CN103553951A

CN103553951A - 一种从含有赖氨酸的发酵液中提取制备赖氨酸硫酸盐的方法

Info

Publication number: CN103553951A
Application number: CN201310535426.2A
Authority: CN
Inventors: 李荣杰; 尚海涛; 纪传侠; 潘声龙; 张毅; 李银行; 王超
Original assignee: Anhui BBCA Fermentation Technology Engineering Research Co Ltd
Current assignee: Anhui Bbca Group Co ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN103553951B

Abstract

本发明公开了一种从含有赖氨酸的发酵液中提取制备高纯度赖氨酸硫酸盐的方法，其是将含有赖氨酸的发酵液经微滤除菌体，纳滤膜脱色除杂，脱色液再经过离子交换除离子和灰分，离交液经过浓缩，调酸，降温结晶，烘干制得98.5%以上的高纯度硫酸赖氨酸。膜浓相和结晶母液混合后经过浓缩、喷雾干燥制得65%的硫酸赖氨酸。采用该方法制备赖氨酸的优点在于：收率高，产品纯度高，工艺简单，操作简便，环境污染小。

Description

一种从含有赖氨酸的发酵液中提取制备赖氨酸硫酸盐的方法

技术领域

本发明涉及饲料技术领域，具体地说，涉及一种从含有赖氨酸的发酵液中提取制备高纯度赖氨酸硫酸盐的方法。

背景技术

赖氨酸是组成蛋白质所必需的八大氨基酸中最重要的一种氨基酸，其化学名为L—2，6—二氨基己酸，化学结构式为：

赖氨酸是人和动物体内不能自身合成，同时它也是谷物中最缺乏的氨基酸，必须由体外供给的第一缺乏和限制性氨基酸，在人和动物的生长过程中和新陈代谢中起着无可替代的作用。同时也是仅次于谷氨酸也就是我们常说的味精的第二大氨基酸品种。目前世界赖氨酸盐酸盐产品年产量达到100万吨，其中约90%用作饲料添加剂，10%用于食品和药品中间体。因此提高纯品纯度，增加产品的附加值是十分重要的。

赖氨酸在体内的功能有：参与体蛋白如骨骼肌、酶和多肽激素的合成；是生酮氨基酸之一，当缺乏可利用的碳水化合物时，它参与生成酮体和葡萄糖的代谢；维持体内酸碱平衡；作为合成肉毒碱的前体物，参与脂肪代谢；另外赖氨酸还可以提高机体抵抗应激的能力。随着科技的发展和人们对保健知识的更多了解，人们已意识到赖氨酸在人们生活中的重要性，赖氨酸市场的需求也越来越大。市场的发展已使赖氨酸从动物饲料领域走向食品保健领域和医药领域。

由于赖氨酸在水中溶解度较大，而且易于空气中的二氧化碳结合，致使赖氨酸的结晶难以控制，各厂家生产均以赖氨酸的盐类为主。

目前国内外赖氨酸的生产虽已蓬勃发展，市场上出售的赖氨酸盐主要为赖氨酸盐酸盐和含量为65%的赖氨酸硫酸盐，高纯度赖氨酸盐产品主要为赖氨酸盐酸盐，少有生产高纯度赖氨酸硫酸盐产品的厂家。赖氨酸硫酸盐存在结晶的介稳区较窄，水溶液中不易结晶的技术难点。

发明内容

本发明的目的即是针对目前厂家以树脂吸附法提取赖氨酸盐酸盐存在环境污染大，工艺繁琐，能耗高的缺陷，解决了赖氨酸硫酸盐水溶液中不易结晶的技术难点，提供一种简便、高收率、低成本的制备高纯度赖氨酸硫酸盐的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种从含有赖氨酸发酵液中提取制备赖氨酸硫酸盐的方法，具体包括：

步骤1：将含有赖氨酸的发酵液经陶瓷膜微滤除菌体，得微滤液和膜浓相Ⅰ；

步骤2：微滤液经过纳滤膜脱色除杂，得脱色液和膜浓相Ⅱ；

步骤3：脱色液再经过离子交换除去金属离子；

步骤4：步骤3所得离交液经浓缩，调酸，降温结晶，得湿晶体和结晶母液，所述湿晶体烘干后即得高纯度的赖氨酸硫酸盐，结晶母液可选部分与步骤1所得微滤液混合进行步骤2所述的脱色除杂；

步骤5：将膜浓相Ⅰ、膜浓相Ⅱ和结晶母液混合经浓缩、喷雾干燥制得含量为65%的赖氨酸硫酸盐。

本发明所述的制备方法，所述的赖氨酸发酵液可采用现有技术公开的任意含赖氨酸的发酵液，其中优选为安徽丰原发酵技术工程研究有限公司提供的，发酵液固含量23-26%（m/m），pH值6.8-7.0，赖氨酸含量16-20g/100mL的发酵液。

本发明所述的制备方法，优选将发酵液放罐后加热到80℃，保温10min，以实现更好的除菌效果。

本发明所述的制备方法，步骤1中陶瓷膜孔径为50nm～100nm,陶瓷膜进口压力0.2～0.3Mpa，出口压力0.1～0.2Mpa，通量40～70LMH，发酵液体积浓缩至进料总体积的1/5～1/7，向浓缩液中加入纯水透析，透析水加量为发酵液进料总体积的30%～35%（v/v），分别收集微滤液和膜浓相Ⅰ。该步骤中，赖氨酸收率达到95%以上。

步骤2中使用分子量500D～1000D纳滤膜处理,纳滤膜进口压力2～3Mpa，出口压力1.5～2.5Mpa，通量15～25LMH，微滤液体积浓缩至进料总体积的1/8，向浓缩液中加入纯水透析，透析水加量为微滤液进料总体积的40%-50%（v/v），430nm测定透光率大于50%，赖氨酸收率达到97%以上，分别收集脱色液和膜浓相Ⅱ。

步骤3使用强酸性阳离子交换树脂除去金属离子、氨氮，进料速度为2～4BV/h。

步骤4中，将步骤3所得离交液在真空度在-0.08Mpa～-0.09Mpa，温度为60～70℃下进行真空浓缩，浓缩至固含量为73%-75%。将上述赖氨酸浓缩液泵入结晶罐，用浓硫酸调节其pH值4.6～4.8。将调好pH的浓缩液降温至55℃，按质量百分比1～10%投放赖氨酸硫酸盐晶种，养晶2～4h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～40℃之间控制降温速度为1℃/h，40℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h。该过程中，通过对养晶时间和降温速度的控制，能够解决赖氨酸硫酸盐结晶的介稳区较窄，浓度太大，会出现固化，浓度太小，无晶体生成的技术难点，得到高质量的晶体，提高结晶收率。

通过离心机分离结晶后的晶浆液，湿晶体用无水乙醇洗涤，烘干，得高纯度的赖氨酸硫酸盐；收集结晶母液，此时，可选将其一部分套用回步骤2进行纳滤膜脱色除杂，循环制备产品，从而提高产品收率。

其中，湿晶体用高效沸腾床50-60℃烘干，晶体为白色针状，含量>98.5%。

步骤5将膜浓相Ⅰ、膜浓相Ⅱ和结晶母液混合，真空浓缩，真空度在-0.08Mpa～-0.09Mpa，浓缩温度为65～70℃，浓缩至固含量为30%～40%的料液，喷雾干燥，制备成含量为65%的赖氨酸硫酸盐。

其中，浓相Ⅰ、Ⅱ无需处理，待检测其中赖氨酸硫酸盐含量后按照一定比例与结晶母液进行调配即可。原则上浓相赖氨酸硫酸盐含量<65%,而母液中赖氨酸硫酸盐含量>65%，因此按特定比例调配后即可得到赖氨酸硫酸盐含量为65%的料液，直接浓缩干燥就可以获得65%的赖氨酸硫酸盐产品（喷雾干燥后水分<3%）。具体的调配为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。

采用上述技术方案，本发明具有如下技术效果：

本发明采用先进的膜分离工艺取代了传统树脂吸附法制备赖氨酸，其工艺简单，操作简便，成本低、环境污染小，赖氨酸收率高可到达98.5%以上。并提供了一种制备高纯度赖氨酸硫酸盐的技术方法，弥补了赖氨酸产业无高纯度赖氨酸硫酸盐产品的空缺。

附图说明

图1为本发明制备工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本发明所述方法具体步骤如下：

1)取100L加热后发酵液，固含量25%，赖氨酸含量18.5g/100mL，pH值6.96。

2)发酵液使用50nm陶瓷膜过滤除菌体，膜进口压力0.2Mpa，出口压力0.15Mpa,通量54.4LMH，浓缩5.9倍，透析水加量30L。浓相Ⅰ体积17L，浓相赖氨酸含量4.47g/100mL,固含量13.3%。

3)陶瓷膜微滤液，固含量20%，赖氨酸含量15.1g/100mL。微滤液使用500D纳滤膜脱色除杂，膜进口压力2Mpa，出口压力1.8Mpa,通量17.6LMH，浓缩8.8倍，透析水加量44L，430nm测定透析液混合透光率为63.5%。浓相Ⅱ体积12.5L，固含量13%，赖氨酸含量4.1g/100mL。

4)纳滤膜脱色液以2BV/h过001*7树脂，收集过柱液，过柱液混合pH值5.8，固含量13.2%(m/m)，赖氨酸含量10.3g/100mL。

5)将离交液真空浓缩到固含量75.3%，结晶罐70℃保温，浓缩液泵入结晶罐后用浓硫酸调节pH值到4.6,降温至55℃加入100g晶种，养晶2h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～40℃之间控制降温速度为1℃/h，40℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h，降温结晶至15℃，离心分离，晶体用无水乙醇洗涤。母液固含量55.4%(m/m)，赖氨酸含量33.6%(m/v)。

6)所得的湿晶体用高效沸腾床50-60℃烘干，晶体为白色针状，晶体含量98.5%（以硫酸盐计）,氨氮含量0.028%（m/m），灰分0.24%（m/m）。

实施例2

如图1所示，本发明所述方法具体步骤如下：

1)取300L加热后发酵液，固含量22.3%(m/m)，赖氨酸含量16.5g/100mL，pH值6.93。

2)发酵液使用50nm陶瓷膜过滤除菌体，膜进口压力0.2Mpa，出口压力0.15Mpa,通量46LMH，浓缩至6倍，透析水加量100L。浓相Ⅰ体积50L，赖氨酸含量4.9g/100mL,固含量15%(m/m)。

3)陶瓷膜微滤液150L套用上批次结晶母液5L，固含量16.9%(m/m)，赖氨酸含量14.2g/100mL。微滤液使用500D纳滤膜脱色除杂，膜进口压力2Mpa，出口压力1.8Mpa,通量17.6LMH，浓缩8倍，透析水加量62L，430nm测定透析液混合透光率为57.7%。浓相Ⅱ体积19L，固含量11.2%(m/m)，赖氨酸含量3.6g/100mL。

4)纳滤膜脱色液以2BV/h过001*7树脂，收集过柱液，过柱液混合pH值5.7，固含量12.75%(m/m)，赖氨酸含量10.3g/100mL。

5)将离交液真空浓缩到固含量75%，结晶罐70℃保温，浓缩液泵入结晶罐后用浓硫酸调节pH值到4.8,降温至55℃加入200g晶种，养晶3h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～40℃之间控制降温速度为1℃/h，40℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h，降温结晶至15℃，离心分离，晶体用无水乙醇洗涤。母液固含量58.4%(m/m)，赖氨酸含量39.7%(m/v)。

6)所得的湿晶体用高效沸腾床50-60℃烘干，晶体为白色针状，晶体含量98,7%（以硫酸盐计），氨氮含量<0.04%（m/m），灰分<1.0%（m/m）。

7)所得陶瓷膜浓相、纳滤膜浓相混配结晶母液真空浓缩，真空度在-0.085Mpa，浓缩温度为68℃，真空浓缩至固含量35%（m/m）后喷雾干燥，制备成65%赖氨酸硫酸盐。

8)赖氨酸总收率为97.7%。

实施例3

如图1所示，本发明所述方法具体步骤如下：

1)取500L加热后发酵液，固含量23.5%(m/m)，赖氨酸含量18.5g/100mL，pH值6.97。

2)发酵液使用50nm陶瓷膜过滤除菌体，膜进口压力0.2Mpa，出口压力0.15Mpa,通量65LMH，浓缩6倍，透析水加量175L。浓相Ⅰ体积83L，赖氨酸含量4.1g/100mL,固含量14.6%(m/m)。

3)陶瓷膜微滤液300L套用上批次结晶母液10L，固含量17.5%(m/m)，赖氨酸含量14.8g/100mL。微滤液使用500D纳滤膜脱色除杂，膜进口压力2Mpa，出口压力1.8Mpa,通量21LMH，浓缩8倍，透析水加量124L，430nm测定透析液混合透光率为55%。浓相Ⅱ体积38.7L，固含量13.1%(m/m)，赖氨酸含量4.1g/100mL。

4)纳滤膜脱色液以2BV/h过001*7树脂，收集过柱液，过柱液混合pH值5.5，固含量13.98%(m/m)，赖氨酸含量11.2g/100mL。

5)将离交液真空浓缩到固含量74%，结晶罐70℃保温，浓缩液泵入结晶罐后用浓硫酸调节pH值到4.8,降温至55℃加入400g晶种，养晶4h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～40℃之间控制降温速度为1℃/h，40℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h，降温结晶至15℃，离心分离，晶体用无水乙醇洗涤。母液固含量57.8%(m/m)，赖氨酸含量36.2%(m/v)。

6)所得的湿晶体用高效沸腾床50-60℃烘干，晶体为白色针状，晶体含量99.0%（以硫酸盐计），氨氮含量<0.04%（m/m），灰分<1.0%（m/m）。

7)所得陶瓷膜浓相、纳滤膜浓相混配结晶母液真空浓缩，真空度在-0.08Mpa Mpa，浓缩温度为65℃，真空浓缩至固含量35%（m/m）后喷雾干燥，制备成65%赖氨酸硫酸盐。

8)赖氨酸总收率为98.1%。

实施例4

如图1所示，本发明所述方法具体步骤如下：

1)取500L加热后发酵液，固含量24%(m/m)，赖氨酸含量17.1g/100mL，pH值6.87。

2)发酵液使用50nm陶瓷膜过滤除菌体，膜进口压力0.2Mpa，出口压力0.15Mpa,通量60LMH，浓缩5.88倍，透析水加量175L。浓相Ⅰ体积85L，赖氨酸含量4.4g/100mL,固含量15.5%(m/m)。

3)陶瓷膜微滤液300L套用上批次结晶母液10L，固含量17.6%(m/m)，赖氨酸含量14.7g/100mL。微滤液使用500D纳滤膜脱色除杂，膜进口压力2Mpa，出口压力1.8Mpa,通量22.5LMH，浓缩7.6倍，透析水加量124L，430nm测定透析液混合透光率为58.5%。浓相Ⅱ体积41L，固含量15%(m/m)，赖氨酸含量5.0g/100mL。

4)纳滤膜脱色液以2BV/h过001*7树脂，收集过柱液，过柱液混合pH值5.9，固含量13.5%(m/m)，赖氨酸含量11.4g/100mL。

5)将离交液真空浓缩到固含量75%，结晶罐70℃保温，浓缩液泵入结晶罐后用浓硫酸调节pH值到4.8,降温至55℃加入400g晶种，养晶3h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～40℃之间控制降温速度为1℃/h，40℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h，降温结晶至15℃，离心分离，晶体用无水乙醇洗涤。母液固含量55.8%(m/m)，赖氨酸含量35%(m/v)。

6)所得的湿晶体用高效沸腾床50-60℃烘干，晶体为白色针状，晶体含量99.5%（以硫酸盐计），氨氮含量<0.04%（m/m），灰分<1.0%（m/m）。

7)所得陶瓷膜浓相、纳滤膜浓相混配结晶母液真空浓缩，真空度在-0.09Mpa，浓缩温度为70℃，真空浓缩至固含量35%（m/m）后喷雾干燥，制备成65%赖氨酸硫酸盐。

8)赖氨酸总收率为98%。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种从含有赖氨酸的发酵液中提取制备赖氨酸硫酸盐的方法，其特征在于，包括：

步骤2：微滤液经过纳滤膜脱色除杂，得脱色液和膜浓相Ⅱ；

步骤3：脱色液再经过离子交换除去金属离子；

步骤4：将步骤3所得离交液经浓缩，调酸，降温结晶，得湿晶体和结晶母液，所述湿晶体烘干后即得赖氨酸含量>98.5%的高纯度赖氨酸硫酸盐产品；结晶母液可选部分与步骤1所得微滤液混合进行步骤2所述的脱色除杂；

步骤5：将膜浓相Ⅰ、膜浓相Ⅱ和结晶母液混合经浓缩、喷雾干燥制得含量为65%的赖氨酸硫酸盐产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述含赖氨酸的发酵液固含量23～26%，pH值为6.8～7.0，赖氨酸含量16～20g/100mL。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中陶瓷膜孔径为50nm～100nm陶瓷膜进口压力0.2～0.3Mpa，出口压力0.1～0.2Mpa，通量40～70LMH，发酵液体积浓缩至进料总体积的1/5～1/7，向浓缩液中加入纯水透析，透析水加量为发酵液进料总体积的30%～35%，分别收集微滤液和膜浓相Ⅰ。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中使用分子量500D～1000D纳滤膜处理,纳滤膜进口压力2～3Mpa，出口压力1.5～2.5Mpa，通量15～25LMH，微滤液体积浓缩至进料总体积的1/8，向浓缩液中加入纯水透析，透析水加量为微滤液进料总体积的40%-50%，分别收集脱色液和膜浓相Ⅱ。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3使用强酸性阳离子交换树脂除去金属离子，进料速度为2～4BV/h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中，将步骤3所得离交液在真空度在-0.08Mpa～-0.09Mpa，温度为60～70℃下进行真空浓缩，浓缩至固含量为73%-75%。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤4中，将所述赖氨酸浓缩液泵入结晶罐，用浓硫酸调节其pH值4.6～4.8。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：将调好pH的浓缩液降温至55℃，按质量百分比1～10%投放赖氨酸硫酸盐晶种，养晶2～4h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～40℃之间控制降温速度为1℃/h，40℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：通过离心机分离结晶后的晶浆液，湿晶体用无水乙醇洗涤，烘干，得高纯度的赖氨酸硫酸盐；收集结晶母液，将其一部分套用回步骤2进行纳滤膜脱色除杂。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于：步骤5将膜浓相Ⅰ、膜浓相Ⅱ和结晶母液混合，真空浓缩，真空度在-0.08Mpa～-0.09Mpa，浓缩温度为65～70℃，浓缩至浓度30%～40%的料液，喷雾干燥，制备成含量为65%的赖氨酸硫酸盐。