一種L‑羥脯氨酸發酵液的全膜法提取方法與流程
2023-05-01 22:43:41 2
本發明涉及一種胺基酸提取方法，尤其是一種l-羥脯氨酸發酵液的全膜法提取方法。
背景技術：
l-羥脯氨酸是膠原蛋白的主要組成成分，不屬於20種常見的胺基酸。近年來，l-羥脯氨酸的研究和開發已經引起醫藥、生化、食品及美容業等方面的廣泛關注。它可以作為化妝品添加劑，具有抗氧化、抗輻射的作用；它具有減肥作用，可望成為比較理想的減肥藥物；具有多種生理功能和獨特的生物活性，既可以作為各種軟組織疾病的藥物，又可加快傷口癒合，以及治療各種皮膚疾病；作為胺基酸注射液的重要成分，它對急慢性肝病所導致的低蛋白血症有一定的療效；它還是多種藥物，如第三代抗生素、抗腫瘤、抗高壓及新型胃藥等的合成原料。
目前，l-羥脯氨酸的生產方法主要為化學合成法、蛋白水解提取法和微生物發酵法。目前隨著胺基酸發酵行業的發展，微生物發酵法生產l-羥脯氨酸受到青睞；l-羥脯氨酸發酵液提取一般經過離子交換等各種除雜程序最終提取出l-羥脯氨酸。然而現有工藝中離子交換步驟在完成雜質吸附後需要利用酸液和鹼液進行再生、清水衝洗，然後才能投入到下一輪l-羥脯氨酸的提取中；鹼液再生處理以及清水衝洗產生大量的汙水，治理困難，汙染環境。
例如，中國發明專利申請cn105777603a公開了一種從l-羥脯氨酸發酵液中提取l-羥脯氨酸的方法，該方法將l-羥脯氨酸發酵液微濾，微濾液調節ph中性，再經陽、陰離子樹脂吸附，納濾得到納濾清液，脫色後濃縮結晶得產品。其採用陽、陰離子樹脂成本高，難回收，所產生廢水難處理，引起環境汙染。
技術實現要素：
本發明所要解決的是針對現有技術中，提取l-羥脯氨酸需經過離子交換步驟，成本高，汙染大的問題，提供一種l-羥脯氨酸發酵液的全膜法提取方法，具有涉及一種從l-羥脯氨酸發酵液中，採用多級膜組合過濾濃縮，分離和提取l-羥脯氨酸工藝，此工藝既在保證l-羥脯氨酸的收率和品質的基礎上，又實現了廢水的零排放，顯著降低了生產成本，提高了收益。
具體方案如下：
一種l-羥脯氨酸發酵液的全膜法提取方法，所述的l-羥脯氨酸發酵液為含有l-羥脯氨酸質量分數2-3%的發酵液，包括以下步驟：
微濾澄清：將l-羥脯氨酸發酵液經過陶瓷膜過濾，除去液體中的顆粒及懸浮物，分別收集截留物和濾過液，其中收集的截留物作為汙水排放，濾過液進入下步；
納濾除雜：將上步得到的濾過液送入納濾膜系統，進行除雜澄清，加水頂洗，得到納濾透析液；
反滲透濃縮:將上步得到的納濾透析液經反滲透膜過濾濃縮得到濃縮液；
結晶：將上步得到的濃縮液經活性炭脫色後得l-羥脯氨酸溶液，將其送入真空旋轉蒸發器，蒸髮結晶得到白色的l-羥脯氨酸晶體。
進一步的，所述的微濾澄清步驟中，所述的陶瓷膜的分離孔徑為20-100nm。
進一步的，所述的微濾澄清步驟中，所述的陶瓷膜過濾的溫度為15-45℃，工作壓力為1.8-4bar。
進一步的，所述的納濾除雜步驟中，所述的納濾膜系統中，納濾膜材質為聚醋酸纖維、聚碸、聚醚碸、聚四氟乙烯板中的任意一種，納濾膜的截留分子量為150-300da，膜組件為卷式膜。
進一步的，所述的納濾除雜步驟中，所述的納濾膜系統的工作溫度為20-40℃，ph=5-6。
進一步的，所述的納濾除雜步驟中，所述的納濾膜系統的工作壓力為12-25bar，平均通量10-20l/m2/h。
進一步的，所述的納濾除雜步驟中，所述的納濾膜系統，加水頂洗的水量為原料液體積的3倍。
進一步的，所述的反滲透濃縮步驟中，所述的反滲透膜為pvdf、pes、pe複合膜中的任意一種，膜的nacl截留率≥99%。
進一步的，所述的反滲透濃縮步驟中，所述的反滲透膜過濾濃縮的操作溫度為20-40℃，ph=5-6，工作壓力為15-25bar，平均通量為10-20l/m2/h。
進一步的，所述的結晶步驟中，蒸髮結晶的溫度為60℃。
有益效果：本發明所述的l-羥脯氨酸發酵液的全膜法提取方法可以替代離子交換工藝，採用多種膜逐次對發酵液進行過濾除去雜質，膜過濾設備自動化程度高、可控性強、易於操作；減少了人為操作因素對料液質量的影響；所獲得的料液質量穩定，同時避免了提取後廢液難以處理的問題；實現了l-羥脯氨酸提取過程綠色環保，幾乎無廢水外排工藝水循環利用，料液組分充分利用。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明技術方案作進一步闡述。實施例中未註明具體技術或條件者，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規產品。
實施例1
取20l的l-羥脯氨酸發酵液，其中l-羥脯氨酸的質量濃度為2.36%，經過50nm的陶瓷膜處理，流道為4mm，過濾溫度30-44℃，工作壓力：進壓3bar，出壓2.1bar；加水量2倍，濃縮倍數3倍。陶瓷膜截留液作為汙水排放，陶瓷膜濾過液送入納濾系統。
使用分子量300da的納濾膜進行除雜，完全除去三價鐵離子和70%以上的硫酸根；納濾膜系統的膜組件為卷式膜，溫度為25-38℃，工作壓力：進壓15bar，出壓14bar；濃縮6倍，加3倍進行頂洗以增加產物收率，獲得納濾透析液。
納濾透析液用反滲透膜進行濃縮，反滲透膜為pes膜，膜的nacl截留率≥99%，操作溫度30-40℃，ph=5-6，工作壓力：進壓18bar，出壓17bar；平均通量為10l/m2/h；得到濃縮5倍的濃縮液。
濃縮液用0.5%質量分數的活性炭脫色，進入真空旋轉蒸發器濃縮，經濾紙過濾，烘乾得到374.77g白色l-羥脯氨酸晶體，蒸髮結晶的溫度為60℃，收率79.4%，hplc98.5%。
實施例2
取20l的l-羥脯氨酸發酵液，其中l-羥脯氨酸的質量濃度為2%，經過50nm的陶瓷膜處理，流道為4mm，過濾溫度15-30℃，工作壓力：進壓4bar，出壓3bar；加水量2倍，濃縮倍數3.5倍。陶瓷膜截留液作為汙水排放，陶瓷膜濾過液送入納濾系統。
使用分子量150da的納濾膜進行除雜，完全除去三價鐵離子和70%以上的硫酸根；納濾膜系統的膜組件為卷式膜，溫度為20-25℃，ph=5-6，工作壓力：進壓21bar，出壓20bar；濃縮6倍，加3倍進行頂洗以增加產物收率，獲得納濾透析液。
納濾透析液用反滲透膜進行濃縮，反滲透膜為pes膜，膜的nacl截留率≥99%，操作溫度30-40℃，ph=5-6，工作壓力：進壓22bar，出壓21bar；平均通量為20l/m2/h；得到濃縮5倍的濃縮液。
濃縮液用0.5%質量分數的活性炭脫色，進入真空旋轉蒸發器濃縮，經濾紙過濾，烘乾得到326g白色l-羥脯氨酸晶體，蒸髮結晶的溫度為60℃，收率81.5%。
實施例3
取20l的l-羥脯氨酸發酵液，其中l-羥脯氨酸的質量濃度為2.6%，經過50nm的陶瓷膜處理，流道為4mm，過濾溫度30-44℃，工作壓力：進壓3bar，出壓2bar；加水量2倍，濃縮倍數3倍。陶瓷膜截留液作為汙水排放，陶瓷膜濾過液送入納濾系統。
使用分子量300da的納濾膜進行除雜，完全除去三價鐵離子和70%以上的硫酸根；納濾膜系統的膜組件為卷式膜，溫度為25-38℃，工作壓力：進壓15bar，出壓14bar；濃縮7倍，加3倍進行頂洗以增加產物收率，獲得納濾透析液。
納濾透析液用反滲透膜進行濃縮，反滲透膜為pe複合膜，膜的nacl截留率≥99%，操作溫度20-30℃，ph=5-6，工作壓力：進壓18bar，出壓15bar；平均通量為10l/m2/h；得到濃縮6倍的濃縮液。
濃縮液用0.5%質量分數的活性炭脫色，進入真空旋轉蒸發器濃縮，經濾紙過濾，烘乾得到385.3g白色l-羥脯氨酸晶體，蒸髮結晶的溫度為60℃，收率74.1%。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。