使用，或在蘇氨酸結晶的後處理操作中作為洗滌用水使用。
本發明的方法產量高，蘇氨酸提取率可達到95%以上；收率，即結
晶成品總量與清液中蘇氨酸總量的比值可達到91%以上；產品質量好，
所得到的蘇氨酸結晶的純度在98.5%以上；結晶產品顆粒適中，既利於
分離，在飼料加工中也有利於與其它成分混勻；本發明的方法中由於對 多種副產物的綜合利用，大大降低了生產成本，例如可根據需要對生產流程中的一次母液、二次母液、菌體蛋白劑型綜合利用，回收其中的蘇 氨酸，或將其製成次級產品，如肥料等；另外濃縮步驟得到的二次凝液 可在蘇氨酸結晶工藝的後處理中作為冷凝水或洗滌用水使用。本發明的 方法簡便，易於推廣，可滿足日益增長的需求，且本發明的生產方法是 典型的環境友好型生產工藝，有利於環境保護。
圖1為本發明由蘇氨酸發酵液製取蘇氨酸結晶的流程圖。
具體實施方式
為了進一步闡述本發明的方法給出了下述實施例。但是，這些實施例不 以任何方式限制本發明的範圍。^MMJ^由蘇氨酸發酵液製取蘇氨酸結晶 具體操作步驟按附圖i所示流程進行。1、 按照常規方法製備蘇氨酸發酵液以玉米糖為主要原料，添加硫 酸銨、氨水和輔以玉米漿做氮源，添加短桿菌屬細菌經過發酵製得蘇氨 酸發酵液，發酵液的基本參數為pH值7~8蘇氨酸含量7 12g/100ml 乾物12 14g/100ml)2、 發酵液的過濾取蘇氨酸發酵液300m3 ，其中蘇氨酸含量為 9g/100ml， pH值7.00，經10(TC高溫滅菌，用食品級濃硫酸調pH至4.5， 然後用泵泵入300KD的無機陶瓷膜(法國，諾華賽orelis，型號K99BW) 進行過濾，除去菌體蛋白等雜質。泵進的壓力為7kg，泵出的壓力為4kg， 溫度為70。C，壓力過髙易導致膜破裂，失去過濾作用。3、 發酵液脫色澄清的發酵液在溫度7(TC， pH4.5，澄清的發酵液 中按1%的比例加入200~300目活性炭，過濾後，再經過兩根裝有18目 活性炭的柱進行脫色，脫色後的發酵液透光率在99%以上，有利於形成 大的晶粒。炭柱的直徑為3m，高5m，泵出流速為150m3/h。4、 發酵液濃縮脫色後的發酵液進入四效降膜蒸發系統， 一效蒸發8溫度為9(TC， 二效蒸發溫度為6(TC， 二效蒸發出料的波美在約9 10之 間，三效蒸發溫度為80。C，四效蒸發溫度為70。C，得到濃縮液145m3， 波美濃度25 26Bo°。同時得到二次凝液130m3，可作為冷凝水或洗滌用 水儲存備用。5、 梯度降溫結晶上一步驟所得晶漿從二效蒸發泵入梯度降溫結晶 罐，結晶罐的降溫管束中通入地下水降溫，降溫速度為2.570°C/h，攪拌 速度為30轉/分鐘，但溫度低於15'C時，由於地下水溫受限制，改用冰 水進行降溫，降溫速度不變，但溫度達到9'C時，維持溫度攪拌20h，使 小晶粒進一步長大，以便於分離。6、 結晶的後處理將晶漿泵入活塞推料至離心機分離晶體和一次母 液，用步驟4所得到的冷凝水洗淨三次，洗除附在晶體表面的無機鹽和 色素等雜質，以提高結晶的純度，烘乾後得到蘇氨酸晶體，晶體烘乾後 重23.00噸，含量98.5%以上。結晶的離心分離所使用的離心機是自卸式三足離心機，其分離因數 0.5 0.6，所用篩網為250目，篩網過小不利於晶料脫水，過大易跑晶料， 浪費能源。7、 綜合利用(1) 一次母液的綜合利用洗滌用的水和一次母液合併約30m3， 蘇氨酸含量為8g/100ml，將其再次進行脫色、濃縮、降溫結晶和分離， 分離出的晶體按lm"K:2噸料的比例進行重溶，用水溶去晶體表面的可 溶性無機鹽和色素，然後結晶、分離和烘乾，得到成品蘇氨酸結晶2.20 噸，蘇氨酸含量在98.5%以上，與上一步驟得到的結晶相比，晶粒較小， 在以後的飼料加工中易於和其它成分混勻。其中所採用的操作條件與上 述生產過程相同。(2) 二次母液的綜合利用分離結晶時得到二次母液，其中蘇氨酸 含量為7.90g/100ml，體積為2.5m3。將上述二次母液和菌體混合造粒制 成肥料。(3) 菌體蛋白的綜合利用膜過濾除去的菌體蛋白經過三級膜過濾 後，用泵沿管路泵出，其中清液270m3， 301113溼菌體，蘇氨酸含量為1.2g/100ml，溼菌體送至副產車間烘乾，烘乾後為菌體蛋白，用於製成肥 料。(4) 二次凝液的綜合利用濃縮步驟的145m3 二次凝液在蘇氨酸 結晶的後處理中作為洗滌用水使用。8、產物蘇氨酸結晶成品25.2噸，成品收率91.94%;菌體蛋白(乾燥後)5噸，和二次母液混合造粒製成肥料。用本實施例的方法提取得到的蘇氨酸結晶成品的純度在98.5%以上，具有下面的乾物質組成游離蘇氨酸 >98.5% (按重量計)銨鹽 <0.04% (按重量計)水份 <1% (按重量計)砷 O.OOlppm (按重量計)本實施例的蘇氨酸提取率在95%以上。以上已詳細描述了本發明的實施方案，對本領域技術人員來說很顯 然可以做很多改進和變化而不會背離本發明的基本精神。所有這些變化 和改進都在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、由蘇氨酸發酵液提取蘇氨酸結晶的方法，該方法包括以下步驟(1)將蘇氨酸發酵液經高溫滅菌後，通過無機陶瓷膜過濾除去菌體與蛋白等雜質，得到澄清的蘇氨酸發酵液；(2)將上述蘇氨酸發酵液用活性炭進行脫色；(3)將脫色後的發酵液經減壓濃縮，使其濃度達到25Bo°以上；(4)使濃縮後的濃縮液進入結晶罐進行降溫結晶；(5)將降溫結晶後的晶漿離心分離，得到晶體和一次母液；和(6)烘乾晶體，得到蘇氨酸結晶成品。
2、 按照權利要求1所述的方法，其中所述步驟(1)通過無機陶瓷 膜過濾之前，首先將高溫滅菌後的發酵液用硫酸調pH至大約4.5。
3、 按照權利要求2所述的方法，其中所述的步驟(1)所述的無機 陶瓷膜可截留分子量300kD的蛋白質。
4、 按照權利要求2所述的方法，其中所述的活性炭脫色採用兩種顆 粒度大小不同的的活性炭，優選採用200~300目和18目的活性炭，其中 所述200-300目和18目活性炭的體積比為4:3;經過活性炭脫色後發酵 液的透光率達到99%以上。
5、 按照權利要求2所述的方法，其中所述的減壓濃縮可採用四效降 膜蒸發器；所述四效降膜蒸發系統的操作溫度分別是 一效蒸發溫度為 卯°〇，二效蒸發溫度為6(TC，三效蒸發溫度為80°C，四效蒸發溫度為 70°C;經過所述的減壓濃縮步驟後發酵液的濃度達到25Bo。以上；優選 25 26Bo0。
6、 按照權利要求2所述的方法，其中所述降溫結晶採用間歇操作， 和梯度降溫結晶法；其中所述的梯度降溫結晶在攪拌下進行。
7、 按照權利要求6所述的方法，其中所述的梯度降溫結晶在梯度降 溫結晶罐中進行，所述的梯度降溫結晶條件是起始溫度7(TC，降溫速度為2.5-2.7°C/h，最低溫度5-10°C，維持15-30小時，優選的，所述的 梯度降溫結晶條件是起始溫度7(TC，降溫速度為2.57°C/h，最低溫度 9°C，維持該溫度20h，攪拌速度大約為30轉/分鐘；其中所述結晶操作 中溫度的最大波動不超過士rC， pH值的最大波動不超過土O. 1。
8、 按照權利要求l-7任意一項所述的方法，其中所述方法包括以下 步驟(1) 將蘇氨酸發酵液經高溫滅菌後，用硫酸調pH至4.5，然後用 無機陶瓷膜過濾除去菌體蛋白等雜質，所述的膜可截留分子量300kD的 蛋白質；(2) 將上述蘇氨酸發酵液用200~300目和18目的活性炭脫色；(3) 脫色後的發酵液進入四效降膜蒸發器，使發酵液濃度達到 25 26Bo。；(4) 使上述發酵液結晶漿進入梯度降溫結晶罐進行梯度降溫結晶， 梯度降溫結晶條件是起始溫度70'C，降溫速度為2.5-2.7°C/h，最低溫 度5-l(TC，維持15-30小時，同時進行攪拌；(5) 使降溫結晶後的晶漿離心分離，得到晶體和一次母液；和(6) 烘乾晶體，得到蘇氨酸結晶成品；用該方法獲得的蘇氨酸結晶 的純度為98.5%以上。
9、 按照權利要求8所述的方法，其中步驟(5)所得到的一次母液 可再利用，或將其與滅菌過濾後的蘇氨酸發酵液合併，進行循環使用； 優選的是將所述的一次母液經再次脫色、濃縮、梯度降溫結晶、離心分 離得到蘇氨酸結晶和二次母液，所得到的晶體用水再溶解、結晶和分離 烘乾，得到成品蘇氨酸結晶；其中所述的再溶解步驟是以2噸結晶lm3 水的比例用高溫熱水於70 8(TC加蒸氣溶解。
10、 按照權利要求9所述的方法，其中分離蘇氨酸結晶過程中所得 到的二次母液可用於製造肥料。
全文摘要
本發明公開了一種從蘇氨酸發酵液中提取蘇氨酸的方法，該方法包括將蘇氨酸發酵液經滅菌後通過陶瓷膜進行過濾，得到的蘇氨酸發酵液加入活性炭進行脫色，然後進入四效蒸發進行濃縮，濃縮液的波美濃度達到25～26時，進入梯度降溫結晶罐進行結晶，將所得到的蘇氨酸結晶離心分離、烘乾，得到純度為98.5％以上的蘇氨酸結晶。結晶步驟得到的一次母液可循環利用，就其進行脫色、濃縮、降溫結晶、離心、重溶、離心分離和烘乾處理，可得到蘇氨酸結晶產品。本發明方法的蘇氨酸提取率可達95％以上，同時，又可結晶母液大量排放造成的環境汙染。
文檔編號C07C229/22GK101293847SQ200710097998
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月29日 優先權日2007年4月29日
發明者王德輝, 賈冬舒 申請人:長春大成實業集團有限公司