CN104093704A - 用于动物饲料的蛋氨酸组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型液体蛋氨酸组合物，其来源于来自通过发酵产生的蛋氨酸的结晶的母液，包含30至50重量％的蛋氨酸且具有占20重量％至75重量％的干物质，并且特征在于其还包含低于0.5重量％的异亮氨酸和0.9％至1.3％的N-乙酰基-蛋氨酸。
Description
技术领域
本发明涉及新型液体蛋氨酸组合物，其来源于来自通过发酵产生的蛋氨酸的结晶的母液。
背景技术
蛋氨酸，与其他含硫氨基酸一样，是细胞代谢必需的。然而，蛋氨酸不是由动物产生的，所以其饮食中必须有足够的量。
其以工业化生产以作为食物增补剂，尤其是在动物饲料中添加。蛋氨酸也可以用作用于治疗或预防各种疾病如变态反应或风湿热的药物。
蛋氨酸的常规来源是动物起源的蛋白质，或化学合成。然而，在发展牛海绵状脑病(BSE)或禽流感之后动物蛋白质的使用减少已导致对于合成蛋氨酸的需求增加。
D,L-蛋氨酸通常由化石燃料和石化产品衍生物，尤其是由丙烯醛、甲硫醇和氰化物生产。获得更多活性的L对映异构体需要拆分外消旋物的额外步骤，这显著增加生产成本。
如今，由于化石资源耗竭和升高的原料成本，通过发酵生产蛋氨酸是对石化产品的有利替代。
然而，这些方法的实现需要可用的用于通过发酵碳源产生蛋氨酸的合适微生物。
已经公开了首批工业有效的方案，并且尤其是描述于专利申请WO2005/111202、WO2007/017710、WO2007/077041和WO2009/043803。
产生蛋氨酸的其他微生物还描述于尤其是专利申请WO2004/038013、WO2006/001616、WO2006/138689和WO2007/012078。
然而，生物合成的蛋氨酸的大规模生产遇到在发酵罐中回收化学分子特有的问题，特别是对于最后产品的纯化。在这种情况下，所得粗混合物的质量、杂质的含量及其性质最为重要。
发明内容
本发明因此涉及一种新型液体蛋氨酸组合物，其蛋氨酸含量使其直接可用于动物饲料。
本发明的蛋氨酸组合物来源于通过发酵产生的蛋氨酸的结晶母液。
这种发酵常规地通过在包含碳源的合适培养基上生长的微生物来实现。
碳源选自可以被微生物代谢的所有碳源，并且尤其是葡萄糖、蔗糖、单糖或寡糖、淀粉及其衍生物以及它们的混合物。
根据本发明的组合物可以通过性质和/或存在的杂质含量而区别于通过其他方法获得的蛋氨酸组合物。
根据本发明的蛋氨酸组合物，其来源于通过发酵产生的蛋氨酸的结晶母液，包含30重量％至50重量％的蛋氨酸并且具有占20重量％至75重量％的干物质含量。
在本发明的范围内，“组合物具有占20重量％至75重量％的干物质含量”是指相对于所述组合物的总重量，所述组合物具有占20重量％至75重量％的干物质的百分比。
组合物包含30重量％至50重量％的蛋氨酸是指相对于所述组合物的干残余物(也就是说干物质的总重量，所述组合物包含的蛋氨酸的量为30重量％至50重量％。除非另有指明，本文中的百分比以相对于组合物的干残余物的总重量的重量给出。尤其是，异亮氨酸、蛋氨酸、不同于蛋氨酸和异亮氨酸的氨基酸、或N-乙酰基-蛋氨酸的百分比以相对于组合物的总干残余物重量的重量表示。
根据本发明的组合物是这样的组合物，其通常包含来源于蛋氨酸发酵过程的其他残余物并且尤其是其他氨基酸。
因此根据本发明的组合物包含低于0.5重量％的异亮氨酸。
不同于蛋氨酸和异亮氨酸的氨基酸的含量有利地占7至10重量％。
N-乙酰基-蛋氨酸的含量占0.9至1.3重量％。
根据本发明的组合物还且有利地包含低于5重量％的糖。
本发明的蛋氨酸组合物可以通过包含从产蛋氨酸微生物的发酵介质开始的以下步骤的方法制备：
1)澄清所述发酵介质并从所述发酵介质除去不溶和可溶的有机杂质，
2)任选地，对所述澄清的发酵介质去矿化以从所述发酵介质除去阳离子和阴离子，
3)从由此获得的液体溶液结晶蛋氨酸，并回收结晶母液，
4)调节所述结晶母液的pH以获得小于蛋氨酸的pKa1的pH值或大于蛋氨酸的pKa2的pH值，
5)任选地，过滤和浓缩所处理的母液，
6)回收所获得的蛋氨酸组合物。
申请人在这里要强调的是，此方法的前三个步骤为已描述于其国际专利申请WO2011/045377的那些方法共有，将该国际专利申请的内容通过引用结合于此。
因此根据本发明的用于制备蛋氨酸组合物的方法的第一步在于澄清发酵介质并从所述发酵介质除去不溶和可溶的有机杂质。
在本发明的范围内，“不溶的有机介质”应理解为是指残余的不溶粒子、蛋白质和生物质。
“可溶的有机杂质”是指污染发酵介质的所有可溶粒子，特别是大分子，如可溶的蛋白质和多糖。
本发明的蛋氨酸组合物可以通过利用被优化以促进蛋氨酸合成的微生物的培养物来发酵蛋氨酸的任何方法获得，而不管其是细菌、酵母菌或真菌(霉菌)。
有利地，微生物选自肠杆菌科(Enterobacteriaceae)、芽孢杆菌科(Bacillaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)和棒杆菌科(Corynebacteriaceae)。
更特别地，微生物是选自物种埃希氏菌属(Escherichia)、克雷伯菌属(Klebsiella)、成团泛菌(Pantoea)、沙门菌属(Salmonella)或棒杆菌属(Corynebacterium)。
甚至更特别地，微生物选自物种大肠杆菌(Escherichia coli)或谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)。
在本发明的优选实施方式中，根据本发明的蛋氨酸组合物来源于描述于专利申请WO2009/043803的微生物的培养物，将该专利申请通过引用结合于此，并且更特别地是在实施例中描述的微生物。例如可以使用具有基因型为MG1655metA*11Ptrc-metH PtrcF-cysPUWAM PtrcF-cysJIH Ptrc09-gcvTHPPtrc36-ARNmst17-metFΔmetJΔpykFΔpykAΔpurU(pME101-thrA*1-cysE-PgapA-metA*11)(pCC1BAC-serB-serA-serC)的大肠杆菌来实施本发明。
所述介质的澄清然后通过本领域技术人员已知的任何方法进行，例如选自由以下各项组成的组中的方法：絮凝，沉淀，膜技术(微滤，超滤，纳滤和反相渗透)和离心。
可溶有机杂质的除去通过如本领域技术人员同样已知的任何方法进行，例如选自由以下各项组成的组中的方法：超滤，热处理，用活性炭型吸附剂处理和酶水解。
根据本发明的用于制备蛋氨酸组合物的方法的第二步，其在这里可以是任选地进行，在于接着对所述澄清的发酵介质去矿化以从所述发酵介质除去阳离子和阴离子。
这个步骤，在这种情况下，可以通过常规的电渗析或EDC和/或通过在H+阳离子交换树脂(C120,C150,C160...)和/或阴离子交换树脂(S4228,S4528,Rohm&Haas FPA91...)上的处理进行。
由于成本和盐减少效率的原因，用离子交换树脂处理相对于EDC是优选的。
根据本发明的用于制备蛋氨酸组合物的方法的第三步最终在于结晶蛋氨酸以便以固体形式回收蛋氨酸，但在本发明的含义范围内，最重要的是回收和再循环结晶母液。
这个结晶步骤可以通过选自由以下组成的组中的技术进行：通过冷却的结晶、通过蒸发结晶的结晶和绝热结晶(adiabatic crystallization)。
申请人推荐使用蒸发结晶。
如果选择蒸发结晶，则申请人推荐在降膜蒸发器辅助下通过真空蒸发预浓缩蛋氨酸溶液以达到超饱和。
预浓缩的溶液然后转移到例如导流筒型(Draft tube type)的结晶器中以进一步浓缩和结晶。
蛋氨酸在35℃的溶解度为约70g/l。通过在35℃温度在真空下将溶液浓缩至约250g/l，蛋氨酸的回收率大于70％。
常规地，在结晶过程中，母液本身被浓缩和再循环到所述结晶过程中以增加结晶收率。
因此，在其自身的国际专利申请WO2011/045377中，申请人公司自身，注意相对于干残余物的总重量，结晶母液仍然含有约40重量％的蛋氨酸，则推荐通过以下方式优化结晶的蛋氨酸的总收率：在适当处理之前或之后，在工艺上游再循环母液，全部或部分地，以液体形式或在第二结晶流(crystallization jet)之后。
因此申请人通过现在选择以最大化所述母液，不是作为要再循环的副产物，而是作为具有附加值的蛋氨酸组合物的直接来源而克服了这种技术偏见。
根据本发明的用于制备蛋氨酸组合物的方法在于对所述方法增加最后的三个额外的以下步骤。
第四步在于调节结晶母液的pH以处于小于蛋氨酸的pKa1的pH值或处于大于蛋氨酸的pKa2的pH值。
在根据本发明的方法的第一优选实施方式中，结晶母液的pH通过酸化母液调节以处于小于蛋氨酸的pKa1(pKa1＝2.2)的pH。
这种酸化通过本领域技术人员已知的任何方法进行。
申请人推荐用37％盐酸酸化至小于2.2(蛋氨酸的酸官能的pKa)的pH值。
在根据本发明的方法的第二优选实施方式中，结晶母液的pH通过碱化母液调节以处于大于蛋氨酸的pKa2的pH。
申请人推荐用50％氢氧化钠碱化至大于9.3(蛋氨酸的胺官能的pKa)的pH。
第五步可以在于过滤所述溶液以除去主要由黄嘌呤构成的沉淀，然后浓缩由此处理的母液。
根据第一优选实施方式，酸化的溶液然后通过孔隙度为5μm的膜过滤，并浓缩以获得占20重量％至75重量％的干物质百分比。
根据第二优选实施方式，碱化的溶液过滤并浓缩以获得占20重量％至75重量％的干物质百分比。
第六步是回收根据本发明的液体蛋氨酸组合物。
根据本发明的组合物可以有利地在动物饲料中直接采用，作为供给动物的增补剂或食品添加剂，与提供给各个动物的饮食混合，作为预混物，以预混合或即时混合的组合的形式，或独立于其他食物。
因此本发明还涉及包含根据本发明的蛋氨酸组合物的食物添加剂，其优选用于动物饲料。
本领域技术人员知晓对于在适于各个动物的饮食中的动物饲料所需的蛋氨酸的量并因此将确定如何使用根据本发明的组合物和以什么量使用。
尤其是，根据本发明的组合物特别适合，因为其供应痕量元素和水而利于动物的通常食物的配料、混合和水合。
本发明的其他特征和优势在阅读以下实施例后将变得明显。然而，给出这些实施例用于举例说明的目的而绝不是限制。
具体实施方式
实施例
将在专利申请WO2009/043803中描述的具有基因型MG1655metA*11Ptrc-metH PtrcF-cysPUWAM PtrcF-cysJIH Ptrc09-gcvTHP Ptrc36-ARNmst17-metF ΔmetJ ΔpykF ΔpykA ΔpurU(pME101-thrA*1-cysE-PgapA-metA*11)(pCC1BAC-serB-serA-serC)的大肠杆菌的产蛋氨酸菌株在根据这个相同专利申请中描述的方法在发酵培养条件下生长。
由实现上述菌株产生的发酵肉汤纯化如下。
A)除去不溶的有机杂质(生物质)
通过在40至80℃，在孔径为100nm的膜上切向过滤实现消除(具有3.5mm通道直径的陶瓷型膜)。
优选地，温度保持在40℃，其中跨膜压力为1bar并且用20％去离子水渗滤。
在这些条件下，平均流量为30l/h/m2并且获得的渗透物清澈且明亮。
所述渗透物，没有生物质和不溶粒子，仍然含有可溶有机杂质，特别是应在结晶之前除去的糖类和可溶蛋白质。
B)除去可溶的有机杂质(糖类和可溶大分子)
这个步骤目的是消除在发酵肉汤中含有的糖类(多糖)和大分子。
此消除通过在截止阈值为5kDa的陶瓷膜上进行超滤实现。
在40℃，平均过滤流量为25l/h/m2并且约70％的大分子被阻止在渗余物中。
D)结晶
通过在型的降膜真空蒸发器上在50℃蒸发水预浓缩上述溶液。
根据L-蛋氨酸的初始浓度，浓缩因子为约2至5。
这里其等于3以更接近在50℃的超饱和(80g/l)。
然后将预浓缩的溶液转移到强制循环蒸发结晶器以在约35℃在真空(50mBar)下进一步浓缩和结晶。
在这种蒸发结晶器中采用的浓缩因子为约3，以便达到240g/l。
在具有聚丙烯织物的离心机(120m3/m2/h)上分离并且每体积滤饼用一体积的去离子水洗涤后，晶体在45℃在流化床(型)中干燥。
在这些条件下，对于纯度大于85％/干燥，L-蛋氨酸的回收率为大于80％。
结晶母液仅具有以下表1中所述的组成：
表1
这里的母液含有甚至多于30％的蛋氨酸干重。
然后选择进行酸化、过滤并浓缩所述母液：
1)通过添加37％盐酸酸化至约1.6的pH，
2)在具有5μm孔隙度的膜上过滤，
3)在实验室旋转蒸发器中浓缩(水浴80℃，在50mbar真空下并且蒸汽温度为35℃)。
这导致产生根据本发明的母液的组成，其中干物质含量为60％，如下表2所示。
表2
尽管相对富含氯化物，但这种蛋氨酸组合物特别可用作动物饲料，可以补充食物的蛋氨酸而获得典型地占高达0.5％添加的蛋氨酸的组合物。
Claims (7)
1.一种液体蛋氨酸组合物，来源于通过发酵产生的蛋氨酸的结晶的母液，其特征在于，所述组合物包含30重量％至50重量％的蛋氨酸，并且所述组合物具有占20重量％至75重量％的干物质含量。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物包含低于0.5重量％的异亮氨酸和0.9％至1.3％的N-乙酰基-蛋氨酸。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，不同于蛋氨酸和异亮氨酸的氨基酸的含量占7重量％至10重量％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其特征在于，糖含量低于5％。
5.一种用于制备根据权利要求1至4中任一项所述的组合物的方法，其特征在于，所述方法包括从产蛋氨酸微生物的发酵介质开始的以下步骤：
a.澄清所述发酵介质并从所述发酵介质除去不溶和可溶有机杂质，
b.任选地，对所述澄清的发酵介质去矿化以从所述发酵介质除去阳离子和阴离子，
c.从所获得的液体溶液结晶蛋氨酸，并回收结晶母液，
d.调节所述结晶母液的pH以处于小于蛋氨酸的pKa1的pH值或大于蛋氨酸的pKa2的pH值，
e.任选地，过滤和浓缩所述溶液，以及
f.回收由此获得的蛋氨酸组合物。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的或通过权利要求5所述的方法可获得的组合物作为用于动物饲料的食品添加剂或增补剂的用途。
7.用于动物饲料的食品添加剂，其特征在于，所述食品添加剂包含根据权利要求1至4中任一项所述的或通过权利要求5所述的方法可获得的组合物。
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