CN107417557A - 一种酶转化液中β‑丙氨酸的纯化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物化学工程技术领域，具体公开一种酶转化液中β‑丙氨酸的纯化方法。所述纯化方法，包括如下步骤：将含β‑丙氨酸的酶转化液进行升温灭活处理；将灭活后的酶转化液进行脱色处理后，过滤，得到含β‑丙氨酸的滤液；将含β‑丙氨酸的滤液通过陶瓷膜过滤，再通过超滤膜过滤，收集滤液；将所述的滤液经减压浓缩，结晶处理和干燥处理，得β‑丙氨酸。本发明所提供的纯化方法，工艺简单，操作方便，环保安全，成本低廉，得到的β‑丙氨酸，收率高，含量高。

Description

一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法
技术领域
本发明涉及生物化学工程技术领域，尤其涉及一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法。
背景技术
β-丙氨酸，英文名为beta-Alanine，又名3-氨基丙酸，分子式是C3H7NO2，是自然界中唯一存在的β型氨基酸，在生物体内进一步合成为泛酸,目前工业上β-丙氨酸主要通过化学合成方法生产。主要为丙烯酸氨化法、丙烯腈氨化水解法及β-氨基丙腈水解法。国内工业生产主要采用的是丙烯腈氨化水解法，这些方法大多需要强碱强酸、高温、高压等条件，而且副反应多，产物纯化烦琐、存在环境污染问题。
随着生物发酵技术的迅猛发展，生化分离纯化技术已经成为生物技术产业化过程中的一项关键技术，近年来开发了新型分离技术，超临界CO2萃取技术介于反渗透、超滤和纳滤技术，以及液膜技术，等相继取得了很大进展，但开发的新技术存在下列某些问题：工艺尚不成熟，设备要求精密，萃取液的毒性难以去除，有机溶媒消耗量大，溶剂难以回收，生产代价高昂等，限制了它们的大规模使用。
发明内容
针对现有技术存在的设备要求精密，萃取液的毒性难以去除，有机溶媒消耗量大，成本高等问题，本发明提供一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，至少包括如下步骤：
(1)将含β-丙氨酸的酶转化液进行升温灭活处理；
(2)将灭活后的酶转化液进行脱色处理后，过滤，得到含β-丙氨酸的滤液；
(3)将含β-丙氨酸的滤液通过陶瓷膜过滤，再通过超滤膜过滤，收集滤液；
(4)将步骤(3)中所述的滤液经减压浓缩，得浓缩液，经结晶处理、干燥处理，得β-丙氨酸。
相对于现有技术，本发明提供的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，工艺简单，操作方便，提纯过程依次利用活性炭和膜系统对转化液进行处理，能减少物料损失，保证收率，且处理过程中不会用到其它试剂，减少对转化液的污染，不会产生污染性废液，环保安全，成本低廉，得到的β-丙氨酸，收率高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，该纯化方法，包括如下步骤：
(1)将含β-丙氨酸的酶转化液进行升温灭活处理；
(2)将灭活后的酶转化液进行脱色处理后，过滤，得到含β-丙氨酸的滤液；
(3)将含β-丙氨酸的滤液通过陶瓷膜过滤，再通过超滤膜过滤，收集滤液；
(4)将步骤(3)中所述的滤液经减压浓缩，得浓缩液，经结晶处理、干燥处理，得β-丙氨酸。
具体地，将含β-丙氨酸的酶转化液进行升温灭活处理，使残余脱羧酶失去活性不再进行副反应。
具体地，向灭活后的酶转化液中加入活性炭，进行脱色处理，过滤，除去去除残余酶，对β-丙氨酸进行初步提纯。
具体地，将含β-丙氨酸的滤液通过陶瓷膜过滤，去除大分子蛋白；再通过超滤膜过滤，去除小分子蛋白，在提纯β-丙氨酸的同时，保证β-丙氨酸收率。
具体地，将步骤(3)中所述的滤液经减压浓缩，再经结晶处理、干燥处理，进一步提高β-丙氨酸的纯度。
下面对上述制备方法做进一步的解释说明：
优选地，酶转化液为酶转化生产β-丙氨酸所得到的含β-丙氨酸的酶转化液，其中含量有的杂质可通过脱色、过膜和结晶处理而除去，而得到较高纯度的β-丙氨酸。
优选地，升温灭活处理温度为50-100℃，时间为20-40min，确保酶转化液中的残余酶被彻底灭活。
优选地，脱色处理采用活性炭实现，且所述活性炭与酶转化液的重量体积比为12-16g:1L，脱色处理的温度为35-45℃，脱色处理的时间20-30min，使活性炭充分吸附酶转化液中的残余酶及色素等，进而通过过滤去除，实现β-丙氨酸的初步提纯。
优选地，陶瓷膜过滤温度为30-40℃，过膜压力为0.3-0.5MPa；和/或超滤膜过滤温度为30-40℃，过膜压力为1.5-3.5MPa。在该特定条件下先后进行的陶瓷膜过滤和超滤膜过滤处理，可以确保β-丙氨酸中残留的大分子蛋白和小分子蛋白充分去除。
优选地，30-80℃条件下进行减压浓缩，进一步采用95％乙醇，冷却结晶，60℃真空干燥，对β-丙氨酸进一步的纯化，得到高含量，高纯度的β-丙氨酸。
本方法工艺简单，操作方便，提纯过程主要利用活性炭和膜系统对转化液进行处理，能减少物料损失，保证收率，且处理过程中不会用到其它试剂，减少对转化液的污染，不会产生污染性废液，环保安全，成本低廉，得到的β-丙氨酸，收率高。
为了更好的说明本发明实施例提供的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，包括如下步骤：
(1)将含β-丙氨酸含量为150g/L的5L酶转化液升温至80℃搅拌30min，进行灭活处理；
(2)向灭活后的酶转化液中加入60g活性炭，40℃脱色处理20min，过滤，得到含β-丙氨酸的滤液；
(3)将含β-丙氨酸的滤液，在40℃，0.4MPa下，通过陶瓷膜过滤，用2L纯水洗浓相，取陶滤清液6L，再在40℃，3.5MPa下，通过超滤膜过滤，用2L纯水洗浓相，取超滤清液7.2L；
(4)将步骤(3)中的清液经减压浓缩，采用95％乙醇，冷却结晶，60℃真空干燥，得678.5gβ-丙氨酸，纯度97％，含量93.5％，收率93.82％。
陶瓷膜过滤和超滤膜过滤的相关数据如表1和表2所示。
表1
物料 体积L 含量g/L 总量g
转化液 5 150 750
陶滤清液 6 117.75 706.6
陶滤浓相 1 14.15 14.15
陶瓷膜过滤收率：94.21％；陶瓷膜过滤物衡：96.1％。
表2
物料 体积L 含量g/L 总量g
陶滤清液 6 117.75 706.6
超滤清液 7.2 93.9 676.2
超滤浓相 0.75 4.9 3.675
超滤膜过滤收率为：95.69％；超滤膜过滤物衡：96.21％。
实施例2
一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，包括如下步骤：
(1)将含β-丙氨酸含量为97.5g/L的5L酶转化液升温至50℃搅拌40min，进行灭活处理；
(2)向灭活后的酶转化液中加入75g活性炭，35℃脱色处理25min，过滤，得到含β-丙氨酸的滤液；
(3)将含β-丙氨酸的滤液，在30℃，0.5MPa下，通过陶瓷膜过滤，用2L纯水洗浓相，取陶滤清液6.18L，再在30℃，2.5MPa下，通过超滤膜过滤，用2L纯水洗浓相，取超滤清液7.25L；
(4)将步骤(3)中的清液经减压浓缩，采用95％乙醇，冷却结晶，60℃真空干燥，得449.13gβ-丙氨酸，纯度98.8％，含量93.2％,收率93.52％。
陶瓷膜过滤和超滤膜过滤的相关数据如表3和表4所示。
表3
物料 体积L 含量g/L 总量g
转化液 5 97.5 487.5
陶滤清液 6.18 75.3 465.36
陶滤浓相 0.8 5.61 4.5
陶瓷膜过滤收率：95.45％；陶瓷膜过滤物衡：96.38％。
表4
物料 体积L 含量g/L 总量g
陶滤清液 6.18 75.3 465.36
超滤清液 7.25 61.74 447.6
超滤浓相 0.78 3.06 2.37
超滤膜过滤收率为：96.18％；超滤膜过滤物衡：96.69％。
实施例3
一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，包括如下步骤：
(1)将含β-丙氨酸含量为31.3g/L的5L酶转化液升温至100℃搅拌20min，进行灭活处理；
(2)向灭活后的酶转化液中加入80g活性炭，30℃脱色处理30min，过滤，得到含β-丙氨酸的滤液；
(3)将含β-丙氨酸的滤液，在30℃，0.3MPa下，通过陶瓷膜过滤，用2L纯水洗浓相，取陶滤清液7.3L，再在40℃，1.5MPa下，通过超滤膜过滤，用2L纯水洗浓相，取超滤清液8.41L；
(4)将步骤(3)中的清液经减压浓缩，采用95％乙醇，冷却结晶，60℃真空干燥，得170.63gβ-丙氨酸，纯度98.2％，含量92.5％，收率92.8％。
陶瓷膜过滤和超滤膜过滤的相关数据如表5和表6所示。
表5
物料 体积L 含量g/L 总量g
转化液 6 31.3 187.8
陶滤清液 7.3 24.56 179.3
陶滤浓相 0.71 1.23 0.87
陶瓷膜过滤收率：95.47％；陶瓷膜过滤物衡：95.94％。
表6
物料 体积L 含量g/L 总量g
陶滤清液 7.3 24.56 179.3
超滤清液 8.41 20.22 170.08
超滤浓相 0.83 1.41 1.17
超滤膜过滤收率为：94.86％；超滤膜过滤物衡：95.51％。
由以上数据可知，本发明所提供的纯化方法工艺简单，操作方便，提纯过程，能减少物料损失，保证收率，环保安全，得到的β-丙氨酸，收率高，含量高，纯度高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：至少包括如下步骤：
（1）将含β-丙氨酸的酶转化液进行升温灭活处理；
（2）将灭活后的酶转化液进行脱色处理后，过滤，得到含β-丙氨酸的滤液；
（3）将含β-丙氨酸的滤液通过陶瓷膜过滤，再通过超滤膜过滤，收集滤液；
（4）将步骤（3）中所述的滤液经减压浓缩，得浓缩液，经结晶处理、干燥处理，得β-丙氨酸。
2.如权利要求1所述的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述酶转化液为酶转化生产β-丙氨酸所得到的含β-丙氨酸的酶转化液。
3.如权利要求1所述的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：所述升温灭活处理温度为50-100℃，时间为20-40min。
4.如权利要求1所述的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：所述脱色处理采用活性炭实现，且所述活性炭与酶转化液的重量体积比为12-16g:1L。
5.如权利要求1所述的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：所述脱色处理的温度为35-45℃，脱色处理的时间为20-30min。
6.如权利要求1所述的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：所述陶瓷膜过滤的过滤温度为30-40℃，过膜压力为0.3-0.5 MPa；和/或所述超滤膜过滤的过滤温度为30-40℃，过膜压力为3.4-3.6 MPa。
7.如权利要求1所述的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：所述减压浓缩的温度为30-80℃。
8.如权利要求1所述的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：所述结晶处理，采用95%乙醇，冷却结晶。
9.如权利要求1所述的酶转化液中β-丙氨酸的纯化方法，其特征在于：所述干燥处理，采用60℃真空干燥。
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