CN103159643A - 一种l-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氨基酸生产技术领域，其具体涉及L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺。本发明采用多种膜逐次对发酵液进行过滤出去杂质，膜过滤设备自动化程度高、可控性强、易于操作；减少了人为操作因素对料液质量的影响；获得的料液质量稳定，同时避免了此类物质对L-谷氨酰胺提取产生负面影响及提取后废液难以处理的问题；实现了L-谷氨酰胺提取过程绿色环保，几乎无废水外排，工艺水循环利用，料液组分充分利用；制备的一次L-谷氨酰胺成品纯度可达98％以上，该工艺生产技术产业化简便、可控性强、生产过程环保，经济效益可观。

Description

一种L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺
技术领域
本发明属于氨基酸生产技术领域，本发明涉及一种L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺。背景技术
谷氨酰胺，学名2-氨基-5-羧基戊酰胺，是谷氨酸的酰胺。L-谷氨酰胺是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺乳动物非必需氨基酸，在体内可以由葡萄糖转变而来。虽然L-谷氨酰胺为哺乳动物非必需氨基酸，但是其对人和动物具有多方面的生理作用，例如能够增长肌肉、具有强力作用、增强免疫系统功能、改善脑机能、提高机体的抗氧化能力等，此外，L-谷氨酰胺还是胃肠道管腔细胞的基本能量来源以及合成谷胱甘肽的重要原料。
L-谷氨酰胺是机体内含量最丰富的氨基酸，占全部游离氨基酸的60％以上，具有多种生理功能；被广泛应用于医药、食品、调味品制造及动物饲料制造领域。医药行业中谷氨酰胺在治疗胃肠道疾病，保护肝脏，放化疗恢复，癫痫病防治，延长淋巴细胞寿命，促进细胞生长，调节胰岛素水平和血糖等诸多方面具有良好的治疗作用。可促进大脑发育，增强记忆；保持大脑活动，防止老年痴呆症；为大脑充电，防止脑部疲劳以及病后或手术后康复。亦可在食品加工中作营养增补剂，调香增补剂，是健美运动和健美爱好者的重要营养补剂；可促进肌肉生长，缓解疲劳、提高耐力；增强免疫系统的功能；增强肠道细胞活性，改善肠道免疫功能等诸多功效。
L-谷氨酰胺的生产方法为化学合成法、自然物质提取法和微生物发酵法。目前随着氨基酸发酵行业的发展，微生物发酵法生产L-谷氨酰胺受到青睐；L-谷氨酰胺发酵液提取一般经过离子交换等各种除杂程序最终提取出L-谷氨酰胺。然而现有工艺中离子交换步骤在完成杂质吸附后需要利用酸液和碱液进行再生、清水冲洗，然后才能投入到下一轮L-谷氨酰胺的提取中；碱液再生处理以及清水冲洗产生大量的污水，治理困难，污染环境。
发明内容
本发明提供了一种L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺，其具体涉及一种从L-谷氨酰胺发酵液中，采用多级膜组合过滤，分离和提取L-谷氨酰胺工艺。
本发明公开了一种L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺，其包括下述步骤：
(1)L-谷氨酰胺发酵液经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和净化液；将上述截留物和浓缩液合并为混合溶液备用；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000-20000MW，孔径大小为1-10μm，微滤温度为20-40℃，工作压力：进压为3bar，出压为1bar；超滤膜为PP、PES、PVDF中的一种，截留分子量为300-3000MW，孔径在10-100nm，微滤温度为20-40℃，工作压力：进压为6-8bar，出压为1-3bar；
(2)步骤(1)获得的净化液经活性炭脱色后获得无色透明的L-谷氨酰胺溶液，再次经反渗透膜过滤浓缩获得浓缩液；其中，反渗透膜过滤浓缩所用膜选用PVDF、PES、PE复合膜中的一种，NaCl截留率≥95％，操作温度为20-45℃，工作压力：进压为10-20bar，出压为3-5bar；
(3)步骤(2)获得的浓缩液经降膜蒸发器浓缩至有白色颗粒状结晶出现后，将料液迅速抽入结晶器中，缓慢降温结晶；其中，降膜蒸发器为三效降膜式蒸发器，蒸发温度控制50-55℃，蒸发量1-2m3/h，蒸发浓缩临界点判断为少许有白色颗粒状结晶出现；降温结晶过程温度下降速度1℃/min，最终结晶温度20-25℃，恒温结晶2-3h；
(4)结晶后的料液经离心分离，获得沉淀和一次提取母液，将沉淀用去离子水洗涤后，送入烘干室烘干后，获得一次提取L-谷氨酰胺成品；一次提取母液经三效降膜蒸发器再次浓缩后，离心、洗涤、干燥，获得二次提取L-谷氨酰胺成品；重复二次提取步骤，获得三次提取L-谷氨酰胺成品和末次母液；离心机采用自动卸料离心机；
(5)末次母液与步骤(1)获得的混合溶液合并得到饲料母液，然后添加玉米粉、豆渣和酒糟，边添加边搅拌至糊状；最后通入蒸汽升温至105℃，蒸馏约10分钟；然后将蒸馏物烘干、粉碎后，添加硫酸锌和复合菌，混合均匀，获得粉状营养饲料；复合菌由乳酸杆菌和酵母菌按照1∶1的质量比混合而成；其中，玉米粉、豆渣和酒糟分别占饲料母液质量的5％，2％和1％，硫酸锌和复合菌分别占饲料母液质量的千分之一。
本发明具有以下几个方面的优点：
1、本发明提供了L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取技术，膜过滤设备自动化程度高、可控性强、易于操作；减少了人为操作因素对料液质量的影响；获得的料液质量稳定，并且全程无污染。
2、本发明发酵液膜过滤分离和反渗透浓缩过程均在常温下进行，避免了温度过高对料液质量产生影响；反渗透获得去离子水可直接用于产品洗涤。
3、微滤、超滤膜过滤过程菌体蛋白、大分子多糖等提取收大大提高，避免了此类物质对L-谷氨酰胺提取产生负面影响及提取后废液难以处理；同时，获得了营养丰富的菌体蛋白饲料，变废为宝，增加经济效益。
4、本发明技术实现了L-谷氨酰胺提取过程绿色环保，几乎无废水外排，工艺水循环利用，料液组分充分利用；制备的L-谷氨酰胺成品纯度可达99％以上。
具体实施方式
以下将采用具体的实施例来对本发明作进一步的解释，但是不应当看作是对本发明创新精神的限制。
实施例1
一种L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺，其包括下述步骤：
(1)L-谷氨酰胺发酵液150L(产酸87mg/ml)经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和净化液；将上述截留物和浓缩液合并为混合溶液备用；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为10000MW，孔径大小为5μm，微滤温度为20℃，工作压力：进压为3bar，出压为1bar；超滤膜为PVDF，截留分子量为1000MW，孔径在10nm，微滤温度为20℃，工作压力：进压为6bar，出压为1bar；
(2)步骤(1)获得的净化液经活性炭脱色后获得无色透明的L-谷氨酰胺溶液，再次经反渗透膜过滤浓缩获得浓缩液；其中，反渗透膜过滤浓缩所用膜选用PE复合膜，NaCl截留率≥95％，操作温度为20℃，工作压力：进压为10bar，出压为3bar；
(3)步骤(2)获得的浓缩液经降膜蒸发器浓缩至有白色颗粒状结晶出现后，将料液迅速抽入结晶器中，缓慢降温结晶；其中，降膜蒸发器为三效降膜式蒸发器，蒸发温度控制50℃，蒸发量1m3/h，蒸发浓缩临界点判断为少许有白色颗粒状结晶出现；降温结晶过程温度下降速度1℃/min，最终结晶温度20℃，恒温结晶2h；
(4)结晶后的料液经离心分离，获得沉淀和一次提取母液，将沉淀用去离子水洗涤后，送入烘干室烘干后，获得一次提取L-谷氨酰胺成品6.02Kg；一次提取母液经三效降膜蒸发器再次浓缩后，离心、洗涤、干燥，获得二次提取成品2.13Kg；重复二次提取步骤，获得三次提取成品0.87Kg和末次母液；离心机采用自动卸料离心机；
(5)末次母液与步骤(1)获得的混合溶液合并得到饲料母液，然后添加玉米粉、豆渣和酒糟，边添加边搅拌至糊状；最后通入蒸汽升温至105℃，蒸馏约10分钟；然后将蒸馏物烘干、粉碎后，添加硫酸锌和复合菌，混合均匀，获得粉状营养饲料；复合菌由乳酸杆菌和酵母菌按照1∶1的质量比混合而成；其中，玉米粉、豆渣和酒糟分别占饲料母液质量的5％，2％和1％，硫酸锌和复合菌分别占饲料母液质量的千分之一。
上述L-谷氨酰胺产品经检测，一次提提取产品纯度99.6％，二次提取产品纯度91.3％，三次提取产品纯度81.2％；折纯后制备L-谷氨酰胺9.02Kg，总体收率87.1％。三次提取的产品可进一步精制提高纯度作为医药或食品用谷氨酰胺，亦可直接作为饲料级产品。二次提取的产品可进一步精制提高纯度作为医药用谷氨酰胺，亦可直接作为食品级别级产品。
经检测，该营养饲料蛋白含量45.1％，无机矿物质含量3.4％，L-谷氨酰胺含量4.2％，其余为淀粉、糖类物质及少量其他氨基酸。
实施例2
一种L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺，其包括下述步骤：
(1)L-谷氨酰胺发酵液150L(产酸87mg/ml)经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和净化液；将上述截留物和浓缩液合并为混合溶液备用；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为20000MW，孔径大小为10μm，微滤温度为40℃，工作压力：进压为3bar，出压为1bar；超滤膜为PP，截留分子量为3000MW，孔径在100nm，微滤温度为40℃，工作压力：进压为8bar，出压为3bar；
(2)步骤(1)获得的净化液经活性炭脱色后获得无色透明的L-谷氨酰胺溶液，再次经反渗透膜过滤浓缩获得浓缩液；其中，反渗透膜过滤浓缩所用膜选用PVDF，NaCl截留率≥95％，操作温度为45℃，工作压力：进压为20bar，出压为5bar；
(3)步骤(2)获得的浓缩液经降膜蒸发器浓缩至有白色颗粒状结晶出现后，将料液迅速抽入结晶器中，缓慢降温结晶；其中，降膜蒸发器为三效降膜式蒸发器，蒸发温度控制55℃，蒸发量2m3/h，蒸发浓缩临界点判断为少许有白色颗粒状结晶出现；降温结晶过程温度下降速度1℃/min，最终结晶温度25℃，恒温结晶3h；
(4)结晶后的料液经离心分离，获得沉淀和一次提取母液，将沉淀用去离子水洗涤后，送入烘干室烘干后，获得一次提取L-谷氨酰胺成品6.14Kg；一次提取母液经三效降膜蒸发器再次浓缩后，离心、洗涤、干燥，获得二次提取成品2.05Kg；重复二次提取步骤，获得三次提取成品0.85Kg和末次母液；离心机采用自动卸料离心机；
(5)末次母液与步骤(1)获得的混合溶液合并得到饲料母液，然后添加玉米粉、豆渣和酒糟，边添加边搅拌至糊状；最后通入蒸汽升温至105℃，蒸馏约10分钟；然后将蒸馏物烘干、粉碎后，添加硫酸锌和复合菌，混合均匀，获得粉状营养饲料；复合菌由乳酸杆菌和酵母菌按照1∶1的质量比混合而成；其中，玉米粉、豆渣和酒糟分别占饲料母液质量的5％，2％和1％，硫酸锌和复合菌分别占饲料母液质量的千分之一。
上述L-谷氨酰胺产品经检测，一次提提取产品纯度99.7％，二次提取产品纯度91.2％，三次提取产品纯度81.5％；折纯后制备L-谷氨酰胺9.04Kg，总体收率87.1％。三次提取的产品可进一步精制提高纯度作为医药或食品用谷氨酰胺，亦可直接作为饲料级产品。二次提取的产品可进一步精制提高纯度作为医药用谷氨酰胺，亦可直接作为食品级别级产品。
经检测，该营养饲料蛋白含量45.3％，无机矿物质含量3.5％，L-谷氨酰胺含量4.1％，其余为淀粉、糖类物质及少量其他氨基酸。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种L-谷氨酰胺发酵液全膜法提取工艺，其包括下述步骤：
(1)L-谷氨酰胺发酵液经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和净化液；将上述截留物和浓缩液合并为混合溶液备用；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000-20000MW，孔径大小为1-10μm，微滤温度为20-40℃，工作压力：进压为3bar，出压为1bar；超滤膜为PP、PES、PVDF中的一种，截留分子量为300-3000MW，孔径在10-100nm，微滤温度为20-40℃，工作压力：进压为6-8bar，出压为1-3bar；
(2)步骤(1)获得的净化液经活性炭脱色后获得无色透明的L-谷氨酰胺溶液，再次经反渗透膜过滤浓缩获得浓缩液；其中，反渗透膜过滤浓缩所用膜选用PVDF、PES、PE复合膜中的一种，NaCl截留率≥95％，操作温度为20-45℃，工作压力：进压为10-20bar，出压为3-5bar；
(3)步骤(2)获得的浓缩液经降膜蒸发器浓缩至有白色颗粒状结晶出现后，将料液迅速抽入结晶器中，缓慢降温结晶；其中，降膜蒸发器为三效降膜式蒸发器，蒸发温度控制50-55℃，蒸发量1-2m3/h，蒸发浓缩临界点判断为少许有白色颗粒状结晶出现；降温结晶过程温度下降速度1℃/min，最终结晶温度20-25℃，恒温结晶2-3h；
(4)结晶后的料液经离心分离，获得沉淀和一次提取母液，将沉淀用去离子水洗涤后，送入烘干室烘干后，获得一次提取L-谷氨酰胺成品；一次提取母液经三效降膜蒸发器再次浓缩后，离心、洗涤、干燥，获得二次提取L-谷氨酰胺成品；重复二次提取步骤，获得三次提取L-谷氨酰胺成品和末次母液；
(5)末次母液与步骤(1)获得的混合溶液合并得到饲料母液，然后添加玉米粉、豆渣和酒糟，边添加边搅拌至糊状；最后通入蒸汽升温至105℃，蒸馏约10分钟；然后将蒸馏物烘干、粉碎后，添加硫酸锌和复合菌，混合均匀，获得粉状营养饲料；复合菌由乳酸杆菌和酵母菌按照1∶1的质量比混合而成；其中，玉米粉、豆渣和酒糟分别占饲料母液质量的5％，2％和1％，硫酸锌和复合菌分别占饲料母液质量的千分之一。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为10000MW，孔径大小为5μm，微滤温度为20℃，工作压力：进压为3bar，出压为1bar；超滤膜为PVDF，截留分子量为1000MW，孔径在10nm，微滤温度为20℃，工作压力：进压为6bar，出压为1bar。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中采用的离心机为自动卸料离心机。
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Free format text: FORMER OWNER: ZUO YINGLONG

Effective date: 20130609

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Li Deheng

Inventor after: Yan Jiwen

Inventor after: Li Shubiao

Inventor after: Liu Yuantao

Inventor after: Liu Jianyang

Inventor after: Li Yucheng

Inventor after: Wang Yujie

Inventor before: Li Deheng

Inventor before: Yan Jiwen

Inventor before: Li Shubiao

Inventor before: Liu Yuantao

Inventor before: Liu Jianyang

Inventor before: Li Yucheng

Inventor before: Wang Yujie

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Effective date of registration: 20130609

Address after: 276600 Shandong city of Linyi province Junan County Long Road North

Applicant after: Fufeng Fermenting Co., Ltd., Shandong

Address before: 276600 Shandong city of Linyi province Junan County Long Road North

Applicant before: Zuo Yinglong

C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: XINJIANG FUFENG BIOTECHNOLOGY CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SHANDONG FUFENG FERMENTATION CO., LTD.

Effective date: 20141212

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 276600 LINYI, SHANDONG PROVINCE TO: 831302 URUMQI, XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20141212

Address after: 831302, the Xinjiang Uygur Autonomous Region Urumqi economic and Technological Development Zone (Toutun River District) Ganquan Fort Industrial Zone

Patentee after: Xinjiang Fufeng Biotechnology Co., Ltd.

Address before: 276600 Shandong city of Linyi province Junan County Long Road North

Patentee before: Fufeng Fermenting Co., Ltd., Shandong