CN106986808A - 一种从发酵液中提取l‑色氨酸的结晶工艺 - Google Patents

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陈宁
徐庆阳
刘子强
蔡萌萌
刘镇瑜
杨梦晨
户红通
谢希贤
张成林
李燕军
范晓光
宋炜琛
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    • C07D209/04—Indoles; Hydrogenated indoles
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    • C07D209/18—Radicals substituted by carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals
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Abstract

本发明提供了一种从发酵液中提取L‑色氨酸的结晶工艺，将经过加热灭活、微滤、超滤、旋蒸后的浓缩发酵液在4℃下连续施加50W超声强度结晶，超声作用时间为15‑20min，使得色氨酸浓缩液在超声空化作用下由最初大小不一的晶核快速发展成大小均一的微小晶粒，之后在4℃条件下恒温静置1h，之后将得到的悬浊液抽滤，干燥，然后得到成品。之后对比其和现有普通结晶工艺的结晶速率、电导率变化速度及产品收率、质量、纯度等参数。本发明的目的主要是解决在传统色氨酸提取过程中存在的结晶次所多、结晶周期长、晶体较大、大小不均一、结晶量不理想等问题，提高了结晶速率，缩短了结晶周期，提高了L‑色氨酸的产品收率且不影响纯度。

Description

一种从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺
技术领域
本发明涉及L-色氨酸生产领域，尤其是一种从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺。
背景技术
色氨酸是人体和动物生命活动中八种必需的氨基酸之一,其英文名Tryptophan,学名β-吲哚基丙氨酸，其基本性状为白色至黄白色微粒晶体或结晶性粉末。嗅感无臭或微臭，味感微甜。常温下微溶于水，但随着温度的升高其在水中的溶解度会相对升高；几乎不溶于乙醇；可溶于含碱的溶液中。而其一种异构体L-色氨酸，由于其对人和动物的生长发育、新陈代谢起着重要的作用，被称为第二必需氨基酸，广泛应用于医药、食品和饲料等方面。
近年来，L-色氨酸的生产多采用微生物发酵后提取发酵液中的色氨酸。但传统的色氨酸需要经过多次结晶，且结晶时间较长，晶体较大，结晶量不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺，可有效提高结晶速率、缩短结晶周期。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺，将经过加热灭活、微滤、超滤、旋蒸后的浓缩发酵液在4℃恒温条件下连续施加50W超声强度进行结晶，超声作用时间为15-20min，使得色氨酸浓缩液在超声空化作用下由最初大小不一的晶核快速发展成大小均一的微小晶粒，之后在4℃条件下恒温静置1h，再将得到的悬浊液抽滤，干燥，即得成品。
优选的，上述从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺，具体步骤如下：
(1)将L-色氨酸发酵液在常温下进行初步离心处理，离心条件为6500r/min，8min，使其固液分离，留下上清液；将上清液在0.1MPa左右的压力推动下经过微滤膜过滤；得到的滤液进行脱色处理，其方法是采用活性炭脱色。
(2)将步骤(1)获得的L-色氨酸滤液用旋转蒸发仪进行减压浓缩，浓缩得到浓度为65-75g/L的浓缩发酵液，此时会有部分L-色氨酸晶体析出，形成L-色氨酸悬浊液；得到的悬浊液中加入乙酸使其pH值达到5.8-5.9，再加入悬浮液体积5％的无水乙醇，置于4℃温度下；
(3)所得液体在50W强度超声波场下4℃恒温条件下静止放置进行低温冰点结晶，20min后结束结晶，之后在4℃条件下恒温静置1h，再将得到的悬浊液抽滤，干燥，即得成品。
优选的，上述从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺，所述浓缩发酵液的浓度为70g/L。
本发明结构有如下有益效果：
上述从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺，在结晶过程中附加超声波场，并在特定低温条件下进行结晶，有效提高了产品的结晶速率和收率，对晶体的大小也有积极影响，同时减低了工艺耗时；声波低温结晶后所获得的L-色氨酸晶体收率达到81.7％，纯度达到99.3％以上，所获得的晶体微小且大小均匀。
具体实施方式
下面通过具体实施实例对本发明做进一步说明：
实施例1
取经过改造的大肠杆菌工程菌发酵完成的L-色氨酸发酵液2L,测得其中L-色氨酸的含量为26.69g/L。
将所得L-色氨酸进行结晶处理，具体步骤如下：
(1)将L-色氨酸发酵液在常温下进行初步离心处理，离心条件为6500r/min，8min，使其固液分离，留下上清液；将上清液在0.1MPa左右的压力推动下经过微滤膜过滤；得到的滤液进行脱色处理，其方法是采用活性炭脱色。
(2)将步骤(1)获得的L-色氨酸滤液用旋转蒸发仪进行减压浓缩，浓缩至浓度为70g/L，此时会有部分L-色氨酸晶体析出，形成L-色氨酸悬浊液；得到的悬浊液中加入乙酸使其pH值达到5.8-5.9，再加入悬浮液体积5％的无水乙醇，置于4℃温度下；
(3)进行对比：将步骤(3)中所得溶液一分为二均匀分装，一批液体在4℃下静止放置进行低温冰点结晶；同时，另一批液体在50W强度超声波场下4℃恒温条件下静止放置进行低温冰点结晶，20min后结束结晶。之后在4℃条件下恒温静置1h，再将得到的悬浊液抽滤，留得滤饼自然风干，即得成品。并实时检测两组溶液在结晶时的电导率，对比结晶速率以及产品收率、质量、纯度等参数。
整个操作流程完成后测得低温静止结晶L-色氨酸干重为52.32g,计算得总收率为74.7％,纯度为99.2％。平均结晶速率为1.29mS/cm·min。色氨酸430nm波长检测透光为96.4％。超声条件下结晶L-色氨酸干重为57.19g,计算可得总收率为81.7％,纯度为99.3％；平均结晶速率为2.03mS/cm·min。色氨酸430nm波长检测透光为99.3％。可见，本发明所述方法结晶速率升高，收率提高了9.3％；同时透光率也明显提高。
实施例2
取经过改造的大肠杆菌工程菌发酵完成的L-色氨酸发酵液10L,测得其中L-色氨酸的含量为40.27g/L。经实施例1所述实验步骤，获得的两批L-色氨酸晶体对比结果如下：
整个操作流程完成后测得非超声条件下结晶L-色氨酸干重为153.43g,计算可得总收率为76.2％,纯度为99.5％，平均结晶速率为1.32mS/cm·min。色氨酸430nm波长检测透光为96.7％。超声条件下结晶L-色氨酸干重为165.71g,计算可得总收率为82.3％,纯度为99.5％；平均结晶速率为2.05mS/cm·min。色氨酸430nm波长检测透光为99.6％。可见，本发明所述方法结晶速率升高，收率提高了8.0％；同时透光率也明显提高。
色氨酸发酵液中存在的可溶性小分子蛋白，通过膜过滤等方法很难去除干净，虽然含量很低，但是在色氨酸结晶时，会出现结块现象，晶型差，沉降速率慢，过滤效果差，通过超声结晶，可降低晶体对蛋白的吸附作用，结晶过滤效果好。
同时，通过超声结晶提高了结晶产物的透光率，结晶产物中色素较少。色氨酸发酵液中存在大量色素，采用超滤和活性炭很难完全脱色，结晶过程色素粘附在结晶上，造成产品颜色较深。采用超声结晶色氨酸产品430nm波长检测透光率明显优于未采用超声结晶色氨酸的透光率，证明产品色素得到有效去除，保证了产品的品质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺，其特征在于：将经过加热灭活、微滤、超滤、旋蒸后的浓缩发酵液在4℃恒温条件下连续施加50W超声强度进行结晶，超声作用时间为15-20min，使得色氨酸浓缩液在超声空化作用下由最初大小不一的晶核快速发展成大小均一的微小晶粒，之后在4℃条件下恒温静置1h，再将得到的悬浊液抽滤，干燥，即得成品。
2.根据权利要求1所述的从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺，其特征在于：具体步骤如下：
(1)将L-色氨酸发酵液在常温下进行初步离心处理，离心条件为6500r/min，8min，使其固液分离，留下上清液；将上清液在0.1MPa左右的压力推动下经过微滤膜过滤；得到的滤液进行脱色处理，其方法是采用活性炭脱色。
(2)将步骤(1)获得的L-色氨酸滤液用旋转蒸发仪进行减压浓缩，浓缩得到浓度为65-75g/L的浓缩发酵液，此时会有部分L-色氨酸晶体析出，形成L-色氨酸悬浊液；得到的悬浊液中加入乙酸使其pH值达到5.8-5.9，再加入悬浮液体积5％的无水乙醇，置于4℃温度下；
(3)所得液体在50W强度超声波场下4℃恒温条件下静止放置进行低温冰点结晶，20min后结束结晶，之后在4℃条件下恒温静置1h，再将得到的悬浊液抽滤，干燥，即得成品。
3.根据权利要求2所述的从发酵液中提取L-色氨酸的结晶工艺，其特征在于：所述浓缩发酵液的浓度为70g/L。
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