CN101717360B - 一种从发酵液中提取l-色氨酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从发酵液中提取L-色氨酸的方法，通过微滤膜分离除去发酵液中的菌体，利用超滤膜去除L-色氨酸除菌液中的大分子蛋白、色素等物，所得L-色氨酸超滤液经脱色、浓缩、结晶得到L-色氨酸。本发明生产工艺简单，原辅料消耗低、产品收率高、纯度高、质量稳定。

Description

一种从发酵液中提取L-色氨酸的方法
技术领域
本发明涉及一种提取L-色氨酸的方法，具体地说，涉及一种从发酵液中提取L-色氨酸的方法。属于生物化工领域。
背景技术
L-色氨酸是含有叫吲哚基的中性芳香族氨基酸，它广泛存在于天然蛋白质中，是人和各种动物生长发育不可缺少的必需氨基酸之一。L-色氨酸除在营养代谢中起重要作用外，还广泛用于医药、食品、饲料等方面。
近年来，随着L-色氨酸在医药、食品和饲料等方面应用的开拓，市场需求量不断增加。生产L-色氨酸的方法主要有：1)有机合成法，该法以吲哚为原料，经曼里奇反应进行氨烷基化，然后酯化水解得到产物，该方法生产成本较高。2)天然物质提取法，该方法是对含有L-色氨酸的物质进行水解，由于L-色氨酸本身在蛋白质及谷类植物中含量不高，无法实现工业化生产。3)酶转化法，利用吲哚为前体的酶法合成L-色氨酸是较有效的工业生产方法，但生产成本偏高。4)发酵法，利用葡萄糖糖蜜为原料，利用优良的L-色氨酸生产菌来生产L-色氨酸。
从原材料的来源和成本的因素考虑，发酵法更具有竞争优势。和其他生物工程产品一样，L-色氨酸在生产成本的构成中，分离纯化等下游工序的成本占有相当大的比例。因此，如何取有效措施提高其收率，是目前需要进一步研究解决的问题。
天津科技大学申请的CN101376646A，公开了一种从发酵液中提取L-色氨酸的方法，其采用不锈钢管式膜分离系统过滤发酵液，再应用离子交换法提取L-色氨酸以及对产品进行浓缩和结晶。该方法工序复杂，生产成本高，收率低，无法满足工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种从发酵液中分离提取L-色氨酸的方法，该方法工艺条件温和，操作简便，成本低，收率高，获得的L-色氨酸产品质量好，纯度高。
为了实现本发明目的，本发明提供一种从发酵液中提取L-色氨酸的方法，其依次经过如下步骤：
1)先将酸化处理的L-色氨酸发酵液酸化处理经微滤膜过滤；
2)然后膜滤液再经超滤膜过滤；
3)将超滤液脱色，得到L-色氨酸脱色液；
4)最后经浓缩、调酸结晶而成。
其中，所述L-色氨酸发酵液为经大肠杆菌发酵获得的。
所述L-色氨酸发酵液酸化处理采用将发酵液调pH至2.0～4.0，一般可用浓硫酸调酸。
微滤膜处理可过滤除去蛋白、菌体等杂质，微滤膜孔径为0.05～0.1um，过滤温度为50～75℃。
微滤膜过滤得到的膜滤液用超滤膜过滤，可进一步脱除其中的大分子蛋白、色素等杂质，超滤膜截留分子量为500～3000D，超滤膜处理的温度为30～50℃。
超滤膜过滤后的超滤液通过加滤液体积0.5～5‰的粉末活性炭于40～60℃脱色处理0.5～1h，以去除小分子色素。
脱色处理后的脱色液进行浓缩处理，控制温度为40～75℃，浓缩至浓缩液色氨酸含量控制在90～130g/L。浓缩所采用的设备为多效真空浓缩设备、蒸发器。
将浓缩液用氨水调整pH值5.0～6.5，优选pH5.5～6.0。
结晶处理采用将调好pH值的浓缩液降温至温度20～30℃。
结晶后采用离心分离，并用去离子水洗涤晶体，所得湿晶体经真空干燥，其中干燥真空度0.1MPa温度在50～80℃，得到L-色氨酸晶体，纯度大于98％。
本发明将发酵产生的色氨酸发酵液通过两步膜处理工序，得到产品纯度较高的膜滤液，经脱色、浓缩、结晶分离得到L-色氨酸产品。本发明的提取方法具有条件温和，操作简便，分离工艺路线短，成本低，产品质量好等特点。而且简单易行，便于控制。通过本发明提取L-色氨酸，产品收率达80～90％，纯度大于98％，得到的晶体色泽好，晶型规则。
本发明从发酵液中提取L-色氨酸的方法，具有以下优点：采用双膜过滤、脱色，活性炭消耗降低，氨水消耗降低，工序短，操作简单，收率高，晶所得到的晶体色泽好，晶型规则，纯度高。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
将300L浓度为23.5g/L的L-色氨酸发酵液用硫酸调pH值至2.0，用0.05μm的微滤膜于65℃过滤除菌，膜过滤浓相(为不能透过膜孔的菌体和蛋白混合物)用60L纯水透析，共得到除菌液300L，L-色氨酸含量23g/L。
将L-色氨酸膜除菌液用截留分子量为500D的超滤膜于45℃过滤除去大分子蛋白及色素物质，膜过滤浓相(超滤膜管截留的含有大量大分子蛋白和色素的溶液)用40L去离子水透析，所得透析液与超滤滤出液合并，得到体积为335L、L-色氨酸含量为20.6g/L的超滤液。将所得超滤液加入其体积1‰的粉末活性炭于55℃脱色0.5h，得到L-色氨酸脱色液330L，L-色氨酸含量为20.5g/L。
将上述330L的L-色氨酸脱色液用双效真空浓缩设备进行真空浓缩，其中一效真空度0.07～0.08MPa温度50～55℃，二效真空度0.09～0.1MPa温度60～65℃，得到L-色氨酸晶浆液55.6L(色氨酸含量为120.4g/L)，所得L-色氨酸晶浆液使用氨水调节pH至5.8降温至15℃，维持1h后离心分离，并用去离子水洗涤，湿晶体经干燥，得到含量为98.5％的L-色氨酸6.51kg。
实施例2
将400L浓度为16.5g/L的L-色氨酸发酵液用硫酸调pH值至4.0，用0.05μm的微滤膜于65℃过滤除菌，膜过滤浓相用50L纯水透析，共得到除菌液395L，L-色氨酸含量16.41g/L。
将L-色氨酸膜除菌液用截留分子量为500D的超滤膜于48℃过滤除去大分子蛋白及色素物质，膜过滤浓相用50L去离子水透析，所得透析液与超滤滤出液合并，得到体积为445L、L-色氨酸含量为14.36g/L的超滤液，将所得超滤液加入其体积5‰的粉末活性炭于55℃脱色0.5h，得到L-色氨酸脱色液440L，L-色氨酸含量为14.23g/L。
将上述443L的L-色氨酸用双效真空浓缩设备进行浓缩，得到L-色氨酸晶浆液48.7L(色氨酸含量128.6g/L)所得L-色氨酸晶浆液使用氨水调节pH至6.35，降温至15℃，维持1h后离心分离，并用去离子水洗涤，湿晶体经干燥，得到含量为98.5％的L-色氨酸6.07kg。
实施例3
将240L浓度为25.6g/L的L-色氨酸发酵液用硫酸调pH值至3.0，用0.1μm的微滤膜于50℃过滤除菌，膜过滤浓相用45L纯水透析，共得到除菌液245L，L-色氨酸含量24.4g/L。
将L-色氨酸膜除菌液用截留分子量为1000D的超滤膜于30℃过滤除去大分子蛋白及色素物质，膜过滤浓相用30L去离子水透析，所得透析液与超滤滤出液合并，得到体积为265L，L-色氨酸含量为22.1g/L的超滤液，将所得超滤液加入其体积0.5‰的粉末活性炭于40℃脱色1h，得到L-色氨酸脱色液260L，L-色氨酸含量为20.8g/L。
将上述260升L-色氨酸脱色液于75℃进行真空浓缩，得到L-色氨酸晶浆液51.7L色氨酸含量102.5g/L，所得L-色氨酸晶浆液使用氨水调节pH至5.5，降温至20℃，维持1.5h后离心分离，并用去离子水洗涤，湿晶体经干燥，得到含量为98.0％的L-色氨酸5.38kg。
实施例4
将100L浓度为30g/L的L-色氨酸发酵液用硫酸调pH值至3.5，用0.1μm的微滤膜于75℃过滤除菌，膜过滤浓相用20L去离子水透析，共得到除菌液110L，L-色氨酸含量26.7g/L。
将L-色氨酸膜除菌液用截留分子量为3000D的超滤膜于50℃过滤除去大分子蛋白及色素物质，膜过滤浓相用25L去离子水透析，所得透析液与超滤滤出液合并，得到体积为130L、L-色氨酸含量为22.1g/L的超滤液，将所得超滤液加入其体积2‰的粉末活性炭于60℃脱色0.5h，得到L-色氨酸脱色液127L，L-色氨酸含量为21.5g/L。
将上述L-色氨酸于40℃进行真空浓缩，得到L-色氨酸含量为95g/L晶浆液28.2L，所得L-色氨酸晶浆液用氨水调节pH至5.0并降温至25℃，维持1.5h后离心分离，并用去离子水洗涤，湿晶体经干燥，得到含量为98.8％的L-色氨酸2.58kg。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种从发酵液中提取L-色氨酸的方法，其特征在于，其依次经过如下步骤：
1)先将酸化处理的L-色氨酸发酵液经微滤膜过滤；
2)然后膜滤液再经超滤膜过滤；
3)将超滤液脱色，得到L-色氨酸脱色液；
4)最后经浓缩、调酸结晶而成。
2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述L-色氨酸发酵液酸化处理采用将发酵液调pH至2.0～4.0。
3.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述微滤膜孔径为0.05～0.1um，过滤温度为50～75℃。
4.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述超滤膜截留分子量为500～3000D，超滤膜处理的温度为30～50℃。
5.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述脱色采用滤液体积0.5～5‰的粉末活性炭于40～60℃处理0.5～1h。
6.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述浓缩的处理温度为40～70℃，浓缩至色氨酸含量为90～130g/L。
7.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，浓缩后用氨水调整pH值5.0～6.5。
8.根据权利要求7所述的提取方法，其特征在于，浓缩后用氨水调整pH值5.5～6.0。
9.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述结晶温度为20～30℃。
10.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述结晶后还进一步采用离心分离，并用去离子水洗涤，真空干燥得L-色氨酸。
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