CN103667381A - 一种提高精氨酸收率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高精氨酸收率的方法。本方法采用陶瓷膜代替传统的板框过滤，提高了滤液质量，减少了占地面积，提高了产品收率，降低了劳动强度。通过本发明制备方法，成品对于发酵液来说总收率能达到86.5%以上（相对于除去菌体的净精氨酸含量计算），成品一次合格率达到99.8%。

Description

一种提高精氨酸收率的方法
技术领域
本发明涉及氨基酸生产技术领域，特别是涉及一种提高精氨酸收率的方法。 
背景技术
传统生物发酵工艺来制备精氨酸。生物发酵工艺中发酵液中含有大量的有机和无机杂质，传统的后提取处理工艺对产品质量没有保障，而且费工费时。现有技术提取时采用了板框过滤，时间长，收率低，损失大。传统工艺只能达到50%的总收率，一次合格率只有97%。 
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种提高精氨酸收率的方法。本方法采用陶瓷膜代替传统的板框过滤，提高了滤液质量，减少了占地面积，提高了产品收率，降低了劳动强度。通过本发明制备方法，成品对于发酵液来说总收率能达到86.5%以上（相对于除去菌体的净精氨酸含量计算），成品一次合格率达到99.8%。
本发明的一种提高精氨酸收率的方法技术方案为，包括发酵液的制备和提取精制步骤，其中发酵液的制备采用黄色短杆菌MQA121。
MQA121菌株在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，邮编：100101，其保藏编号是：CGMCC No.8392，菌种的拉丁文名称是Brevibacterium fLavum，参据的微生物（株）：MQA121，保藏日期是2013年10月25日。
本发明所述的MQA121菌株特征为：产酸能力强、糖酸转化率高、性能稳定。
发酵液的制备包括下述的步骤：
（1）斜面培养 ：将MQA121菌种接入灭菌的斜面培养基，在32℃培养，32小时得到斜面菌种；
（2）摇瓶菌种：将培养好的斜面菌种接入摇瓶灭菌种子培养基32℃培养22-32小时得到摇瓶种子液；
（3）一级种子培养：将培养好的摇瓶种子液接入灭菌的一级种子培养基，32℃培养22-28小时得一级种液；
（4）二级种子培养：将培养好的一级种子液接入灭菌过的二级种子培养基32℃培养4-8小时得二级种子液；
（5）将培养好的二级种子液接种到灭菌的发酵培养基中，发酵过程补加按重量百分比的3%葡萄糖和玉米浆3.0-5.0%、(NH4)2SO41.5-3.5%、KH2PO40.3-0.8%、K2HPO4·3H2O0.3-0.6%，通入无菌风，采用氨水（1:1浓度）控制pH值6.8，在32℃条件下，经过65-70小时培养得到含精氨酸产品的发酵液。
步骤（1）中斜面培养基按重量百分比包括葡萄糖2.5-4.0%、(NH4)2SO41.0-2.5%、KH2PO40.3-0.8%、K2HPO4·3H2O0.3-0.8%、MgSO4·7H2O0.05-0.1%、FeSO4·7H2O 0.002-0.004%、MnSO4·H2O0.002-0.010%，琼脂粉2.0%，pH6.4~7.0。
摇瓶种子培养基、一级种子培养基、二级种子培养基以及发酵培养基按重量百分比包括：初糖浓度12.5%，尿素0.3%，玉米浆CSL4.0%,（NH4）SO45.0%。
步骤（5）中氨水体积浓度为1:1浓度。
发酵产品提取精制包括以下步骤：（1）发酵液预处理；（2）絮凝、脱色、预浓缩；（3）浓缩、结晶；（4）离心得成品。
具体为：
（1）发酵液预处理 利用陶瓷膜设备除去发酵液中的生产菌和大分子蛋白。陶瓷膜孔径120-500nm，操作压差0.15-0.40MPa，膜面流速3.0-3.5m/s，拟稳定通量70-120L/m2.h。
发酵液直接经过陶瓷膜循环过滤，过程采用循环水为循环料液降温，循环料液温度控制在65℃以下，浓缩液加入反渗透水清洗出残留的产品。过滤时间为12小时，滤清液含量为60-80g/L，滤液澄清、透明，预处理收率为85%。经过陶瓷膜后，清液含菌量＜0.2%。
（2）絮凝、脱色，预浓缩 将步骤（1）中得到的滤清液以树脂1倍体积/小时的流速流过弱酸性阳离子树脂吸附产品，用2倍树脂体积的2.0N氨水，以1倍树脂体积的流速洗脱得到洗脱液；洗脱液通过通径为800分子量的纳滤膜设备循环脱色，过程使用循环水降温控制循环料液温度低于50℃，用反渗透水清洗浓缩液至产品含量低于0.2%，得到透光为80%以上，含量为6%的纳滤浓缩液；纳滤清液升温至60℃，120rpm搅拌状态下加入1%活性炭脱色，保温45分钟，当清液透光率达到93%以上后经脱碳机除去活性炭得到脱色清液，脱色清液经过反渗透循环，用循环水降温控制循环料液温度低于60℃，浓缩液含量达到12-15%后得到反渗透浓缩液；反渗透浓缩液以1倍树脂体积/小时的流速流经经过弱碱性阴离子树脂得到含量为13%透光率99.5%的阴离子树脂交换液。
（3）浓缩、结晶 将阴离子交换液吸入浓缩结晶罐，在-0.08Mpa、料液温度控制在60℃、搅拌转速为120rpm的条件下将阴离子交换液浓缩至料液含量达到85%，降低转速至80rpm，用-5℃冰水将料液降温至5-10℃养晶8小时。
（4）成品 将养好晶的结晶液以2500rpm转速的全自动出料离心机将结晶和母液分离，用75%的酒精清洗结晶得到湿品，湿品经双锥干燥在真空度-0.08Mpa，温度80℃条件下烘干5小时得到含水量0.5%以下的干品，干品在环境为温度22℃—28℃，湿度≤50%，无菌条件下包装得成品。
本发明的优点在于，本提取工艺采用陶瓷膜代替传统的板框过滤，提高了滤液质量，减少了占地面积，提高了产品收率，降低了劳动强度。
采用膜分离技术代替传统的离子交换分离技术，降低了树脂用量，提高了料液质量和透过，减少了活性炭用量，提高了产品质量。
采用膜浓缩技术代替传统的减压浓缩技术，减少了对产品的破坏，降低了能耗，提高了产品质量。
最后，通过本发明制备方法，成品对于发酵液来说总收率能达到86.5%以上（相对于除去菌体的净精氨酸含量计算），成品一次合格率达到99.8%。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例１
发酵液的制备包括下述的步骤：
（1）斜面培养 ：将MQA121菌种接入灭菌的斜面培养基（配方葡萄糖2.5-4.0%、(NH4)2SO41.0-2.5%、KH2PO40.3-0.8%、K2HPO4·3H2O0.3-0.8%、MgSO4·7H2O0.05-0.1%、FeSO4·7H2O 0.002-0.004%、MnSO4·H2O0.002-0.010%，琼脂粉2.0%，pH6.4~7.0。），在32℃培养，32小时得到斜面菌种；
（2）摇瓶菌种：将培养好的斜面菌种接入摇瓶灭菌种子培养基32℃培养22-32小时得到摇瓶种子液；
（3）一级种子培养：将培养好的摇瓶种子液接入灭菌的一级种子培养基，32℃培养22-28小时得一级种液；
（4）二级种子培养：将培养好的一级种子液接入灭菌过的二级种子培养基32℃培养4-8小时得二级种子液；
（5）将培养好的二级种子液接种到灭菌的发酵培养基中，发酵过程补加含量为3%葡萄糖和营养物质（玉米浆3.0-5.0%、(NH4)2SO41.5-3.5%、KH2PO40.3-0.8%、K2HPO4·3H2O0.3-0.6%），通入无菌风，采用氨水（1:1体积浓度）控制pH值6.8，在32℃条件下，经过65-70小时培养得到含精氨酸产品的发酵液。
摇瓶种子培养基、一级种子培养基、二级种子培养基以及发酵培养基配方为：初糖浓度12.5%，尿素0.3%，玉米浆CSL4.0%,（NH4）SO45.0%。
发酵产品提取精制包括以下步骤：（1）发酵液预处理；（2）絮凝、脱色、预浓缩；（3）浓缩、结晶；（4）离心得成品。
具体为：
（1）发酵液预处理 利用陶瓷膜设备除去发酵液中的生产菌和大分子蛋白。陶瓷膜孔径120-500nm，操作压差0.15-0.40MPa，膜面流速3.0-3.5m/s，拟稳定通量70-120L/m2.h。
发酵液直接经过陶瓷膜循环过滤，过程采用循环水为循环料液降温，循环料液温度控制在65℃以下，浓缩液加入反渗透水清洗出残留的产品。过滤时间为12小时，滤清液含量为60-80g/L，滤液澄清、透明，预处理收率为85%。经过陶瓷膜后，清液含菌量＜0.2%。
（2）絮凝、脱色，预浓缩 将步骤（1）中得到的滤清液以树脂1倍体积/小时的流速流过弱酸性阳离子树脂D124（上海劲凯树脂有限公司）吸附产品，用2倍树脂体积的2.0N氨水，以1倍树脂体积的流速洗脱得到洗脱液；洗脱液通过通径为800分子量的纳滤膜设备循环脱色，过程使用循环水降温控制循环料液温度低于50℃，用反渗透水清洗浓缩液至产品含量低于0.2%，得到透光为80%以上，含量为6%的纳滤浓缩液；纳滤清液升温至60℃，120rpm搅拌状态下加入1%活性炭脱色，保温45分钟，当清液透光率达到93%以上后经脱碳机除去活性炭得到脱色清液，脱色清液经过反渗透循环，用循环水降温控制循环料液温度低于60℃，浓缩液含量达到12-15%后得到反渗透浓缩液；反渗透浓缩液以1倍树脂体积/小时的流速流经经过弱碱性阴离子树脂D450（上海华震科技有限公司）得到含量为13%透光率99.5%的阴离子树脂交换液。
（3）浓缩、结晶 将阴离子交换液吸入浓缩结晶罐，在-0.08Mpa、料液温度控制在60℃、搅拌转速为120rpm的条件下将阴离子交换液浓缩至料液含量达到85%，降低转速至80rpm，用-5℃冰水将料液降温至5-10℃养晶8小时。
（4）成品 将养好晶的结晶液以2500rpm转速的全自动出料离心机将结晶和母液分离，用75%的酒精清洗结晶得到湿品，湿品经双锥干燥在真空度-0.08Mpa，温度80℃条件下烘干5小时得到含水量0.5%以下的干品，干品在环境为温度22℃—28℃，湿度≤50%，无菌条件下包装得成品。
本发明的优点在于，本提取工艺采用陶瓷膜代替传统的板框过滤，提高了滤液质量，减少了占地面积，提高了产品收率，降低了劳动强度。
采用膜分离技术代替传统的离子交换分离技术，降低了树脂用量，提高了料液质量和透过，减少了活性炭用量，提高了产品质量。
采用膜浓缩技术代替传统的减压浓缩技术，减少了对产品的破坏，降低了能耗，提高了产品质量。
最后，通过本发明制备方法，成品对于发酵液来说总收率能达到86.5%以上（相对于除去菌体的净精氨酸含量计算），成品一次合格率达到99.8%。
陶瓷膜对精氨酸发酵液具有良好地除菌效果，除菌效果如表1所示：
表1
Figure 2013107210985100002DEST_PATH_IMAGE001
。
从表2可以看出本，经过本发明采用的新技术用于精氨酸的提取，一次产品合格率和提取收率比现有技术水平高。
表2
Figure 2013107210985100002DEST_PATH_IMAGE002
。
采用上述处理手段，成品对于发酵液来说总收率能达到85%以上（相对于除去菌体的净精氨酸含量计算），成品一次合格率达到100%，而传统工艺只能达到50%的总收率，一次合格率只有98%。中试产品经滨州市质量技术监督局第三方检验，各项指标符合中华人民共和国国家标准，食品安全国家标准，食品添加剂，L-精氨酸GB 28306—2012标准，主要性能指标详见表3：
表3
Figure 2013107210985100002DEST_PATH_IMAGE003
。

Claims (10)

1.一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，包括发酵液的制备和提取精制步骤，其中发酵液的制备采用黄色短杆菌MQA121。
2. 根据权利要求1所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，发酵液的制备包括下述的步骤：
（1）斜面培养 ：将MQA121菌种接入灭菌的斜面培养基，在32℃培养，32小时得到斜面菌种；
（2）摇瓶菌种：将培养好的斜面菌种接入摇瓶灭菌种子培养基32℃培养22-32小时得到摇瓶种子液；
（3）一级种子培养：将培养好的摇瓶种子液接入灭菌的一级种子培养基，32℃培养22-28小时得一级种液；
（4）二级种子培养：将培养好的一级种子液接入灭菌过的二级种子培养基32℃培养4-8小时得二级种子液；
（5）将培养好的二级种子液接种到灭菌的发酵培养基中，发酵过程补加按重量百分比的3%葡萄糖和玉米浆3.0-5.0%、(NH4)2SO41.5-3.5%、KH2PO40.3-0.8%、K2HPO4·3H2O0.3-0.6%，通入无菌风，采用氨水（1:1浓度）控制pH值6.8，在32℃条件下，经过65-70小时培养得到含精氨酸产品的发酵液。
3. 根据权利要求1所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，步骤（1）中斜面培养基按重量百分比包括葡萄糖2.5-4.0%、(NH4)2SO41.0-2.5%、KH2PO40.3-0.8%、K2HPO4·3H2O0.3-0.8%、MgSO4·7H2O0.05-0.1%、FeSO4·7H2O 0.002-0.004%、MnSO4·H2O0.002-0.010%，琼脂粉2.0%，pH6.4~7.0。
4. 根据权利要求1所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，摇瓶种子培养基、一级种子培养基、二级种子培养基以及发酵培养基按重量百分比包括：初糖浓度12.5%，尿素0.3%，玉米浆CSL4.0%,（NH4）SO45.0%。
5. 根据权利要求1所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，步骤（5）中氨水体积浓度为1:1浓度。
6. 根据权利要求1所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，发酵产品提取精制包括以下步骤：①发酵液预处理；②絮凝、脱色、预浓缩；③浓缩、结晶；④离心得成品。
7. 根据权利要求6所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，步骤①具体为利用陶瓷膜设备除去发酵液中的生产菌和大分子蛋白，陶瓷膜孔径120-500nm，操作压差0.15-0.40MPa，膜面流速3.0-3.5m/s，拟稳定通量70-120L/m2.h；发酵液直接经过陶瓷膜循环过滤，过程采用循环水为循环料液降温，循环料液温度控制在65℃以下，浓缩液加入反渗透水清洗出残留的产品，过滤时间为12小时得滤清液。
8. 根据权利要求7所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，步骤②具体为：将步骤①中得到的滤清液以树脂1倍体积/小时的流速流过弱酸性阳离子树脂吸附产品，用2倍树脂体积的2.0N氨水，以1倍树脂体积的流速洗脱得到洗脱液；洗脱液通过通径为800分子量的纳滤膜设备循环脱色，过程使用循环水降温控制循环料液温度低于50℃，用反渗透水清洗浓缩液至产品含量低于0.2%，得到透光为80%以上，含量为6%的纳滤浓缩液；纳滤清液升温至60℃，120rpm搅拌状态下加入1%活性炭脱色，保温45分钟，当清液透光率达到93%以上后经脱碳机除去活性炭得到脱色清液，脱色清液经过反渗透循环，用循环水降温控制循环料液温度低于60℃，浓缩液含量达到12-15%后得到反渗透浓缩液；反渗透浓缩液以1倍树脂体积/小时的流速流经经过弱碱性阴离子树脂得到含量为13%透光率99.5%的阴离子树脂交换液。
9. 根据权利要求8所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，步骤③具体为：将阴离子交换液吸入浓缩结晶罐，在-0.08Mpa、料液温度控制在60℃、搅拌转速为120rpm的条件下将阴离子交换液浓缩至料液含量达到85%，降低转速至80rpm，用-5℃冰水将料液降温至5-10℃养晶8小时。
10. 根据权利要求9所述的一种提高精氨酸收率的方法，其特征在于，步骤④具体为：将养好晶的结晶液以2500rpm转速的全自动出料离心机将结晶和母液分离，用75%的酒精清洗结晶得到湿品，湿品经双锥干燥在真空度-0.08Mpa，温度80℃条件下烘干5小时得到含水量0.5%以下的干品，干品在环境为温度22℃—28℃，湿度≤50%，无菌条件下包装得成品。
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