CN104744277B - 一种利用模拟移动床及流化床提取三支链氨基酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物发酵技术领域，公开了一种利用模拟移动床及流化床提取三支链氨基酸的方法，包括微滤膜过滤，四效浓缩，得顺序式模拟移动床色谱对母液进行分离，脱色，浓缩结晶，流化床干燥以及利用废水制备肥料等步骤。本发明方法减少废水排放，降低能耗，并且利用废水生产肥料，一举两得。

Description

一种利用模拟移动床及流化床提取三支链氨基酸的方法

技术领域

本发明涉及一种利用模拟移动床及流化床提取三支链氨基酸的方法，属于生物发酵技术领域。

背景技术

三支链氨基酸包括L-亮氨酸、L-异亮氨酸和L-缬氨酸，都是人体必需氨基酸，也是组成蛋白质的20种氨基酸中非常重要的三种氨基酸。

目前三支链氨基酸的提取方法一般采用沉降法、离子交换法及全膜法等，在其分离中受到诸多限制，而采用模拟移动床色谱分离易实现自动化，无需再生，能耗低、分离效率高，且适应性强，经模拟移动床色谱分离后提取液中三支链氨基酸纯度达到95％以上，污水排放量不足传统工艺的三分之一，且易处理。在氨基酸生产过程中，后续的精制处理也非常重要，决定了产品的品质，传统的干燥方法是使用双锥干燥法，这种方法是间歇性的，生产效率低，能耗大，而采用流化床干燥法就解决了这些问题，不仅提高生产效率、节约水电汽及人工的消耗，而且大大降低生产成本。

随着环保要求的不断提升，对提取工艺废水废物处理也尤为重要，如何能够有效地处理废水废物，提高企业的经济价值，是现代化企业需要探索和解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用模拟移动床及流化床提取三支链氨基酸的方法，使用该方法一次性去除发酵液中的其它杂酸及杂质，减少废水排放，降低能耗，并且利用废水生产肥料，一举两得。本发明方法可以实现连续化生产、产品纯度和收率高、质量稳定，生产过程中不使用任何化学品，不产生任何污染，同时采用流化床干燥法提高生产效率、节约水电汽及人工的消耗，大大降低生产成本。

本发明是通过如下技术方案完成的：

一种利用模拟移动床及流化床提取三支链氨基酸的方法，其包括如下步骤：

1)将发酵结束的三支链氨基酸发酵液经陶瓷膜过滤去除菌体蛋白，得过滤液；所述的陶瓷膜孔径为50-70nm；上述过滤液经四效蒸发器浓缩至二分之一体积，即为母液；

2)将步骤1)所述母液经顺序式模拟移动床色谱分离，得到含三支链氨基酸的提取液和含杂质的残液。模拟移动床色谱分离条件和参数为：洗脱液为纯水，保持60℃恒温，模拟移动床色谱柱为6个柱子(或8个、12个)，通过双通道自动阀门，在柱子的不同区切换，柱内所装填树脂为疏水性树脂。

3)将步骤2)所述提取液进行活性炭脱色，温度控制在75-80℃，脱色时间为45min，脱色后的料液浓缩结晶，浓缩后三支链氨基酸含量15-20％(w/w)，当温度降至20℃左右时，离心得湿品和上清液；所述活性炭为药用粉状活性炭，添加量为提取液质量的15％；将湿品用流化床干燥，粉碎得到三支链氨基酸成品。

4)将步骤2)所述残液、小麦秸秆粉以及花生壳粉按照3∶1∶1的质量比混合均匀，然后送入反应器中，往反应器中通入水蒸汽，维持反应器的温度在95-100℃，保温反应30min，最后自然冷却得到肥料辅料A；将方解石进行粉碎处理得到方解石粉，然后与腐植酸按照1∶2的重量比混合均匀，得到肥料辅料B；将荧光假单胞菌、粪肠球菌、藤黄微球菌以及圆褐固氮菌分别培养成浓度为1×10⁸个/ml的菌液，按照2∶2∶1∶1的体积比混合搅拌均匀得到肥料辅料C。所述小麦秸秆粉、花生壳粉、方解石粉、腐植酸的粒径均控制在50目；

5)将步骤3)所得上清液、肥料辅料A、肥料辅料B、磷酸一铵、氯化钾以及尿素混合搅拌均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中进行造粒，然后喷洒肥料辅料C，搅拌均匀，最后10-15℃干燥，控制水分含量为3-5％(质量/质量)，包装制得肥料；

其中，步骤3)所得上清液、肥料辅料A、肥料辅料B、磷酸一铵、氯化钾、尿素以及肥料辅料C质量比例为10∶3∶2∶2∶1∶1∶1。

上述肥料的使用方法可为：耕种土壤时播撒，耕种土壤深度为12-30cm，每亩地的施加量为40-60kg；也可采用其他常规施肥方式。

注，上述步骤中菌种扩大培养及制备菌剂的方法不是唯一的，本领域技术人员可以根据常识选择合适的培养基及扩大培养方法，使活菌数达到10⁸个/克，以及按照常规制备菌剂的方法制备。本发明所述菌种均可以从美国模式培养物集存库(ATCC)购买得到。

本发明的技术方案具有以下突出的特点：

本发明技术工艺用模拟移动床色谱法替代了传统离交法分离三支链氨基酸，此方法可以一次性去除发酵液中的其它杂酸及杂质，减少废水排放，降低能耗。本发明利用流化床干燥法取代了传统的双锥干燥法，不仅提高生产效率、节约水电气及人工的消耗，而且大大降低生产成本。本发明技术工艺生产的三支链氨基酸产品纯度和收率高、质量稳定，生产过程中不使用任何化学品，不产生任何污染，利于环保。本发明技术工艺将发酵生产氨基酸过程中产生的废水有效的利用起来，制成肥料，不仅解决了环保问题，而且给企业带来显著经济效益。本发明制备的肥料各原料配伍合理，通过有效利用农作物废弃物和矿物质复合物，结合微生物技术，使得肥料更加持久；本发明肥料中加补充了多种养料，肥效全面，增强作物抗病抗逆能力；本发明肥料还能够有效地修复农药污染土壤，去除效果好，保证了粮食安全；本发明微生物制剂中各菌种之间合理配伍，协同作用强，活性高繁殖快。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种利用模拟移动床及流化床提取L-亮氨酸的方法，其包括如下步骤：

1)将发酵结束的L-亮氨酸发酵液经陶瓷膜过滤去除菌体蛋白，得过滤液；所述的陶瓷膜孔径为50nm；上述过滤液经四效蒸发器浓缩至二分之一体积，即为母液；

2)将步骤1)所述母液经顺序式模拟移动床色谱分离，得到含提取液和含杂质的残液；模拟移动床色谱分离条件和参数为：洗脱液为纯水，保持60℃恒温，模拟移动床色谱柱为6个柱子，通过双通道自动阀门，在柱子的不同区切换，柱内所装填树脂为疏水性树脂。

3)将步骤2)所述提取液进行活性炭脱色，温度控制在75℃，脱色时间为45min，脱色后的料液浓缩结晶，浓缩后氨基酸含量15％(w/w)，当温度降至20℃左右时，离心得湿品和上清液；所述活性炭为药用粉状活性炭，添加量为提取液质量的15％；最后将湿品用流化床干燥，粉碎得到三支链氨基酸成品；

4)将步骤2)所得残液、小麦秸秆粉以及花生壳粉按照3∶1∶1的质量比混合均匀，然后送入反应器中，往反应器中通入水蒸汽，维持反应器的温度在96℃，保温反应30min，最后自然冷却得到肥料辅料A；将方解石进行粉碎处理得到方解石粉，然后与腐植酸按照1∶2的重量比混合均匀，得到肥料辅料B；将荧光假单胞菌、粪肠球菌、藤黄微球菌以及圆褐固氮菌分别培养成浓度为1×10⁸个/ml的菌液，按照2∶2∶1∶1的体积比混合搅拌均匀得到肥料辅料C；所述小麦秸秆粉、花生壳粉、方解石粉、腐植酸的粒径均控制在50目；

5)将步骤3)所得上清液、肥料辅料A、肥料辅料B、磷酸一铵、氯化钾以及尿素混合搅拌均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中进行造粒，然后喷洒肥料辅料C，搅拌均匀，最后10-15℃干燥，控制水分含量为3-5％(质量/质量)，包装制得肥料；

其中，步骤3)所得上清液、肥料辅料A、肥料辅料B、磷酸一铵、氯化钾、尿素以及肥料辅料C质量比例为10∶3∶2∶2∶1∶1∶1。

上述肥料的使用方法可为：耕种土壤时播撒，耕种土壤深度为15cm，每亩地的施加量为40kg。

实施例2

一种利用模拟移动床及流化床提取L-亮氨酸的方法，其包括如下步骤：

1)将发酵结束的发酵液经陶瓷膜过滤去除菌体蛋白，得过滤液；所述的陶瓷膜孔径为70nm；上述过滤液经四效蒸发器浓缩至二分之一体积，即为母液；

2)将步骤1)所述母液经顺序式模拟移动床色谱分离，得到含提取液和含杂质的残液。模拟移动床色谱分离条件和参数为：洗脱液为纯水，保持60℃恒温，模拟移动床色谱柱为8个柱子，通过双通道自动阀门，在柱子的不同区切换，柱内所装填树脂为疏水性树脂。

3)将步骤2)所述提取液进行活性炭脱色，温度控制在80℃，脱色时间为45min，脱色后的料液浓缩结晶，浓缩后L-亮氨酸含量20％(w/w)，当温度降至20℃左右时，离心得湿品和上清液；所述活性炭为药用粉状活性炭，添加量为提取液质量的15％；将湿品用流化床干燥，粉碎得到三支链氨基酸成品。

4)将步骤2)所述残液、小麦秸秆粉以及花生壳粉按照3∶1∶1的质量比混合均匀，然后送入反应器中，往反应器中通入水蒸汽，维持反应器的温度在100℃，保温反应30min，最后自然冷却得到肥料辅料A；将方解石进行粉碎处理得到方解石粉，然后与腐植酸按照1∶2的重量比混合均匀，得到肥料辅料B；将荧光假单胞菌、粪肠球菌、藤黄微球菌以及圆褐固氮菌分别培养成浓度为1×10⁸个/ml的菌液，按照2∶2∶1∶1的体积比混合搅拌均匀得到肥料辅料C；所述小麦秸秆粉、花生壳粉、方解石粉、腐植酸的粒径均控制在50目；所述荧光假单胞菌为荧光假单胞菌(P.Fluorescens)ATCC49642(WO2003066873A)；

所述粪肠球菌为粪肠球菌(Enterococcus faecalis)ATCC 29212(InVivo.2009Jan-Feb；23(1)：81-7)；

所述藤黄微球菌为藤黄微球菌(Micrococcus luteus)ATCC 49442(APPLIED ANDENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY1992，p.3423-3425)；

所述圆褐固氮菌为圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)ATCC 4412(Production of exocellular polysaccharide by Azotobacter chroococcum.ApplBiochem Biotechnol.1991Sep；30(3)：273-84.)。

5)将步骤3)所得上清液、肥料辅料A、肥料辅料B、磷酸一铵、氯化钾以及尿素混合搅拌均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中进行造粒，然后喷洒肥料辅料C，搅拌均匀，最后15℃干燥，控制水分含量为5％(质量/质量)，包装制得肥料；

其中，步骤3)所得上清液、肥料辅料A、肥料辅料B、磷酸一铵、氯化钾、尿素以及肥料辅料C质量比例为10∶3∶2∶2∶1∶1∶1。

上述肥料的使用方法可为：耕种土壤时播撒，耕种土壤深度为20cm，每亩地的施加量为60kg。

实施例3

本发明肥料的肥效试验

一、种植高粱的效肥实验：

对照组采用氮磷钾复合肥(氮15磷15钾15)，实验组采用本发明实施例1制备的复混肥，试验田的土质和种植条件完全相同，面积均为10亩；施肥量均为50kg/亩；具体试验结果见表1：

表1

注：复合肥按照2.7元/kg计算，本发明有机肥按照2.2元/kg计算，高粱按照3.0元/kg。

二、种植红薯肥效实验：

设置两个处理试验田，面积均为10亩，为对照组和实验组。对照组采用复合肥(N16-P16-K16)，实验组采用本发明实施例1制备的复混肥，试验田的土质和种植条件完全相同，施肥量均为60kg/亩。实验组亩产量为2588Kg，对照组亩产量为2409Kg，亩均增产可达到7.4％。

实施例4

农药污染土壤的修复试验

将供试土样分为对照组和实验组，控制在对照组和实验组的2，4-滴丁酯的含量为10mg/每公斤土壤，控制土壤的含水量30％以上；实验组播撒本发明实施例2制备的复混肥，播撒量为1g/每公斤土壤，混合均匀，对照组不采用任何处理。5天和10天分别取样，按照快速溶剂萃取(ASE)方法制样，环己烷萃取土样中的2，4-滴丁酯，土壤中残留的2，4-滴丁酯的高效液相检测方法测定2，4-滴丁酯色谱条件：色谱柱Hypersil C18柱；流动相∶V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(柠檬酸缓冲溶液)＝29∶21∶50；流速：1.5mL/min；检测波长230nm，柱温：室温；进样量：15μl。降解率(％)＝(1-实验组残留量/对照组残留量)×100％。5天后，2，4-滴丁酯的降解率为92.13％，10天降解率为97.29％。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种利用模拟移动床及流化床提取三支链氨基酸的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1)将发酵结束的三支链氨基酸发酵液经陶瓷膜过滤去除菌体蛋白，得到过滤液；将过滤液经四效蒸发器浓缩至二分之一体积，即为母液；

步骤2)将步骤1)所述母液经顺序式模拟移动床色谱分离，得到含三支链氨基酸的提取液和含杂质的残液；所述模拟移动床色谱分离条件和参数为：洗脱液为纯水，保持60℃恒温，模拟移动床色谱柱为6个柱子，通过双通道自动阀门，在柱子的不同区切换，柱内所装填树脂为疏水性树脂；

步骤3)将步骤2)所述提取液进行活性炭脱色，温度控制在75-80℃，脱色时间为45min，脱色后的料液浓缩结晶，然后离心得湿品和上清液；最后将湿品用流化床干燥，粉碎得到三支链氨基酸成品；

步骤4)将步骤2)所述残液、小麦秸秆粉以及花生壳粉按照3∶1∶1的质量比混合均匀，然后送入反应器中，往反应器中通入水蒸汽，维持反应器的温度在95-100℃，保温反应30min，最后自然冷却得到肥料辅料A；将方解石进行粉碎处理得到方解石粉，然后与腐植酸按照1∶2的重量比混合均匀，得到肥料辅料B；将荧光假单胞菌、粪肠球菌、藤黄微球菌以及圆褐固氮菌分别培养成浓度为1×10⁸个/ml的菌液，按照2∶2∶1∶1的体积比混合搅拌均匀得到肥料辅料C；

步骤5)将步骤3)所得上清液、肥料辅料A、肥料辅料B、磷酸一铵、氯化钾以及尿素混合搅拌均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中进行造粒，然后喷洒肥料辅料C，搅拌均匀，最后10-15℃干燥，包装制得肥料；步骤3)所得上清液、肥料辅料A、肥料辅料B、磷酸一铵、氯化钾、尿素以及肥料辅料C质量比例为10∶3∶2∶2∶1∶1∶1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的陶瓷膜孔径为50-70nm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性炭为药用粉状活性炭，添加量为提取液质量的15％；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小麦秸秆粉、花生壳粉、方解石粉、腐植酸的粒径均控制在50目。