CN102911070A

CN102911070A - 一种从发酵液中分离提取l-苏氨酸的工艺

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Publication number: CN102911070A
Application number: CN2012104513375A
Authority: CN
Inventors: 赵鹤; 郭俊学; 张伟峰; 吕国友; 李静; 赵春光; 刘晓都; 刘博超; 陈帅
Original assignee: HENAN JULONG BIO-ENGINEERING CO LTD
Current assignee: HENAN JULONG BIO-ENGINEERING CO LTD
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-02-06

Abstract

一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，包括以下步骤：第一步、对发酵法产生的含有L-苏氨酸发酵液进行微滤，得到苏氨酸微滤液以及菌体蛋白，菌体蛋白干燥后制成高蛋白饲料；第二步、将苏氨酸微滤液进行三效内循环连续减压蒸发结晶，晶体经离心脱水，获得苏氨酸晶体和母液；第三步、母液用顺序式模拟移动床色谱进行处理，分离出富含苏氨酸的提取液和富含杂质成分的残夜；第四步、将第三步得到的富含苏氨酸的提取液与苏氨酸微滤液混合后，重复步骤二；第五步、将步骤三中的残夜进行减压蒸发，浓缩至干物含量为45%左右，进入气流烘干，经粉碎机粉碎后，制成生物发酵肥。本发明的方法除菌彻底、过滤时间短、温度低，产品的综合收率高。

Description

一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺

技术领域：

本发明涉及生化工程领域，特别是一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺。

背景技术：

苏氨酸(Threonine)，化学名称为α-氨基-β-羟基丁酸,1935年由W.C.Rose在纤维蛋白水解物中分离和鉴定出来。1936年，Meger 对它的空间结构进行了研究,因结构与苏糖相似，故将其命名为苏氨酸。苏氨酸有四种异构体,天然存在并对机体有生理作用的是L-苏氨酸。L-苏氨酸是人与动物体内所必需的一种氨基酸，具有恢复人体疲劳，促进生长发育的效果，自身不能合成，必须从食物中摄取。在人和动物所需的八种限制性氨基酸中，苏氨酸是仅次于蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸的第四种氨基酸。在大多数植物蛋白饲料中，苏氨酸是第二或第三限制性氨基酸，是重要的营养强化剂。另外对抗溃疡、防辐射，对催眠、镇静等有较好效果。

当前利用微生物直接发酵法生产L-苏氨酸以其原料成本低，来源广泛，产品纯度高，反应条件温和等优点逐渐成为L-苏氨酸的主要工业化生产方法。该方法主要是利用L-苏氨酸高产菌株以淀粉糖为原料进行发酵生产获得含有苏氨酸的发酵液，然后通过一定技术手段从中提取L-苏氨酸。提取工艺方法路线的选择直接影响L-苏氨酸产品的质量优劣、经济成本的高低以及是否满足清洁环保的要求。

中国专利公开号CN101293847A 公开了一种由苏氨酸发酵液提取苏氨酸的方法，其中L- 苏氨酸发酵液经过微滤、脱色、浓缩、一次结晶后获得L- 苏氨酸晶体，而母液与发酵液混合进入下一个循环提取L-苏氨酸晶体，其L-苏氨酸纯度在98.5％以上。但是该方法中需要对发酵液进行四效减压蒸发，脱色，步骤繁琐、操作不便，并且结晶后母液不经处理直接和发酵液混合套用，影响了后续L- 苏氨酸的提取纯度，二次母液与菌体混合，作饲料，也浪费了色氨酸，影响最终的提取率。

中国专利公开号CN102001957A公开了一种提取L-苏氨酸的方法，其中L-苏氨酸发酵液经微滤、蒸发浓缩、离心分离获得L-苏氨酸晶体和母液，母液经离交吸附，氨水洗脱获得洗脱液，洗脱液与发酵液循环套用，获得L-苏氨酸晶体。该方法需要对发酵液进行四效初步蒸发浓缩和单效蒸发浓缩，过程繁琐，浪费蒸汽，不能连续操作；结晶母液需要经过调pH、离子交换吸附和氨水洗脱等步骤进行处理，不但加入大量酸碱造成成本升高，而且离交系统再生会产生大量高氨氮污水加大环保压力；母液中的无机离子等杂质没有得到有效利用，造成资源浪费。

发明内容：

本发明是针对现有发酵法生产L-苏氨酸的工业化过程中，提取收率低以及环境污染严重的问题，而提供一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，包括以下步骤：

第一步、对发酵法产生的含有L-苏氨酸发酵液进行微滤，得到除去菌体的苏氨酸微滤液以及菌体蛋白，菌体蛋白干燥后制成高蛋白饲料；

第二步、将苏氨酸微滤液进行三效内循环连续减压蒸发结晶，晶体经离心脱水，获得苏氨酸晶体和母液；

第三步、母液用顺序式模拟移动床色谱进行处理，母液被送到顺序式模拟移动床的色谱分离单元，利用软化水进行洗脱，分离出富含苏氨酸的提取液和富含杂质成分的残夜；

第四步、将第三步得到的富含苏氨酸的提取液与苏氨酸微滤液混合后，重复步骤二；

第五步、将步骤三中的残夜进行减压蒸发，浓缩至干物含量为45%左右，进入气流烘干，经粉碎机粉碎后，制成生物发酵肥。

进一步，所述的第一步中的微滤采用陶瓷管式膜分离系统，其陶瓷管式膜的材质可以是Al₂O₃或TiO₂或SiO₂或ZrO₂，其孔径为20nm~100nm，截留分子尺寸≥1.0um。其中陶瓷管式膜分离系统的操作条件优选：pH范围1~14，操作温度为0~80℃，进膜压力与出膜压力差为0.1~1.0Mpa，洗水量为下罐发酵液体积的25%，浓缩倍数7~10倍后，停机得到除去菌体的苏氨酸微滤液以及菌体蛋白。

进一步，所述的第二步中的三效内循环连续减压蒸发结晶，其真空度为-0.07~-0.09mpa，其工艺流程为：（1）将苏氨酸微滤液送入一效蒸发结晶器中进行蒸发浓缩得到苏氨酸一次浓缩液，蒸发温度75~85℃，苏氨酸质量百分比浓度为16~17%；（2）将苏氨酸一次浓缩液送入三效蒸发结晶器中进行蒸发浓缩得到苏氨酸二次浓缩液，温度45~55℃，苏氨酸质量百分比浓度为22~23%；（3）将苏氨酸二次浓缩液送入二效蒸发结晶器中进行蒸发结晶得到苏氨酸三次浓缩液，温度60~70℃，苏氨酸质量百分比浓度为45~55%。

进一步，所述的第三步所用的顺序式模拟移动床是一个连续的色谱分离工艺，它是由六个连续的循环的有树脂填充的单元组成。其中所用的固定相是一种以Na⁺型均孔强酸性阳离子树脂。

进一步，所述的第三步所用的顺序式模拟移动床操作条件为：母液苏氨酸含量29~31%，进料流量1.7m3/h，温度65~80℃。

进一步，所述的第五步中的减压蒸发的温度为80℃，真空度为-0.08MPa。

本发明的积极效果是：

（1）本发明采用微滤膜分离系统过滤发酵液，除菌彻底、过滤时间短、温度低，收率高；

（2）利用三效内循环连续蒸发结晶器进行蒸发结晶，与传统单效结晶器相比节约了能耗，而且处理量大，大大节约设备的投资和用地面积，降低了人工操作的劳动强度，实现连续进料、连续出料；清洗周期长，一般只要每半个月停机清洗一次，而且利用三效内循环连续蒸发结晶可以使发酵液中的色素在蒸发中除去，免除了除色步骤；

（3）母液用顺序式模拟移动床色谱处理与用离子交换处理相比，不但树脂用量减少了70%，无需添加酸碱，树脂无需再生，无废水排放；实现了连续在线生产，而且苏氨酸得到高效分离回收，经顺序式模拟移动床分离后提取液苏氨酸含量≥68%（干基），在苏氨酸母液纯度25~40%范围内（w/w），总残糖去除率＞85%，总盐去除率＞80%，苏氨酸收率≥88%，无机杂质综合利用做成生物发酵肥，提高了产品的综合收率。

（4）本发明的一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的新工艺，工艺路线简单、苏氨酸收率高、清洁生产无污染零排放、副产品得到充分利用实现了产品利润的最大化。最终在万吨生产线实现了L-苏氨酸提取总收率为92.5％，产品质量达到国家标准GB/T21979的要求。

附图说明:

图1所示为本发明的工艺流程图。

具体实施方式：

以下结合具体的实施例和工艺流程图，对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：

一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，包括以下步骤：

第一步、对直接发酵法产生的含有L-苏氨酸发酵液进行微滤，选择孔径为50nm，截留分子尺寸≥1.0um的陶瓷膜进行过滤，pH6.5，操作温度为80℃，洗水量为下罐发酵液体积的25%，浓缩倍数7倍后停机得到除去菌体的苏氨酸微滤液以及菌体蛋白，菌体蛋白干燥后制成高蛋白饲料。其中L-苏氨酸发酵液中L-苏氨酸含量12%，蛋白含量2%，盐分0.2%。

第二步、将苏氨酸微滤液进行三效内循环连续蒸发结晶，真空度为-0.07~-0.09mpa，物料路线按照一效→三效→二效→出料的顺序进行，一效、二效和三效的蒸发温度分别为80℃、65℃和55℃，浓缩液苏氨酸重量百分比浓度分别为16%、45%和22%，二效出浓缩料经离心脱水，获得苏氨酸晶体和母液；

第三步、母液苏氨酸含量29%，进料流量1.7m3/h，温度80℃，送到顺序式模拟移动床的色谱分离单元，利用软化水进行洗脱，分离后提取液苏氨酸含量68%（干基）和残夜苏氨酸含量6%（干基）；总残糖去除率85%，总盐去除率80%，苏氨酸收率88%；其中所用的顺序式模拟移动床是由六个连续的循环的有树脂填充的单元组成，所用的固定相是一种以Na⁺型均孔强酸性阳离子树脂；

第四步、提取液与苏氨酸微滤液混合后，重复步骤二；

第五步、将步骤三中的残夜进入四效蒸发器，进行减压蒸发，控制温度80℃，真空度为-0.08MPa，浓缩至干物45%左右，进入气流烘干，经粉碎机粉碎后，制成生物发酵肥。

L-苏氨酸提取总收率为91.2％，产品质量达到国家标准GB/T21979的要求。

实施例2：

第一步、对直接发酵法产生的含有L-苏氨酸发酵液进行微滤，选择孔径为50nm，截留分子尺寸≥1.0um的陶瓷膜进行过滤，pH7.0，操作温度为70℃，洗水量为下罐发酵液体积的25%，浓缩倍数8倍后停机得到除去菌体的苏氨酸微滤液以及菌体蛋白，菌体蛋白干燥后制成高蛋白饲料，其中L-苏氨酸发酵液中L-苏氨酸含量12%，蛋白含量2%，盐分0.2%；

第二步、将苏氨酸微滤液进行三效内循环连续蒸发结晶，真空度为-0.07~-0.09mpa，物料路线按照一效→三效→二效→出料的顺序进行，一效、二效和三效的蒸发温度分别为80℃、65℃和55℃，浓缩液苏氨酸质量百分比浓度分别为17%、50%和23%，二效出浓缩料经离心脱水，获得苏氨酸晶体和母液；

第三步、母液苏氨酸含量30%，进料流量1.7m3/h，温度80℃，送到顺序式模拟移动床的色谱分离单元，利用软化水进行洗脱，分离后提取液苏氨酸含量69%（干基）和残夜苏氨酸含量5%（干基）；总残糖去除率88%，总盐去除率85%，苏氨酸收率89%；其中所用的顺序式模拟移动床是由六个连续的循环的有树脂填充的单元组成，所用的固定相是一种以Na⁺型均孔强酸性阳离子树脂；

第四步、提取液与苏氨酸微滤液混合后，重复步骤二；

第五步、将步骤三中的残夜进入四效蒸发器，进行减压，控制温度80℃，真空度为-0.08MPa，浓缩至干物45%左右，进入气流烘干，经粉碎机粉碎后，制成生物发酵肥。

L-苏氨酸提取总收率为90.1％，产品质量达到国家标准GB/T21979的要求。

实施例3：

第一步、对直接发酵法产生的含有L-苏氨酸发酵液进行微滤，选择孔径为50nm，截留分子尺寸≥1.0um的陶瓷膜进行过滤，pH7.5，操作温度为60℃，洗水量为下罐发酵液体积的25%，浓缩倍数9倍后停机得到除去菌体的苏氨酸微滤液以及菌体蛋白，菌体蛋白干燥后制成高蛋白饲料。其中L-苏氨酸发酵液中L-苏氨酸含量12%，蛋白含量2%，盐分0.2%；

第二步、将苏氨酸微滤液进行三效内循环连续蒸发结晶，真空度为-0.07~-0.09mpa，物料路线按照一效→三效→二效→出料的顺序进行，一效、二效和三效的蒸发温度分别为80℃、65℃和55℃，浓缩液苏氨酸质量百分比浓度分别为17%、55%和23%，二效出浓缩料经离心脱水，获得苏氨酸晶体和母液；

第三步、母液苏氨酸含量31%，进料流量1.7m3/h，温度80℃，送到顺序式模拟移动床的色谱分离单元，利用软化水进行洗脱，分离后提取液苏氨酸含量70%（干基）和残夜苏氨酸含量4%（干基）；总残糖去除率89%，总盐去除率86%，苏氨酸收率91%；其中所用的顺序式模拟移动床是由六个连续的循环的有树脂填充的单元组成，所用的固定相是一种以Na⁺型均孔强酸性阳离子树脂。

第四步、提取液与苏氨酸微滤液混合后，重复步骤二；

第五步、将步骤三中的残夜进入四效蒸发器，控制温度80℃，真空度为-0.08MPa，浓缩至干物45%左右，进入气流烘干，经粉碎机粉碎后，制成生物发酵肥。

L-苏氨酸提取总收率为92.5％，产品质量达到国家标准GB/T21979的要求。

以上实施例仅用于具体说明本发明，而不是对本发明的保护范围进行限制。本领域的技术人员可在了解本发明的精神与原则后对其进行变更与修改而达到等效的目的，而此等变更与修改，皆应涵盖于本发明中。

Claims

1.一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，其特征在于：所述的第一步中的微滤采用陶瓷管式膜分离系统，其陶瓷管式膜的材质可以是Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或ZrO₂，其孔径为20nm~100nm，截留分子尺寸≥1.0um。

3.根据权利要求2所述的一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，其特征在于：所述的陶瓷管式膜分离系统的操作条件为：pH范围1~14，操作温度为0~80℃，进膜压力与出膜压力差为0.1~1.0Mpa，洗水量为下罐发酵液体积的25%，浓缩倍数7~10倍后，停机得到除去菌体的苏氨酸微滤液以及菌体蛋白。

4.根据权利要求1所述的一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，其特征在于：所述的第二步中的三效内循环连续减压蒸发结晶，其真空度为-0.07~-0.09mpa，其工艺流程为：（1）将苏氨酸微滤液送入一效蒸发结晶器中进行蒸发浓缩得到苏氨酸一次浓缩液，蒸发温度75~85℃，苏氨酸质量百分比浓度为16~17%；（2）将苏氨酸一次浓缩液送入三效蒸发结晶器中进行蒸发浓缩得到苏氨酸二次浓缩液，温度45~55℃，苏氨酸质量百分比浓度为22~23%；（3）将苏氨酸二次浓缩液送入二效蒸发结晶器中进行蒸发结晶得到苏氨酸三次浓缩液，温度60~70℃，苏氨酸质量百分比浓度为45~55%。

5.根据权利要求1所述的一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，其特征在于：所述的第三步所用的顺序式模拟移动床是一个连续的色谱分离工艺，它是由六个连续的循环的有树脂填充的单元组成。

6.根据权利要求1所述的一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，其特征在于：所述的第三步所用的顺序式模拟移动床所用的固定相是一种以Na⁺型均孔强酸性阳离子树脂。

7.根据权利要求1所述的一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，其特征在于：所述的第三步所用的顺序式模拟移动床操作条件为：母液苏氨酸含量29~31%，进料流量1.7m3/h，温度65~80℃。

8.根据权利要求1所述的一种从发酵液中分离提取L-苏氨酸的工艺，其特征在于：所述的第五步中的减压蒸发的温度为80℃，真空度为-0.08MPa。