一種從發酵液中分離提取L‑精氨酸的工藝的製作方法

2023-10-30 20:02:42

技術領域

本發明屬於胺基酸生產技術領域，涉及一種從發酵液中分離提取L-精氨酸的工藝。

背景技術：

精氨酸（arginine，Arg）化學學名：2-氨基-5-胍基-戊酸，是一種脂肪族的鹼性的含有胍基的極性α胺基酸，在生理條件下帶正電荷；L-精氨酸是蛋白質合成中的編碼胺基酸。對於哺乳動物，精氨酸被分類為半必要或條件性必要的胺基酸，視乎生物的發育階段及健康狀況而定，天然品大量存在於魚精蛋白中，亦為各種蛋白質的基本組成。

L-精氨酸被科學家譽為「神奇分子」，其為鹼性胺基酸之一，對於健康的成人來講，為非必須胺基酸，但精氨酸是維持嬰幼兒生長發育必不可少的胺基酸；是鳥氨酸循環的中間代謝物，能促使氨轉變成為尿素，從而降低血氨含量，當機體發育尚未成熟或身體應激條件下，如缺乏精氨酸，機體便不能完成生理機能；病人缺乏精氨酸會引起血氨過高甚至昏迷，嬰兒缺乏精氨酸則不能正常發育和成長。自1998年諾貝爾醫學獎認同了L-精氨酸的醫學功效後，L-精氨酸引起了醫療藥劑領域瘋狂的興趣，美國哥倫比亞大學曾將其比喻為心血管系統的「神奇子彈」；L-精氨酸的發現使心臟病、免疫功能、肥胖症、基因成長缺乏、高血壓、性能力減退及人類老化等症狀的治療獲得了很大的改善。

在食品方面，L-精氨酸在食品工業中是不可缺少的調味劑，也是配置營養支持用和特殊支持用藥膳的重要原料；L-精氨酸-L-穀氨酸鹽可作為忌鈉患者的調味品。以L-精氨酸為原料製備的陽離子表面活性劑具有抗菌性強、無毒等特點，是食品、化妝品優良的防腐劑。同樣，作為哺乳動物類半必須胺基酸，亦可作為動物飼料添加劑，促進幼年動物成長發育和保持健康的生理機制。

L-精氨酸的生產最初是從蛋白水解液中提取獲得，該方法水解時間長、收率低、提純難、成本高、汙染較大，不適合大規模生產。隨著胺基酸行業逐步發展，微生物發酵法成為胺基酸生產最有前途的生產技術，在L-精氨酸生產方面，微生物發酵法亦表現出潛在的優勢，但在微生物發酵液提取過程中，L-精氨酸表現為收率不高。本發明人之前的專利技術「一種L-精氨酸清潔生產工藝」，採用三級等電技術三次提取不同純度級別的精氨酸，產品級別不同，企業收益也會相應不同，提高精氨酸純度是我們需要解決的技術問題。

技術實現要素：

為了克服現有技術精氨酸提取工藝純度低、工藝繁瑣等缺陷，本發明提供了一種從發酵液中分離提取L-精氨酸的工藝。

本發明是通過如下技術方案來實現的：

一種從發酵液中分離提取L-精氨酸的工藝，其包括如下步驟：

步驟1）：L-精氨酸發酵液經微濾膜一次過濾除菌，收集濾過液；然後添加佔過濾液1%（w/w）的絮凝劑，200轉/min攪拌15min，然後靜置120min，微濾膜二次過濾，去除沉澱，收集清液A；將清液A濃縮成原體積的四分之一，然後緩慢降溫至20℃，用氨水調節pH為10.5的等電溶液；

步驟2）：步驟1）所得等電溶液沉降3小時，離心，收集沉澱物A，將沉澱物A中投入純化水中，然後添加絮凝劑，200轉/min攪拌15min，然後微濾膜三次過濾，去除沉澱，收集清液B，將清液B繼續進行超濾膜過濾，收集過濾液，將過濾液濃縮成原體積的三分之一，再用氨水調節pH為10.5的等電溶液；溫度控制在20℃，沉降8小時；獲得結晶的L-精氨酸，將結晶的L-精氨酸烘乾，即得。

所述微濾膜一次過濾、二次過濾以及三次過濾的條件均為：微濾膜為無機陶瓷膜，截留分子量為10000Da，微濾溫度為50℃；所述超濾膜過濾的條件為：超濾膜截留分子量為300Da，超濾溫度為40℃。

所述絮凝劑按照如下工藝製備而得：

步驟（1）：往澱粉中加佔澱粉兩倍質量的純化水，攪拌均勻得到懸濁液，然後加入與澱粉等質量的羧甲基纖維素鈉，200轉/min攪拌30min，然後置於80℃烘乾至水分含量5%（w/w）以下，得到改性澱粉；

步驟（2）：按照5:1:0.2的質量比取殼聚糖、腐植酸鈉以及果膠，混合攪拌均勻，然後添加2M的氫氧化鈉水溶液，30KHz的超聲10min，最後500轉/min攪拌3min，得到改性殼聚糖；

步驟（3）：將玉米秸粉、海泡石分別粉碎得到玉米秸稈粉和海泡石粉，將玉米秸稈粉、海泡石粉以及硅藻土按照3:1:1的質量比混合攪拌均勻，添加到佔硅藻土5倍重量的濃度為1M的氫氧化鈉溶液中，200轉/min攪拌120min，然後過濾，乾燥，研磨成粒徑為10-20目的粉末；

步驟（4）：將改性澱粉、改性殼聚糖以及步驟（3）所得的粉末按照5:3:2的質量比混合攪拌均勻，然後置於密閉反應釜中，以2℃/s的升溫速率升至150℃，保溫30min，取出，投入到攪拌器中，500轉/min攪拌3min，得到混合料，置於烘箱中，80℃烘乾90min，取出，粉碎即得。

本發明取得的有益效果主要包括：

本發明提供一種新型絮凝劑，適合胺基酸發酵液純化，避免化學物質，絮凝除雜效果好，成本低廉，環保無汙染；本發明絮凝劑以農業廢棄物和天然礦物質為主要原料，這種原料來源廣泛且成本低，並且製備出多孔材料，絮凝除雜效果好，實現了農業廢棄物回收利用；本發明對澱粉以及殼聚糖進行了改性，使得絮凝劑孔徑、吸附容量以及比表面積大大提高；胺基酸提取工藝中採用兩次絮凝劑處理，簡化了操作步驟，節省了成本，並且使得純化效果更佳，使用後的絮凝劑還可以用作肥料製備，變廢為寶。

具體實施方式

以下將採用具體的實施例來對本發明作進一步的解釋，但是不應當看作是對本發明創新精神的限制。

實施例1

一種從發酵液中分離提取L-精氨酸的工藝，其包括如下步驟：

L-精氨酸發酵液經微濾膜一次過濾除菌，收集濾過液；然後按照添加佔過濾液1%（w/w）的絮凝劑，200轉/min攪拌15min，然後靜置120min，微濾膜二次過濾，去除沉澱，收集清液A；將清液A濃縮成原體積的四分之一，然後緩慢降溫至20℃，用氨水調節pH為10.5的等電溶液；

等電溶液沉降3小時，離心，收集沉澱物A，將沉澱物A中投入純化水中，然後添加佔沉澱物A 2%（w/w）的絮凝劑，200轉/min攪拌15min，然後微濾膜三次過濾，去除沉澱，收集清液B，將清液B繼續進行超膜過濾，收集過濾液，將過濾液濃縮成原體積的三分之一，再用氨水調節pH為10.5的等電溶液；溫度控制在20℃，沉降8小時；獲得結晶的L-精氨酸，將結晶的L-精氨酸烘乾，即得。

上述L-精氨酸產品經HPLC檢測，產品純度99.5%；初始發酵液中L-精氨酸的含量為2732g，獲得L-精氨酸產品為2156g，換算成回收率78.3%；產品純度較高，可作為醫藥或食品用精氨酸，提高了產品質量和工業附加值。

所述微濾膜一次過濾、二次過濾以及三次過濾的條件均為：微濾膜為無機陶瓷膜，截留分子量為10000Da，微濾溫度為50℃；所述超濾膜過濾的條件為：超濾膜截留分子量為300Da，超濾溫度為40℃；

所述絮凝劑按照如下工藝製備而得：

1）往澱粉中加佔澱粉兩倍質量的純化水，攪拌均勻得到懸濁液，然後加入與澱粉等質量的羧甲基纖維素鈉，200轉/min攪拌30min，然後置於80℃烘乾至水分含量5%（質量百分比）以下，得到改性澱粉；

2）按照5:1:0.2的質量比取殼聚糖、腐植酸鈉以及果膠，混合攪拌均勻，然後添加佔殼聚糖兩倍質量的2M的氫氧化鈉水溶液，30KHz的超聲10min，最後500轉/min攪拌3min，得到改性殼聚糖；

3）將玉米秸粉、海泡石分別粉碎得到玉米秸稈粉和海泡石粉，將玉米秸稈粉、海泡石粉以及硅藻土按照3:1:1的質量比混合攪拌均勻，添加到佔硅藻土5倍重量的濃度為1M的氫氧化鈉溶液中，200轉/min攪拌120min，然後過濾，乾燥，研磨成粒徑為10-20目的粉末；

4）將改性澱粉、改性殼聚糖以及步驟3）所得粉末按照5:3:2的質量比混合攪拌均勻，然後置於密閉反應釜中，以2℃/s的升溫速率升至150℃，保溫30min，取出，投入到攪拌器中，500轉/min攪拌3min，得到混合料，置於烘箱中，80℃烘乾90min，取出，粉碎即得。

最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。