CN104860838A - 一种从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法 - Google Patents

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高建涛
陈桃生
廖飞
徐振华
仇俊鹏
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Abstract

本发明涉及一种从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其工艺步骤为：将谷氨酰胺发酵液经超滤，离子交换，纳滤浓缩，减压浓缩，结晶，离心甩滤，干燥后制得。本发明的一种从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，可有效去除发酵液中杂质，提取产品纯度高、质量好，且工艺简单，生产成本低。

Description

一种从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域，特别是涉及一种从葡萄糖合成制得谷氨酰胺的发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法。
背景技术
谷氨酰胺，学名2-氨基-5-羧基戊酰胺，是L－谷氨酸的γ－羧基酰胺化物，除参与蛋白质合成外，其酰胺氮又是合成含氮生物物质的氮源，参与核酸和糖蛋白等合成，与组织生长和修补有密切的关系。医学发现表明，在人体中谷氨酰胺缺乏将引发多种疾病，谷氨酰胺的补充则对肌体各种机能都有广泛而重要的影响。谷氨酰胺有多种功能，例如增强免疫功能、维护酸碱平衡、增加细胞体积、增强肌肉细胞蛋白质合成等。目前谷氨酰胺在医药领域的用途主要有以下几个方面：1)用于治疗运动综合症和高强度劳动或运动后的疲劳恢复；2)重建免疫系统(烧伤、爱滋病、关节炎)；3)治疗和支持肝脏功能；4)减少癌症治疗中化疗和放射性治疗的副作用；5)治疗腹部溃疡、阶段性回肠炎、过敏性肠炎、溃疡等；6)广泛用于维持大脑机能，治疗弱智、癫痫、帕金森综合症、肌肉萎缩和酒精中毒。由此可见，谷氨酰胺具备了作为一种理想药物的条件，具有极高的商业利润和市场前景。
微生物发酵法生产谷氨酰胺能实现稳定的质量控制，目前的研究报道也比较多，但是对于此类技术中谷氨酰胺的提取技术的研究却少之又少。现有技术中，微生物发酵法生产谷氨酰胺的提取方法主要有：全离子交换法、等电点法或浓缩等电点法、冷冻浓缩或冷冻结晶法获得谷氨酰胺，上述技术虽然已在工业化生产中使用，但是存在成本高、方法复杂、提取产品纯度低和质量差的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种符合工业生产，工艺简单，生产成本低，且提取产品纯度高、质量好的从谷氨酰胺发酵液分离提取谷氨酰胺的方法。
为实现上述发明目的所采取的技术方案为：
一种从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征在于其工艺步骤为：将谷氨酰胺发酵液经超滤，离子交换，纳滤浓缩，减压浓缩，结晶，离心甩滤，干燥后制得。
其中谷氨酰胺发酵液为将谷氨酸棒杆菌或黄色短杆菌接种于葡萄糖为碳源的培养基中，在30-34℃，大通风条件下培养36-48小时所得。
所述超滤采用分子截留量为10000-100000道尔顿的超滤膜。
在所述超滤过程中，加入谷氨酰胺发酵液重量的20％-50％的去离子水分次透析。
所述离子交换采用阴、阳离子交换树脂实现。
所述纳滤浓缩是指采用分子截留量为100-1000道尔顿的纳滤膜实现。
所述减压浓缩是指将前一过程所得的纳滤浓缩液减压浓缩去除其体积的80％-90％的水。
所述减压浓缩所得的浓缩液在结晶锅中梯度降温至0℃-10℃，后静置4小时。
所述干燥采用回转真空干燥器进行，控制产品含水量在1％以下。
具体工艺流程为：
1、检测谷氨酰胺发酵液中谷氨酰胺含量，PH等；
2、将谷氨酰胺发酵液输送至超滤膜(截留分子量10000-100000道尔顿)除菌，超滤过程中加入发酵液重量的20％-50％的去离子水分次透析，以除去菌体及杂蛋白；
3、将超滤液用阴、阳离子交换树脂进行脱盐处理；
4、将(3)所得离交液转至纳滤膜(截留分子量100-1000道尔顿)系统进行浓缩处理；
5、将纳滤浓缩液转至浓缩罐，减压浓缩去除纳滤浓缩液体积的80％-90％的水；
6、将浓缩液转至结晶锅，梯度降温至0℃-10℃，然后静置4小时；
7、将结晶锅中料液输送至离心机甩滤，将滤液送至母液回收系统；
8、将离心得湿品送至旋转真空干燥器干燥至含水量达1.0％以下，制得谷氨酰胺产品。
本发明同现有技术相比具有以下技术优势：
1、通过采用100000D孔径以下的陶瓷膜或有机超滤膜系统可有效的去除菌体(发酵菌株大小在0.1-0.2微米)，对过滤液镜检视野无菌体。而传统的工艺有机溶剂沉淀法或化学沉淀法难以将菌体彻底除尽。
2、采用100-1000D的有机纳滤膜系统浓缩将料液的体积缩小了3倍左右，对比传统工艺节约了用于蒸发这些体积水的蒸汽、产生蒸汽的煤以及冷冻水的消耗等，并且不存在产品过膜丢失的情况。
3、常规的高温干燥办法可使得产品发黄、焦糊、口味差。本发明采用低温真空干燥使得产品性质好、质量稳定。
综上所述，本发明的一种从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，可有效去除发酵液中杂质，提取产品纯度高、质量好，且工艺简单，生产成本低，对比如下：
项目 纯度 其它氨基酸 收率
工艺改动前 98.52％ 0.80％ 57％
工艺改动后 99.19％ 小于0.5％ 63％
其它厂家 98.50％ 1.00％ 55％
具体实施方式
以下实施例中的发酵液来源于将谷氨酸棒杆菌或黄色短杆菌接种于葡萄糖为碳源的培养基中保持温度为30-34摄氏度、大通风、培养36-48小时所得。实施例1
以罐体容积5000L发酵罐为例，采取本发明提取谷氨酰胺工艺，步骤如下：
1、检测发酵液中谷氨酰胺含量6g/100mL、PH 6.15、体积3000L。
2、输送发酵液至50000D超滤膜除菌，过程中加去离子水1000L分3次透析，除去菌体及杂蛋白500L。
3、将超滤液3500L、谷氨酰胺含量4.88g/100mL经离子交换树脂脱盐处理，加去离子水7500L顶料得离交液11000L。
4、将离交液11000L、谷氨酰胺含量1.24g/100mL经纳滤系统浓缩处理得浓缩液3000L。
5、将纳滤浓缩液3000L、谷氨酰胺含量4.38g/100mL经浓缩锅浓缩至300L。
6、将浓缩液300L、谷氨酰胺含量43.8g/100mL输送至结晶锅，梯度降温至0℃-10℃，静置4小时。
7、将结晶锅物料放至离心机内甩滤得到湿品。
8、湿品经旋转真空烘干器干燥，致含水量达1.0％以下，得111.7Kg成品。实施例2
以罐体容积5000L发酵罐为例，采取本发明提取谷氨酰胺工艺，步骤如下：
1、检测发酵液中谷氨酰胺含量7g/100mL、PH 6.25、体积3000L。
2、输送发酵液至10000D超滤膜除菌，过程中加去离子水1000L分3次透析，除去菌体及杂蛋白500L。
3、将超滤液3500L、谷氨酰胺含量5.69g/100mL经离子交换树脂脱盐处理，加去离子水7500L顶料得离交液11000L。
4、将离交液11000L、谷氨酰胺含量1.44g/100mL经纳滤系统浓缩处理得浓缩液3000L。
5、将纳滤浓缩液3000L、谷氨酰胺含量5.28g/100mL经浓缩锅浓缩至350L。
6、将浓缩液350L、谷氨酰胺含量45.2g/100mL输送至结晶锅，梯度降温至0℃-10℃静置4小时。
7、将结晶锅物料放至离心机内甩滤得到湿品。
8、湿品经旋转真空烘干器干燥，致含水量达1.0％以下，得134.4Kg成品。
实施例3
以罐体容积5000L发酵罐为例，采取本发明提取谷氨酰胺工艺，步骤如下：
1、检测发酵液中谷氨酰胺含量7.2g/100mL、PH 6.1、体积3000L。
2、输送发酵液至100000D超滤膜除菌，过程中加去离子水1000L分3次透析，除去菌体及杂蛋白500L。
3、将超滤液3500L、谷氨酰胺含量5.86g/100mL经离子交换树脂脱盐处理，加去离子水8000L顶料得离交液11500L。
4、将离交液11500L、谷氨酰胺含量1.41g/100mL经纳滤系统浓缩处理得浓缩液3250L。
5、将纳滤浓缩液3250L、谷氨酰胺含量5g/100mL经浓缩锅浓缩至360L。
6、将浓缩液360L、谷氨酰胺含量45g/100mL输送至结晶锅，梯度降温至0℃-10℃静置4小时。
7、将结晶锅物料放至离心机内甩滤得到湿品。
8、湿品经旋转真空烘干器干燥，致含水量达1.0％以下，得138.1Kg成品。
本发明不限于上述具体实施方式所提供的方案。

Claims (9)

1. 一种从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征在于其工艺步骤为：将谷氨酰胺发酵液经超滤，离子交换，纳滤浓缩，减压浓缩，结晶，离心甩滤，干燥后制得。
2. 按照权利要求1所述的从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征是：所述谷氨酰胺发酵液为将谷氨酸棒杆菌或黄色短杆菌接种于葡萄糖为碳源的培养基中，在30-34℃，大通风条件下培养36-48小时所得。
3. 按照权利要求1所述的从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征是：所述超滤采用分子截留量为10000-100000道尔顿的超滤膜。
4. 按照权利要求1或2所述的从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征是：在所述超滤过程中，加入谷氨酰胺发酵液重量的20%-50%的去离子水分次透析。
5. 按照权利要求1所述的从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征是：所述离子交换采用阴、阳离子交换树脂实现。
6. 按照权利要求1所述的从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征是：所述纳滤浓缩是指采用分子截留量为100-1000道尔顿的纳滤膜实现。
7. 按照权利要求1所述的从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征是：所述减压浓缩是指将前一过程所得的纳滤浓缩液减压浓缩去除其体积的80%-90%的水。
8. 按照权利要求1或7所述的从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征是：所述减压浓缩所得的浓缩液在结晶锅中梯度降温至0℃-10℃，后静置4小时。
9. 按照权利要求1所述的从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，其特征是：所述干燥采用回转真空干燥器进行，控制产品含水量在1%以下。
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