CN105274180A

CN105274180A - 一种利用顺序式模拟移动床色谱连续提取亮氨酸的方法

Info

Publication number: CN105274180A
Application number: CN201510744299.6A
Authority: CN
Inventors: 李学朋; 马杰希; 张琳琳; 包鑫; 王明慧
Original assignee: XINJIANG FUFENG BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: XINJIANG FUFENG BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: CN105274180B

Abstract

本发明属于生物发酵技术领域，公开一种利用顺序式模拟移动床色谱连续提取亮氨酸的方法，其包括如下步骤：1)发酵，2)陶瓷膜过滤，3)一次脱色，4)四效浓缩，5)模拟移动床色谱，6)四效和双效浓缩，7)粗品结晶、离心和重溶，8)活性炭脱色，9)双效浓缩、结晶和离心，10)流化床烘干。本发明方法可以实现亮氨酸的连续化生产，提取收率高、产品纯度高、质量稳定，并可以提高生产效率、节约水、电、汽、人工及各种原材物料的消耗，大大降低生产成本。

Description

一种利用顺序式模拟移动床色谱连续提取亮氨酸的方法

技术领域

本发明涉及一种利用顺序式模拟移动床色谱连续提取亮氨酸的方法，属于发酵技术领域。

背景技术

亮氨酸在国外发展较早，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年初产能尚不足数百吨/年。到2000年，通过与国外公司合作以及引进先进技术和装备，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，从而使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。同时，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逐年增长。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。

目前亮氨酸的提取方法一般采用沉淀法、离子交换法等，其中使用沉淀法分离亮氨酸时，沉淀剂价格昂贵，生产成本高，且具有一定毒性，而离子交换法虽然可以进行大规模制备，但是产品纯度低，且交换树脂用量庞大，洗脱和再生酸碱消耗太多，环境污染严重。本发明采用模拟移动床色谱分离亮氨酸易实现自动化，无需再生，能耗低、分离效率高，适应性强，且污水排放量少，易处理。同时，亮氨酸发酵还存在发酵效率低，工业能耗高，企业利润低下等缺陷。

发明内容

本发明目的是提供一种利用顺序式模拟移动床色谱连续提取亮氨酸的方法，其提高了亮氨酸的提取收率，减少了废液排放，降低了污水处理负担，符合资源综合利用、节能减排的要求，从而带来了巨大的经济效益和环保效益。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种利用顺序式模拟移动床色谱连续提取亮氨酸的方法，其包括如下步骤：

1)发酵，2)陶瓷膜过滤，3)一次脱色，4)四效浓缩，5)模拟移动床色谱，6)四效和双效浓缩，7)粗品结晶、离心和重溶，8)活性炭脱色，9)双效浓缩、结晶和离心，10)流化床烘干。

具体地，所述方法包括如下步骤：

1)发酵：谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)CGMCCNo.7033种子液与枯草芽孢杆菌(Bacillussubtillis)CGMCCNO.2108种子液按照3∶1的体积比混合，得到混合种子液，然后按照6％的接种量转入发酵培养基中培养，温度30℃，PH值7.2，培养时间60小时，得到亮氨酸发酵液；

2)陶瓷膜过滤：调亮氨酸发酵液pH5.0-5.5，然后通过孔径为0.05-0.1μm的陶瓷膜，除去菌体蛋白和其它颗粒杂质，获得过滤液；

3)一次脱色：将步骤2)中过滤液经脱色膜除去大分子蛋白质，获得脱色液；所述脱色膜为聚丙烯酰胺膜，截留分子量为1000-2000道尔顿；

4)四效浓缩：将步骤3)中脱色液温度保持在70-85℃，经四效蒸发器进行浓缩，获得浓缩液；

5)模拟移动床色谱：将步骤4)中浓缩液经模拟移动床色谱进行分离，操作温度55-60℃，获得含高纯度亮氨酸的提取液和含各种杂质(包括蛋白质色素、无机盐、杂氨基酸等)的残液；

6)四效和双效浓缩：将步骤5)中提取液温度保持在70-85℃，经四效蒸发器进行浓缩，使亮氨酸料液浓度从1.6-1.7％(亮氨酸在料液中的质量分数)浓缩至2.6-3.2％(亮氨酸在料液中的质量分数)，之后再使料液温度控制在60-80℃，并经双效蒸发器浓缩，将料液浓度浓缩至20-25％(亮氨酸在料液中的质量分数)，获得浓缩液；

7)粗品结晶、离心和重溶：将步骤6)所得浓缩液经过降温水缓慢降温至25-30℃，之后进行离心，获得亮氨酸粗品，然后再将亮氨酸粗品按照浓度2.5-2.8％质量分数进行重溶，获得重溶液；

8)活性炭脱色：向步骤7)重溶液中添加质量分数为1-3％的活性炭，调pH5.0-5.5，升温至75-80℃，脱色1h，静置，开启精密过滤机(叶片式过滤机)过滤循环，待料液无色透明时，切换阀门，制得脱色液；

9)双效浓缩、结晶和离心：将步骤7)脱色液温度控制在60-80℃，经双效蒸发器进行浓缩，使亮氨酸料液浓度浓缩至20-25％(亮氨酸在料液中的质量分数)，再将浓缩后的料液经过降温水缓慢降温至25-30℃，之后离心，获得湿结晶；

10)流化床烘干：将步骤8)中湿结晶匀速、缓慢的投进流化床干燥机进行干燥，蒸汽温度220℃，压力0.25Mpa，获得亮氨酸成品。

优选地，所述谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)CGMCCNo.7033种子液与枯草芽孢杆菌(Bacillussubtillis)CGMCCNO.2108种子液的浓度均为1×10⁸CFU/mL。

优选地，所述发酵培养基组分为：葡萄糖15％、玉米浆6％、豆粕3％、七水硫酸镁0.1％、磷酸氢二钾0.1％、硫酸亚铁0.001％、VB10.0001％，氰钴胺素0.0001％，pH7.0。本发明的技术方案具有以下突出的优点及独特性：

1.本发明技术工艺用顺序式模拟移动床色谱法替代了传统离交法分离亮氨酸，此方法可以一次性去除发酵液中的其它杂酸及杂质，使树脂得到有效的利用，并减少废水排放，降低能耗。

2.本发明技术工艺生产的亮氨酸产品纯度和收率高、质量稳定。

3.采用连续色谱法进行分离，生产过程完全自动化，生产强度低。

4.生产过程用水做流动相，成本低廉，基本没有污染物产生，有利于保护环境。

5.本发明采用混合菌株发酵技术，其产率得提高，其菌种之间互相协同，互不拮抗。

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，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)CGMCCNo.7033种子液与枯草芽孢杆菌(Bacillussubtillis)CGMCCNO.2108种子液按照3∶1的体积比混合，得到混合种子液，谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)CGMCCNo.7033种子液与枯草芽孢杆菌(Bacillussubtillis)CGMCCNO.2108种子液的浓度均约为1×10⁸CFU/mL，按照按照6％的接种量转入发酵培养基中培养，温度30℃，PH值7.2，培养时间60小时，得到亮氨酸发酵液；发酵培养基组分为：葡萄糖15％、玉米浆6％、豆粕3％、七水硫酸镁0.1％、磷酸氢二钾0.1％、硫酸亚铁0.001％、VB10.0001％，氰钴胺素0.0001％，pH7.0；

将86m³浓度为2.5％的亮氨酸发酵液，用膜孔径为0.05-0.1μm的陶瓷膜过滤，除去菌体蛋白，收集过滤液，再将过滤液经聚丙烯酰胺膜除去大分子蛋白质，之后再利用四效蒸发器浓缩料液，将浓缩后的料液以平均7m³/h的流速注入顺序式模拟移动床色谱，并保持料液温度为60℃，收集色谱分离后的提取液，提取液温度保持在60℃，并使其先经四效蒸发器进行浓缩，从而使亮氨酸料液浓度从1.65％浓缩至3％，之后再经双效蒸发器浓缩，并将料液浓度浓缩至25％。将浓缩后的亮氨酸料液经粗品结晶和离心，并将亮氨酸粗品按照浓度2.7％进行重溶，之后向重溶液中添加3％的活性炭，调pH5.0-5.5，升温至80℃，脱色1h，静置，待料液无色透明时，再将脱色液温度控制在75℃，并经双效蒸发器浓缩，使亮氨酸料液浓度浓缩至25％。再将浓缩后的亮氨酸料液经过降温水缓慢降温至25℃时，之后离心，并经流化床干燥机进行干燥，蒸汽温度220℃，压力0.25Mpa，获得亮氨酸成品，亮氨酸纯度达99.1％，总收率为85.8％。

具体部分参数步骤：

上述四效蒸发器浓缩微滤液，将微滤液浓度浓缩至3-3.5％，从而缩短了色谱循环周期。

上述陶瓷膜孔径为0.05-0.1μm，最大膜通量150-180L/(m²·h)^-1，操作温度45-50℃。

上述模拟移动床色谱柱为强酸阳离子交换树脂，每个色谱柱内径3m，高度2.2m，其中装树脂高度1.2m。

上述分离设备是由6个独立的分离室和1个备用室及室内填充的树脂(固定相)构成，其通过进口和出口的周期性更替来模拟树脂的移动，在这些室中，流动相连续地从塔顶流向底部，然后再泵到下一个室的顶部。

上述色谱分离系统分为2个色谱柱，一个柱有4个分离室，另一个柱有3个分离室；6个室通过循环增压泵串连在一起，其被分成提取液区、原料及杂质交界区、杂质区、待用区等4个区，每个区分别包含1-2-2-1个室。每个区都会受到各种中间产品(进料、提取液、洗提水、残液)进口和出口的限制。

实施例2

模拟移动床色谱工艺去和离交工艺对比：

将本发明模拟移动床色谱工艺与传统离子交换工艺进行对比。每生产1吨亮氨酸，原料消耗量参见表1：

表1模拟移动床色谱工艺与离交工艺原料消耗量情况对比

通过对比发现，利用本发明模拟移动床色谱工艺生产亮氨酸，与传统的离子交换工艺相比，不消耗硫酸及液氨，氢氧化钠和水量别降低了63.6％和58.7％，不仅促进节水，降低成本，同时降低后续污水处理难度，减少污染。

经检测，离子交换工艺提取的亮氨酸纯度为93％，提取收率为78％，而利用本发明模拟移动床色谱工艺提取的亮氨酸纯度为98.5％以上，提取收率为85％。

因此，利用本发明模拟移动床色谱工艺提取亮氨酸与传统的离交工艺相比，纯度好，收率高，原料消耗大大降低。同时，模拟移动床色谱工艺自动化程度高，稳定性好，可有效提升产品品质，减少人员浪费。

实施例3

组合发酵工艺与单一发酵比较：

相同发酵条件下，采用谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)CGMCCNo.7033单一发酵，产亮氨酸33.7g/L，采用谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)CGMCCNo.7033与枯草芽孢杆菌(Bacillussubtillis)CGMCCNO.2108组合发酵，二者配伍合理，相互协同，产亮氨酸50.3g/L，大大提高了亮氨酸发酵产量。

以上列举仅是本发明的最佳具体实施例，本发明实施例还可以有多种变形。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，均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用顺序式模拟移动床色谱连续提取亮氨酸的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

5)模拟移动床色谱：将步骤4)中浓缩液经模拟移动床色谱进行分离，操作温度55-60℃，获得含高纯度亮氨酸的提取液；

6)四效和双效浓缩：将步骤5)中提取液温度保持在70-85℃，经四效蒸发器进行浓缩，使亮氨酸料液浓度浓缩至2.6-3.2％质量分数，之后再使料液温度控制在60-80℃，并经双效蒸发器浓缩，将料液浓度浓缩至20-25％质量分数，获得浓缩液；

7)粗品结晶、离心和重溶：将步骤6)所得浓缩液经过降温水缓慢降温至25-30℃，之后进行离心，获得亮氨酸粗品，然后再将亮氨酸粗品进行重溶，获得重溶液；

8)活性炭脱色：向步骤7)所得重溶液中添加活性炭，调pH5.0-5.5，升温至75-80℃，脱色1h，过滤得脱色液；

9)双效浓缩、结晶和离心：将步骤7)所得脱色液温度控制在60-80℃，经双效蒸发器进行浓缩，使亮氨酸料液浓度浓缩至20-25％，再将浓缩后的料液经过降温水降温至25-30℃，之后离心，获得湿结晶；

10)流化床烘干：将步骤8)所得湿结晶投进流化床干燥机进行干燥，蒸汽温度220℃，压力0.25Mpa，获得亮氨酸成品。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)CGMCCNo.7033种子液与枯草芽孢杆菌(Bacillussubtillis)CGMCCNO.2108种子液的浓度均为1×10⁸CFU/mL。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵培养基组分为：葡萄糖15％、玉米浆6％、豆粕3％、七水硫酸镁0.1％、磷酸氢二钾0.1％、硫酸亚铁0.001％、VB10.0001％，氰钴胺素0.0001％，pH7.0，以上均为质量百分比。