CN106631854A

CN106631854A - 一种去除l‑丙氨酸发酵料液中无机盐的方法

Info

Publication number: CN106631854A
Application number: CN201611164589.4A
Authority: CN
Inventors: 刘洋; 唐思青
Original assignee: Qinhuangdao Huaheng Biological Engineering Co Ltd
Current assignee: Qinhuangdao Huaheng Biological Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: CN106631854B

Abstract

本发明公开了一种去除L‑丙氨酸发酵料液中无机盐的方法，该方法包括将L‑丙氨酸发酵料液进行过滤，除去发酵液中的菌体及大分子蛋白，得到L‑丙氨酸超滤清液；控制所述淡水泵、浓水泵以及极水泵各自注水流量，确保所述淡水室、浓水室以及极水室内的压力平衡；将所述L‑丙氨酸超滤清液在恒定的电流密度条件下电渗析处理至膜堆电压稳定在30～50V，L‑丙氨酸发酵清液电导率为3000～10000µS/cm，L‑丙氨酸损失率在8～12%时结束电渗析。该方法采用电渗析处理发酵法生产L‑丙氨酸工艺中的料液，能够有效去除铵盐、磷酸盐、钙盐和镁盐等盐分，从而提高L‑丙氨酸产品纯度和品质。

Description

一种去除L-丙氨酸发酵料液中无机盐的方法

技术领域

本发明涉及提纯方法技术领域，特别是涉及一种利用电渗析去除L-丙氨酸发酵料液中无机盐的方法。

背景技术

电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合，是分离过程中较为成熟的一项技术。电渗析是在外加直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性(即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜)，使水中的阴、阳离子做定向运动(阴、阳离子分别向阳极和阴极移动)从而实现产品淡化、浓缩、精制或纯化等目的。目前其在各种天然水淡化、海水浓缩制盐、废水处理以及食品医疗工业等行业中起着重要作用，也可以用于发酵物料的分离、精制和浓缩等工艺。

L-丙氨酸是一种白色结晶或结晶性粉末，带有甜味，易溶于水，在食品及医药工业领域具有广泛的用途。目前，L-丙氨酸的生产方法主要有化学合成法、生物酶法和微生物发酵法。其中前两种方法都是经过复杂的生物/化学催化完成的，污染重，分离提取成本高，不适合可持续生产的需要。近年来使用生物发酵法生产L-丙氨酸的研究越来越受到重视，微生物发酵法能够实现以可再生的生物质资源为原料生产L-丙氨酸。其生产工艺简单，只需在起始阶段往发酵罐中投加葡萄糖和一定量的无机盐，并接入少量的菌种。所用的原料简单易得能够使L-丙氨酸的生产成本保持在稳定的水平，具有长远的经济优势。目前存在的一个问题是发酵液中少量的无机盐，如铵盐、磷酸盐、钙盐和镁盐等无机盐会直接影响后续提取和精制过程，进而影响到产品的纯度和品质。如何有效去除L-丙氨酸发酵料液中铵盐和磷酸盐已经成为影响高效生产和环境保护的重要难题。

发明内容

本发明提供了一种去除L-丙氨酸发酵料液中无机盐的方法。

本发明提供了如下方案：

一种去除L-丙氨酸发酵料液中无机盐的方法，该方法包括：

将L-丙氨酸发酵料液通过截留分子量为10万～100万的膜进行过滤，除去发酵液中的菌体及大分子蛋白，得到L-丙氨酸超滤清液；

通过淡水泵将所述L-丙氨酸超滤清液注入电透析装置的淡水室内，通过浓水泵将浓度为0.01～0.10％的Na₂SO₄溶液注入所述电透析装置的浓水室内，通过极水泵将浓度为1～8％的Na₂SO₄溶液注入所述电透析装置的极水室内；控制所述淡水泵、浓水泵以及极水泵各自注水流量，确保所述淡水室、浓水室以及极水室内的压力平衡；

将所述L-丙氨酸超滤清液在恒定的电流密度条件下电渗析处理至膜堆电压稳定在30～50V，L-丙氨酸发酵清液电导率为3000～10000μS/cm，L-丙氨酸损失率在8～12％时结束电渗析。

优选的：所述过滤时压力为0.15～0.80MPa，温度为10～90℃。

优选的：所述过滤时压力为0.30～0.60MPa，温度为30～60℃。

优选的：所述L-丙氨酸超滤清液的pH为5.0～8.0。

优选的：所述膜堆包括多组由阳离子交换膜和阴离子交换膜成对设置构成的膜组，所述阳离子交换膜以及所述阴离子交换膜均为均相膜、异相膜和半均相膜中的一种。

优选的：所述膜堆包括多组双极膜，所述双极膜为均相膜、异相膜和半均相膜中的一种。

优选的：所述电渗析装置的操作方式为间歇操作、半连续操作或连续操作中的一种。

优选的：所述电渗析装置的操作方式为连续操作。

优选的：所述电渗析装置工作过程中每平方膜对应的浓水泵流量为500～2500L/h、淡水泵流量为500～2500L/h、极水泵流量为1000～3000L/h。

优选的：所述电流密度为50～200A/m²。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种去除L-丙氨酸发酵料液中无机盐的方法，在一种实现方式下，该方法包括：将L-丙氨酸发酵料液通过截留分子量为10万～100万的膜进行过滤，除去发酵液中的菌体及大分子蛋白，得到L-丙氨酸超滤清液；通过淡水泵将所述L-丙氨酸超滤清液注入电透析装置的淡水室内，通过浓水泵将浓度为0.01～0.10％的Na₂SO₄溶液注入所述电透析装置的浓水室内，通过极水泵将浓度为1～8％的Na₂SO₄溶液注入所述电透析装置的极水室内；控制所述淡水泵、浓水泵以及极水泵各自注水流量，确保所述淡水室、浓水室以及极水室内的压力平衡；将所述L-丙氨酸超滤清液在恒定的电流密度条件下电渗析处理至膜堆电压稳定在30～50V，L-丙氨酸发酵清液电导率为3000～10000μS/cm，L-丙氨酸损失率在8～12％时结束电渗析。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过电渗析工艺处理L-丙氨酸发酵液的能耗较低，处理至50％脱盐率时，单位体积的直流电耗为5.95kwh/m3；

2、本发明的电渗析过程对L-丙氨酸发酵液中无机盐的去除率大于80％，L-丙氨酸的纯度可达98％，减轻了下游提取精制工艺的负担；

3、本发明整个过程不用调节发酵液pH，也不额外添加化学试剂，工艺控制简单易行，处理过程也不产生固体废渣，不会造成环境污染，是一种适宜推广应用的工艺方法。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种电渗析去除L-丙氨酸发酵料液中无机盐的方法，采用电渗析处理发酵法生产L-丙氨酸工艺中的料液，能够有效去除铵盐、磷酸盐、钙盐和镁盐等盐分，从而提高L-丙氨酸产品纯度和品质。

本发明实施例提供的一种去除L-丙氨酸发酵料液中无机盐的方法，该方法包括：

将L-丙氨酸发酵料液通过截留分子量为10万～100万的膜进行过滤，除去发酵液中的菌体及大分子蛋白，得到L-丙氨酸超滤清液；所述过滤时压力为0.15～0.80MPa，温度为10～90℃。进一步的，所述过滤时压力为0.30～0.60MPa，温度为30～60℃。所述L-丙氨酸超滤清液的pH为5.0～8.0。

通过淡水泵将所述L-丙氨酸超滤清液注入电透析装置的淡水室内，通过浓水泵将浓度为0.01～0.10％的Na₂SO₄溶液注入所述电透析装置的浓水室内，通过极水泵将浓度为1～8％的Na₂SO₄溶液注入所述电透析装置的极水室内；控制所述淡水泵、浓水泵以及极水泵各自注水流量，确保所述淡水室、浓水室以及极水室内的压力平衡；所述电渗析装置工作过程中每平方膜对应的浓水泵流量为500～2500L/h，淡水泵流量为500～2500L/h，极水泵流量为1000～3000L/h。

将所述L-丙氨酸超滤清液在恒定的电流密度条件下电渗析处理至膜堆电压稳定在30～50V，L-丙氨酸发酵清液电导率为3000～10000μS/cm，L-丙氨酸损失率在8～12％时结束电渗析。所述膜堆包括多组由阳离子交换膜和阴离子交换膜成对设置构成的膜组，所述阳离子交换膜以及所述阴离子交换膜均为均相膜、异相膜和半均相膜中的一种。进一步的，所述膜堆包括多组双极膜，所述双极膜为均相膜、异相膜和半均相膜中的一种。所述电渗析装置的操作方式为间歇操作、半连续操作或连续操作中的一种。所述电流密度为50～200A/m²。

下面通过具体实施例对本申请提供的方案做详细介绍：

实施例1

将200L L-丙氨酸发酵液通过截留分子量为100,000Da的陶瓷膜进行超滤过滤，得到L-丙氨酸超滤清液。具体工艺条件为：超滤过滤操作压力为0.15～0.80MPa，优选为0.30～0.60MPa，操作温度为10～60℃，优选为30～60℃。L-丙氨酸发酵清液初始pH为6.88，电导率18643μS/cm，L-丙氨酸含量为13.48％，铵盐含量为4029mg/L，磷酸盐含量为2166mg/L，钙盐含量为1342mg/L，镁盐含量为1581mg/L。

取20L L-丙氨酸超滤清液作为淡化液注入淡水室内，浓水室初始溶液为15L0.05％Na₂SO₄溶液，极水室初始溶液为10L 2％Na₂SO₄溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，调节浓、淡水流量为1300L/h，极水流量为1500L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；将超滤透析液在电流密度为120A/m2条件下电渗析处理至膜堆电压稳定在35V，脱盐处理至电导率为3000～4000μS/cm；电渗析使用的膜堆由46对均相阴离子交换膜和均相阳离子交换膜组成，单对膜有效膜面积为0.051m²。

L-丙氨酸电渗析所得处理液分析：pH为6.42，电导率为3280μS/cm，为初始电导率的17.77％，L-丙氨酸含量为12.32％，丙氨酸收率为91.39％，铵盐含量为545mg/L，磷酸盐为332mg/L，钙盐含量为262mg/L，镁盐含量为284mg/L，脱盐率为84.39％。

实施例2

将1000L L-丙氨酸发酵液通过截留分子量为100,000Da的陶瓷膜进行超滤过滤，得到L-丙氨酸超滤清液。具体工艺条件为：超滤过滤操作压力为0.15～0.80MPa，优选为0.30～0.60MPa，操作温度为10～680℃，优选为30～60℃。L-丙氨酸超滤清液初始pH为6.53，电导率24320μS/cm，L-丙氨酸含量为17.43％，铵盐含量为4722mg/L，磷酸盐含量为2873mg/L，钙盐含量为2167mg/L，镁盐含量为2353mg/L。

取80L L-丙氨酸超滤清液作为淡化液，浓室初始溶液为100L 0.03％Na₂SO₄溶液，极室初始溶液为50L 1.6％Na₂SO₄溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，调节浓、淡水流量为1500L/h，极水流量为1800L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；将超滤透析液在电流密度为150A/m²条件下电渗析处理至膜堆电压稳定在40V，脱盐处理至电导率为3000～4000μS/cm；电渗析使用的膜堆由46对均相阴离子交换膜和均相阳离子交换膜组成，单对膜有效膜面积为0.051m²。

L-丙氨酸电渗析所得处理液分析：pH为5.73，电导率为3154μS/cm，为初始电导率的12.97％，L-丙氨酸含量为15.79％，丙氨酸收率为90.59％，铵盐含量为548mg/L，磷酸盐为348mg/L，钙盐含量为293mg/L，镁盐含量为309mg/L，脱盐率为87.34％。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种去除L-丙氨酸发酵料液中无机盐的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过滤时压力为0.15～0.80MPa，温度为10～90℃。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述过滤时压力为0.30～0.60MPa，温度为30～60℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述L-丙氨酸超滤清液的pH为5.0～8.0。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜堆包括多组由阳离子交换膜和阴离子交换膜成对设置构成的膜组，所述阳离子交换膜以及所述阴离子交换膜均为均相膜、异相膜和半均相膜中的一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜堆包括多组双极膜，所述双极膜为均相膜、异相膜和半均相膜中的一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电渗析装置的操作方式为间歇操作、半连续操作或连续操作中的一种。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电渗析装置的操作方式为连续操作。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电渗析装置工作过程中每平方膜对应的浓水泵流量为500～2500L/h、淡水泵流量为500～2500L/h、极水泵流量为1000～3000L/h。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流密度为50～200A/m²。