CN105778118A - 一种ε-聚赖氨酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ε‑聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述方法为：将ε‑聚赖氨酸盐酸盐加入到水中，配制成质量浓度6‑10％的ε‑聚赖氨酸盐酸盐水溶液，调节pH值，获得pH值9‑13的ε‑聚赖氨酸盐酸盐水溶液，采用纳滤膜进行一次浓缩，取一次截留液加水稀释并再次采用纳滤膜浓缩，取再次浓缩的截留液重复稀释和浓缩至截留液中无氯离子检出，取最后一次浓缩的截留液再浓缩至ε‑聚赖氨酸质量浓度20％以上后进行干燥，获得ε‑聚赖氨酸；采用本发明方法，可大批量得到ε‑聚赖氨酸产品，工艺简单，收率高达90％以上，所得产品成型较好，便于储存和运输。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种ε-聚赖氨酸的制备方法。
(二)背景技术
1977年日本学者S.Shima和H.Sakai在从微生物中筛选Dragendo～Positive(简写为DP)物质的过程中，发现一株放线菌No.346能产生大量而稳定的DP物质，通过对酸水解产物的分析及结构分析，证实该DP物质是一种含有25-30个赖氨酸残基的同型单体聚合物，称为ε-多聚赖氨酸(ε-PL)。
ε-聚赖氨酸是一种具有抑菌功效的多肽，这种生物防腐剂在80年代就首次应用于食品防腐。ε-聚赖氨酸能在人体内分解为赖氨酸，而赖氨酸是人体必需的8种氨基酸之一，也是世界各国允许在食品中强化的氨基酸。因此ε-聚赖氨酸是一种营养型抑菌剂，安全性高于其他化学防腐剂，其急性口服毒性为5g/kg。ε-聚赖氨酸抑菌谱广，对于酵母属的尖锐假丝酵母菌、法红酵母菌、产膜毕氏酵母、玫瑰掷孢酵母；革兰氏阳性菌中的耐热脂肪芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌；革兰氏阴性菌中的产气节杆菌、大肠杆菌等都有明显的抑制和杀灭作用。聚赖氨酸对革兰氏阳性的微球菌，保加利亚乳杆菌，热链球菌，革兰氏阴性的大肠杆菌，沙门氏菌以及酵母菌的生长有明显抑制效果，聚赖氨酸与醋酸复合试剂对枯草芽胞杆菌有明显抑制作用。
ε-聚赖氨酸的作用机理主要表现在如下3个方面：
(1)作用于细胞壁和细胞膜系统；
(2)作用于遗传物质或遗传微粒结构；
(3)作用于酶或功能蛋白。对聚赖氨酸的抑菌性能进行研究，发现ε-PL不仅可抑制耐热性较强的G+的微球菌，而且对其它天然防腐剂(如Nisin)不易抑制的G-的大肠杆菌、沙门氏菌抑菌效果亦非常好，同时还可抑制保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、酵母菌的生长。但是单独使用ε-PL时对枯草芽孢杆菌、黑曲霉抑制不明显，采用ε-PL与醋酸复合处理，对枯草芽孢杆菌抑制作用增强，经高温处理后的ε-PL对微球菌仍有抑菌活性。
目前，市场上大部分聚赖氨酸产品以盐酸盐的形式存在，而碱性形式的聚赖氨酸产品(ε-聚赖氨酸)较少，但ε-聚赖氨酸与盐酸盐相比，具有更高的生物活性，因此，制备ε-聚赖氨酸可进一步高效利用发酵所产生的聚赖氨酸，提高生产效率，产生更高的经济效益。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种ε-聚赖氨酸的制备方法，ε-聚赖氨酸相对目前国内市场上的聚赖氨酸盐酸盐，其抑菌活性更高，且可应用于医药和化妆品领域，拓展了聚赖氨酸的使用范围。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种ε-聚赖氨酸的制备方法，所述方法为：将ε-聚赖氨酸盐酸盐(质量浓度95％)加入到水中，配制成质量浓度6-10％的ε-聚赖氨酸盐酸盐水溶液，调节pH值，获得pH值9-13的ε-聚赖氨酸盐酸盐水溶液，采用纳滤膜进行一次浓缩，取一次截留液加水稀释并再次采用纳滤膜浓缩，取再次浓缩的截留液重复稀释和浓缩至截留液中无氯离子检出，取最后一次浓缩的截留液再浓缩(纳滤膜浓缩)至ε-聚赖氨酸质量浓度20％以上后进行干燥，获得ε-聚赖氨酸。
进一步，所述纳滤膜孔径1.5-2nm。
进一步，所述pH值利用1mol/L氢氧化钠水溶液或氨水调节。
进一步，所述重复稀释和过滤3-5次。
进一步，每次截留液加水稀释1倍体积。
进一步，所述最后一次浓缩的截留液再浓缩(纳滤膜浓缩)至ε-聚赖氨酸质量浓度20％-40％后进行干燥。
进一步，所述干燥为喷雾干燥，喷雾塔进口温度为190℃，出口温度低于70℃，优选为60℃。
进一步，所述最后一次浓缩的截留液浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度20％后添加质量终浓度0.1-0.2％的吐温20，再进行喷雾干燥。
进一步，所述干燥在-60℃冷冻干燥12-72h。
本发明的有益效果主要体现在：采用本发明方法，可大批量得到ε-聚赖氨酸产品，工艺简单，收率高达90％以上，所得产品成型较好，便于储存和运输。
(四)附图说明
图1ε-聚赖氨酸标准品色谱图。
图2实施例1制备的ε-聚赖氨酸产品的色谱图。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，浓缩液(即截留液)加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩(纳滤膜浓缩)至ε-聚赖氨酸质量浓度20％，取浓缩物进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量96.5％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率97.1％(以实际聚赖氨酸含量计)，ε-聚赖氨酸标准品色谱图见图1所示，ε-聚赖氨酸固体产品色谱图见图2所示。
实施例2：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序5次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸质量浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量97.8％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率95.4％。
实施例3：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度8％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量98.1％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率96.8％。
实施例4：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成8％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序5次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量98.5％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率95.3％。
实施例5：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度6％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的浓缩液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量98.6％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率96.2％。
实施例6：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度6％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序5次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量98.8％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率95.2％。
实施例7：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度80℃，所得ε-聚赖氨酸产品熔化并凝固在喷雾塔内部，无法获取最终产品。
实施例8：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度70℃，所得ε-聚赖氨酸产品少量凝固在喷雾塔内部，可回收60％的产品。
实施例9：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至8.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得的ε-聚赖氨酸固体产品中，仍有大量氯离子检出。
实施例10：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至9.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量的ε-聚赖氨酸固体产品中，仍有极少量氯离子检出。
实施例11：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至9.5，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量的ε-聚赖氨酸固体产品中，无氯离子检出，收率95.8％。
实施例12：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.5，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量98.6％的ε-聚赖氨酸固体产品中，无氯离子检出，收率95.5％。
实施例13：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至12.5，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至聚赖氨酸浓度20％，进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量94.2％的ε-聚赖氨酸固体产品中，无氯离子检出，极易吸潮，同时有钠离子检出，推断其中含少量氢氧化钠。
实施例14：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至9.5，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度至20％，-60℃冷冻干燥72h，所得ε-聚赖氨酸含量92.1％，收率96.2％。
实施例15：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至9.5，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度至30％，-60℃冷冻干燥72h，所得ε-聚赖氨酸含量95.1％，收率95.4％。
实施例16：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至9.5，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度至40％，-60℃冷冻干燥72h，所得ε-聚赖氨酸含量98.1％，收率95.6％。
实施例17：
称取1000gε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加5L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序3次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度20％，加入质量终浓度0.1％的吐温20，搅匀后进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量98.8％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率96.8％，产品形态较不加吐温20更好，且易收集，不粘壁。
实施例18：
称取10kgε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氢氧化钠(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加50L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序5次后，收集最后一次脱盐的滤液浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度20％，加入质量终浓度0.1％的吐温20，搅匀后进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量98.6％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率95.5％。
实施例19：
称取10kgε-聚赖氨酸盐酸盐(95％)加水溶解，配置成质量浓度10％的水溶液，利用氨水(1M)调节pH至10.0，采用纳滤膜(孔径2nm)对上述溶液进行脱盐处理，经一次脱盐后，取浓缩液加50L水稀释并再次采用纳滤膜(孔径2nm)脱盐，重复稀释和脱盐工序5次后，收集最后一次脱盐的溶液浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度20％，加入质量终浓度0.1％的吐温20，搅匀后进行喷雾干燥，进口温度190℃，出口温度60℃，最终获得含量98.9％的ε-聚赖氨酸固体产品，收率96.8％。
Claims (9)
1.一种ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述方法为：将ε-聚赖氨酸盐酸盐加入到水中，配制成质量浓度6-10％的ε-聚赖氨酸盐酸盐水溶液，调节pH值，获得pH值9-13的ε-聚赖氨酸盐酸盐水溶液，采用纳滤膜进行一次浓缩，取一次截留液加水稀释并再次采用纳滤膜浓缩，取再次浓缩的截留液重复稀释和浓缩至截留液中无氯离子检出，取最后一次浓缩的截留液再浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度20％以上后进行干燥，获得ε-聚赖氨酸。
2.如权利要求1所述ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述纳滤膜孔径1.5-2nm。
3.如权利要求1所述ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述pH值利用1mol/L氢氧化钠水溶液或氨水调节。
4.如权利要求1所述ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述重复稀释和过滤3-5次。
5.如权利要求1所述ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于每次浓缩的截留液加水稀释1倍体积。
6.如权利要求1所述ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述最后一次浓缩的截留液再浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度20％-40％后进行干燥。
7.如权利要求1所述ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述干燥为喷雾干燥，进口温度为190℃，出口温度为60℃。
8.如权利要求7所述ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述最后一次浓缩的截留液再浓缩至ε-聚赖氨酸质量浓度20％后添加质量终浓度0.1-0.2％的吐温20，再进行喷雾干燥。
9.如权利要求1所述ε-聚赖氨酸的制备方法，其特征在于所述干燥在-60℃冷冻干燥12-72h。
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