利用發酵液清潔化提純l-色氨酸的方法
2023-10-06 00:00:14 2
專利名稱：利用發酵液清潔化提純l-色氨酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用發酵液清潔化提純L一色氨酸的方法，應用於提純L-色氨酸。
L-色氨酸學名p-吲哚基丙氨酸，化學名L-2-氨基-3-吲哚基丙酸，別名L-胰化蛋白氨 基酸、L-氨基吲哚丙酸，分子式C"Hu02N2，相對分子質量204.21 。 L-色氨酸 (L-Tryptophan)是含有吲哚基的中性芳香族胺基酸，呈白色或略帶黃色的葉片狀結晶或 粉末，無臭或微臭，溶於熱吡啶，微溶於乙醇，不溶於氯仿、乙醚。在稀酸或稀鹼中溶 解，長時間光照則著色。與水共熱產生少量吲哚，如在NaOH或CuS04存在下加熱，則 產生多量吲哚。與酸在暗處加熱不穩定。在鹼液中較穩定，但存在其它胺基酸或糖類時 則易分解。迅速加熱時於210'C發黃，29(TC熔解(分解)。L-色氨酸有三種光學異構體。
水中溶解度為1.14% (25°C)、 2.8% (75°C)。比旋光度[a^。 =+2.8(17VHC1， C=l)。 pfa
(25'C)為2.38及9.39，等電點pl=5.89。其結構式為
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L-色氨酸廣泛地存在於天然蛋白質中，是人和各種動物生長發育不可缺少的必需胺基酸 之一，L-色氨酸除了在營養代謝中起重要作用外，還廣泛應用於醫藥、食品、飼料等方 面。
目前利用發酵液提純L-色氨酸的方法是先後經過下述兩個步驟
(1) 粗品製備
所述"發酵液"可以是以口服葡萄糖、稻米、或其它替代物質為原料在L-色氨酸 產生菌作用下經過一定的常規工序得到的L-色氨酸發酵液。L-色氨酸發酵液，加硫酸酸 化後，微濾膜過濾，陽離子交換樹脂柱吸附，水洗，氨水洗脫，收集pH3 5的洗脫液。 加醋酸低溫冷凍結晶，過濾出粗品。其不足之處是在L-色氨酸粗品提取過程中加入大量 的冰醋酸等有機試劑以及硫酸、氨水等無機試劑，得到粗品要經過繁雜的工序對上述藥 品進行脫除。而大量有機試劑的加入，使得母液的pH值波動較大，雜質較多，而無法 循環使用，造成極大的浪費。造成成本增加的同時也給環境帶來不良的影響。
(2) 純品製備
中國專利公開了題為"L-色氨酸的提純方法"的發明創造(公開號為CN101245047)， 它是一種將L-色氨酸的粗品(所述粗品含量要在95%以上)進一步提純為純品的方法。 其工序是A、待純化L-色氨酸溶解在水中，形成重量濃度為1~1.5%的溶液，按其重量
背景技術：
的0.5~2.5%加入表面氧化活性炭，攪拌吸附後過濾除去表面氧化活性炭，在利用 0.15~0.4nm過濾膜進行膜過濾；B、濾液在40 65。C下真空濃縮至原體積的6~10%，降 溫至3 5'C攪拌結晶；C、結晶液離心過濾得到的白色晶體，經純水洗滌後，在30 45'C 下真空乾燥得純品。其不足是待純化的L-色氨酸溶解在水中產生的是低濃度的水溶液， 且要濃縮至原體積的6~10%，導致後序工藝需要很長時間真空濃縮，能耗大，勢必對熱 敏性高的L-色氨酸產品造成破壞。
發明內容
本發明的目的是提供一種粗品製備過程中母液可循環利用，純品製備過程中無需真 空濃縮結晶的利用發酵液清潔化提純L-色氨酸的方法。本發明同時還將提供一種利用發 酵液製備粗品L —色氨酸的方法。
一種利用發酵液製備粗品L一色氨酸的方法，其特徵是讓發酵液依次經歷下述工序 處理含有L-色氨酸的發酵液經過濾處理，得到的濾液C經濃縮結晶、分離後得到L-色氨酸粗品和母液A，所得母液再循環經過濾處理，濾液濃縮結晶、分離將母液A中殘 留的L-色氨酸提取；所述的過濾處理包括將含有L-色氨酸的發酵液先經陶瓷膜過濾，所 得濾液A再經過超濾膜過濾得到待濃縮的溶液。經超濾膜過濾後的濾液B再經過納濾膜 過濾得到濾液C。
利用發酵液清潔化提純L一色氨酸的方法，依次包括(1)粗品製備工序；(2)純品 製備工序；所述純品製備工序包括工序
(2.1) 製備待純化L一色氨酸溶液；
(2.2) 活性炭脫色；
(2.3) 過濾；
(2.4) 降溫攪拌結晶離心；
(2.5) 常規程序洗滌、乾燥、包裝；
其特徵是粗品製備工序包括讓發酵液依次經歷下述工序處理
(1.1) 微濾；
(1.2) 超濾；
(1.3) 納濾；
(1.4) 低溫濃縮；
(1.5) 常規離心分離得粗品並將產生濾液作為母液返回至1.1微濾工序循環； 純品製備工序依次包括2.1 2.5工序；且2.1所述的待純化L一色氨酸溶液為粗品酒精溶 液，濃度為35%; 2.3所述的過濾為板框常規過濾；2.5所述的洗滌採用酒精水溶液進行 洗滌，且將其產生的濾液、洗滌液作為母液返回至2.2活性炭脫色工序循環使用。
上述利用發酵液清潔化提純L一色氨酸的方法，其特徵是1.1微濾工序中的頂水體積 為殘留體積的2 4倍；1.2超濾工序中頂水體積為殘留體積的2.7 3.5倍；1.3納濾工序 中頂水體積為殘留體積的1.5 3倍。
與現有技術相比，本發明具有顯著的特點
1、 在L-色氨酸提純過程不添加任何的酸鹼等化學試劑，沒有使用離子交換樹脂， 很大程度上降低成本，減少汙染，縮短了提純時間。
2、 從L-色氨酸發酵液中提取L-色氨酸粗品或L-色氨酸成品的提取過程中，其濃縮 結晶後的母液均可以循環使用等操作將其殘留的L-色氨酸儘可能的提取，提高了 L-色氨 酸的回收率，最終的產品的純度也高，達到98%以上。
43、利用乙醇溶液溶解L-色氨酸粗品，使循環的母液同時具有一定的抗菌功能，避 免在後續的工序中因染菌而造成成品的損失，後在濃縮結晶，可以回收一定的酒精，循 環使用，節省成本。
具體實施例方式
利用發酵液清潔化提純L-色氨酸的方法，依次包括(1)粗品製備工序；(2)純品 製備工序；粗品製備工序按如下工序依序進行
(l.l)微濾(MF):採用陶瓷膜進行對發酵液除菌。所述經陶瓷膜過濾過程中，頂水體 積為陶瓷膜內殘留液體積的2~4倍，其優選為2.5~3倍；所述的頂水體積是指發酵液在 陶瓷膜中運行至其死循環體積後，加一定體積的水將陶瓷膜中殘留的產品進一步的洗脫。
使用陶瓷膜可以去除發酵液中菌體、大分子有機物以及固體懸浮物，其中頂水體積 對陶瓷膜過濾的收率影響很大，本發明將其控制為陶瓷膜內殘留液體積的2一倍，發酵 液中L-色氨酸回收率達到97。/。以上，如果頂水體積太大，L-色氨酸的回收率提高了，但 是濾液的濃度降低，給後續濃縮結晶是不利的，如果頂水體積太小，不能將L-色氨酸很 好的回收。在頂水操作中，可採用連續多次的頂水，可以採用一次或二次添加，頂同樣 多的水量，前者比較耗時，但能頂出較多的成分。
在經陶瓷膜過濾過程中，進口壓力控制約0.3Mpa，出口壓力控制約0.2Mpa，其平 均通量可達到75~100LPHm2;在發酵液過濾過程中，運行溫度控制在35-45°C 。
所述的陶瓷膜包括Al203膜、Ti02膜、Si02膜、Zr02膜等。
(1.2) 超濾(UF):超濾膜主要用於料液的脫色澄清、去除分級大分子或細小膠體物 等。在超濾過程中，分別採用截留分子量1000、 2000、 3000、 4000等系列膜，其優選超 濾膜的膜截留分子量3000道爾頓，過高則脫色效果差；過低則膜濾速度太慢，耗用時間 長，雖然脫色更好，但是時間過長則有效含量損失過多，且運行費用增高；在超濾膜過 濾過程中操作壓力0.9 1.2Mpa，濾液A的溫度控制在30~40°C 。
在濾液A超濾過程中，頂水體積為超濾膜殘留溶液體積的2.5~4倍，其優選頂水體 積為2.7~3.5倍；超濾膜的膜通量為9 15LPHM2，其優選10~12 LPHM2。
在此條件下進行超濾，可以進一步的除去較大分子量的物質以及部分色素。如果溫 度太高，通量雖然可以相應的增大，但是色素等大分子物質透過較多，相反，如果溫度 太低，通量則小，不能將雜質較大分子量的物質或部分色素除去。在上述頂水體積下， L-色氨酸的回收率達到98.9%以上。
(1.3) 納濾(NF):採用納濾將水與一價鹽、二價鹽等分子透過，濃縮的同時，起到 純化的目的。納濾過程中，採用任何納濾膜均可以，其優選為截留150道爾頓。同超濾 膜相似，通過系列試驗，高則透過過多，低則膜濾速度過慢， 一方面能耗過高，另一方 面損失過多。
所述的濾液B在納濾過程中，操作壓力為1.0 1.4Mpa;濾液B的溫度控制在25~35°C; 納濾膜的膜通量為10 20LPHM2，其優選膜通量為13 18LPHM2。
濾液B在納濾過程中，頂水體積為納濾膜內殘留液體積的1.5~3倍，其優選頂水體 積為2.0-2.7倍。
(1.4)低溫濃縮將納濾後的料液C在60 65'C的水浴加熱下真空濃縮，至料液中 有大量的晶體出現。然後迅速冷凍至溫度6 8i:，冷凍結晶6h。(1.5)常規離心分離得粗品並將產生的濾液作為母液循環至1.1微濾工序。 所述純品製備工序依序包括工序
(2.1) 製備待純化的L-色氨酸溶液將L-色氨酸粗品溶解在40X (V/V)酒精水溶液 混合試劑中，在溫度60 65。C下配製成重量比為3.0~3.5%的溶液。
(2.2) 活性炭脫色按質量體積比投入上述體積0.5~1%的粉末活性炭進行攪拌脫色， 脫色溫度為60~65°C，脫色時間為15min。
(2.3) 過濾脫色結束後採用板框常規過濾，過濾過程中要保持溫度，防止溫度降低 結晶後被活性炭吸附，最後將65。C酒精水溶液洗滌活性炭，洗脫吸附在活性炭上的L-色氨酸。
(2.4) 降溫攪拌結晶在上述所得活性炭脫色後的料液，在攪拌狀態迅速冷卻至8~12 'C，然後在逐漸冷卻至6"C左右靜置5h。
(2.5) 常規程序洗滌、乾燥、包裝離心後用40% (V/V)酒精水溶液進行洗滌，並 將產生的濾液作為母液循環至(2.2)活性炭脫色工藝循環使用，乾燥後得到L-色氨酸的純
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發酵罐中的發酵液體積為16T， L-色氨酸含量為32Kg/T。採用本發明工藝，陶瓷膜 微濾濃縮6倍，進口壓力控制約03Mpa，出口壓力控制約0.2Mpa，在發酵液過濾過程 中，運行溫度控制在35~45°C。平均通量80LPHM2，處理時間10h,頂水7.5T，殘留 體積為2.5T,殘留含量5kg/T，陶瓷膜收率=1- (2.5x5) / (16x32) =97.6%;超濾膜過 濾濃縮14倍，超濾膜過濾過程中操作壓力0.9-1.2Mpa，濾液的溫度控制在30~40°C 。平 均通量按照12LHPM2，頂水體積4.5T，殘留體積1.5T，殘留含量4kg/T，超濾膜收率-l-(1.5x4) / (21x23.8) =98.8%;納濾膜的損失較小。整個過程處理20h，沒有高溫條件 下，L-色氨酸的效價因存在一定汙染而損失，大概在5%，三道膜過濾後，收率為91.4%。 濃縮結晶過程，因有納濾先對料液進行預濃縮，低溫結晶的時間縮短l倍以上，L-色氨 酸因與水共熱的時間縮短，破壞較小，濃縮結晶步驟的收率為93%,離心後母液回至微 濾工序處理，粗品溶解於酒精與水的混合溶劑中，溶解溫度60~65°C，溶解重量比為 30~35Kg/T，投入活性炭脫色，過濾後，冷凍結晶。因活性炭存在一定的吸附以及冷凍 過程中的效價損失，其收率為92%，得到的成品採用胺基酸分析儀與螢光比色檢測，純 度高達98.8%。從發酵液到純品的收率為=1-2.4%-1.2%-5%-7%-8%=76.6%。
權利要求
1、一種利用發酵液製備粗品L-色氨酸的方法，其特徵是讓發酵液依次經歷下述工序處理含有L-色氨酸的發酵液經過濾處理，得到的濾液C經濃縮結晶、分離後得到L-色氨酸粗品和母液A，所得母液再循環經過濾處理，濾液濃縮結晶、分離將母液A中殘留的L-色氨酸提取；所述的過濾處理包括將含有L-色氨酸的發酵液先經陶瓷膜過濾，所得濾液A再經過超濾膜過濾得到待濃縮的溶液；經超濾膜過濾後的濾液B再經過納濾膜過濾得到濾液C。
2、 利用發酵液清潔化提純L一色氨酸的方法，依次包括(l)粗品製備工序；(2)純品製備工序；所述純品製備工序包括工序(2.1) 製備待純化L一色氨酸溶液；(2.2) 活性炭脫色；(2.3) 過濾；(2.4) 降溫攪拌結晶離心；(2.5) 常規程序洗滌、乾燥、包裝；其特徵是粗品製備工序包括讓發酵液依次經歷下述工序處理 (1. 1)微濾；(1.2) 超濾；(1.3) 納濾；(1.4) 低溫濃縮；(1.5) 常規離心分離得粗品並將產生的濾液作為母液返回至1.1微濾 工序循環；純品製備工序依次包括2. 1 2. 5工序；且2. 1所述的待純化L一色氨酸 溶液為粗品酒精溶液，濃度為35%; 2.3所述的過濾為板框常規過濾； 2.5所述的洗滌釆用酒精水溶液進行洗滌，且將其產生的濾液、洗滌液 作為母液返回至2. 2活性炭脫色工序循環使用。
3、 根據權利要求2所述的利用發酵液清潔化提純L一色氨酸的方法，其特 徵是1. 1微濾工序中的頂水體積為殘留體積的2 4倍；1. 2超濾工序中 頂水體積為殘留體積的2. 7 3. 5倍；1. 3納濾工序中頂水體積為殘留體 積的1.5 3倍。
全文摘要
本發明涉及一種利用發酵液清潔化提純L-色氨酸的方法，應用於提純L-色氨酸。它依次包括(1.1)微濾；(1.2)超濾；(1.3)納濾；(1.4)低溫濃縮；(1.5)常規離心分離得粗品並將產生濾液作為母液返回至1.1微濾工序循環；(2.1)製備待純化的濃度為35％的L-色氨酸粗品酒精溶液；(2.2)活性炭脫色；(2.3)過濾；(2.4)降溫攪拌結晶離心；(2.5)常規程序洗滌、乾燥、包裝；2.3所述的過濾為板框常規過濾；2.5所述的洗滌採用酒精水溶液進行洗滌，且將其產生的濾液、洗滌液作為母液返回至2.2活性炭脫色工序循環使用。具有母液循環利用，提純時間短，提純純度高，節省成本等優點。
文檔編號C07D209/00GK101550101SQ200910009638
公開日2009年10月7日 申請日期2009年1月20日 優先權日2009年1月20日
發明者林山杉, 王為民, 胡建明, 許孝建 申請人:福建省建陽武夷味精有限公司