CN106349476A - 一种ε‑聚赖氨酸的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物发酵工程技术领域，具体涉及一种ε‑聚赖氨酸的生产方法，包括制备发酵液，将发酵液依次进行过滤、碱化、吸附、盐酸解析、脱色处理后得到清液；调整清液的pH为9.0~10.0，进行纳滤操作，即完成。通过调整脱色处理后的发酵液的pH为碱性，使得结合在ε‑聚赖氨酸上的氯离子解离，然后再通过纳滤的方式去除氯离子及其他杂质离子，提高所生产的ε‑聚赖氨酸的纯度，使其纯度达到98%以上，ε‑聚赖氨酸的收率提高20%以上。

Description

一种ε-聚赖氨酸的生产方法

技术领域

本发明涉及生物发酵工程技术领域，具体涉及一种ε-聚赖氨酸的生产方法。

背景技术

天然防腐剂是近年来国内外倡导、开发和寻求的新型产品，开发抗菌性强、安全无毒的天然防腐剂已成为各国科技工作者的研究热点。ε-聚赖氨酸是L-赖氨酸残基通过α-羧基和ε-氨基形成的酰胺键连接而成的均聚氨基酸，故成为ε-聚赖氨酸。ε-聚赖氨酸作为一种天然的生物代谢产品，具有广谱抗菌性，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌均有很好的抑菌效果，是目前天然防腐中具有优良防腐性能和巨大商业潜力的微生物类食品防腐剂，相比于山梨醇等传统化学食品防腐剂，ε-聚赖氨酸具有抑菌谱广，抑菌能力强，不受PH影响，并且耐热，使用量低和安全性高等优点。

ε-聚赖氨酸主要由白色链霉菌发酵生产制得，但ε-聚赖氨酸产量过低，导致生产成本提高，价格昂贵，限制了ε-聚赖氨酸的广泛应用。因此，近些年来人们也致力于通过改善发酵添加和发酵用添加剂来提高ε-聚赖氨酸的产量，但是其效果都不够显著。进而又逐渐致力于创新从发酵液中提取和提纯ε-聚赖氨酸的方法上，以希望能够提高ε-聚赖氨酸的产量，如中国专利CN101701069A公开了一种提取ε-聚赖氨酸及其盐的方法，依次通过将发酵液酸化、碱化、吸附、解析、脱色、浓缩的方式得到ε-聚赖氨酸，然而利用这种方式从发酵液中提取出的ε-聚赖氨酸大多都结合了氯离子，也就是说实际提取得到的是ε-聚赖氨酸盐酸盐，而不是ε-聚赖氨酸，实际得到的ε-聚赖氨酸的纯度低，而且ε-聚赖氨酸盐酸盐的抑菌活性明显低于ε-聚赖氨酸，最终使得使用上述方法从发酵液中提取得到的ε-聚赖氨酸产品的防腐性能不理想。

因此，针对ε-聚赖氨酸生产方法进行进一步的创新和研究，提高ε-聚赖氨酸的纯度和产量，成为了推动ε-聚赖氨酸工业化发展过程中亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种ε-聚赖氨酸的生产方法，提高ε-聚赖氨酸的纯度、收率和产量。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种ε-聚赖氨酸的生产方法， 包括以下操作步骤：

1）制备发酵液；

2）取步骤1）制备的发酵液依次进行过滤、碱化、吸附、盐酸解析、脱色处理后得到清液；

3）调整步骤2）制备的清液的pH为9.0~10.0，进行纳滤操作，即完成。

可选的，步骤3）中所述纳滤操作为循环纳滤至纳滤浓缩液的浓度大于10g/L，滤除盐水的电导率小于200us/cm。

可选的，步骤3）中采用摩尔浓度为1.0~1.5mol/L的氢氧化钠调整步骤2制备的清液的pH为9.0~10.0。

可选的，步骤3）中纳滤操作后还包括将纳滤后的浓缩液进行喷雾干燥，其中喷雾干燥的进口温度为140±10℃，出口温度为83±15℃，浓缩液的流速为80~120L/h。

可选的，步骤2）中所述过滤为向发酵液中加入珍珠岩，然后进行板框过滤，得过滤液；所述碱化为将过滤液的pH调整为碱性。其中珍珠岩在发酵液中的质量百分含量为1.5~2.5%。

可选的，步骤2）中所述吸附为将碱化后的发酵液经D155树脂上柱吸附至树脂达到饱和状态，之后用纯水洗涤吸附饱和的树脂，至洗涤液体澄清；所述盐酸解析为将洗涤后的吸附饱和的树脂用盐酸进行洗脱，制得ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液；所述脱色为将ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液升温至60±5℃，加入活性炭进行脱色，再进行板框过滤，得清液。其中盐酸的摩尔浓度为0.15~0.20mol/L。

可选的，步骤1）中制备发酵液的具体方法为：取发酵用菌种配置菌液进行发酵15~22h后，调整发酵菌液的pH为4.1±0.2，之后持续不断的向发酵菌液中加入葡萄糖和生物素，并控制葡萄糖的质量百分含量为0.2~2%，生物素的浓度为500μg/L，发酵7~9天，即完成。

可选的，步骤1）制备发酵液的过程中发酵起始配置菌液的质量浓度大于15%。

可选的，步骤1）中制备发酵液所用的菌种为链霉菌属白色链霉菌。

本发明ε-聚赖氨酸的生产方法，将发酵液首先依次经过过滤、碱化、吸附、盐酸解析、脱色处理，在盐酸解析过程中，氯离子与ε-聚赖氨酸结合形成ε-聚赖氨酸盐酸盐，本发明通过调整脱色处理后的发酵液的pH为碱性，使得结合在ε-聚赖氨酸上的氯离子解离，然后再通过纳滤的方式去除氯离子及其他杂质离子，提高所生产的ε-聚赖氨酸的纯度，使其纯度达到98%以上，ε-聚赖氨酸的收率提高20%以上。

进一步的，本发明通过在发酵15~22h后，在发酵菌液中持续不断的加入生物素，进一步提高ε-聚赖氨酸的产量，使得ε-聚赖氨酸的发酵产量提高一倍。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

下述实施例中ε-聚赖氨酸发酵液由下述方法制备而得，具体操作步骤为：

（1）种子培养：种子罐经水清洗干净后，开始进行空消，之后将溶氧和pH电极校正准确后装入种子罐内，配种子培养基至种子罐，之后进行实消，降温至30℃，并将实消后降温至30℃的糖并至种子罐中；调节好种子培养所需控制的各参数，温度自动控制在30±1℃，溶氧大于30%，罐压在0.01-0.03mpa，pH调至6.8-7.0，之后用氨水自动控制在6.0；之后，将实验室培养好的斜面白色链霉菌菌种接种至种子罐中，培养14-22h，得发酵用菌种；

（2）发酵培养：发酵罐经水清洗干净后，开始进行空消，之后将溶氧和pH电极校正准确后装入发酵罐内，配发酵培养基至发酵罐，之后进行实消，降温至30℃，并将实消后降温至30℃的糖并至发酵罐中；调节好发酵培养所需控制的各参数，温度自动控制在30±1℃，溶氧大于30%，罐压在0.01-0.03mpa，pH调至6.0-6.2用氨水进行自动控制；将步骤1）制备的发酵用菌种移种至发酵罐中，使得菌种质量浓度达到15%以上，发酵15-22h，之后用氨水自动调整发酵液的pH为4.1±0.2，以无菌操作的方式一定速度连续流加葡萄糖和生物素，葡萄糖的残留量控制在0.2%-2%，生物素控制在500μg/l，发酵 7-9天，即制得发酵液。

利用上述方法制备的发酵液中ε-聚赖氨酸的浓度达到50g/l，相对于未采用连续流加生物素的发酵方法，ε-聚赖氨酸的产量提高一倍。

实施例1

一种ε-聚赖氨酸的生产方法，具体操作步骤为：

1）取上述制备的发酵液，向发酵液中加入2%珍珠岩，进行板框过滤，得到过滤液，调整过滤液的pH为碱性，将碱性过滤液经D155树脂上柱吸附，吸附至饱和后用反渗透纯化水洗涤至洗涤液体澄清，然后将洗涤后的饱和树脂采用摩尔浓度为0.17mol/L的盐酸进行洗脱，制得ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液；之后在ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液中加入活性炭，升温至60℃，进行脱色，之后再经过板框过滤，得到清液；

2）采用摩尔浓度为1.2mol/L的氢氧化钠将步骤1）制备的清液的pH调整为9.5，然后加入纳滤罐中进行循环纳滤至纳滤浓缩液的浓度12g/L，滤出盐水的浓度的电导率186μs/cm，制得纳滤浓缩液；其中纳滤过程中浓缩液流量为550L/h，滤出盐水的流量为25L/h；

3）将步骤2）制备的纳滤浓缩液进行喷雾干燥，控制出口温度为140±10℃，出口温度83±15℃，料液流速100L/h，得到白色或黄色粉末状产品，即为所述的ε-聚赖氨酸。

本实施例从发酵液中提取ε-聚赖氨酸的收率为75.5%，纯度达到99%。

实施例2

一种ε-聚赖氨酸的生产方法，具体操作步骤为：

1）取上述制备的发酵液，向发酵液中加入2%珍珠岩，进行板框过滤，得到过滤液，调整过滤液的pH为碱性，将碱性过滤液经D155树脂上柱吸附，吸附至饱和后用反渗透纯化水洗涤至洗涤液体澄清，然后将洗涤后的饱和树脂采用摩尔浓度为0.15mol/L的盐酸进行洗脱，制得ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液；之后在ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液中加入活性炭，升温至55℃，进行脱色，之后再经过板框过滤，得到清液；

2）采用摩尔浓度为1.0mol/L的氢氧化钠将步骤1）制备的清液的pH调整为9，然后加入纳滤罐中进行循环纳滤操作至纳滤浓缩液的浓度11g/L,滤出盐水的浓度的电导率180μs/cm，制得纳滤浓缩液；其中纳滤过程中浓缩液流量为500L/h，滤出盐水的流量为20L/h；

3）将步骤2）制备的纳滤浓缩液进行喷雾干燥，控制出口温度为140±10℃，出口温度83±15℃，料液流速80L/h，得到白色或黄色粉末状产品，即为所述的ε-聚赖氨酸。

本实施例从发酵液中提取ε-聚赖氨酸的收率为75.3%，纯度达到98%。

实施例3

一种ε-聚赖氨酸的生产方法，具体操作步骤为：

1）取上述制备的发酵液，向发酵液中加入2%珍珠岩，进行板框过滤，得到过滤液，调整过滤液的pH为碱性，将碱性过滤液经D155树脂上柱吸附，吸附至饱和后用反渗透纯化水洗涤至洗涤液体澄清，然后将洗涤后的饱和树脂采用摩尔浓度为0.2mol/L的盐酸进行洗脱，制得ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液；之后在ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液中加入活性炭，升温至65℃，进行脱色，之后再经过板框过滤，得到清液；

2）采用摩尔浓度为1.5mol/L的氢氧化钠将步骤1）制备的清液的pH调整为10，然后加入纳滤罐中进行循环纳滤操作至纳滤浓缩液的浓度12g/L,滤出盐水的浓度的电导率190μs/cm，制得纳滤浓缩液；其中纳滤过程中浓缩液流量为600L/h，滤出盐水的流量为30L/h；

3）将步骤2）制备的纳滤浓缩液进行喷雾干燥，控制出口温度为140±10℃，出口温度83±15℃，料液流速120L/h，得到白色或黄色粉末状产品，即为所述的ε-聚赖氨酸。

本实施例从发酵液中提取ε-聚赖氨酸的收率为75.6%，纯度达到99%。

对比例1

一种ε-聚赖氨酸的生产方法，具体操作步骤为：

1）取上述制备的发酵液，向发酵液中加入2%珍珠岩，进行板框过滤，得到过滤液，调整过滤液的pH为碱性，将碱性过滤液经D155树脂上柱吸附，吸附至饱和后用反渗透纯化水洗涤至洗涤液体澄清，然后将洗涤后的饱和树脂采用摩尔浓度为0.17mol/L的盐酸进行洗脱，制得ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液；之后在ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液中加入活性炭进行脱色，之后再经过板框过滤，得到清液；

2）将步骤1）制备的清液加入纳滤罐中进行循环纳滤操作至纳滤浓缩液的浓度12g/L，滤出盐水的浓度的电导率186μs/cm，制得纳滤浓缩液；其中纳滤过程中浓缩液流量为550L/h，滤出盐水的流量为25L/h；

3）将步骤2）制备的纳滤浓缩液进行喷雾干燥，控制出口温度为140±10℃，出口温度83±15℃，料液流速100L/h，得到白色或黄色粉末状产品。

本对比例从发酵液中提取得到的白色或黄色粉末状产品存在结合了氯离子的ε-聚赖氨酸盐酸盐，ε-聚赖氨酸的纯度仅达到78.5%，收率为50.2%。

结论：相比对比例在脱色后不调整清液的pH为碱性，直接进行纳滤操作，本发明方法中调整清液的pH为碱性后，将与ε-聚赖氨酸结合的氯离子解离，使得在纳滤过程中滤除氯离子和其他杂质，使得ε-聚赖氨酸的纯度由78.5%提高至98%以上，收率由50.2%提高至75.5%左右，收率提高了25.3%。

Claims (9)

1.一种ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于， 包括以下操作步骤：

1）制备发酵液；

2）取步骤1）制备的发酵液依次进行过滤、碱化、吸附、盐酸解析、脱色处理后得到清液；

3）调整步骤2）制备的清液的pH为9.0~10.0，进行纳滤操作，即完成。

2.如权利要求1所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，步骤3）中所述纳滤操作为循环纳滤至纳滤浓缩液的浓度大于10g/L，滤除盐水的电导率小于200us/cm。

3.如权利要求1所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，步骤3）中采用摩尔浓度为1.0~1.5mol/L的氢氧化钠调整步骤2）制备的清液的pH为9.0~10.0。

4.如权利要求1~3任一项所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，步骤3）中纳滤操作后还包括将纳滤后的浓缩液进行喷雾干燥，其中喷雾干燥的进口温度为140±10℃，出口温度为83±15℃，浓缩液的流速为80~120L/h。

5.如权利要求1~3任一项所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，步骤2）中所述过滤为向发酵液中加入珍珠岩，然后进行板框过滤，得过滤液；所述碱化为将过滤液的pH调整为碱性。

6.如权利要求1~3任一项所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，步骤2）中所述吸附为将碱化后的发酵液经D155树脂上柱吸附至树脂达到饱和状态，之后用纯水洗涤吸附饱和的树脂，至洗涤液体澄清；所述盐酸解析为将洗涤后的吸附饱和的树脂用盐酸进行洗脱，制得ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液；所述脱色为将ε-聚赖氨酸盐酸盐溶液升温至60±5℃，加入活性炭进行脱色，再进行板框过滤，得清液。

7.如权利要求1~3任一项所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，步骤1）中制备发酵液的具体方法为：取发酵用菌种配置菌液进行发酵15~22h后，调整发酵菌液的pH为4.1±0.2，之后持续不断的向发酵菌液中加入葡萄糖和生物素，并控制葡萄糖的质量百分含量为0.2~2%，生物素的浓度为500μg/L，发酵7~9天，即完成。

8.如权利要求7所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，步骤1）制备发酵液的过程中发酵起始配置菌液的质量浓度大于15%。

9.如权利要求1~3任一项所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，步骤1）中制备发酵液所用的菌种为链霉菌属白色链霉菌。