CN103951572A - 一种发酵法生产支链氨基酸的分离纯化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发酵法生产支链氨酸的分离纯化工艺，工艺步骤如下：1）粗品的制备；2）盐酸套用技术制备支链氨基酸盐酸盐；3）多膜组合系统脱盐纯化。本发明采用先将发酵粗品制备成盐酸盐，再分纯其他氨基酸，然后利用多膜组合技术脱盐取代离子交换技术，减少酸碱消耗，减少废水排放，实现了清洁生产和节能减排。其中，多膜组合技术采用通过电渗析技术对发酵液进行部分脱盐，通过与离子交换技术耦合脱盐，有效的解决离子交换树脂再生酸碱的用量及盐污染的问题，并降低水耗。

Description

一种发酵法生产支链氨基酸的分离纯化工艺
技术领域
本发明涉及一种发酵法生产支链氨基酸的分离纯化工艺。
背景技术
国内支链氨酸生产主要为发酵技术。目前发酵生产存在的问题主要有，菌种产酸水平低、杂酸含量高、由于发酵代谢产生的其他氨基酸，特别是中性氨基酸例如亮氨酸其分子量和化学等电点跟支链氨酸非常接近，以提取普遍采用离子交换工艺几乎不能分离杂酸，而且该工艺复杂，主要缺点是离子交换树脂需要再生和洗脱，且再生过程中会用到大量的酸和碱，使得产品纯度低且得率低；在洗脱和再生后会有大量铵氮废液产生，不仅会因消耗大量的酸碱而花费大量的资金，而且会对环境造成很大的污染，同时洗脱过程又会消耗大量的水。生产技术的落后限制了规模生产。由于产品的其他氨基酸含量难以解决，国内原料药高端产品不能满足欧盟标准，所以无法进入国际市场参与原料药的竞争。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种收率高、纯度高、低水耗，避免再生酸碱及盐的污染的发酵法生产支链氨基酸的分离纯化工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
    一种发酵法生产支链氨酸的分离纯化工艺，工艺步骤如下：
1）粗品的制备：支链氨酸发酵液经除菌、浓缩、干燥后得到支链氨酸粗品；
2）盐酸套用技术制备支链氨酸盐酸盐
a.一次盐制备：将步骤1）中得到的支链氨酸粗品加入到工业盐酸中，80℃溶解，冷却到10~30℃，过滤得到一次盐，过滤后的一次盐母液做为二次盐的套用盐酸，
其中，支链氨酸粗品与工业盐酸的质量体积比为（1.0~1.8）g：（3~5）mL；
b.二次盐的制备：按照一次盐制备所加入的支链氨酸粗品的50%加入量加入到分离的过量盐酸母液中，80℃溶解，冷却到10~30℃，过滤得到二次盐；
3）多膜组合系统脱盐纯化
a.将步骤2）中得到的支链氨酸盐酸盐加水溶解得支链氨酸盐酸盐的浓度为3~7%的溶液，经纳滤膜过滤得支链氨酸盐酸盐清液；
b.将支链氨酸盐酸盐清液通过离子交换膜和特种电渗析膜的组合系统，进行电渗析脱盐，脱盐后的氨基酸清液通过减压浓缩结晶分离，干燥，得到高纯度支链氨基酸产品。
本发明中所述的离子交换膜和特种电渗析膜组合系统为杭州蓝然环境技术有限公司生产，本发明多膜组合系统是指纳滤膜与离子交换膜及特种电渗析膜组合系统脱盐提取高纯度氨基酸技术。经过纳滤膜过滤小分子色素和蛋白，通过离子交换膜和特种电渗析膜组合的电渗析脱盐，脱盐后的氨基酸清液电导率≤300μs/cm，氨基酸收率达到98%以上。
优选的，所述步骤2）的步骤a中，支链氨酸粗品与工业盐酸的质量体积比为1g：2mL。
优选的，所述步骤2）的步骤a中和步骤b中，冷却到25℃。
优选的，所述步骤3）的步骤a中，所述支链氨酸盐酸盐溶液的浓度，
当支链氨酸盐酸盐为异亮氨酸盐酸盐时，水解为浓度7%的溶液；
当支链氨酸盐酸盐为缬氨酸盐酸盐时，水解为浓度为5%的溶液；
当支链氨酸盐酸盐为亮氨酸盐酸盐时，水解为浓度为4%的溶液。
优选的，所述步骤3）的步骤b中，脱盐后的清液体积为盐浓液体积的2~4倍。最佳为：脱盐后的清液体积为盐浓液体积的2倍
本发明的有益效果：
本发明采用先将发酵粗品制备成盐酸盐，再分纯其他氨基酸，然后利用多膜组合技术脱盐取代离子交换技术，减少酸碱消耗，减少废水排放，实现了清洁生产和节能减排。其中，多膜组合技术采用通过电渗析技术对发酵液进行部分脱盐，通过与离子交换技术耦合脱盐，有效的解决离子交换树脂再生酸碱的用量及盐污染的问题，并降低水耗。
本发明利用盐酸盐制备套用技术，将氨基酸盐酸盐生产过程中产生的高盐份母液进行充分再利用，不但减少了污染，而且得高了生产效率，将降了生产成本。
本发明控制浓盐水体积与脱盐料液比例1:（2~ 4）有利于浓水的回收循环到生产中。
本发明脱盐后得到的支链氨酸清液的电导率：≤300μs/cm、 收率≥99%；脱盐后料液经减压浓缩，干燥，制成的支链氨酸含量在99.7%以上。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
  缬氨酸盐酸盐脱盐提取高纯度氨基酸
 （1）缬氨酸发酵液过除菌膜得到发酵清液，减压浓缩，80℃干燥，得到粗品
 （2）一次盐制备：使用工业盐酸30%的浓度，按缬氨酸粗品与盐酸质量体积比为1.5g:3mL（w/v），将缬氨酸粗品加入工业盐酸中，80℃溶解后自然冷却到30℃ ，过滤得到一次盐，过滤后的一次盐母液做二次盐的套用盐酸。
（3）二次盐：按一次盐缬氨酸粗品50%的加入量加入到一次盐酸母液中， 80℃溶解后自然冷却到30℃，过滤得到二次盐。
（4）缬氨酸盐酸盐加水溶解为浓度5%的盐浓液，过500分子量的纳滤膜，得到缬氨酸盐酸盐清液，
  （5）缬氨酸盐酸盐清液过离子交换膜及特种电渗析膜组合系统脱盐，脱盐后的清液体积为浓夜体积的2倍，脱盐后清液电导率≤300μs/cm； 收率≥99%
  （6）脱盐清液脱色浓缩结晶，80℃干燥，得到高纯度缬氨酸，HPLC测定含量99.8%。
实施例2：
  异亮氨酸盐酸盐脱盐提取高纯度氨基酸
 （1）异亮氨酸发酵液过除菌膜得到发酵清液，减压浓缩，80℃干燥，得到粗品。
 （2）一次盐制备：使用工业盐酸30%的浓度，按异亮氨酸粗品与盐酸质量体积比为1.2g:3mL（w/v），将异亮氨酸粗品加入工业盐酸中，80℃溶解后自然冷却到30℃ ，过滤得到一次盐，过滤后的一次盐母液做二次盐的套用盐酸。
（3）二次盐：按一次盐异亮氨酸粗品50%的加入量加入到一次盐酸母液中， 80℃溶解后自然冷却到30℃ ，过滤得到二次盐。
（4）异亮氨酸盐酸盐加水溶解为浓度7%的盐浓液，过500分子量的纳滤膜，得到异亮氨酸盐酸盐清液，
  （5）异亮氨酸盐酸盐清液过离子交换膜及特种电渗析膜组合系统脱盐，脱盐后的清液体积为浓夜体积的2倍，脱盐后清液电导率≤300μs/cm； 收率≥99%
  （6）脱盐清液脱色浓缩结晶，80℃干燥，得到高纯度支链氨酸，HPLC测定含量99.8%。
实施例3：
  亮氨酸盐酸盐脱盐提取高纯度氨基酸
 （1）亮氨酸发酵液过除菌膜得到发酵清液，减压浓缩，80℃干燥，得到粗品
 （2）一次盐制备：使用工业盐酸30%的浓度，按亮氨酸粗品与盐酸质量体积比为1.8g:4mL（w/v），将亮氨酸粗品加入工业盐酸中，80℃溶解，冷却到30℃ ，过滤得到一次盐，过滤后的一次盐母液做二次盐的套用盐酸。
（3）二次盐：按一次盐缬氨酸粗品50%的加入量加入到一次盐酸母液中， 80℃溶解后自然冷却到30℃ ，过滤得到二次盐。
（4）亮氨酸盐酸盐加水溶解为浓度3%的盐浓液，过500分子量的纳滤膜，得到亮氨酸盐酸盐清液，
  （5）亮氨酸盐酸盐清液过离子交换膜及特种电渗析膜组合系统脱盐，脱盐后的清液体积为浓夜体积的2倍，脱盐后清液电导率≤250μs/cm； 收率≥99%
  （6）脱盐清液脱色浓缩结晶，80℃干燥，得到高纯度亮氨酸，HPLC测定含量99.7%。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发酵法生产支链氨酸的分离纯化工艺，其特征在于：工艺步骤如下：
1）粗品的制备：支链氨酸发酵液经除菌、浓缩、干燥后得到支链氨酸粗品；
2）盐酸套用技术制备支链氨酸盐酸盐
a.一次盐制备：将步骤1）中得到的支链氨酸粗品加入到过量工业盐酸中，80℃溶解，冷却到10~30℃，过滤得到一次盐，过滤后的一次盐酸盐母液做为二次盐的套用盐酸，
其中，支链氨酸粗品与工业盐酸的质量体积比为（1.0~1.8）g：（3~5）mL；
b.二次盐的制备：按照一次盐制备所加入的支链氨酸粗品的50%加入量加入到一次盐分离的过量盐酸母液中，80℃溶解，冷却到10~30℃，过滤得到二次盐；
3）多膜组合系统脱盐纯化：
a.将步骤2）中得到的支链氨酸盐酸盐加水溶解得支链氨酸盐酸盐的浓度为3~7%的溶液，经纳滤膜过滤得支链氨酸盐酸盐清液；
b.将支链氨酸盐酸盐清液通过离子交换膜和特种电渗析膜的组合系统，进行电渗析脱盐，脱盐后的氨基酸清液通过减压浓缩结晶分离，干燥，得到高纯度支链氨基酸产品。
2.根据权利要求1所述的发酵法生产支链氨酸的分离纯化工艺，其特征在于：所述步骤2）的步骤a中，支链氨酸粗品与工业盐酸的质量体积比为1g：2mL。
3.根据权利要求1所述的发酵法生产支链氨酸的分离纯化工艺，其特征在于：所述步骤2）的步骤a中和步骤b中，冷却到25℃。
4.根据权利要求1所述的发酵法生产支链氨酸的分离纯化工艺，其特征在于：所述步骤3）的步骤a中，所述支链氨酸盐酸盐溶液的浓度，
当支链氨酸盐酸盐为异亮氨酸盐酸盐时，水解为浓度7%的溶液；
当支链氨酸盐酸盐为缬氨酸盐酸盐时，水解为浓度为5%的溶液；
当支链氨酸盐酸盐为亮氨酸盐酸盐时，水解为浓度为4%的溶液。
5.根据权利要求1所述的发酵法生产支链氨酸的分离纯化工艺，其特征在于：所述步骤3）的步骤b中，脱盐后的清液体积为盐浓液体积的2~4倍。
6.根据权利要求5所述的发酵法生产支链氨酸的分离纯化工艺，其特征在于：所述步骤3）的步骤b中，脱盐后的清液体积为盐浓液体积的2倍。
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