CN102344403A - 离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法 - Google Patents

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朱维忠
马冉
魏强民
张宪生
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Abstract

一种离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，将含有色氨酸的发酵液经灭活、调酸至pH值为3～4的预处理后，按发酵液中含有的色氨酸对应每20克的量加入0.8～1.5升上批次分离废菌渣后的清液混合均匀后得到稀释后的发酵液，然后进入离子交换树脂柱中进行循环交换吸附，当流出离子交换树脂柱的发酵液中色氨酸的含量达到或低于目标设定值时，发酵液不再循环提取而作为废液进行统一收集，除去废菌渣获得清液；利用上批次除去废菌渣后的清液清洗离子交换树脂，离子交换树脂洗清后经过氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液经过进一步的纯化处理得到成品色氨酸。本发明用离子交换树脂直接提取发酵液中的色氨酸，工艺简单，收率高，成本低；吸附废液可以重复利用，节约用水。

Description

离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法
技术领域
本发明涉及一种离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，用于从色氨酸发酵液中直接提取色氨酸。
背景技术
色氨酸即2-氨基-3-吲哚基丙酸，是一种芳香族、杂环、非极性α氨基酸。于1902年由Hokinst首先从酪蛋白中分离获得，有L型和D型同分异构体，还有消旋体DL-色氨酸。色氨酸是动物维持生长必需的氨基酸，参与体内蛋白质的合成与代谢网络调节。天然存在的只有L-色氨酸，D-色氨酸则主要存在于微生物和绿色植物中，动物中存在较少。
目前色氨酸的生产多采用基因工程大肠杆菌或产谷氨酸杆菌，发酵培养基为可溶性无机盐和一些有机酸、葡萄糖及酵母浸出粉。提取工艺为发酵液至发酵终点后经加温灭活，调pH值，如US4335209、US5300651、US5776740所述，再进行过滤以去除其中的一些固体不溶物如菌丝体、不溶性蛋白等获得澄清滤液，滤液用离子交换树脂处理后经进一步处理得产品。现有工艺具有以下缺点和问题：（1）由于大肠杆菌及不溶蛋白颗粒小、粘度大，使用板框压滤需加一定量助滤剂和絮凝剂，所得滤渣不易处理，其中所含大量蛋白不能重复利用，作为肥料使用时又易使土壤板结，固体废弃物处理难度大；（2）若使用较为昂贵的陶瓷膜过滤，由于发酵液中菌体颗粒小，需要使用孔径小于0.2微米的陶瓷膜，这种规格的陶瓷膜在使用中，很容易受菌丝体、生物质蛋白的污染堵塞，生产过程中不得不经常停机洗膜，碱洗、水洗、清洗剂洗等，不仅消耗大量试剂，而且过滤时间漫长，收率低；（3）通常发酵液中色氨酸在水中的溶解度低，色氨酸含量超过23～25克/升就会逐渐形成颗粒状结晶，一旦形成就会大大延长过滤提取过程，需要大量的水进行长时间的顶洗，否则会导致过滤收率降低，甚至低于90%。
发明内容
本发明的目的是提供一种用离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，解决色氨酸发酵液传统提取过程中因使用板框或陶瓷膜过滤所带来的操作工艺复杂、过滤时间长、效果差、动力成本高的技术问题；同时，对吸附废液进行除菌渣收集后可以重复利用，节约用水。
本发明的目的是以如下方式实现的：将含有色氨酸的发酵液经灭活、调酸pH值为3～4的预处理后，按发酵液中含有的色氨酸对应每20克的量加入0.8～1.5升上批次分离废菌渣后的清液混合均匀后得到稀释后的发酵液，然后进入离子交换树脂柱中进行循环交换吸附，当流出离子交换树脂柱的发酵液中色氨酸的含量达到或低于目标设定值时，发酵液不再循环提取而作为废液进行统一收集，除去废菌渣获得清液；利用上批次除去废菌渣后的清液清洗离子交换树脂，离子交换树脂洗清后经过氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液经过进一步的纯化处理得到成品色氨酸。
稀释后的发酵液由下至上进入离子交换树脂柱中进行循环吸附。
在进行循环吸附色氨酸的过程中，控制发酵液流量使树脂呈流化状态。
流出离子交换树脂柱的发酵液中色氨酸的目标设定值为色氨酸含量0.5克/升。用离子交换树脂柱进行循环交换吸附后，发酵液中色氨酸浓度逐渐降低，规定目标设定值的目的是从经济角度考虑，因为继续吸附会增加成本，所以该值并不是提取方法的必须条件，可以根据具体生产情况而定。
收集后的吸附废液通过离心或压滤方法除去废菌渣，所得清液转入贮罐中准备分次套用，分别用于稀释发酵液和清洗吸附结束的离子交换树脂柱，以节约大量的清洗用水。
在用清液清洗离子交换树脂过程中，间隔压入空气引起树脂震动，使粘附的蛋白从离子交换树脂上洗去，防止结块，提高洗涤效果。
离子交换树脂的装填量不大于离子交换树脂柱有效容积的50%，使离子交换树脂吸附过程中保持流化状态不粘结。
本发明用离子交换树脂直接吸附提取发酵液中的色氨酸，工艺简单，收率高，成本低；吸附废液可以重复利用，节约用水。
具体实施方式
实施例1 
将经过灭活，调酸至pH为3.1，实测色氨酸含量为20克/升的发酵液1000升加入发酵液贮罐中，再加入1000升上一批离心分离后的清液，混合均匀后，由下至上通入离子交换树脂柱，离子交换树脂柱直径0.4米，柱高4.78米，装填树脂300升，控制发酵液流速3.0立方米/小时，使树脂保持流化状态，发酵液通过循环中间罐在离子交换树脂柱中进行循环交换吸附，对流出离子交换树脂柱的发酵液进行定期检测，最后一次实测色氨酸含量为0.46克/升，停止循环，开始收集吸附废液，吸附废液经离心，除菌渣，得到的清液打入清液贮罐准备下一批使用。吸附废液收集结束后，由清液贮罐向离子交换树脂柱打入1000升清液对树脂柱进行洗涤，洗涤液直接排入污水处理系统进行环保处理，整个过程约3小时，收率95.4%，树脂洗清后经过氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液经过进一步纯化处理得到成品色氨酸。
实施例2
取经过灭活、调酸至pH值为3.3的色氨酸发酵液1000升加入发酵液贮罐中，实测色氨酸含量23克/升，再加入1250升上一批离心分离后的清液，混合均匀后，由下至上通入离子交换树脂柱，离子交换树脂柱直径0.5米，柱高3.06米，装填树脂300升。控制发酵液流速4.7立方米/小时，使树脂保持流化状态。发酵液通过循环中间罐在离子交换树脂柱中进行循环交换吸附，对流出离子交换树脂柱的发酵液进行定期检测，当其流出液中色氨酸含量降低至0.41克/升时停止循环，开始收集吸附废液，吸附废液经离心，除渣，得到的清液打入清液贮罐准备下一批使用。吸附废液收集结束后，由清液贮罐向树脂柱打入1250升清液对树脂柱进行洗涤，洗涤液直接排入污水处理系统进行环保处理，整个过程约4.0小时，收率96.0%。树脂洗清后经过氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液经过进一步的纯化处理得到成品色氨酸。
实施例3
经过灭活、调酸至pH3.5的发酵液1000升加入发酵液贮罐中，实测色氨酸含量25克/升，再加入1250升上一批离心分离后的清液，混合均匀后，由下至上通入离子交换树脂柱，离子交换树脂柱直径0.6米，柱高2.12米，装填树脂300升，控制发酵液流速7.8立方米/小时，使树脂保持流化状态。发酵液通过循环中间罐在离子交换树脂柱中进行循环交换吸附，对流出离子交换树脂柱的发酵液进行定期检测，当其流出液中色氨酸含量降低至0.48克/升时停止循环，开始收集吸附废液，吸附废液经离心，除菌渣，得到的清液打回清液贮罐准备下一批使用。吸附废液收集结束后，由清液贮罐向离子交换树脂柱打入1250升清液对树脂柱进行洗涤，洗涤液直接排入污水处理管道，整个过程约4.2小时，收率95.7%。洗涤结束后，经过氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液经过进一步的纯化处理得到成品色氨酸。

Claims (7)

1.一种离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，其特征在于：含色氨酸的发酵液经灭活、调酸至pH值为3～4的预处理后，按发酵液中含有的色氨酸对应每20克的量加入0.8～1.5升上批次分离废菌渣后的清液混合均匀后得到稀释后的发酵液，然后进入离子交换树脂柱中进行循环交换吸附，当流出离子交换树脂柱的发酵液中色氨酸的含量达到或低于目标设定值时，发酵液不再循环提取而作为废液进行统一收集，除去废菌渣获得清液；利用上批次除去废菌渣后的清液清洗离子交换树脂，离子交换树脂洗清后经过氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液经过进一步的纯化处理得到成品色氨酸。
2.根据权利要求1所述的离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，其特征在于：稀释后的发酵液由下至上进入离子交换树脂柱中进行循环吸附。
3.根据权利要求1所述的离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，其特征在于：在进行循环吸附色氨酸的过程中，控制发酵液流量使树脂呈流化状态。
4.根据权利要求1所述的离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，其特征在于：流出离子交换树脂柱的发酵液中色氨酸的目标设定值为色氨酸含量0.5克/升。
5.根据权利要求1所述的离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，其特征在于：收集后的吸附废液通过离心或压滤方法除去废菌渣，所得清液转入贮罐中准备分次套用，分别用于稀释发酵液和清洗吸附结束的离子交换树脂柱。
6.根据权利要求1所述的离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，其特征在于：在用清液清洗离子交换树脂过程中，间隔压入空气引起树脂震动，使粘附的蛋白从离子交换树脂上洗去。
7.根据权利要求1所述的离子交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，其特征在于：离子交换树脂的装填量不大于离子交换树脂柱有效容积的50%。
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