CN101328131A

CN101328131A - 离子交换法从发酵液中提取l-亮氨酸的工艺

Info

Publication number: CN101328131A
Application number: CNA2007100576514A
Authority: CN
Inventors: 陈宁; 刘辉; 徐庆阳; 刘淑云
Original assignee: Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2008-12-24

Abstract

本发明公开了一种利用直接发酵法生产L－亮氨酸的提取工艺。该方法包括采用不锈钢管式膜分离系统过滤发酵液，应用离子交换法提取L－亮氨酸，离子交换洗脱液等点结晶，结晶后的母液再用离子交换树脂浓缩以及产品的浓缩和结晶。本发明采用金属膜过滤菌体，改变了常规发酵液处理采用的离心、压滤机压滤等方法，降低了维修费用，降低了工人的劳动强度，除去菌体彻底，节省操作时间；且金属膜使用寿命长，耐高温、耐酸碱、易于清洗且装置维护方便。发酵滤液离子交换和结晶后的母液再用离子交换树脂浓缩，这两步离子交换使得提取总收率以及产品纯度大大提高，并且能够有效降低提取过程的能耗。该方法提取总收率为85.5％，精制产品纯度达98％以上。

Description

离子交换法从发酵液中提取L-亮氨酸的工艺

【技术领域】：

本发明属于生化工程领域，涉及一种从发酵液中提取L-亮氨酸的方法。

【背景技术】：

L-亮氨酸(L-leucine)的化学名为L-α-氨基异己酸，别名L-2-氨基-4-甲基戊酸，L-亮氨酸是人与动物自身不能合成而必须依赖外源供给的八大必需氨基酸之一。国内外市场需求量较大的药用氨基酸价格比较高，药用级亮氨酸的市场价格在18万元/吨左右，出口级产品市场价在12万元/吨左右。近年来随着亮氨酸在医药、食品等方面应用的开拓，市场需求量不断增加。

L-亮氨酸生产方法有提取法、化学合成法和发酵法三类。国内外L-亮氨酸生产方法以蛋白水解提取法为主，由于天然蛋白质原料氨基酸组成复杂，提取工艺复杂，污染严重，收率较低，而且由于疯牛病等动物疾病的存在，西方国家已禁止采用动物蛋白水解提取法生成氨基酸，因此极大的刺激了生物发酵法生产L-亮氨酸工艺技术的研究热情。以微生物直接发酵法生产L-亮氨酸，在国外已形成一定规模的工业生产能力。该法具有原料成本低，来源广泛，产品纯度高，反应条件温和等优点，具有工业化生产的潜力。

目前国内虽然已有生产厂家，但菌株产酸水平不高，产量较小，远不能满足国内市场的需求。发酵法合成亮氨酸的工业生产还存在着一些问题：(1)产酸率低。国内产酸率最高达30g/L，而L-亮氨酸在国外已经实现大规模工业化生产，产酸水平已达到35g/L。(2)转化率低。目前发酵生产L-亮氨酸的最高转化率仅为20％，提高转化率对工业化生产有极其重要的意义。(3)降低提取分离成本。寻找最佳的提取途径，包括所用试剂，提取工艺及效率等。

要真正实现发酵法生产L-亮氨酸的工业化，就必须对发酵液中L-亮氨酸的提取工艺进行研究。国内外多采用沉淀法提取L-亮氨酸，且已有相关专利报道。本发明采用金属膜过滤发酵液，然后用离子交换法分离提取发酵液中L-亮氨酸。

【发明内容】：

本发明的目的是解决现有发酵法生产L-亮氨酸的提取收率低，无法实现产业化生产的问题，提供从发酵液中提取L-亮氨酸的方法。

一种从发酵液中提取L-亮氨酸的工艺，包括：采用金属膜过滤除菌体和蛋白，滤液通过离子交换法提取L-亮氨酸，离子交换过程中的上柱料液的pH范围1～14，操作温度为0～40℃，流速为1～6倍床体积/h。对离子交换洗脱液进行等点结晶，操作温度为0～20℃。结晶后的母液用离子交换树脂浓缩回流至等点液中。等点后粗结晶用去离子水溶解，加入一倍体积50％～95％乙醇，冷藏过夜，进行重结晶，烘干后得L-亮氨酸结晶。

金属膜采用不锈钢管式膜分离系统，其孔径为50nm～100nm，截留分子量2000～50000MW，pH范围1～14，操作温度为0～40℃，操作压差为0.2～1.0MPa。

洗脱液为0.1～10mol/L氨水，氯化铵溶液，硫酸铵溶液，醋酸铵溶液，乙醇溶液。

离子交换树脂采用强酸型阳离子交换树脂JK006，HD-8，732，D001，JK008，WA-2和HZ014；离子交换柱采用串联方式。

金属膜过滤除菌体和蛋白前，发酵液进行预处理，用碱将发酵液pH调至9～12，搅拌并加热到80℃，加入发酵液0.1％～0.5％硅藻土后注入不锈钢管式膜分离系统，操作温度控制在50～60℃，进膜压力与出膜压力差0.3～0.8kg/cm²，滤速控制在200～300ml/min。

本发明的优点和积极效果：本发明利用金属膜过滤法预处理发酵液，并以离子交换法提取L-亮氨酸，可以大大提高L-亮氨酸的收率，缩短操作周期。产品纯度可达98％以上，提取率85.5％。

本发明采用金属膜过滤菌体，改变了常规发酵液处理采用的离心、压滤机压滤等方法，降低了维修费用，降低了工人的劳动强度，除去菌体彻底，节省操作时间；且金属膜使用寿命长，耐高温、耐酸碱、易于清洗且装置维护方便。

利用金属膜过滤预处理可以快速有效地除去发酵液中的菌体、杂蛋白和色素等，有利于L-亮氨酸的离子交换吸附。另外离子交换法可以进一步起到脱色作用，去除滤液的色素，从而省略采用活性炭等的脱色操作，缩短了操作周期。

【提取工艺流程】：

见说明书附图。

【具体实施方式】：

实施例1：膜过滤法除蛋白和色素

用硫酸将L-亮氨酸发酵液pH调至3，搅拌并80℃水浴加热10min，加入0.1％硅藻土，将发酵液倒入金属膜过滤器，控制温度50℃～60℃，进膜压力与出膜压力差0.6kg/cm²，当进出膜压差明显降低时，补入适量去离子水，滤速控制在200～300ml/min。蛋白和色素去除率分别为94.2％和50.2％。L-亮氨酸损失率为5.1％。

实施例2：离子交换树脂的筛选

对于离子交换法提取发酵液中的L-亮氨酸，交换容量是衡量离子交换树脂好坏的最重要的指标。实验选用了5种强酸性阳离子交换树脂732、WA-2、HD-8、JK008、HZ014进行静态实验，测定各种树脂对L-亮氨酸的静态吸附量Q，结果如表1所示。

表1不同型号树脂对L-亮氨酸的静态吸附量

由表1可知，树脂732、WA-2、JK008、HZ014四种树脂吸附量较大。

实施例3：离子交换法提取L-亮氨酸

将处理成H⁺型的WA-2树脂装入直径2.5cm的离子交换柱中，装柱高16cm，操作温度为室温，滤液或等点结晶后的母液上柱速度为1BV/h，上柱量为两倍床体积。上柱后，用1倍体积水洗涤树脂，流速为1BV/h，将洗涤液收集准备再次上柱。用0.3mol/L氨水1BV/h洗脱，收集pH＝3～9部分的洗脱液。离子交换法提取收率为96％。

实施例4：L-亮氨酸等点结晶

将离子交换洗脱液用浓硫酸缓慢调节pH至6.5，温度4℃，添加0.1％的晶种，然后将pH调至5.96，等点结晶24h。等点结晶收率为85％。

实施例5：L-亮氨酸精制

用一定量的去离子水溶解粗结晶，再加入等体积的95％乙醇，冷藏过夜，过滤晶体，烘干后得L-亮氨酸结晶，纯度可达98％以上，精制收率为94.5％。

Claims

1、一种从发酵液中提取L-亮氨酸的工艺，包括：采用金属膜过滤除菌体和蛋白，滤液通过阳离子交换法提取L-亮氨酸，离子交换过程中的上柱料液的pH范围1～14，操作温度为0～40℃，流速为1～6倍床体积/h。对离子交换洗脱液进行等点结晶，操作温度为0～20℃。结晶后的母液用离子交换树脂浓缩回流至等点液中。等点后粗结晶用去离子水溶解，加入一倍体积50％～95％乙醇，冷藏过夜，进行重结晶，烘干后得L-亮氨酸结晶。

2、根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于金属膜采用不锈钢管式膜分离系统，其孔径为50nm～100nm，截留分子量2000～50000MW，pH范围1～14，操作温度为0～40℃，操作压差为0.2～1.0MPa。

3、根据权利要1所述的生产工艺，其特征在于洗脱液为0.1～10mol/L氨水，氯化铵溶液，硫酸铵溶液，醋酸铵溶液，乙醇溶液。

4、根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于的离子交换树脂采用强酸型阳离子交换树脂JK006，HD-8，732，D001，JK008，WA-2和HZ014；离子交换柱采用串联方式。

5、根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于过滤前，发酵液进行预处理，将发酵液pH调至1～14，搅拌并加热到80℃，加入发酵液0.1％～0.5％硅藻土后注入不锈钢管式膜分离系统，操作温度控制在50～60℃，进膜压力与出膜压力差0.3～0.8kg/cm²，滤速控制在200～300ml/min。