CN103922953A - 一种鸟氨酸的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：步骤1陶瓷膜过滤：鸟氨酸发酵液通过陶瓷膜过滤，得到微滤透析液；步骤2纳滤脱色：微滤透析液进行纳滤脱色并进一步纯化，得纳滤透析液；步骤3连续离子交换吸附解析：纳滤透析液通过填充有氢型阳离子交换树脂的连续离子交换吸附解析，得鸟氨酸溶液；步骤4浓缩结晶、离心分离、烘干成品：连续离子交换吸附解析鸟氨酸溶液经浓缩结晶、离心分离、烘干成品后得鸟氨酸晶体。本发明所述的鸟氨酸的生产工艺具有的有益效果为：收率高、纯化效果好、产品浓度稳定且生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种氨基酸生产领域，尤其是一种鸟氨酸的生产工艺。
背景技术
鸟氨酸(Ornithine)学名为α,δ-二氨基戊酸,分子式为C5H12N2O2,相对分子质量为132.16。它是人体代谢中必不可少的中间代谢产物，主要参与鸟氨酸循环(尿酸循环,Krebs-Henseleit循环),对于氨态氮的排出有重要作用。其多功能保健作用使得近年鸟氨酸产品的开发逐渐升温，在医药、保健领域及化学工业的应用也日益广泛。
目前鸟氨酸的生产方法主要包括如下步骤：过滤、吸附解析、驱氨、浓缩结晶、离心分离、烘干成品。从发酵液中分离鸟氨酸，主要采用离子交换法，传统使用的固定床设备多、树脂用量大，同时酸碱再生消耗大量的酸碱，造成生产成本大，而且带来大量废水，严重污染环境。
李炜等在中国专利号为ZL200710041991的发明专利《一种微生物发酵生产L-鸟氨酸的方法》中公开了一种鸟氨酸的制备方法。该方法通过发酵液－微滤去菌体－滤清液－处理成铵型的强酸性离子交换树脂－吸附、洗脱－洗脱液－减压浓缩驱氨－驱氨液用盐酸调pH至4.5至5.5－热结晶－离心分离－鸟氨酸盐酸盐结晶－烘干－成品，从发酵液中提取鸟氨酸，制备鸟氨酸。该方法中使用到的铵型强酸性离子交换树脂对鸟氨酸的吸附量较低，造成解析下来的产品浓度较低，且铵型树脂吸附不牢，造成收率会偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种收率高、纯化效果好、产品浓度稳定且生产成本低的鸟氨酸的生产工艺。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1陶瓷膜过滤：鸟氨酸发酵液通过陶瓷膜过滤，得到微滤透析液；
步骤2纳滤脱色：微滤透析液进行纳滤脱色并进一步纯化，得纳滤透析液；
步骤3连续离子交换吸附解析：纳滤透析液通过填充有氢型阳离子交换树脂的连续离子交换吸附解析，得鸟氨酸溶液；
步骤4浓缩结晶、离心分离、烘干成品：连续离子交换吸附解析鸟氨酸溶液经浓缩结晶、离心分离、烘干成品后得鸟氨酸晶体。
进一步，陶瓷膜过滤采用的陶瓷膜分离孔径优选为20-100nm,优选为50nm。
进一步，纳滤脱色采用的纳滤膜截留分子量为200-800，优选为500。
进一步，所述的纳滤透析液为经陶瓷膜预处理并经纳滤脱色除蛋白的鸟氨酸发酵液，鸟氨酸的含量为50-60g/l之间。
进一步，所述的连续离子交换系统内置30个分离单元，每个分离单元内填充氢型阳离子交换树脂；所述的连续离子交换系统分成七个区域，每个区域组成如下：
吸附区：包含6个分离单元，该区域中第1个和第2个分离单元串联连接，纳滤透析液首先进入吸附区第1个分离单元，原料液经过分离单元，鸟氨酸被部分交换到树脂上，从第2个分离单元流出液与吸附水洗区的水洗液一并混合再进入以两并两串的方式连接的第3个到第6个分离单元，其中第5个、第6个分离单元流出液为吸附余液；
吸附水洗区：包括4个分离单元，该区域中的4个分离单元以串联方式连接，位于吸附区后，采用正洗方式，柱子旋转到吸附水洗区后，夹带在树脂间的料液被水顶出，流出液与吸附区第2个分离单元的流出液混合一同进入吸附区的第3个、第4个分离单元；
反顶脱水区：包含1个分离单元，用解析区的产品鸟氨酸作为该区的进料，并采用逆向进料，以顶替夹带在树脂间的水；
解析区：包含5个分离单元，分为两段，前段包含1个分离单元，后段包含4个分离单元，采用氨水正向串联进入前段1个分离单元后，其流出液与解析后水洗区中的流出液混合再正向串联进入后段的4个分离单元，收集最后一个分离单元出液，得到产品鸟氨酸；
解析后水洗区：包含4个分离单元，采用串联连接进纯水方式，经过氨水解析后，树脂通过纯水的冲洗，将分离单元中残留的氨水全部洗出，解析后水洗区中的流出液与解析区中的前2个分离单元流出液混合，一并进入后段4个单元；
树脂转型区：包含6个分离单元，分成两段，前段包含2个分离单元，后段包括4个分离单元，采用串联方式；前段2分离单元进1mol/L的盐酸，该分离单元流出液与转型后洗酸区的流出液混合后进入后段4个分离单元；
转型后洗盐酸区：包含4个分离单元，采用串联连接逆流方式进纯水，将树脂转型区的分离单元中残留的盐酸全部洗出，转型后洗盐酸区流出液与树脂转型区前端分离单元流出液混合，经转型后洗盐酸区清洗后的分离单元进入吸附区循环处理。
进一步，所述的连续离子交换系统分离单元的转动时间为1200s/次。
进一步，解析区所用的氨水浓度为1mol/L氨水。
采用上述技术方案，本发明所述的鸟氨酸的生产工艺，具有的有益效果为：采用陶瓷膜过滤、纳滤脱色、填充有氢型阳离子交换树脂的连续离子交换系统进行吸附解析，具有的优点为：
1）氢型树脂对鸟氨酸的吸附能力更强，吸附容量大，解析得到的产品浓度高；
2）设备紧凑、系统简化、管道缩减和占地面积少；
3）树脂消耗量减少，再生剂等化学药品、冲洗水消耗降低，减少废水排放量；
4）由于非间断操作下的连续运转，产品的成分、浓度保持基本的稳定；
5）具有良好的操作弹性，可根据生产负荷的变化自动调节旋转速度；降低运行成本和设备投资；
6）操作性好，阀门切换频率低，能避免人为因素造成的失误；
7）采用纳滤进行脱色，可以降低原料液中色素对树脂吸附容量的影响，从而影响到产品的品质，后续无需再进行脱色。
附图说明
图1为现有技术所述的鸟氨酸的生产工艺流程图；
图2为本发明所述的连续流体分离系统分离方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
本实施例用于说明本发明提供的生产鸟氨酸的方法。
1）陶瓷膜过滤
分别用20nm（批次1）、50nm（批次2）、100nm（批次3）的陶瓷膜系统对发酵液进行了陶瓷膜过滤处理，温度35℃，压力0.3Mpa,共进行了3个批次实验。
从实验数据来看，通过陶瓷膜对发酵液进行除杂，具有通量大，杂质去除率高，产品损失少等特点。
2）纳滤脱色
陶瓷膜滤液的颜色较深，含有大量的色素，进入后树脂系统后，色素会影响树脂的交换容量，并且解析下来的产品色素较深，所以引入了纳滤工序进行脱色并起到进一步纯化的作用，纳滤膜采用的纳滤膜截留分子量为200-800，其中批次1、批次2、批次3所采用的纳滤膜截留分子量分别为500、800、200。
从以上数据可看出，经过纳滤膜脱色之后，脱色效果较好，透光率都能达到97%以上，同时收率也有99%。
3）连续离交吸附解析
连续离子交换系统内置30个分离单元，每个分离单元内填充氢型阳离子交换树脂；进料液为纳滤透析液，其鸟氨酸的含量为50-60g/l之间；连续离子交换系统分离单元的转动时间为1200s/次；所述的连续离子交换系统分成七个区域，每个区域组成如下：
吸附区（5-10#）：包含6个分离单元，该区域中第1个和第2个分离单元串联连接，鸟氨酸原料液首先进入吸附区第1个分离单元，原料液经过分离单元，鸟氨酸被部分交换到树脂上，从第2个分离单元流出液与吸附水洗区的水洗液一并混合再进入以两并两串的方式连接的第3个到第6个分离单元，其中第5个、第6个分离单元流出液为吸附余液；
吸附水洗区（1-4#）：包括4个分离单元，经过吸附后，各分离单元进行水洗，该区域中的4个分离单元以串联方式连接，位于吸附区后，采用正洗方式，柱子旋转到吸附水洗区后，夹带在树脂间的料液被水顶出，流出液与吸附区第2个分离单元的流出液混合一同进入吸附区的第3个、第4个分离单元；
反顶脱水区（30#）：包含1个分离单元，用解析区的产品鸟氨酸作为该区的进料，并采用逆向进料，以顶替夹带在树脂间的水；
解析区（25-29#）：包含5个分离单元，分为两段，前段包含1个分离单元，后段包含4个分离单元，采用1mol氨水正向串联进入前段1个分离单元后，其流出液与解析后水洗区中的流出液混合再正向串联进入后段的4个分离单元，收集最后一个分离单元出液，得到产品鸟氨酸；
解析后水洗区(21-24#)：包含4个分离单元，采用串联连接进纯水方式，经过氨水解析后，树脂通过纯水的冲洗，将分离单元中残留的氨水全部洗出，解析后水洗区中的流出液与解析区中的前2个分离单元流出液混合，一并进入后段4个单元；
树脂转型区(15-20#)：包含6个分离单元，分成两段，前段包含2个分离单元，后段包括4个分离单元，采用串联方式；前段2分离单元进1mol/L的盐酸，该分离单元流出液与转型后洗酸区的流出液混合后进入后段4个分离单元；
转型后洗盐酸区(11-14#)：包含4个分离单元，采用串联连接逆流方式进纯水，将树脂转型区的分离单元中残留的盐酸全部洗出，转型后洗盐酸区流出液与树脂转型区前端分离单元流出液混合，经转型后洗盐酸区清洗后的分离单元进入吸附区循环处理。
连续离子交换系统运行参数如下表所示：
连续离子交换系统吸附解析结果如下：
| 批次 | 原料浓度g/L | 产品浓度g/L | 产品收率% |
| 1 | 56.2 | 96.6 | 98.9 |
| 2 | 56.9 | 97 | 98.2 |
| 3 | 56.5 | 96.8 | 98.8 |
从表中可看出，经过连续离交技术分离后，产品浓度有了较大的提高，另外收率也都有98%以上，具有浓度高，收率高等特点。
4）步骤4浓缩结晶、离心分离、烘干成品
连续离子交换吸附解析鸟氨酸溶液经浓缩结晶、离心分离、烘干成品后得鸟氨酸晶体。该步骤为常规技术，在次不一一累述。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
Claims (9)
1.一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1陶瓷膜过滤：鸟氨酸发酵液通过陶瓷膜过滤，得到微滤透析液；
步骤2纳滤脱色：微滤透析液进行纳滤脱色并进一步纯化，得纳滤透析液；
步骤3连续离子交换吸附解析：纳滤透析液通过填充有氢型阳离子交换树脂的连续离子交换吸附解析，得鸟氨酸溶液；
步骤4浓缩结晶、离心分离、烘干成品：连续离子交换吸附解析鸟氨酸溶液经浓缩结晶、离心分离、烘干成品后得鸟氨酸晶体。
2.根据权利要求1所述的一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，所述的陶瓷膜过滤采用的陶瓷膜分离孔径为20-100nm。
3.根据权利要求1所述的一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，所述的陶瓷膜过滤采用的陶瓷膜分离孔径优选为50nm。
4.根据权利要求1所述的一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，所述的纳滤脱色采用的纳滤膜截留分子量为200-800。
5.根据权利要求1所述的一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，所述的纳滤脱色采用的纳滤膜截留分子量为500。
6.根据权利要求1所述的一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，所述的纳滤透析液中鸟氨酸的含量为50-60g/l之间。
7.根据权利要求1所述的一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，所述的连续离子交换系统内置30个分离单元，每个分离单元内填充氢型阳离子交换树脂；所述的连续离子交换系统分成七个区域，每个区域组成如下：
吸附区：包含6个分离单元，该区域中第1个和第2个分离单元串联连接，纳滤透析液首先进入吸附区第1个分离单元，原料液经过分离单元，鸟氨酸被部分交换到树脂上，从第2个分离单元流出液与吸附水洗区的水洗液一并混合再进入以两并两串的方式连接的第3个到第6个分离单元，其中第5个、第6个分离单元流出液为吸附余液；
吸附水洗区：包括4个分离单元，该区域中的4个分离单元以串联方式连接，位于吸附区后，采用正洗方式，柱子旋转到吸附水洗区后，夹带在树脂间的料液被水顶出，流出液与吸附区第2个分离单元的流出液混合一同进入吸附区的第3个、第4个分离单元；
反顶脱水区：包含1个分离单元，用解析区的产品鸟氨酸作为该区的进料，并采用逆向进料，以顶替夹带在树脂间的水；
解析区：包含5个分离单元，分为两段，前段包含1个分离单元，后段包含4个分离单元，采用氨水正向串联进入前段1个分离单元后，其流出液与解析后水洗区中的流出液混合再正向串联进入后段的4个分离单元，收集最后一个分离单元出液，得到产品鸟氨酸；
解析后水洗区：包含4个分离单元，采用串联连接进纯水方式，经过氨水解析后，树脂通过纯水的冲洗，将分离单元中残留的氨水全部洗出，解析后水洗区中的流出液与解析区中的前2个分离单元流出液混合，一并进入后段4个单元；
树脂转型区：包含6个分离单元，分成两段，前段包含2个分离单元，后段包括4个分离单元，采用串联方式；前段2分离单元进1mol/L的盐酸，该分离单元流出液与转型后洗酸区的流出液混合后进入后段4个分离单元；
转型后洗盐酸区：包含4个分离单元，采用串联连接逆流方式进纯水，将树脂转型区的分离单元中残留的盐酸全部洗出，转型后洗盐酸区流出液与树脂转型区前端分离单元流出液混合，经转型后洗盐酸区清洗后的分离单元进入吸附区循环处理。
8.根据权利要求1所述的一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，所述的连续离子交换系统分离单元的转动时间为1200s/次。
9.根据权利要求1所述的一种鸟氨酸的生产工艺，其特征在于，解析区所用的氨水浓度为1mol/L氨水。
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