CN101701069A - 一种提取ε-聚赖氨酸及其盐的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种从发酵液中提取ε-聚赖氨酸及其盐的方法，其在酸化罐中，将发酵液酸化后过滤得到清滤液，然后将清滤液碱化制成碱化液再压入树脂吸附柱中进行吸附，先用纯化水洗涤饱和树脂，再用盐酸解析，得解析液，用活性炭把解析液脱色，过滤得脱色液，将脱色液压入膜滤装置进行循环浓缩，得浓缩液，浓缩液经喷雾或减压冷冻干燥即得ε-聚赖氨酸纯品。本发明采用的原料、仪器取材容易，成本低；提取纯化工艺简单、可行；最终产品收率高，纯度高。制备的ε-聚赖氨酸可用作防腐剂、生物高分子材料、微囊技术材料、药物载体、食疗剂、生物芯片和高分子吸水材料等。
Description
技术领域
本发明属于发酵工程技术领域，具体是一种从发酵液中提取ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine，ε-PL)及其盐的方法。
背景技术
天然防腐剂是近年来国内外倡导、开发和寻求的新型产品，开发抗菌性强、安全无毒的天然防腐剂已成为各国科技工作者的研究热点。天然防腐剂不但对人体健康无害，有的还具有一定的营养价值，是今后开发的方向。
ε-聚赖氨酸是L-赖氨酸残基通过α-羧基和ε-氨基形成的酰胺键连接而成的均聚氨基酸，故称为ε-聚赖氨酸。ε-聚赖氨酸具有广谱抗菌性，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌均有很好的抑菌效果，是目前天然防腐剂中具有优良防腐性能和巨大商业潜力的微生物类食品防腐剂。此外，还用作生物高分子材料、微囊技术材料、药物载体、食疗剂、生物芯片和高分子吸水材料等。
迄今为止，ε-聚赖氨酸的微生物发酵在日本已实现工业化，年产千吨ε-聚赖氨酸的现代化工业装置已建成投产。ε-聚赖氨酸生物防腐剂是一种天然的微生物代谢产物，是需要经分离提取精制而获得的发酵产品。但是，提取工艺繁琐、收率低、含量低、费用高一直是限制ε-聚赖氨酸工业化的重要因素，因此，开发新的提取纯化工艺对其工业化具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种从发酵液中提取ε-聚赖氨酸及其盐的方法。
为了实现本发明目的，本发明的一种提取ε-聚赖氨酸及其盐的方法，其包括如下步骤：
1)酸化：先将聚赖氨酸发酵液调pH值为2.0～6.0，然后加热至60～100℃，保温1～20分钟，再冷却至0～60℃，经过滤、顶洗、复滤后得清滤液；
2)碱化：将所述清滤液调pH值为6.0～10.0，得碱化液；
3)吸附：将所述碱化液压入树脂吸附柱中进行吸附，并保持吸附过程的pH值保持在6.0～10.0范围内，直到树脂吸附达饱和状态；用纯化水洗涤饱和树脂，至洗涤液体澄清为止；
4)解析：用盐酸进行解析，待pH降至4.0以下，解吸结束，得解析液；
5)脱色：在所述解析液中加入活性炭进行脱色，过滤得脱色液；
6)浓缩：将所述脱色液压入滤膜装置进行循环浓缩，将脱色液浓缩至ε-PL含量在3～99％时，停止浓缩，得浓缩液，浓缩液经干燥即得ε-聚赖氨酸纯品。
其中，所述聚赖氨酸发酵液为聚赖氨酸产生菌种经培养基发酵培养而得的发酵液，发酵液中富含聚赖氨酸。
步骤1)中所述过滤采用板框过滤；所述顶洗为过滤完成后用酸水(pH2-6)对滤层进行洗涤，使产品能尽量收集到滤液中，目的是提高收率；所述复滤是对滤液再进行一次过滤，目的是提高滤液的质量。
酸化时所用的酸液多为30％(质量百分数)盐酸。
步骤2)碱化时所用的碱多为30％(质量百分数)氢氧化钠溶液。
步骤3)中树脂吸附柱多采用高度与直径比为2-3∶1，比如型号152。
步骤4)中解析所用的盐酸浓度为0.2～4N。
步骤5)中所述活性炭的浓度为0.5～5.0％(g/100ml)，其脱色过程为：先将解析液加热升温至60～100℃，搅拌脱色5～120分钟，然后冷却至0～60℃，过滤。
步骤6)中的滤膜装置多采用4000分子量的滤膜膜芯。
所述干燥可采用本领域常用的喷雾干燥或减压冷冻干燥。
本发明方法所得ε-聚赖氨酸产品的回收率不低于70％，纯度不低于95％。
本发明所得产品的特性：ε-聚赖氨酸能在人体内分解为赖氨酸，而赖氨酸是人体必需8种氨基酸之一，也是世界各国允许在食品中强化的氨基酸，因此ε-聚赖氨酸是一种营养型抑菌剂，安全性高于其它化学防腐剂；ε-聚赖氨酸具有广谱抗菌性，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌均有一定的抑菌效果，它对耐热性芽孢杆菌也有一定的作用；ε-聚赖氨酸对热稳定非常好，其水溶液在80℃处理60min、100℃处理30min、120℃处理20min后对大肠杆菌最小抑菌浓度不变，说明ε-聚赖氨酸在高温情况下不分解，不失活，能够承受一般食品的加工过程中的热处理，可以随原料一同进行灭菌处理，防止二次污染。
本发明制备的ε-聚赖氨酸可用作防腐剂、生物高分子材料、微囊技术材料、药物载体、食疗剂、生物芯片和高分子吸水材料等。
本发明的提取工艺是运用树脂与膜相结合的方法从发酵液中提取精制ε-聚赖氨酸及其盐。本发明采用的原料、仪器取材容易，成本低；提取纯化工艺简单、可行；最终产品收率高，纯度高。
具体实施方式
下面用实施例进一步描述本发明，有利于对本发明及其优点、效果更好的了解，但所述实施例仅用于说明本发明而不是限制本发明。
聚赖氨酸发酵液为浙江银象生物工程有限公司提供，指用白色链霉菌在培养基中，在一定的条件下，经培养而成的液体，发酵液中富含聚赖氨酸。
实施例1
在酸化罐中，用30％盐酸调聚赖氨酸发酵液pH为2.0，然后加热此酸化液至60℃，保温10分钟，将酸化液冷却至20℃，经板框过滤，并经30％盐酸对滤层进行顶洗、板框复滤后得清滤液。
加入30％氢氧化钠至清滤液中，调清滤液pH＝9.0得碱化液。将碱化液压入152树脂吸附柱(高度与直径比为3∶1)中进行吸附，吸附过程应控制一定的流速，同时不断加入氢氧化钠，保证吸附过程的pH值保持为9，直到树脂吸附达饱和状态。用纯化水洗涤饱和树脂，至洗涤液体澄清为止。用预先配制的3N盐酸进行解析，控制解析速度，待pH降至3.5时，解吸结束，得解析液。在解析液中加入4.0％的活性炭，加热升温至60℃，搅拌脱色10分钟，然后冷却至20℃，过滤得脱色液。将脱色液压入膜滤装置(4000分子量的滤膜膜芯)进行循环浓缩，将脱色液浓缩至ε-PL含量在3％时，停止浓缩，得浓缩液。浓缩液经喷雾干燥即得ε-聚赖氨酸纯品。
所得产品回收率为70.2％，纯度为95.4％。
实施例2
在酸化罐中，用30％盐酸调聚赖氨酸发酵液pH为4.0，然后加热此酸化液至70℃，保温20分钟，将酸化液冷却至30℃，经板框过滤，并经30％盐酸对滤层进行顶洗、板框复滤后得清滤液。
加入30％氢氧化钠至清滤液中，调清滤液pH＝10得碱化液。将碱化液压入152树脂吸附柱(高度与直径比为3∶1)进行吸附，吸附过程应控制一定的流速，同时不断加入氢氧化钠，保证吸附过程的pH值保持为8，直到树脂吸附达饱和状态。用纯化水洗涤饱和树脂，至洗涤液体澄清为止。用预先配制的4N盐酸进行解析，控制解析速度，待pH降至2.0时，解吸结束，得解析液。在解析液中加入5.0％的活性炭，加热升温至100℃，搅拌脱色50分钟，然后冷却至50℃，过滤得脱色液。将脱色液压入膜滤装置(4000分子量的滤膜膜芯)进行循环浓缩，将脱色液浓缩至ε-PL含量在20％时，停止浓缩，得浓缩液。浓缩液减压冷冻干燥即得ε-聚赖氨酸纯品。
所得产品回收率为71.4％，纯度为95.8％。
实施例3
在酸化罐中，用30％盐酸调聚赖氨酸发酵液pH为5.0，然后加热此酸化液至100℃，保温5分钟，将酸化液冷却至10℃，经板框过滤，并经30％盐酸对滤层进行顶洗、板框复滤后得清滤液。
加入30％氢氧化钠至清滤液中，调清滤液pH＝7.2得碱化液。将碱化液压入152树脂吸附柱(高度与直径比为2∶1)中进行吸附，吸附过程应控制一定的流速，同时不断加入氢氧化钠，保证吸附过程的pH值保持为7.2，直到树脂吸附达饱和状态。用纯化水洗涤饱和树脂，至洗涤液体澄清为止。用预先配制的2.5N盐酸进行解析，控制解析速度，待pH降至3.0时，解吸结束，得解析液。在解析液中加入4.5.0％的活性炭，加热升温至100℃，搅拌脱色60分钟，然后冷却至30℃，过滤得脱色液。将脱色液压入膜滤装置(4000分子量的滤膜膜芯)进行循环浓缩，将脱色液浓缩至ε-PL含量在60％时，停止浓缩，得浓缩液。浓缩液减压冷冻干燥即得ε-聚赖氨酸纯品。
所得产品回收率为72.3％，纯度为95.2％。
尽管对本发明已作了详细的说明并引证了一些具体实例，但对本领域技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围，作各种变化或修正是显然的。
Claims (8)
1.一种提取ε-聚赖氨酸及其盐的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)酸化：先将聚赖氨酸发酵液调pH值为2.0～6.0，然后加热至60～100℃，保温1～20分钟，再冷却至0～60℃，经过滤、顶洗、复滤后得清滤液；
2)碱化：将所述清滤液调pH值为6.0～10.0，得碱化液；
3)吸附：将所述碱化液压入树脂吸附柱中进行吸附，并保持吸附过程的pH值保持在6.0～10.0范围内，直到树脂吸附达饱和状态；用纯化水洗涤饱和树脂，至洗涤液体澄清为止；
4)解析：用盐酸进行解析，待pH降至4.0以下，解吸结束，得解析液；
5)脱色：在所述解析液中加入活性炭进行脱色，过滤得脱色液；
6)浓缩：将所述脱色液压入滤膜装置进行循环浓缩，将脱色液浓缩至ε-PL含量在3～99％时，停止浓缩，得浓缩液，浓缩液经干燥而成。
2.权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤1)中所述过滤采用板框过滤；所述顶洗为过滤完成后用pH2-6的酸对滤层进行洗涤。
3.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，步骤3)中树脂吸附柱采用高度与直径比为2-3∶1的树脂柱。
4.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤4)中解析所用的盐酸浓度为0.2～4N。
5.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤5)中所述活性炭的浓度为0.5～5.0％。
6.根据权利要求5所述的提取方法，其特征在于，所述脱色过程为：先将解析液加热升温至60～100℃，搅拌脱色5～120分钟，然后冷却至0～60℃，过滤。
7.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤6)中的滤膜装置采用4000分子量的滤膜膜芯。
8.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述干燥为喷雾干燥或减压冷冻干燥。
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