CN101798273B - 一种缬氨酸提纯方法 - Google Patents
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Abstract
一种缬氨酸提纯方法，步骤为：A、在缬氨酸发酵液中加入絮凝剂，使固体杂质迅速沉淀，过滤上清液后得一次滤液；B、在步骤A的一次滤液中加入活性炭，加入的活性炭占滤液的重量百分含量是1±0.5％，在60±5℃下搅拌脱色，然后过滤得二次滤液；C、工业色谱柱分离无机盐及杂酸，再用钠虑膜去除色素和小分子杂质，得到澄清无色的缬氨酸溶液；D、浓缩滤液结晶得到缬氨酸粗品；E、传送带抖动加温到220±10℃度，升华去除丙氨酸与异亮氨酸，得到药用级缬氨酸精品。该方法具有操作简单、选择性好、清洁环保的特点，使缬氨酸的收率和质量得到显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种从发酵液中提取纯化缬氨酸的方法，尤其是提取药用级缬氨酸的方法。
背景技术
L-缬氨酸的生产方法有提取法、合成法、发酵法等。动物血粉、蚕蛹及毛发水解液中L-缬氨酸的含量较高，应用离子交换技术从混合氨基酸中分离缬氨酸，分离效率高，提取操作简单，生产周期短，但是成本高，不适于现代工业生产。化学合成法是以异丁醛为原料，与氨及氢氰酸作用生成胺腈，再水解得DL-缬氨酸，经拆分得L-缬氨酸。化学合成法生产成本高，反应复杂，步骤多，且有许多副产物。而利用微生物发酵法生产具有原料成本低，反应条件温和及可大规模生产等优点，是一种非常经济的生产方法。从发酵液中分离纯化得到缬氨酸是缬氨酸生产中非常关键一步。目前发酵溶液中分离缬氨酸以及将其纯化的常规方法包括：1、通过用离子交换树脂处理将酸性或碱性氨基酸分离并出去以后，得到中性氨基酸级分，将其重复地重结晶以除去除缬氨酸以外的中性氨基酸
〔Biochem.J.，48，313(1951)〕。此方法很复杂，且很难从亮氨酸和异亮氨酸中分离出缬氨酸，存在费工费时、效率低、杂质氨基酸含量较高等问题；2、将盐酸加入含缬氨酸的水溶液中以生成并沉淀出缬氨酸盐酸盐晶体，重复该操作〔Japanese Laid-Open PatentApplication(Kokai)No.16，450/1981〕。此法得到的缬氨酸的收率降低。3、通过使缬氨酸与沉淀剂如四氯邻苯二甲酸、磺基间苯二酸、磺氨酸等反应使其纯化，这些沉淀剂与缬氨酸选择性地生成化合物(Japanese Patent Pubication No.25059/1967)这一方法所用沉 淀剂昂贵且工业上不易得到，所得化合物溶解度高，难以以高收率回收缬氨酸，以及从化合物中分离缬氨酸相对复杂。中国专利200710021935去掉离子交换的工序，直接采用浓缩结晶的方法，虽然废水排放量大大降低，收率提高，但产品纯度低，含杂质多。另外还有采用金属膜过滤，通过模拟移动床等方法分离得到缬氨酸。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种从缬氨酸溶液中提取缬氨酸的高效分离方法，以得到高纯度的缬氨酸产品，提高缬氨酸生成收率，降低三废。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种提纯缬氨酸的方法，步骤为：A、在缬氨酸发酵液中加入絮凝剂，降低发酵液的粘度，使固体杂质迅速沉淀从而发酵液被分为沉渣和上清液，过滤上清液后得一次滤液，杂质是菌体类杂质；B、在步骤A的一次滤液中加入活性炭，加入的活性炭的占滤液的重量百分含量可以是1％，在60±5℃下搅拌脱色，然后过滤得二次滤液，过滤可以用板框压滤机；C、工艺色谱柱分离无机盐及部分杂酸，再用钠虑膜去除色素和小分子杂质，得到澄清无色的缬氨酸溶液；D、浓缩滤液结晶得到缬氨酸粗品；E、传送带抖动加温到220±10℃度，升华去除丙氨酸与异亮氨酸，得到药用级缬氨酸精品。
进一步：在上述提纯缬氨酸提纯方法中，步骤A中所加的絮凝剂是聚合氯化铝，2～3分钟后再加入阳离子聚丙烯酰胺助凝剂，使胶体杂质形成大的絮体颗粒迅速沉降分离。加入的聚合氯化铝占发酵液的重量百分含量是5±1％，加入的阳离子聚丙烯酰胺助凝剂占发酵液的重量百分含量是0.2±0.1％。在步骤A中，需用酸调节PH值为4.0～5.0，所述的酸是盐酸。所述的步骤B后，还包括加热二次滤液至60±5℃，浓缩二次滤液至原体积的2/3，冷却过滤除盐和杂质的过程。
工业色谱分离：将上一步得到的滤液上工业色谱柱，用1～3倍 滤液体积的水做助推剂进行分离，操作温度为20～50℃去除无机盐和发酵液中的杂酸，得到高纯度的分离发酵液。
纳虑去除小分子蛋白杂质及色素，将工业色谱分离得到的分离发酵液用截留相对分子质量为100～3000D的纳虑膜去除色素和小分子蛋白杂质，得到澄清无色的L-缬氨酸溶液，操作压力0.4～2.5Mpa，操作温度为10～60℃，透析水量以体积百分计占进料清液体积的10～90％。调PH5.0～6.5，真空浓缩7～12倍，常温结晶，离心分离，粗品
缬氨酸熔点约315℃，对热、光及空气稳定。将湿粗品放置可以抖动的传送带，该传送带经过一个高温装置，温度为200～300℃，经过时间20～60min，在高温下，异亮氨酸(约于168℃升华)和丙氨酸(200℃以上升华)变成气态而被分离。最佳温度为210～230℃，最佳通过时间30～40min。
在上述缬氨酸提纯方法、先将发酵液进行絮凝沉淀，过滤速度大大加快。工业色谱分离技术取代离子交换的传统生产工艺，以水作为助推剂，避免了离子交换再生，洗脱过程形成的大量废水。发挥了清洁生产的功效，同时能够去除发酵液其他与缬氨酸具有相似化学物理性质的氨基酸，产品的纯度比传统离子交换提取工艺纯度明显提高。利用缬氨酸与异亮氨酸和丙氨酸物理性质的不同，加热升华的方法把亮氨酸、异亮氨酸和丙氨酸去除，改变了以往用沉淀剂分离缬氨酸的方法，简单、方便，环保，省去昂贵的沉淀剂，降低了生产成本。所以该缬氨酸提纯方法具有操作简单、选择性好、清洁生产环保的特点，克服了现有技术存在的收率不高，杂质氨基酸高，污水排量大及生产强度大的缺点，使缬氨酸的收率和质量得到显著提高。
具体实施方式：
本发明的主旨是通过从发酵液提纯缬氨酸，该方法具有条件温和、操作简单，选择性好，清洁生产环保的特点，克服了现有技术存在的收率不高，含杂质氨基酸高、污水排量大及生产强度大的缺点，使缬氨酸的收率和质量得到显著提高。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，其中方法各个原材料、压力、温度的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。首先，简述本发明方法的基本方案：1、一种缬氨酸提纯方法，步骤为：A、在缬氨酸发酵液中加入絮凝剂，使固体杂质迅速沉淀，过滤上清液后得一次滤液；B、在步骤A的一次滤液中加入活性炭，加入的活性炭占滤液的重量百分含量是1±0.5％，在60±5℃下搅拌脱色，然后过滤得二次滤液；C、工业色谱柱分离无机盐及杂酸，再用钠虑膜去除色素和小分子杂质，得到澄清无色的缬氨酸溶液；D、浓缩滤液结晶得到缬氨酸粗品；E、传送带抖动加温到220±10℃度，升华去除丙氨酸与异亮氨酸，得到药用级缬氨酸精品。
实施例1
发酵液100L，缬氨酸含量40.5g/L，调pH值至4～7，在搅拌条件下，将絮凝剂聚合氯化铝缓缓加入发酵液中，加完后，继续搅拌5分钟，静置10～15分钟，待悬浮液凝聚形成大量絮状物并开始沉降时，再次搅拌，将助凝剂0.2％阳离子聚丙烯酰胺缓缓加入，继续搅拌5分钟，静置2小时，此时发酵液中的菌体、大分子物质及其他杂质分子，凝结成絮状物并沉降至发酵液底层，倾出上清液，用水分两次洗涤沉渣，冼水与上清液混合，过硅藻土预涂层的板框压滤机，得到一次滤液。往一次滤液中添加1％的活性炭，并保持其温度为60℃和200转/分钟的条件下搅拌1小时，然后过滤，将活性炭分离出来，得到第二次滤液。将第二次滤液经80L工艺色谱柱分离，用水量300L，温度30℃，得到分离的缬氨酸清液。分离清液经过截留分子量为500的纳虑膜过滤去除小分子杂质和色素，操作压力1Mpa，温度30℃，得到澄清无色的缬氨酸溶液。将经过纳虑后的缬氨酸溶液调PH至为5.0～6.5，真空浓缩7～12倍，常温结晶，离心分离，得到缬氨酸湿粗品。将缬氨酸湿粗品放置传送带经过一恒温装 置，温度调控在220±10℃，该恒温装置内有一抖动设备，可以使传送带经常该装置不停的抖动，目的是使缬氨酸湿粗品受热均匀，经过该恒温装置的时间为20～60min，最佳通过时间30～40min，使亮氨酸、异亮氨酸和丙氨酸升华变为气态而被去除，得到符合医药级要求的缬氨酸产品3280g，总收率达81％。经检测：旋光度[α]20D26.7°～+29.0°，透光率98.8，含量99.9％。
实施例2
发酵液300L，缬氨酸含量41g/L，调pH值至4～7，在搅拌条件下，将絮凝剂聚合氯化铝缓缓加入发酵液中，加完后，继续搅拌5分钟，静置10～15分钟，待悬浮液凝聚形成大量絮状物并开始沉降时，再次搅拌，将助凝剂0.2％阳离子聚丙烯酰胺缓缓加入，继续搅拌5分钟，静置2小时，此时发酵液中的菌体、大分子物质及其他杂质分子，凝结成絮状物并沉降至发酵液底层，倾出上清液，用水分两次洗涤沉渣，冼水与上清液混合，过硅藻土预涂层的板框压滤机，得到一次滤液。往一次滤液中添加1％的活性炭，并保持其温度为60℃和200转/分钟的条件下搅拌1小时，然后过滤，将活性炭分离出来，得到第二次滤液。将第二次滤液经80L工艺色谱柱分离，用水量800L，温度30℃，得到分离的缬氨酸清液。分离清液经过截留分子量为500的纳虑膜过滤去除小分子杂质和色素，操作压力1Mpa，温度30℃，得到澄清无色的缬氨酸溶液。将经过纳虑后的缬氨酸溶液调PH至为5.0～6.5，真空浓缩7～12倍，常温结晶，离心分离，得到缬氨酸湿粗品。将缬氨酸湿粗品放置传送带经过一恒温装置，温度调控在220±10℃，该恒温装置内有一抖动设备，可以使传送带经常该装置不停的抖动，目的是使缬氨酸湿粗品受热均匀，经过该恒温装置的时间为20～60min，最佳通过时间30～40min，使亮氨酸、异亮氨酸和丙氨酸升华变为气态而被去除，得到符合医药级要求的缬氨酸产品9171g，总收率达79％。经检测：旋光度[α]20D26.7°～+29.0°，透光率98.5，含量99.9％。
实施例3
发酵液1000L，缬氨酸含量40.2g/L，调pH值至4～7，在搅拌条件下，将絮凝剂聚合氯化铝缓缓加入发酵液中，加完后，继续搅拌5分钟，静置10～15分钟，待悬浮液凝聚形成大量絮状物并开始沉降时，再次搅拌，将助凝剂0.2％阳离子聚丙烯酰胺缓缓加入，继续搅拌5分钟，静置2小时，此时发酵液中的菌体、大分子物质及其他杂质分子，凝结成絮状物并沉降至发酵液底层，倾出上清液，用水分两次洗涤沉渣，冼水与上清液混合，过硅藻土预涂层的板框压滤机，得到一次滤液。往一次滤液中添加1％的活性炭，并保持其温度为60℃和200转/分钟的条件下搅拌1小时，然后过滤，将活性炭分离出来，得到第二次滤液。将第二次滤液经80L工艺色谱柱分离，用水量1.5吨，温度30℃，得到分离的缬氨酸清液。分离清液经过截留分子量为500的纳虑膜过滤去除小分子杂质和色素，操作压力1Mpa，温度30℃，得到澄清无色的缬氨酸溶液。将经过纳虑后的缬氨酸溶液调PH至为5.0～6.5，真空浓缩7～12倍，常温结晶，离心分离，得到缬氨酸湿粗品。将缬氨酸湿粗品放置传送带经过一恒温装置，温度调控在220±10℃，该恒温装置内有一抖动设备，可以使传送带经常该装置不停的抖动，目的是使缬氨酸湿粗品受热均匀，经过该恒温装置的时间为20～60min，最佳通过时间30～40min，使亮氨酸、异亮氨酸和丙氨酸升华变为气态而被去除，得到符合医药级要求的缬氨酸产品32964g，总收率达82％。经检测：旋光度[α]20D 26.7°～+29.0°，透光率98.5，含量99.9％。
Claims (4)
1.一种缬氨酸提纯方法，步骤为：
A、在缬氨酸发酵液中加入絮凝剂，使固体杂质迅速沉淀，过滤上清液后得一次滤液；
B、在步骤A的一次滤液中加入活性炭，加入的活性炭占滤液的重量百分含量是1±0.5％，在60±5℃下搅拌脱色，然后过滤得二次滤液；
C、工业色谱柱分离无机盐及杂酸，再用纳滤膜去除色素和小分子杂质，得到澄清无色的缬氨酸溶液；
D、调节纳滤后的缬氨酸溶液pH至5.0～6.5，浓缩滤液结晶得到缬氨酸粗品；
E、传送带抖动加温到220±10℃，升华去除丙氨酸与异亮氨酸，得到药用级缬氨酸精品；
所述步骤A中的絮凝剂是聚合氯化铝，加入的聚合氯化铝占发酵液的重量百分含量是5±1％；
所述的步骤A在加入絮凝剂2～3分钟后，还包括再加入阳离子聚丙烯酰胺助凝剂的过程，加入的阳离子聚丙烯酰胺助凝剂占发酵液的重量百分含量是0.2±0.1％；
在步骤A中还包括加酸调节发酵液的pH值为4.0～5.0，所述的酸是盐酸。
2.根据权利要求1所述的缬氨酸提纯方法，其特征在于：所述的步骤B后，还包括加热二次滤液至60±5℃，浓缩二次滤液至原体积的2/3，冷却过滤除盐和杂质的过程。
3.根所权利要求2所述的缬氨酸提纯方法，其特征在于：所述步骤C的工业色谱分离是将上一步得到的滤液上工业色谱柱，用1～3倍滤液体积的水做助推剂进行分离，操作温度为20～50℃去除无机盐和发酵液中的杂酸，得到高纯度的分离发酵液。
4.根据权利要求3述的缬氨酸提纯方法，其特征在于：所述步 骤C的纳滤去除小分子杂质，是将发酵液用截留相对分子质量为100～3000D的纳滤膜去除色素和小分子蛋白杂质，得到澄清无色的L-缬氨酸溶液，操作压力0.4～2.5MPa，操作温度为10～60℃，透析水量以体积百分计占进料清液体积的10～90％。
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