CN105693592A - 一种从发酵液中带菌结晶高效提取l-色氨酸的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种从发酵液中带菌结晶高效分离提取L-色氨酸的工艺方法，解决现有的膜提取工艺中膜的清洗量大、价格昂贵、环境污染等问题。本发明在不去除发酵液中菌体的情况下，带菌进行低温等电结晶，然后低速离心沉淀晶体，母液中带走绝大部分的菌体、蛋白、色素等杂质，沉淀的晶体经过溶解、活性炭脱色、浓缩结晶、过滤、干燥获得L-色氨酸晶体，收率达到75.0％以上，纯度达到98.5％以上。本发明工艺流程短，省去了膜过滤与离子交换工艺，减少了能源消耗和废水排放，降低了分离提取过程的成本，整个提取过程中消耗的酸与碱较少，生产成本较低。

Description

一种从发酵液中带菌结晶高效提取L-色氨酸的工艺方法

技术领域

本发明是一种从发酵液中高效分离提取L-色氨酸的新工艺，是发酵法生产色氨酸技术领域的一部分。

背景技术

L-色氨酸是人和动物体内的八种必需氨基酸之一，在人和动物体内的新陈代谢中起着重要作用。L-色氨酸又名β-吲哚基丙氨酸，从外观上看L-色氨酸固体是白色或微黄色的结晶以及结晶性的粉末。L-色氨酸很少溶于水，在乙醇中的溶解度更低，在氯仿中不溶。L-色氨酸晶体能够溶于氢氧化钠溶液或者稀盐酸当中。此外，在植物体内L-色氨酸也是合成植物生长素必须的重要前体物质，在高等植物当中也普遍存在。目前L-色氨酸广泛的应用于食品、饲料和医药等领域。

在食品添加剂方面，色氨酸可以与丙氨酸-色氨酸二肽等其他一些氨基酸联合应用，具有显著的防腐作用，又由于其可以和金属离子发生螯合反应而被用做抗氧化剂。现在许多的国家都将其作为食品添加剂、调味剂和抗氧化剂，目的在于提高机体对蛋白质的利用率。6-氯色氨酸是D-色氨酸的衍生物，其甜度是蔗糖甜度的1300倍，故色氨酸也可以作为非营养性的甜味剂，被肥胖症、高血压和糖尿病患者服用。在一些植物蛋白中色氨酸也是比较缺乏的氨基酸，用其来强化食品与饲料对于提高植物蛋白利用率具有重要意义。

在饲料工业方面，L-色氨酸是继赖氨酸及蛋氨酸之后的第三类饲料添加氨基酸。据有关报道，色氨酸可以对猪禽的营养代谢起到一定的调控作用。色氨酸在动物体内可以转化为尼克酰胺促进动物的生长，并预防尼克酰胺缺乏症的出现。L-色氨酸对动物的行为也会产生一定的影响，它可以提高动物的采食量和生产性能并减少动物的攻击行为，减轻应激反应。在饲料中添加微量的色氨酸就可以产生显著地反应。

在医药领域，L-色氨酸可以促进骨髓T淋巴细胞前体分化成为成熟T淋巴细胞，因此L-色氨酸缺乏会导致机体免疫功能降低。并且L-色氨酸能够促进胃液和胰液的分泌，促进人体的消化功能。L-色氨酸可以合成5-羟色胺、吲哚乙酸、尼克酸、褪黑素、色素、生物碱、辅酶、植物激素等生理活性物质。5-羟色胺可以作为神经递质参与痛觉、睡眠和体温等生理功能的调节。体内5-羟色胺缺乏可能会引起精神病和偏头痛等多种疾病。色氨酸在体内经过一定的变化可以转化为吲哚乙酸。吲哚乙酸是植物体内普遍存在的內源生长素，可以刺激植物的细胞分裂，促进插条发根，以及调节愈伤组织的建成。目前L-色氨酸已经作为药物来治疗癞皮病、精神分裂症。除此之外，L-色氨酸还具有促进人体睡眠，抗高血压以及镇痛等作用。

目前为止，L-色氨酸的生产方法主要有酶法、化学合成法以及微生物发酵法。化学合成法的材料来源有限，底物价格昂贵等缺点限制了其在工业生产上的应用。酶法合成色氨酸的过程中，酶的需要量大且易失活，并且酶的价格昂贵，在工业生产上也存在很大的弊端。而微生物发酵法具有产酸高、成本低、质量好等优势，是大规模生产L-色氨酸的首选技术。

微生物发酵法生产L-色氨酸的过程中，发酵液中存在着大量的菌体、蛋白和色素等成分，给后期色氨酸提取造成了一定的困难，降低了提取的收率和结晶的质量。传统的L-色氨酸分离方法为发酵液经过过滤除菌、离子交换、脱色、浓缩结晶、离心分离、干燥，得到L-色氨酸。现有提取方法工艺流程长、能耗高、耗水量大、废水排放高，并且对设备的性能要求高。

近年来，膜提取技术是发展较快的分离技术。现阶段在L-色氨酸的提取分离过程当中，膜技术占了很大的比例。彭文博等人报到了用膜提取色氨酸的工艺(专利号ZLCN201410486855.X)。李荣杰等人报到了用膜与树脂提取色氨酸的工艺(专利号ZLCN200910211061.1)。左克峰等人报到了用陶瓷膜提取色氨酸的工艺(专利号ZLCN200910019458.0)。单纯的用膜来提取色氨酸膜负荷较大，膜在长期运行时阻力增加，通量下降，清洗时间长，并且膜的清洗会产生大量的废水，给环境造成了一定的污染。而且膜的价格比较昂贵，直接用膜处理发酵后的液体会使膜的寿命减少利用率降低。

发明内容

本发明的目的主要是解决在色氨酸提取过程中使用微滤膜与超滤膜产生的成本高、耗时长和环境污染的问题，提供一种高效从发酵液中分离提取L-色氨酸的工艺。

本发明提供的从发酵液中带菌结晶高效分离提取L-色氨酸的工艺方法，有其独特的特征。该方法在不去除发酵液中菌体的情况下，带菌进行低温等电结晶，然后低速离心沉淀晶体，母液中带走绝大部分的菌体、蛋白、色素等杂质，沉淀的晶体经过溶解、活性炭脱色、浓缩结晶、过滤、干燥获得L-色氨酸晶体，收率达到75.0％以上，纯度达到98.5％以上，具体的操作步骤如下：

a.L-色氨酸发酵液缓慢加乙酸，开启搅拌，调pH至5.8～5.9，同时缓慢降低结晶温度至5-10℃，进行低温结晶；此步在不去除菌体的情况下直接进行结晶，其中，L-色氨酸浓度为50-60g/L，若浓度达不到，通过减压浓缩达到；

b.将经a步得到的结晶液经过低速离心，晶体沉淀，弃去上清液，原发酵液中大部分的菌体、蛋白和色素留在上清液(即母液)中得以去除，离心条件为1500r/min，5min；

c.将b步骤得到的L-色氨酸晶体(含有少量菌体)，加入重量20-30倍60-70℃热水溶解后，加入溶液重量0.5％-3％的活性炭吸附搅拌脱色，温度控制在60-70℃，搅拌脱色的时间为20-30min，4000r/min高速离心10min，获得L-色氨酸上清液，再次加入溶液重量0.1％-1％的活性炭脱色20-30min，过滤获得L-色氨酸脱色液，560nm下透光度应大于98％。

d.将c步骤得到的L-色氨酸脱色液进行减压浓缩，蒸发至原体积的8％到20％，直至大量晶体析出时停止减压蒸发浓缩，过滤得到L-色氨酸晶体与母液。

e.向d步得到的母液中加入溶液重量0.1％-1％的活性炭脱色20-30min，过滤后重复d步骤，进行二次结晶，母液全部循环套用。

本发明的优点和积极效果：

与现有工艺相比，本发明的方法具有以下几个特点：

1.发酵液在不去除菌体的情况下带菌直接进行低温等电结晶，按一定的转速低速离心后，晶体沉降而大部分菌体、蛋白、色素留在离心母液中，通过一步结晶获得L-色氨酸粗品，省去膜过滤除菌操作步骤。

2.本发明工艺流程短，省去了膜过滤与离子交换工艺，减少了能源消耗和废水排放，降低了分离提取过程的成本，整个提取过程中消耗的酸与碱较少，生产成本较低。

3.本发明由于通过一步结晶获得L-色氨酸粗品，结晶后大部分的色素都留在结晶母液中，粗品中相对色素较少，活性炭生用量较低，脱色效果要好，得到的产品色泽更白，产品纯度达到98.0％以上，产品收率高，达到75.0％以上。

具体实施方式

实施例1

a.取L-色氨酸发酵液20L(L-色氨酸的含量为52.5g/L)，向发酵液中加缓慢加入乙酸，开启搅拌，调PH至5.89。同时将罐体的温度缓慢降低至5℃，低温冷却结晶12h。

b.将a步得到的结晶悬混液进行低速离心，离心的条件为1500rpm，5min，此时晶体沉淀，原发酵液中大部分的菌体、蛋白、色素等留在母液中得以去除。

c.将b步骤得到的晶体用其重量的20倍60-70℃热水溶解，加入溶液重量1.0％的活性炭吸附搅拌脱色，温度控制在60℃，搅拌脱色的时间为20min，4000r/min高速离心10min，获得L-色氨酸上清液，再次加入溶液重量0.5％的活性炭脱色20min，过滤获得L-色氨酸脱色液，560nm下透光度98.1％。

d.将c步骤得到的L-色氨酸脱色液进行减压浓缩，蒸发至原体积的20％，此时有大量晶体析出，停止减压浓缩，过滤得到L-色氨酸晶体与母液。

e.向d步得到的母液中加入液体重量0.5％的活性炭脱色25min，过滤后重复d步骤，进行二次结晶，母液全部循环套用。

整个操作过程结束后，得到L-色氨酸称重800.8g，计算得到总收率为75.2％，纯度为98.6％。

实施例2：

a.取L-色氨酸发酵液30L(L-色氨酸的含量为53.2g/L)，向发酵液中缓慢加入乙酸，开启搅拌，调PH至5.89。同时将罐体的温度缓慢降低至8℃，低温冷却结晶12h。

b.将a步得到的结晶悬混液进行低速离心，离心的条件为1500rpm，5min，此时大部分的菌体、蛋白、色素等留在母液中得以去除。

c.将b步骤得到的晶体用其重量的25倍热水溶解，加入溶液重量1.5％的活性炭搅拌脱色，温度控制在65℃，搅拌脱色的时间为25min，4000r/min高速离心10min，获得L-色氨酸上清液，再次加入溶液重量0.6％的活性炭脱色25min，过滤获得L-色氨酸脱色液，560nm下透光度98.9％。

d.将c步骤得到的L-色氨酸脱色液进行减压浓缩，蒸发至原体积的15％，此时有大量晶体析出停止减压浓缩，过滤得到L-色氨酸晶体与母液。

e.向d步得到的母液中加入液体重量0.8％的活性炭脱色30min，过滤后重复d步骤，进行二次结晶，母液全部循环套用。整个操作过程结束后，得到L-色氨酸称重1237.4g，计算得到总收率为76.6％，纯度为98.8％。

实施例3：

a.取L-色氨酸发酵液35L(L-色氨酸的含量为35.5g/L)，把发酵液通过减压浓缩至L-色氨酸含量在50g/L以上，停止浓缩，把浓缩液打入结晶罐中，向浓缩液中加缓慢加入乙酸，开启搅拌，调PH至5.89。同时将罐体的温度缓慢降低至6℃，低温冷却结晶12h。

b.将a步得到的结晶悬混液进行低速离心，离心的条件为1500rpm，5min，此时大部分的菌体、蛋白、色素等留在母液中得以去除。

c.将b步骤得到的晶体用其重量的30倍热水溶解，加入溶液重量0.8的活性炭搅拌脱色，温度控制在60℃，搅拌脱色的时间为30min，4000r/min高速离心10min，获得L-色氨酸上清液，再次加入溶液重量0.9％的活性炭脱色30min，过滤获得L-色氨酸脱色液，560nm下透光度99.0％。

d.将c步骤得到的L-色氨酸脱色液进行减压浓缩，蒸发至原体积的12％，此时有大量晶体析出停止减压浓缩，过滤得到L-色氨酸晶体与母液。

e.向d步得到的母液中加入液体重量1.0％的活性炭脱色20min，过滤后重复d步骤，进行二次结晶，母液全部循环套用。整个操作过程结束后，得到L-色氨酸称重946g，计算得到总收率为75.3％，纯度为98.9％。

Claims (2)

1.一种从发酵液中带菌结晶高效分离提取L-色氨酸的工艺方法，其特征在于，该方法在不去除发酵液中菌体的情况下，带菌进行低温等电结晶，然后低速离心沉淀晶体，母液中带走绝大部分的菌体、蛋白、色素杂质，沉淀的晶体经过溶解、活性炭脱色、浓缩结晶、过滤、干燥获得L-色氨酸晶体，收率达到75.0％以上，纯度达到98.5％以上，具体的操作步骤如下：

a.向L-色氨酸发酵液中缓慢加入乙酸，开启搅拌，调pH至5.8～5.9，同时缓慢降低结晶温度至5-10℃，进行低温结晶；

b.将经a步得到的结晶液经过低速离心，晶体沉淀，弃去上清液，原发酵液中大部分的菌体、蛋白和色素留在上清液中得以去除，离心条件为1500r/min，5min；

c.将b步骤得到的含有少量菌体的L-色氨酸晶体加20-30倍60-70℃热水溶解后，加入溶液重量0.5％-3％的活性炭吸附搅拌脱色，温度控制在60-70℃，搅拌脱色的时间为20-30min，4000r/min高速离心10min，获得L-色氨酸上清液，再次加入溶液重量0.1％-1％的活性炭脱色20-30min，过滤获得L-色氨酸脱色液，560nm下透光度应大于98％；

d.将c步骤得到的L-色氨酸脱色液进行减压浓缩，蒸发至原体积的8％到20％，直至大量晶体析出时停止减压蒸发浓缩，过滤得到L-色氨酸晶体与母液；

e.向d步得到的母液中加入溶液重量0.1％-1％的活性炭脱色20-30min，过滤后重复d步骤，进行二次结晶，母液全部循环套用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述a步结晶使用的发酵液L-色氨酸浓度为50-60g/L，若浓度达不到，通过减压浓缩达到。