CN101863783B

CN101863783B - 从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法

Info

Publication number: CN101863783B
Application number: CN 201010207446
Authority: CN
Inventors: 赵黎明
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: CN101863783A

Abstract

本发明涉及一种从谷氨酰胺脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸(GABA)的方法，该方法包括以下步骤：富含GABA的谷氨酰氨脱羧酶酶解液进入膜分离系统进行过滤澄清，浓缩到2～10倍时，加透析水透析，最终滤液量为1～3倍酶解液量；将滤液泵入离子交换系统脱盐，脱盐液进入脱色树脂或活性炭柱脱色，脱色后的清液通过蒸发器浓缩，再经过干燥或结晶及重结晶，得到GABA产品。与现有技术相比，本发明的分离纯化工艺简单、合理，工序短，操作方便，分离得到的GABA纯度高、颜色浅、分散性好，总收率高；具有运行成本低、过滤精度高、浓缩倍数高、酶浓缩物浓度高等优点，有利于酶浓缩物的重复利用或固化资源化利用，避免了二次污染。

Description

从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法

技术领域

本发明涉及生物工程领域中分离提取技术，尤其涉及一种从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸(GABA)的方法。

背景技术

γ-氨基丁酸(γ-amino butyric acid，GABA)，又称氨酪酸，是一种天然存在的非蛋白质组成氨基酸，其分子式为NH₂CH₂CH₂CH₂COOH，分子量为103.1，熔点202℃(在快速加热下分解)，易溶于水，微溶于热乙醇，不溶于其他有机溶剂。γ-氨基丁酸在自然界微量存在于动物脑髓和植物的胚芽体内，如脑组织中的含量约为0.1-0.3mg/g，糙米中含有35mg/kg，豆叶中含量为40mg/kg。

γ-氨基丁酸能通过中枢神经系统，促进血管扩张、安神、降血压、抑制动脉粥样硬化、使脑血流畅通，促使精神放松的功能。γ-氨基丁酸使人脑很多神经传递物质之一，老年人脑中γ-氨基丁酸含量较明显的减少，导致感觉系统异常和衰退，造成老年人“耳不聪、目不明”。

由于γ-氨基丁酸具有诸多优良的生理功能，因此可以作为工作压力大、生活紧张的现代人之优良舒活营养补给品。目前很多名牌企业都竞相推出添加GABA的食品，包括咖啡、巧克力棒、苹果汁、可可亚、优格、巧克力、牛奶糖、奶油、吐司、面包、泡面等等。目前日本市场用γ-氨基丁酸的商品有OPYZA GABA GERM的γ-氨基丁酸配料，用以生产降血压的糕点、饼干、调料、茶等功能食品。在美国，γ-氨基丁酸作为药物，并被FDA批准为公认安全食品，作为膳食补充剂，通常以胶囊和口服片上市。亦有公司生产的含γ-氨基丁酸的功能食品，能改善妇女睡眠状况，比含退黑色素的食品性能更优越。最近美国FDA批准γ-氨基丁酸列入改善人们偏头痛的辅助药物之一。中华人民共和国卫生部于2009年10月12号批准由发酵法制备的γ-氨基丁酸为新资源食品，该物质将在食品、保健品等领域发挥越来越大的作用。自从发酵法生产γ-氨基丁酸成为可能以来，科研工作者一直努力探索一条工艺简单、成本较低的分离方法。

目前，从微生物发酵液中提取分离γ-氨基丁酸多采用带菌发酵液经高速离心或经板框过滤器或多级膜过滤分离酶液，酶转化后经板框过滤、电渗析脱盐方法提纯γ-氨基丁酸。上述工艺中，高速离心不仅能耗高，而且分离能力有限。对于大宗原料的生产，板框过滤需要添加大量的助滤剂，且滤液中成份复杂，分离精度低，滤液对后续提纯造成较大的负担或压力，电渗析跑料严重，维护繁重困难，收率过低，分离纯化不彻底，生产成本高、产品品质差。

综上所述，现有的发酵法生产γ-氨基丁酸的分离提纯方法存在工艺步骤长、跑料严重、生产收率低、产品品质差、运行成本高等不足。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺合理、操作简单、收率高、成本低的从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将富含γ-氨基丁酸的谷氨酰氨脱羧酶酶解液进入膜分离系统进行过滤澄清，浓缩到2～10倍时，加透析水透析，最终滤液量为1～3倍发酵液量；将滤液泵入离子交换系统脱盐，脱盐液进入脱色树脂或活性炭柱脱色，脱色后的清液通过蒸发器浓缩，固形物浓度达到30％～45％，浓缩液再经过干燥器干燥或结晶及重结晶，得到γ-氨基丁酸产品。

所述的富含γ-氨基丁酸的谷氨酰氨脱羧酶酶解液进入膜分离系统前经过或未经过灭酶和/或保安过滤器过滤预过滤。

所述的富含γ-氨基丁酸的谷氨酰氨脱羧酶酶解液为以谷氨酸或谷氨酸钠或其他原料为底物，以提取或发酵得到的谷氨酰氨脱羧酶为酶制剂的酶解反应料液，所述的其他原料包括但不限于味精或含谷氨酸或其钠盐的原料。

所述的谷氨酰氨脱羧酶为由微生物发酵制备的酶制剂或酶液，或由植物提取得到的酶或酶液。

所述的膜分离系统包括但不限于不锈钢膜、陶瓷膜、有机高分子材质的超滤膜系统或有机高分子材质的微滤膜系统。

所述的膜分离系统为微滤或超滤系统，其截留分子质量为1000Da～20万Da，或膜孔径范围在5nm～1.4μm。

所述的离子交换脱盐系统包括阳离子交换树脂柱、阴离子交换树脂柱，或阴阳混床。

所述的脱色系统为脱色吸附树脂或活性炭。

所述的过滤澄清的工艺参数为：操作温度为10～80℃，操作压力为0.1～1MPa，过滤方式为错流过滤或死端过滤，膜表面流速为1～8m/s，膜过滤通量为10～300Lm^-1h^-1，浓缩倍数为5～20倍。

与现有技术相比，本发明的分离纯化工艺高效、合理，工序短，操作方便，分离得到的GABA纯度高、总收率高；使用膜分离系统一次性投资成本低，膜寿命长，具有运行成本低、过滤精度高、浓缩倍数高、浓缩物浓度高等优点，有利于浓缩物固化资源化利用，避免了二次污染；离子交换脱盐与传统的电渗析脱盐相比，脱盐彻底，运行成本低，单元操作收率大大提高，避免了电渗析跑料的现象。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

以微生物发酵制备的谷氨酰氨脱羧酶液，以谷氨酸钠为底物，酶解后得到GABA含量2～9g/L的酶解液，酶解液用截留分子质量1000Da的有机超滤膜进行过滤澄清，料液温度为控制在20～60℃，操作压力为0.1～0.3MPa，膜表面流速为2～5.5m/s，浓缩1倍时加透析水，透析水量为2倍酶解液量，浓缩5倍后结束。总过滤收率为95～99％，浓缩倍数为5倍，滤液量为2.5倍酶解液，浓缩液量为0.5倍酶解液。滤液顺次泵入阳、阴离子交换树脂柱，柱温＜40℃，流速控制在4m/hr；脱盐清液泵入活性碳碳柱，温度和流速按碳柱要求设定；脱色液进入浓缩系统浓缩，然后干燥或结晶，得GABA产品。

实施例2

以微生物发酵制备的谷氨酰氨脱羧酶液，以谷氨酸钠为底物，酶解后得到GABA含量2～9g/L的酶解液，酶解液用膜孔径20nm的不锈钢超滤膜进行过滤澄清，料液温度为控制在20～60℃，操作压力为0.4～0.8MPa，膜表面流速为2～5.5m/s，浓缩5倍时加透析水，透析水量为0.5倍酶解液量，浓缩10倍后结束。总过滤收率为95～99％，浓缩倍数为10倍，滤液量为1.4倍酶解液，浓缩液量为0.1倍酶解液。滤液顺次泵入阳、阴离子交换树脂柱，柱温＜40℃，流速控制在4m/hr；脱盐清液泵入活性碳碳柱，温度和流速按碳柱要求设定；脱色液进入浓缩系统浓缩，然后干燥或结晶，得GABA产品。

实施例3

以提取工艺制备的谷氨酰氨脱羧酶液，以谷氨酸为底物，酶解后得到GABA含量2～9g/L的酶解液，酶解液用截留分子质量100000Da的微滤膜进行过滤澄清，料液温度为控制在20～60℃，操作压力为0.4～0.8MPa，膜表面流速为2～5.5m/s，浓缩5倍时加透析水，透析水量为0.4倍酶解液量，浓缩10倍后结束。总过滤收率为95～99％，浓缩倍数为10倍，滤液量为1.3倍酶解液，浓缩液量为0.1倍酶解液。滤液泵入阳阴混床离子交换系统，柱温＜40℃，流速控制在4m/hr；脱盐清液泵入大孔吸附树脂柱脱色，温度＜40℃，流速2～5m/hr；脱色液进入浓缩系统浓缩，然后干燥或结晶，得GABA产品。

实施例4

以微生物发酵制备的谷氨酰氨脱羧酶液，以谷氨酸钠为底物，酶解后得到GABA含量2～9g/L的酶解液，酶解液用1.4μm的陶瓷膜进行过滤澄清，料液温度为控制在20～40℃，操作压力为0.3～0.6MPa，膜表面流速为4～6.5m/s，浓缩2倍时加透析水，透析水量为1倍酶解液量，浓缩10倍后结束。总过滤收率为95～99％，浓缩倍数为10倍，滤液量为1.9倍酶解液，浓缩液量为0.1倍酶解液。滤液顺次泵入阳、阴离子交换树脂柱，柱温＜40℃，流速控制在4m/hr；脱盐清液泵入活性碳碳柱，温度和流速按碳柱要求设定；脱色液进入浓缩系统浓缩，然后干燥或结晶，得GABA产品。

实施例5

以微生物发酵制备的谷氨酰氨脱羧酶液，以谷氨酸为底物，酶解后得到GABA含量2～9g/L的酶解液，酶解液用孔径为100nm的不锈钢膜进行过滤澄清，料液温度为控制在30～80℃，操作压力为0.3～0.8MPa，膜表面流速为2～5.5m/s，浓缩5倍时加透析水，透析水量为1倍酶解液量，浓缩20倍后结束。总过滤收率为99％，浓缩倍数为20倍，滤液量为1.9倍酶解液，浓缩液量为0.1倍酶解液。滤液泵入阳阴混床离子交换树脂柱，柱温＜40℃，流速控制在4m/hr；脱盐清液泵入活性碳碳柱，温度和流速按碳柱要求设定；脱色液进入浓缩系统浓缩，然后干燥或结晶，得GABA产品。

实施例6

以微生物发酵制备的谷氨酰氨脱羧酶液，以味精为底物，酶解后得到GABA含量2～9g/L的酶解液，酶解液用孔径为5nm的陶瓷膜进行过滤澄清，料液温度为控制在30～80℃，操作压力为0.5～1.0MPa，膜表面流速为6～8m/s，过滤方式为错流过滤，膜过滤通量为10Lm^-1h^-1，浓缩2倍时加透析水，透析水量为1倍酶解液量，浓缩20倍后结束。总过滤收率为99％，浓缩倍数为20倍，滤液量为1.9倍酶解液，浓缩液量为0.1倍酶解液。滤液泵入阳离子交换树脂柱，柱温＜40℃，流速控制在4m/hr；脱盐清液泵入脱色吸附树脂脱色，温度和流速按碳柱要求设定；脱色液进入浓缩系统浓缩，固形物浓度达到30％，浓缩液再经过干燥或结晶，得GABA产品。

实施例7

以微生物发酵制备的谷氨酰氨脱羧酶液，以谷氨酸为底物，酶解后得到GABA含量2～9g/L的酶解液，酶解液用孔径为200000Da的有机微滤膜进行过滤澄清，料液温度为控制在10～40℃，操作压力为0.1～0.3MPa，膜表面流速为2～4.5m/s，过滤方式为死端过滤，膜过滤通量为300Lm^-1h^-1，浓缩10倍时加透析水，透析水量为3倍酶解液量，浓缩20倍后结束。总过滤收率为99％，浓缩倍数为20倍，滤液量为1.9倍酶解液，浓缩液量为0.1倍酶解液。滤液泵入阴离子交换树脂柱，柱温＜40℃，流速控制在4m/hr；脱盐清液泵入活性碳碳柱，温度和流速按碳柱要求设定；脱色液进入浓缩系统浓缩，固形物浓度达到45％，浓缩液再经过干燥或结晶，得GABA产品。

该发明工艺的特点是酶解液过滤精度高，可以百分百去除酶体和不溶性固体物质及大部分大分子可溶性固形物，滤液均一、澄清、稳定；浓缩倍数高于其他过滤方式，废渣量少，废渣可以直接烘干制成高蛋白饲料添加剂；透析水用量少，最终滤液量少。离子交换法进行脱盐精制，脱盐彻底，目标产物损失少，单元操作收率很高；通过吸附树脂或活性碳脱色后的清液，再经浓缩和干燥或结晶，终产品纯度高、总收率大大提高。本发明适合于工业化生产。

Claims

1.从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将富含γ-氨基丁酸的谷氨酰氨脱羧酶酶解液进入膜分离系统进行过滤澄清，浓缩到2~10倍时，加透析水透析，最终滤液量为1~3倍发酵液量；将滤液泵入离子交换系统脱盐，脱盐液进入脱色树脂或活性炭柱脱色，脱色后的清液通过蒸发器浓缩，固形物浓度达到30%~45%，浓缩液再经过干燥器干燥或结晶及重结晶，得到γ-氨基丁酸产品；

所述的膜分离系统为有机高分子材质的微滤膜或超滤膜系统，其截留分子质量为1000Da~20万Da，或膜孔径范围在5nm~1.4μm。

2.根据权利要求1所述的从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，所述的富含γ-氨基丁酸的谷氨酰氨脱羧酶酶解液为以谷氨酸或谷氨酸钠或其他原料为底物，以提取或发酵得到的谷氨酰氨脱羧酶为酶制剂的酶解反应料液，所述的其他原料选自味精或含谷氨酸或其钠盐的原料。

3.根据权利要求2所述的从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，所述的谷氨酰氨脱羧酶为由微生物发酵制备的酶制剂或酶液，或由植物提取得到的酶或酶液。

4.根据权利要求1所述的从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，所述的离子交换系统包括阳离子交换树脂柱、阴离子交换树脂柱，或阴阳混床。

5.根据权利要求1所述的从谷氨酰氨脱羧酶酶解液中分离纯化γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，所述的过滤澄清的工艺参数为：操作温度为10~80℃，操作压力为0.1~1MPa，过滤方式为错流过滤或死端过滤，膜表面流速为1~8m/s，膜过滤通量为10~300Lm^-1h^-1，浓缩倍数为5~20倍。