CN104211609B - 一种高纯度亮氨酸的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高纯度亮氨酸的提取方法，所述方法包括向亮氨酸洗脱液中添加95％的乙醇溶液降低其溶解度而析出，产生的母液废水通过添加复合微生物菌剂使得达到排放标准。本发明生产成本低，亮氨酸提取收率高，废水排放少，经济环保。本发明提取方法具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物发酵行业亮氨酸提取工艺领域，具体提供一种高纯度亮氨酸的提取方法。
背景技术
亮氨酸，L-亮氨酸：又称白氨酸，化学名为α-氨基异己酸。L-亮氨酸是组成蛋白质的20种氨基酸之一，也是人体必需的8种氨基酸之一，L-亮氨酸与L-缬氨酸、L-异亮氨酸统称为支链氨基酸。
亮氨酸产品的生产，国外产业发展较早，美国、韩国、日本等国家多年以前就在亮氨酸的生产、提取、应用等方面开展了一系列的研究。我国亮氨酸工业起步较晚，上世纪80年低初产能尚不足数百吨/年。到2000年，通过与国外公司合作以及先进技术、装备的引进，国内厂家开始大量生产亮氨酸，打破了亮氨酸持续进口的局面，亮氨酸产业得以快速发展，如今亮氨酸已发展成为世界上仅次于味精的第二大氨基酸。随着国内畜牧养殖业和饲料工业的蓬勃发展，国内亮氨酸市场需求量还将进一步快速增长，预计今后每年亮氨酸用量将以15％的速度递增，加上亮氨酸出口形势越来越好，未来亮氨酸行业前景看好。
目前亮氨酸结晶工艺采用低温浓缩结晶，其缺点是一次结晶收率低，母液回配比例大，产品质量较差。为了保证成品纯度及色泽，只能加大母液排放量，致使母液中亮氨酸盐酸盐含量高，大量的外排母液又加重了离交系统的处理负担，蒸汽、电、硫酸、液氨单耗增加，最终降低了亮氨酸盐酸盐的提取总收率，增加了企业生产成本，且由于在连续离交过程消耗了液氨、硫酸造成其产品生产成本较高。
因此，如何降低生产成本，减轻环境压力，进而提高企业自身的竞争力，是行业竞争的首要问题。对亮氨酸生产企业而言，随着国家节能减排政策的实施，寻求一条低成本、低消耗、低污染的亮氨酸生产新工艺，达到节能减排、提质降耗及环保的目的，使企业能够健康快速发展显得尤为重要。
本发明介绍了一种高纯度亮氨酸的提取方法，这对研究开发新的亮氨酸废母液回收利用技术，提高亮氨酸的提取收率，降低污水处理负担，从而增加企业的经济效益，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对传统工艺的不足，提供了一种适用的亮氨酸提取方法，其大幅降低了生产成本，生产过程操作简便，产品质量稳定可靠。提高了亮氨酸的提取收率，符合资源综合利用、节能减排的要求，同时减少了废液排放，减轻了污水处理负担，带来了巨大的经济效益和环保效益。为了实现本发明目的，采用如下技术方案：
一种高纯度亮氨酸的提取方法，包括以下步骤：
(1)亮氨酸发酵液经过膜过滤、离子交换处理后，使用氨水洗脱，得到洗脱液，蒸发浓缩后缓慢加入95％的乙醇溶液，开启搅拌，乙醇流加速度控制在每小时加入料液体积的1-10％，乙醇总流加量为料液体积的10-50％，流加过程中通入冷却水降温，温度降至5-10℃后继续搅拌4-6h；
(2)将步骤(1)获得的料液离心分离，获得结晶母液以及亮氨酸晶体，进入下道干燥纯化工序；
(3)步骤(2)获得的所有母液采用蒸馏塔回收母液中的酒精，同时所得的95％酒精回用于结晶系统。
(4)合并步骤(1)离子交换处理产生的废水以及步骤(3)蒸馏产生的釜底料进入污水处理系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。
所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
红球菌10份，巨大芽孢杆菌8份，脱氮副球菌7份，黄孢原毛平革菌7份；黑曲霉5份，亚硝化菌3份，嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份。
所述红球菌具体为红球菌(Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906；(参见文献Cloningand Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated BiphenylDegraderRhodococcus sp.Strain RHA1，J.Bacteriol.November2001)；
所述巨大芽孢杆菌具体可为巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)CGMCC No：2267(CN101215532)；
所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ATCC13543(参见文献Genescoding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificansgenome，Archives of Microbiology，1998)；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)ATCC24725(参见文献APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY，Feb1994，p709-714)
所述黑曲霉具体为黑曲霉(Aspergillus nige)CCTCC No：M206034；(CN1924000)
所述亚硝化菌具体为亚硝化菌(Nitrosomonas europaea)ATCC19718(参见文献CompleteGenome Sequence of the Ammonia-Oxidizing Bacterium and Obligate ChemolithoautotrophNitrosomonas europaea，2003)；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Aci dithiobaci llus ferrooxidans)ATCC 53993(可见文献A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidansATCC 53993 addi tional copper resistance：a possible competitive advantage.ApplMicrobiol Biotechnol.2011)；
将以上红球菌，巨大芽孢杆菌，脱氮副球菌，黄孢原毛平革菌；黑曲霉，亚硝化菌，嗜酸氧化亚铁硫杆菌，按照常规培养，使得浓度均控制在2×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；
取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以硅藻土(40-80目)为载体，按照菌剂：载体为3∶1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。
按每立方米废液每次投加微生物制剂30克，每天投加1次，连续投加一周，最后静置3天，将液体排出。
本发明取得的有益效果：
1物质的溶解实质上就是物质粒子与水分子之间相互作用的结果，当所有的水分子都参与这一过程时，溶液就达到饱和状态。若要降低物质在水溶液中的溶解度，就必须减少与物质相互作用的水分子或降低水分子的运动激烈程度，生产上一般采用直接蒸发水分或降低温度的方法。然而，除了直接蒸发外，在混合溶液中加入乙醇，使乙醇分子跟水分子发生作用，削弱了水分子对亮氨酸的相互作用，使亮氨酸结晶出来。
2本发明解决了亮氨酸母液难以利用和治理的缺陷，亮氨酸溶液中的亮氨酸成分得到了有效提取。母液中的亮氨酸回收率得到提高，亮氨酸的总提取收率达到99％以上，避免了为提高亮氨酸的纯度而重复地结晶和离交，其缩短了提取高纯度亮氨酸的时间，经济效益明显，本发明与传统工艺相比，生产成本大幅下降，产品质量稳定可靠，提高了亮氨酸的提取收率，同时母液中的酒精蒸馏回收，符合资源综合利用、节能减排的要求。
3本发明的复合菌剂专门针对亮氨酸制备过程的母液，将各种能形成优势菌群的菌种，配制成高效微生物制剂，按一定量投加到废水处理系统中，加速微生物对污染物的降解，以提高系统的生物处理效率，保证系统稳定运行。其含有多种对难降解污染物有优良降解能力的微生物，各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，活性高，生物量大，繁殖快，投加在废水处理系统中，对大分子、难降解物质有良好的降解效果，对传统的氨酸过程排放废水有独特的处理效果。适于亮氨酸废水排放处理，可提高处理水量和处理水质，降低运行费用，促进达标排放。
具体实施方式：
实施例1：
一种高纯度亮氨酸的提取方法，包括以下步骤：
(1)亮氨酸发酵液经过膜过滤、离子交换处理后，使用氨水洗脱，得到洗脱液，蒸发浓缩后缓慢加入95％的乙醇溶液，开启搅拌，乙醇流加速度控制在每小时加入料液体积的1-10％，乙醇总流加量为料液体积的10-50％，流加过程中通入冷却水降温，温度降至5-10℃后继续搅拌4-6h；
(2)将步骤(1)获得的料液离心分离，获得结晶母液以及亮氨酸晶体，进入下道干燥纯化工序；
(3)步骤(2)获得的所有母液采用蒸馏塔回收母液中的酒精，同时所得的95％酒精回用于结晶系统。
(4)合并步骤(1)离子交换处理产生的废水以及步骤(3)蒸馏产生的釜底料进入污水处理系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。
所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
红球菌10份，巨大芽孢杆菌8份，脱氮副球菌7份，黄孢原毛平革菌7份；黑曲霉5份，亚硝化菌3份，嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份。
所述红球菌具体为红球菌(Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906；(参见文献Cloningand Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated BiphenylDegraderRhodococcus sp.Strain RHA1，J.Bacteriol.November2001)；
所述巨大芽孢杆菌具体可为巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)CGMCC No：2267(CNl01215532)；
所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ATCC13543(参见文献Genescoding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificansgenome，Archives of Microbiology，1998)；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)ATCC24725(参见文献APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY，Feb1994，p709-714)
所述黑曲霉具体为黑曲霉(Aspergillus nige)CCTCC No：M206034；(CN1924000)
所述亚硝化菌具体为亚硝化菌(Nitrosomonas europaea)ATCC19718(参见文献CompleteGenome Sequence of the Ammonia-Oxidizing Bacterium and Obligate ChemolithoautotrophNitrosomonas europaea，2003)；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)ATCC 53993(可见文献A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidansATCC 53993 additional copper resistance：a possible competitive advantage.ApplMicrobiol Biotechnol.2011)；
将以上红球菌，巨大芽孢杆菌，脱氮副球菌，黄孢原毛平革菌；黑曲霉，亚硝化菌，嗜酸氧化亚铁硫杆菌、按照常规培养浓度均控制在2×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；
取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以硅藻土(40-80目)为载体，按照菌剂：载体为3∶1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。
按每立方米废液每次投加微生物制剂30克，每天投加1次，连续投加一周，最后静置3天，将液体排出。经过上述处理后的亮氨酸结晶收率高，亮氨酸的总提取收率达到了99％，且产品的各项指标均符合国家标准。
经过上述处理后的亮氨酸母液结晶收率高，亮氨酸的总提取收率达到了99％，且亮氨酸产品的各项指标均符合国家标准。
实施例2一种用于处理亮氨酸母液的方法
取亮氨酸母液，自然沉降固液分离，获得沉降物与上清液，将上清液进入污水处理系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。
所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
红球菌10份，巨大芽孢杆菌8份，脱氮副球菌7份，黄孢原毛平革菌7份；黑曲霉5份，亚硝化菌3份，嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份。
所述红球菌具体为红球菌(Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906；(参见文献Cloningand Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated BiphenylDegraderRhodococcus sp.Strain RHA1，J.Bacteriol.November2001)；
所述巨大芽孢杆菌具体可为巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)CGMCC No：2267(CN101215532)；
所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ATCC13543(参见文献Genescoding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificansgenome，Archives of Microbiology，1998)；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)ATCC24725(参见文献APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY，Feb1994，p709-714)
所述黑曲霉具体为黑曲霉(Aspergillus nige)CCTCC No：M206034；(CN1924000)
所述亚硝化菌具体为亚硝化菌(Nitrosomonas europaea)ATCC19718(参见文献CompleteGenome Sequence of the Ammonia-Oxidizing Bacterium and Obligate ChemolithoautotrophNitrosomonas europaea，2003)；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)ATCC 53993(可见文献A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidansATCC 53993 additional copper resistance：a possible competitive advantage.ApplMicrobiol Biotechnol.2011)；
将以上红球菌，巨大芽孢杆菌，脱氮副球菌，黄孢原毛平革菌；黑曲霉，亚硝化菌，嗜酸氧化亚铁硫杆菌、按照常规培养浓度均控制在2×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；
取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以硅藻土(40-80目)为载体，按照菌剂：载体为3∶1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。
实施例3
实验地点：新疆阜丰亮氨酸发酵车间，按照实施例1方法结晶制备亮氨酸，釜底料进入污水处理系统，利用50L水桶作为试验设备并带搅拌，分别取30L，加入两个桶中，调pH为7.0，水温20℃，取样测定COD、氨氮、总氮数据，总COD为3298mg/L，NH3-N为137mg/L，对照组不添加复合菌剂，实验组添加实施例1中复合菌剂，按每立方米釜底料每次投加微生物制剂30克，每天投加1次，连续投加一周后，取样测定COD、氨氮、总氮数据，实验组经过处理后COD为18mg/L，NH3-N为2.7mg/L。经处理后的废水完全达到排放标准。
| COD平均去除率 | 氨氮平均去除率 | |
| 对照组 | 6％ | 7％ |
| 实验组 | 99.4％ | 98％ |
该微生物处理方式，处理后出水能达到排放标准的要求，且采用此方案处理废水不产生二次污染，总投资与运行费用也容易接受。
以上列举的仅是本发明的最佳具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种亮氨酸的提取方法，包括以下步骤：
(1)亮氨酸发酵液经过膜过滤、离子交换处理后，使用氨水洗脱，得到洗脱液，蒸发浓缩获得料液，缓慢加入95％的乙醇溶液，开启搅拌，乙醇流加速度控制在每小时加入的量为料液体积的1-10％，乙醇总流加量为料液体积的10-50％，流加过程中通入冷却水降温，温度降至5-10℃后继续搅拌4-6h；
(2)将步骤(1)获得的溶液离心分离，获得母液以及亮氨酸晶体，进入下道干燥纯化工序；
(3)步骤(2)获得的母液采用蒸馏塔回收酒精；
(4)合并步骤(1)离子交换处理产生的废水以及步骤(3)蒸馏产生的釜底料，进入污水处理系统，然后添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放；
所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
红球菌10份，巨大芽孢杆菌8份，脱氮副球菌7份，黄孢原毛平革菌7份；黑曲霉5份，亚硝化菌3份，嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份；
所述红球菌具体为红球菌(Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906；
所述巨大芽孢杆菌具体为巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)CGMCCNo：2267；
所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ATCC13543；
所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)ATCC24725；
所述黑曲霉具体为黑曲霉(Aspergillus nige)CCTCC No：M206034；
所述亚硝化菌具体为亚硝化菌(Nitrosomonas europaea)ATCC19718；
所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)ATCC 53993；所述复合微生物菌剂的制备方法为：将上述红球菌，巨大芽孢杆菌，脱氮副球菌，黄孢原毛平革菌，黑曲霉，亚硝化菌，以及嗜酸氧化亚铁硫杆菌分别培养至菌液浓度为2×108个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；将液体菌剂与硅藻土按照3∶1的重量比混合，即得复合微生物菌剂。
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