CN101293847A

CN101293847A - 由苏氨酸发酵液提取苏氨酸的方法

Info

Publication number: CN101293847A
Application number: CNA2007100979981A
Authority: CN
Inventors: 王德辉; 贾冬舒
Original assignee: CHANGCHUN DACHENG INDUSTRIAL GROUP Co Ltd
Current assignee: CHANGCHUN DACHENG INDUSTRIAL GROUP Co Ltd
Priority date: 2007-04-29
Filing date: 2007-04-29
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2027-04-29
Also published as: CN101293847B; WO2008134936A1

Abstract

本发明公开了一种从苏氨酸发酵液中提取苏氨酸的方法，该方法包括将苏氨酸发酵液经灭菌后通过陶瓷膜进行过滤，得到的苏氨酸发酵液加入活性炭进行脱色，然后进入四效蒸发进行浓缩，浓缩液的波美浓度达到25～26时，进入梯度降温结晶罐进行结晶，将所得到的苏氨酸结晶离心分离、烘干，得到纯度为98.5％以上的苏氨酸结晶。结晶步骤得到的一次母液可循环利用，就其进行脱色、浓缩、降温结晶、离心、重溶、离心分离和烘干处理，可得到苏氨酸结晶产品。本发明方法的苏氨酸提取率可达95％以上，同时，又可结晶母液大量排放造成的环境污染。

Description

由苏氨酸发酵液提取苏氨酸的方法

技术领域

本发明涉及一种由苏氨酸发酵提取苏氨酸的方法，由该方法可获得高含量的苏氨酸结晶，所述的苏氨酸结晶可作为动物饲料添加剂。

背景技术

苏氨酸是人和动物体内必需的氨基酸之一，但苏氨酸不能在体内合成，必须由食物中摄取。因此，近年来苏氨酸作为添加剂被广泛应用于食品、保健品和饲料工业领域。

在动物饲料中，苏氨酸是第二限制性氨基酸。近年来，作为饲料添加剂，随着赖氨酸用量的逐年加大，苏氨酸的用量也逐年加大，我国的苏氨酸饲料添加剂主要依赖进口，

目前，医用苏氨酸多采用化学合成法生产；大量的、作为食品或饲料添加剂使用的苏氨酸，主要采用发酵法生产，较之化学合成法，发酵法的生产规模大、产量高、成本低，可满足日益增长的需求。

用发酵法生产苏氨酸的工艺目前尚不够成熟，其过滤、浓缩、结晶等各个生产环节均有待改进和优化。天津科技大学的专利申请CN200610014324.4公开了一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的方法，其中采用金属膜过滤发酵液，使过滤工艺得到改进，提高了生产效率，苏氨酸结晶产品的纯度可达到99％以上。

本发明人经过大量的研究和实验，对由发酵液提取苏氨酸结晶产品的工艺作了多方面的改进，并已成功地完成工业化规模的生产实验，产品质量好，收率高，并且无环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将苏氨酸发酵液经高温灭菌后，通过无机陶瓷膜过滤除去菌体与蛋白等杂质，得到澄清的苏氨酸发酵液；

(2)将上述苏氨酸发酵液用活性炭进行脱色；

(3)将脱色后的发酵液经减压浓缩，使其浓度达到25Bo°以上；

(4)使浓缩后的浓缩液进入结晶罐进行降温结晶；

(5)将降温结晶后的晶浆离心分离，得到晶体和一次母液；和

(6)烘干晶体，得到苏氨酸结晶成品。

在本发明的方法中，其中所述步骤(1)还包括将苏氨酸发酵液经高温灭菌后，用硫酸调pH至4.0～5.0，优选大约4.5，然后通过无机陶瓷膜过滤除去菌体与蛋白等杂质，所述的膜可截留分子量300kD的蛋白质，得到透光率在87％以上的苏氨酸发酵液。膜过滤除去的菌体蛋白，经过三级膜过滤后，可制成肥料。

无机陶瓷膜是将氧化铝、氧化钛、氧化锆等氧化物经高温烧结而成的，是具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料，其中多孔支撑层、过滤层和微孔膜层呈非对称分布，过滤精度可涵盖微滤、超滤甚至钠米级过滤。陶瓷膜过滤是一种“错流过滤”形式的流体分离过程，原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直的方向向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩和纯化的目的。

与传统的过滤材料相比无机陶瓷膜有很多优点，例如化学稳定性极好，耐高温，机械强度大，孔径分布窄，分离精度高，易清洗等，与其它过滤材料相比，用无机陶瓷膜进行分离时，所得到的分离产物纯度高，更易于浓缩，因此被广泛应用于制药、生物工程、电子等行业。

使用无机陶瓷膜进行过滤操作时，其操作温度和压力可按产品说明书的指示或常规操作条件进行，优选的，例如膜过滤的温度为大约75℃，压力进膜压力大约为0.7mpa/m²，出膜压力大约为0.4mpa/m²。

在本发明的方法中，其中所述的步骤(2)的活性炭脱色步骤所使用的活性炭可以是常规使用的活性炭，优选将两种颗粒度大小不同的活性炭一起使用，更优选将粒度为200～300目和18目的活性炭一起使用。其中使用200～300目的活性炭大约可以脱掉80％左右的颜色，用18目的活性炭大约可脱掉15％左右的颜色，使用两种粒度的活性炭脱色后发酵液的透光率可达到99％以上，有利于形成大的晶粒。本领域技术人员根据物料的状况很容易确定两种活性炭颗粒的比例，通常情况下，粒度为200～300目和18目的活性炭的比例为4∶3(体积比)。

本发明的方法中，步骤(3)所述的减压浓缩优选采用多效降膜蒸发装置，例如四效降膜蒸发器进行浓缩，四效降膜蒸发系统的温度大约分别是：一效蒸发温度为90℃，二效蒸发温度为60℃，三效蒸发温度为80℃，四效蒸发温度为70℃。当所得到的浓缩液的波美浓度达到25Bo°以上，优选25～26Bo°时，即可完成浓缩步骤。

本发明的方法中，步骤(4)所述的降温结晶是在结晶罐中采用梯度降温结晶的方法进行，梯度降温结晶条件是起始温度70℃，降温速度为2.5-2.7℃/h，最低温度5-10℃，维持15-30小时，同时进行搅拌，使小晶粒进一步长大，以便于分离。

优选的梯度降温结晶的条件是：起始温度70℃，降温速度为2.57℃/h，最低温度9℃，维持该温度20h，搅拌速度大约为30转/分钟。

为了确保得到的合适大小的苏氨酸结晶，优选在上述温度和pH值范围内进行所述的结晶操作，并且应尽量维持温度和pH值的稳定性，优选温度的最大波动不超过±1℃，pH值的最大波动不超过±0.1。

按照本发明由苏氨酸发酵液提取苏氨酸结晶的方法，所得到的苏氨酸结晶的纯度可达到98.5％以上，苏氨酸提取率可达到95％以上。

优选的，本发明由苏氨酸发酵液提取苏氨酸结晶的方法包括以下步骤：

(1)将苏氨酸发酵液经高温灭菌后，用硫酸调pH至4.5，然后用无机陶瓷膜过滤除去菌体蛋白等杂质，所述的膜可截留分子量300kD的蛋白质，得到透光率在87％以上的苏氨酸发酵液；

(2)将上述苏氨酸发酵液用200～300目和18目的活性炭脱色，脱色后发酵液的透光率达到99％以上；

(3)脱色后的发酵液进入四效降膜蒸发器，使发酵液浓度达到25～26Bo°；

(4)使上述发酵液结晶浆进入梯度降温结晶罐进行降温结晶，梯度降温结晶条件是：起始温度70℃，降温速度为2.5-2.7℃/h，最低温度5-10℃，维持15-30小时，同时进行搅拌；

(5)使降温结晶后的晶浆离心分离，得到晶体和一次母液；和

(6)烘干晶体，得到苏氨酸结晶成品，所得到的苏氨酸结晶的纯度可达到98.5％以上。

进一步地，本发明提取苏氨酸的方法中，可将步骤(5)所得到的一次母液回收进行再利用，再利用的方法包括：其一是将其与灭菌过滤后的苏氨酸发酵清液合并，进入本发明方法的程序之中，进行循环使用；其二是将其直接经再次脱色、浓缩、梯度降温结晶、离心分离得到苏氨酸结晶和二次母液，所得到的晶体用水再溶解、结晶和分离烘干晶体后得到成品苏氨酸结晶。后者所述的方法与前文所述处理发酵液浓缩液的方法基本一致，即设置另外一个独立的工艺系统，各步骤的操作条件与前述方法基本一样。

具体的，用后一方法由一次母液再结晶获得苏氨酸的方法是：将所述的一次母液经再次脱色、浓缩、梯度降温结晶、离心分离得到苏氨酸结晶和二次母液，所得到苏氨酸结晶的苏氨酸含量在60％左右；将该结晶用水重溶，例如将得到的晶体以2吨料1m³水的比例用高温热水于70～80℃加蒸气溶解，然后再梯度降温结晶、分离烘干，得到成品苏氨酸结晶。

更进一步的，其中步骤(5)所得到的一次母液经再次脱色、浓缩、梯度降温结晶和离心分离，得到苏氨酸产品，在上述离心过程得到二次母液，所述的二次母液也可回收利用，例如可用于制造肥料。

另外，本发明方法中浓缩步骤的二次凝液也可充分利用，可作为冷凝水使用，或在苏氨酸结晶的后处理操作中作为洗涤用水使用。

本发明的方法产量高，苏氨酸提取率可达到95％以上；收率，即结晶成品总量与清液中苏氨酸总量的比值可达到91％以上；产品质量好，所得到的苏氨酸结晶的纯度在98.5％以上；结晶产品颗粒适中，既利于分离，在饲料加工中也有利于与其它成分混匀；本发明的方法中由于对多种副产物的综合利用，大大降低了生产成本，例如可根据需要对生产流程中的一次母液、二次母液、菌体蛋白剂型综合利用，回收其中的苏氨酸，或将其制成次级产品，如肥料等；另外浓缩步骤得到的二次凝液可在苏氨酸结晶工艺的后处理中作为冷凝水或洗涤用水使用。本发明的方法简便，易于推广，可满足日益增长的需求，且本发明的生产方法是典型的环境友好型生产工艺，有利于环境保护。

附图说明

图1为本发明由苏氨酸发酵液制取苏氨酸结晶的流程图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的方法给出了下述实施例。但是，这些实施例不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1由苏氨酸发酵液制取苏氨酸结晶

具体操作步骤按附图1所示流程进行。

1、按照常规方法制备苏氨酸发酵液：以玉米糖为主要原料，添加硫酸铵、氨水和辅以玉米浆做氮源，添加短杆菌属细菌经过发酵制得苏氨酸发酵液，发酵液的基本参数为：

pH值7～8

苏氨酸含量：7～12g/100ml

干物：12～14g/100ml)

2、发酵液的过滤：取苏氨酸发酵液300m³，其中苏氨酸含量为9g/100ml，pH值7.00，经100℃高温灭菌，用食品级浓硫酸调pH至4.5，然后用泵泵入300KD的无机陶瓷膜(法国，诺华赛orelis，型号：K99BW)进行过滤，除去菌体蛋白等杂质。泵进的压力为7kg，泵出的压力为4kg，温度为70℃，压力过高易导致膜破裂，失去过滤作用。

3、发酵液脱色：澄清的发酵液在温度70℃，pH4.5，澄清的发酵液中按1％的比例加入200～300目活性炭，过滤后，再经过两根装有18目活性炭的柱进行脱色，脱色后的发酵液透光率在99％以上，有利于形成大的晶粒。炭柱的直径为3m，高5m，泵出流速为150m³/h。

4、发酵液浓缩：脱色后的发酵液进入四效降膜蒸发系统，一效蒸发温度为90℃，二效蒸发温度为60℃，二效蒸发出料的波美在约9～10之间，三效蒸发温度为80℃，四效蒸发温度为70℃，得到浓缩液145m³，波美浓度25～26Bo°。同时得到二次凝液130m³，可作为冷凝水或洗涤用水储存备用。

5、梯度降温结晶：上一步骤所得晶浆从二效蒸发泵入梯度降温结晶罐，结晶罐的降温管束中通入地下水降温，降温速度为2.570℃/h，搅拌速度为30转/分钟，但温度低于15℃时，由于地下水温受限制，改用冰水进行降温，降温速度不变，但温度达到9℃时，维持温度搅拌20h，使小晶粒进一步长大，以便于分离。

6、结晶的后处理：将晶浆泵入活塞推料至离心机分离晶体和一次母液，用步骤4所得到的冷凝水洗净三次，洗除附在晶体表面的无机盐和色素等杂质，以提高结晶的纯度，烘干后得到苏氨酸晶体，晶体烘干后重23.00吨，含量98.5％以上。

结晶的离心分离所使用的离心机是自卸式三足离心机，其分离因数0.5～0.6，所用筛网为250目，筛网过小不利于晶料脱水，过大易跑晶料，浪费能源。

7、综合利用

(1)一次母液的综合利用：洗涤用的水和一次母液合并约30m³，苏氨酸含量为8g/100ml，将其再次进行脱色、浓缩、降温结晶和分离，分离出的晶体按1m³水∶2吨料的比例进行重溶，用水溶去晶体表面的可溶性无机盐和色素，然后结晶、分离和烘干，得到成品苏氨酸结晶2.20吨，苏氨酸含量在98.5％以上，与上一步骤得到的结晶相比，晶粒较小，在以后的饲料加工中易于和其它成分混匀。其中所采用的操作条件与上述生产过程相同。

(2)二次母液的综合利用：分离结晶时得到二次母液，其中苏氨酸含量为7.90g/100ml，体积为2.5m³。将上述二次母液和菌体混合造粒制成肥料。

(3)菌体蛋白的综合利用：膜过滤除去的菌体蛋白经过三级膜过滤后，用泵沿管路泵出，其中清液270m³，30m³湿菌体，苏氨酸含量为1.2g/100ml，湿菌体送至副产车间烘干，烘干后为菌体蛋白，用于制成肥料。

(4)二次凝液的综合利用：浓缩步骤的145m³二次凝液在苏氨酸结晶的后处理中作为洗涤用水使用。

8、产物

苏氨酸结晶成品：25.2吨，成品收率：91.94％；菌体蛋白(干燥后)5吨，和二次母液混合造粒制成肥料。

用本实施例的方法提取得到的苏氨酸结晶成品的纯度在98.5％以上，具有下面的干物质组成：

游离苏氨酸＞98.5％(按重量计)

铵盐＜0.04％(按重量计)

水份＜1％(按重量计)

砷＜0.001ppm(按重量计)

本实施例的苏氨酸提取率在95％以上。

以上已详细描述了本发明的实施方案，对本领域技术人员来说很显然可以做很多改进和变化而不会背离本发明的基本精神。所有这些变化和改进都在本发明的保护范围之内。

Claims

1、由苏氨酸发酵液提取苏氨酸结晶的方法，该方法包括以下步骤：

(2)将上述苏氨酸发酵液用活性炭进行脱色；

(3)将脱色后的发酵液经减压浓缩，使其浓度达到25Bo°以上；

(4)使浓缩后的浓缩液进入结晶罐进行降温结晶；

(5)将降温结晶后的晶浆离心分离，得到晶体和一次母液；和

(6)烘干晶体，得到苏氨酸结晶成品。

2、按照权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)通过无机陶瓷膜过滤之前，首先将高温灭菌后的发酵液用硫酸调pH至大约4.5。

3、按照权利要求2所述的方法，其中所述的步骤(1)所述的无机陶瓷膜可截留分子量300kD的蛋白质。

4、按照权利要求2所述的方法，其中所述的活性炭脱色采用两种颗粒度大小不同的的活性炭，优选采用200～300目和18目的活性炭，其中所述200～300目和18目活性炭的体积比为4∶3；经过活性炭脱色后发酵液的透光率达到99％以上。

5、按照权利要求2所述的方法，其中所述的减压浓缩可采用四效降膜蒸发器；所述四效降膜蒸发系统的操作温度分别是：一效蒸发温度为90℃，二效蒸发温度为60℃，三效蒸发温度为80℃，四效蒸发温度为70℃；经过所述的减压浓缩步骤后发酵液的浓度达到25Bo°以上；优选25～26Bo°。

6、按照权利要求2所述的方法，其中所述降温结晶采用间歇操作，和梯度降温结晶法；其中所述的梯度降温结晶在搅拌下进行。

7、按照权利要求6所述的方法，其中所述的梯度降温结晶在梯度降温结晶罐中进行，所述的梯度降温结晶条件是：起始温度70℃，降温速度为2.5-2.7℃/h，最低温度5-10℃，维持15-30小时，优选的，所述的梯度降温结晶条件是：起始温度70℃，降温速度为2.57℃/h，最低温度9℃，维持该温度20h，搅拌速度大约为30转/分钟；其中所述结晶操作中温度的最大波动不超过±1℃，pH值的最大波动不超过±0.1。

8、按照权利要求1-7任意一项所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

(1)将苏氨酸发酵液经高温灭菌后，用硫酸调pH至4.5，然后用无机陶瓷膜过滤除去菌体蛋白等杂质，所述的膜可截留分子量300kD的蛋白质；

(2)将上述苏氨酸发酵液用200～300目和18目的活性炭脱色；

(4)使上述发酵液结晶浆进入梯度降温结晶罐进行梯度降温结晶，梯度降温结晶条件是：起始温度70℃，降温速度为2.5-2.7℃/h，最低温度5-10℃，维持15-30小时，同时进行搅拌；

(5)使降温结晶后的晶浆离心分离，得到晶体和一次母液；和

(6)烘干晶体，得到苏氨酸结晶成品；用该方法获得的苏氨酸结晶的纯度为98.5％以上。

9、按照权利要求8所述的方法，其中步骤(5)所得到的一次母液可再利用，或将其与灭菌过滤后的苏氨酸发酵液合并，进行循环使用；优选的是将所述的一次母液经再次脱色、浓缩、梯度降温结晶、离心分离得到苏氨酸结晶和二次母液，所得到的晶体用水再溶解、结晶和分离烘干，得到成品苏氨酸结晶；其中所述的再溶解步骤是以2吨结晶1m³水的比例用高温热水于70～80℃加蒸气溶解。

10、按照权利要求9所述的方法，其中分离苏氨酸结晶过程中所得到的二次母液可用于制造肥料。