CN108997159A - 一种l-谷氨酰胺的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氨基酸的生产技术领域，具体涉及一种从发酵液中提取L‑谷氨酰胺的方法。本发明提供了一种L‑谷氨酰胺的制备方法，取L‑谷氨酰胺发酵液经微滤、结晶、脱色，制得L‑谷氨酰胺；不包括离子交换步骤。本发明提供的制备方法完全去除离子交换的步骤，使收率大幅度提高，另外节省了酸、碱、水，大幅度降低了废水废液，减少了污染，并且降低了能耗，节约了成本。副产截留液和粗母液去绿浓车间制造肥料，本发明实现了谷氨酰胺提取工艺的零排放。

Description

一种L-谷氨酰胺的制备方法

技术领域

本发明涉及氨基酸生产技术领域，特别涉及一种L-谷氨酰胺的制备方法。

背景技术

谷氨酰胺，学名2-氨基-5-羧基戊酰胺，L-谷氨酰胺是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺乳动物非必需氨基酸，在偏酸、偏碱及较高温度下易分解成谷氨酸或环化为吡咯烷酮二羧酸，它的化学分子式为C5H10O3N2，分子量为146.15，分解温度为184～185℃。

L-谷氨酰胺对人和动物具有多方面的生理作用。谷氨酰胺具有促进黏膜上皮组织的修复，有助于溃疡病灶的消除，促进脑代谢，提高脑机能等药理作用。研究表明谷氨酰胺能够在重度颅脑损伤患者的肠黏膜屏障功能的保护、促进蛋白质的合成；谷氨酰胺和重组人生长激素能显著提高严重烧伤患者血浆谷氨酰胺水平，有效促进蛋白合成，加快创面愈合；在肿瘤治疗过程中添加谷氨酰胺，可以减轻放化疗引起的毒副作用，增强对肿瘤治疗的选择性，提高机体免疫功能。另外，谷氨酰胺在食品加工中作营养增补剂，调香增补剂，是健美运动和健美爱好者的重要营养补剂，可促进肌肉生长，缓解疲劳、提高耐力。

目前谷氨酰胺的生产方法有化学合成法、自然物质提取法、微生物发酵法等。化学合成法存在步骤多、收率低、大量使用有机溶剂、污染环境等缺点，自然物质提取法存在原料成本高、提取工艺复杂、产量低等缺点，化学合成法和自然物质提取法难以适应谷氨酰胺大规模工业生产。

随着生物技术的发展，微生物发酵法是目前最常用的谷氨酰胺生产方法，具有原料来源广泛、生产成本低，产物单一等优点，适宜于大规模工业化生产。目前工业化生产中，均采用阴阳双柱离子交换法从发酵液中提取谷氨酰胺。

现有技术采用水洗结晶粗品，除去结晶粗品表面的大部分杂质，采用将阳离子交换树脂、阴离子交换树脂依次加入到料液中的方法进行脱盐，大大降低了脱盐周期较长导致的谷氨酰胺的损失，提高了谷氨酰胺收率。但是，使用阴阳离子交换树脂需要用碱和酸再生、清水冲洗后才能再次投入使用，该过程消耗大量的酸和碱，并产生大量的污水，导致环境污染严重，生产成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种L-谷氨酰胺的制备方法。本发明提供的方法完全去除离子交换的步骤，使收率大幅度提高，另外节省了酸、碱、水，大幅度降低了废水废液，减少了污染，并且降低了能耗，节约了成本。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种L-谷氨酰胺的制备方法，取L-谷氨酰胺发酵液经微滤、结晶、脱色，制得L-谷氨酰胺；不包括离子交换步骤。

在本发明的一些具体实施方案中，所述L-谷氨酰胺发酵液中L-谷氨酰胺的质量百分含量≧80g/L、谷氨酸的质量百分含量≦5g/L、硫酸铵的质量百分含量≦5g/L。

在本发明的一些具体实施方案中，所述微滤的孔径为150～500kda，温度为30～42℃，跨膜压差为0.8～3.6bar，浓缩倍数为7～12倍。

在本发明的一些具体实施方案中，所述结晶包括浓缩结晶和冷却结晶；所述浓缩结晶为浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为20～30％。

在本发明的一些具体实施方案中，所述冷却结晶为冷却至5～10℃，预晶时间不小于10h。

在本发明的一些具体实施方案中，所述结晶与所述脱色之间还包括分离并收集结晶、所述结晶与水混合制得粗品溶解液的步骤；所述分离采用板框脱水、离心分离、滑板沉降分离或带式分离的方式。

在本发明的一些具体实施方案中，所述粗品溶解液中水分的质量百分含量≦35％；所述粗品溶解液中L-谷氨酰胺的质量百分含量为4％～5.5％，所述结晶与水混合的温度为35～40℃。

在本发明的一些具体实施方案中，所述脱色采用活性炭进行脱色，以g/mL计，所述活性炭与所述粗品溶解液的质量体积比为(0.4～0.6)：100。

在本发明的一些具体实施方案中，所述脱色后还包括结晶的步骤；所述结晶包括浓缩结晶和冷却结晶；所述浓缩结晶的蒸发温度≦40℃，所述浓缩结晶为浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为25～35％。

在本发明的一些具体实施方案中，所述冷却结晶为梯度降温至5～10℃，每小时降温10℃。

在本发明的一些具体实施方案中，所述结晶后分离，收集结晶干燥即为L-谷氨酰胺，收集结晶后的溶液为母液；所述母液可循环利用，按照上述制备方法经微滤、结晶、脱色，制得L-谷氨酰胺。

本发明提供了一种L-谷氨酰胺的制备方法，取L-谷氨酰胺发酵液经微滤、结晶、脱色，制得L-谷氨酰胺；不包括离子交换步骤。本发明提供的方法完全去除离子交换的步骤，使收率大幅度提高，另外节省了酸、碱、水，大幅度降低了废水废液，减少了污染，并且降低了能耗，节约了成本。副产截留液和粗母液去绿浓车间制造肥料，本发明实现了谷氨酰胺提取工艺的零排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示本发明L-谷氨酰胺提取工艺流程；

图2示现有L-谷氨酰胺提取工艺流程。

具体实施方式

本发明公开了一种L-谷氨酰胺的制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明提供了一种从发酵液中提取谷氨酰胺的方法，本发明所采用的两次结晶一次脱色的提取工艺，具有收率高、能耗低、污染少的优点。本发明得益于发酵水平的大幅度提高，无机盐和谷氨酸等杂质大幅度的降低，才使去离交工艺成为现实。

本发明提供了一种从发酵液中提取L-谷氨酰胺的方法，其特征在于：

步骤1)将谷氨酰胺发酵液微滤得到滤清液和截留液，得到的滤清液经过浓缩结晶、冷却结晶、分离得到谷氨酰胺粗品，谷氨酰胺粗品加去离水溶解，得到粗品溶解液。

步骤2)向步骤1)的粗品溶解液中加入活性炭，分离得到脱色液，脱色液浓缩结晶、冷却结晶、分离烘干即可得到L-谷氨酰胺成品和精母液。

本发明的实现得益于发酵水平的提高，发酵液要求谷氨酰胺含量≧80g/L。

本发明要求微滤为孔径150～500kda的陶瓷膜、工作温度30～42℃、跨膜压差0.8～3.6bar、浓缩倍数7～12倍，滤清液浓缩至谷氨酰胺含量20-30％，浓缩液冷却至5～10℃，预晶时间10h以上进行分离。本发明步骤1)中浓缩液用板框脱水、离心分离、滑板沉降分离或带式分离的方式分离，分离得到的谷氨酰胺粗品水分≦35％，向谷氨酰胺粗品中加入去离子水在35～40℃的条件下溶解，配成4.0～5.5％的谷氨酰胺溶解液。

在现有工艺中，谷氨酰胺溶解液要经过离子交换树脂脱盐，使用离子交换树脂产生大量的废水，污染环境。首先发酵水平有了较明显的提高，发酵液中谷氨酰胺含量≧80g/L，本发明通过降低步骤1)中浓缩液的含量、降低步骤1)中粗品的水份减少粗母液带入量，使本工艺的粗品溶解液和现有工艺中离交综合液理化指标相当，使去离交工艺成为现实，解决了现有工艺收率低、废水量大的缺点。

本发明要求步骤2)中脱色时活性炭的加入量为料液体积的0.4～0.6％，步骤2)所述的浓缩结晶放罐浓度250-350g/L，蒸发温度≦40℃，步骤2)所述的冷却结晶要求梯度降温到10℃以下，每h降温10℃，步骤2)所述的精母液套用到步骤1)所述的浓缩结晶工序中。

本发明步骤1)中的副产物截留液和粗母液排入绿浓车间制作有机肥料，实现了谷氨酰胺提取工艺的零排放。

本发明名具有以下几个优点：

1.本发明完全去处理离子交换树脂，节约了酸、碱、取水，减少了废水废液的排放，符合当今社会倡导的绿色环保理念。

2.较现有工艺，本发明提供的谷氨酰胺提取工艺，产品质量相当、总体收率提高5个以上，对降低谷氨酰胺成本、提高公司竞争力具有积极意义。

3.本发明提供的工艺，周期更短，可以有效避免提取过程污染和谷氨酰胺分解问题，使产品质量稳定、能耗低。

4.本发明的副产物截留液和粗母液可以排放到绿浓车间制备有机肥料，彻底实现了谷氨酰胺提取工艺的零排放。

本发明提供的一种L-谷氨酰胺的制备方法中所用原料及试剂均可由市场购得。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1从发酵液中提取L-谷氨酰胺

取30L发酵液，发酵液产酸85g/L，使用150kda陶瓷膜微滤，温度为42℃，跨膜压差为2.0bar，浓缩倍数为10倍，得到滤清液浓缩结晶浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为25％；冷却降温到5℃，预晶10h，分离得到L-谷氨酰胺粗品，粗品3250g、粗品水分32％。

加去离子水，于40℃配成L-谷氨酰胺5.0％的粗品溶解液43L，加215g药用碳脱色搅拌30min过滤得到脱色清夜；脱色液浓缩结晶，蒸发温度≦40℃，浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为30％；每h降温10℃降温到8℃分离，湿品烘干得到L-谷氨酰胺成品1700g。

制得的L-谷氨酰胺一次收率66.7％，较原工艺的60～62％有了明显的提高，得到的L-谷氨酰胺成品液相含量98.9％、比旋7.0、水分0.02％、灰分0.04％、透光98.9％、白度99.0％能够满足FCCⅤ的标准。

实施例2从发酵液中提取L-谷氨酰胺

取20L发酵液，发酵液产酸83g/L使用150kda陶瓷膜微滤，温度为35℃，跨膜压差为3.6bar，浓缩倍数为8倍，得到滤清液浓缩结晶，浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为24％；冷却降温到5℃，预晶10h，分离得到L-谷氨酰胺粗品，粗品2120g、粗品水分33％。

加去离子水，于35℃配成L-谷氨酰胺4.5％的粗品溶解液30.6L，加125g药用碳脱色搅拌30min过滤得到脱色清夜，脱色液浓缩结晶，蒸发温度≦40℃，浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为28％；每h降温10℃降温到10℃分离，湿品烘干得到L-谷氨酰胺成品1080g。

L-谷氨酰胺一次收率65.1％，较原工艺的60-62％有了明显的提高，得到的L-谷氨酰胺成品液相含量99.4％、比旋6.9、水分0.02％、灰分0.03％、透光99.0％、白度99.4％能够满足FCCⅤ的标准。

实施例3从发酵液中提取L-谷氨酰胺

取50L发酵液，发酵液产酸90g/L，使用150kda陶瓷膜微滤，温度为30℃，跨膜压差为3.0bar，浓缩倍数为10倍，得到滤清液浓缩结晶，浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为27％；冷却降温到5℃，预晶10h，分离得到L-谷氨酰胺粗品，粗品5700g、粗品水分30％。

加去离子水，于38℃配成L-谷氨酰胺5.0％的粗品溶解液76L，加360g药用碳脱色搅拌30min过滤得到脱色清夜，脱色液浓缩结晶蒸发温度≦40℃，浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为27％；每h降温10℃降温到7℃分离，湿品烘干得到L-谷氨酰胺成品2950g。

L-谷氨酰胺一次收率65.6％，较原工艺的60-62％有了明显的提高，得到的L-谷氨酰胺成品液相含量98.7％、比旋7.0、水分0.02％、灰分0.07％、透光98.9％、白度99.3％能够满足FCCⅤ的标准。

实施例4从发酵液中提取L-谷氨酰胺

取100L发酵液，发酵液产酸80g/L，使用500kda陶瓷膜微滤，温度为42℃，跨膜压差为0.8bar，浓缩12倍，得到滤清液和透析液，浓缩结晶，浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为30％；冷却降温到10℃，预晶10h，分离得到谷氨酰胺粗品，粗品8600g、粗品水分25％。

加去离子水，于37℃配成L-谷氨酰胺5.5％的粗品溶解液120L，加720g药用碳脱色搅拌30min过滤得到脱色清夜，脱色液浓缩结晶蒸发温度≦40℃，浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为25％；每h降温10℃降温到10℃分离，湿品烘干得到L-谷氨酰胺成品52.7kg。

L-谷氨酰胺一次收率65.8％，较原工艺的60～62％有了明显的提高，得到的L-谷氨酰胺成品液相含量98.5％、比旋7.1、水分0.05％、灰分0.08％、透光98.4％、白度97.6％能够满足FCCⅤ的标准。

实施例5从发酵液中提取L-谷氨酰胺

取100L发酵液，发酵液产酸93g/L，使用300kda陶瓷膜微滤，温度为38℃，跨膜压差为2.0bar，浓缩7倍，得到滤清液和透析液，浓缩结晶浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为20％；冷却降温到7℃，预晶12h，分离得到L-谷氨酰胺粗品，粗品11500g、粗品水分35％。

加去离子水，于35～40℃配成L-谷氨酰胺4.0％的粗品溶解液185L，加720g药用碳脱色搅拌30min过滤得到脱色清夜，脱色液浓缩结晶蒸发温度≦40℃，浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为35％；每h降温10℃降温到8℃分离，湿品烘干得到L-谷氨酰胺成品60.6kg。

L-谷氨酰胺一次收率68.3％，较原工艺的60-62％有了明显的提高，得到的L-谷氨酰胺成品液相含量98.6％、比旋6.7、水分0.06％、灰分0.07％、透光98.6％、白度98.2％能够满足FCCⅤ的标准。

对比例现有从发酵液中提取谷氨酰胺的方法提取谷氨酰胺

取100L发酵液，发酵液产酸85g/L，使用300kda陶瓷膜微滤，浓缩10倍，得到滤清液和透析液浓缩结晶放罐浓度270g/L，冷却降温到10℃，预晶10h，分离得到L-谷氨酰胺粗品，粗品9800g、粗品水分30％。

加去离子水，配成L-谷氨酰胺5.0％的粗品溶解液135L，粗品溶解液过离子交换树脂得到离交综合液150L含量4.2％，加450g药用碳脱色搅拌30min过滤得到脱色清夜，脱色液浓缩结晶放罐浓度280g/L，每h降温10℃降温到10℃分离，湿品烘干得到L-谷氨酰胺成品51.8kg。

L-谷氨酰胺一次收率60.9％，较本专利提供的工艺低5个点。得到的L-谷氨酰胺成品液相含量99.0％、比旋6.8、水分0.05％、灰分0.02％、透光99.2％、白度98.6％能够满足FCCⅤ的标准。

实施例6效果比较

表1

注：^*示与对比例相比具有显著差异(P＜0.05)；^#示与对比例相比具有极显著差异(P＜0.01)。

实施例1～5与对比例相比，每吨L-谷氨酰胺的废液废水排放量合计可以减少200m³，目前L-谷氨酰胺吨成本4万元，以收率61％为例，每个收率折合成本666元，实施例1～5的收率提高5个点，吨成本可以降低约3000元。

本发明提供的制备方法完全去除离子交换的步骤，使收率大幅度提高，另外节省了酸、碱、水，大幅度降低了废水废液，减少了污染，并且降低了能耗，节约了成本。副产截留液和粗母液去绿浓车间制造肥料，本发明实现了谷氨酰胺提取工艺的零排放。

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 (10)

1.一种L-谷氨酰胺的制备方法，其特征在于，取L-谷氨酰胺发酵液经微滤、结晶、脱色，制得L-谷氨酰胺；不包括离子交换步骤。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微滤的孔径为150～500kda，温度为30～42℃，跨膜压差为0.8～3.6bar，浓缩倍数为7～12倍。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述结晶包括浓缩结晶和冷却结晶；所述浓缩结晶为浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为20～30％。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述冷却结晶为冷却至5～10℃，预晶时间不小于10h。

5.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述结晶与所述脱色之间还包括分离并收集结晶、所述结晶与水混合制得粗品溶解液的步骤；所述分离采用板框脱水、离心分离、滑板沉降分离或带式分离的方式。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述粗品溶解液中水分的质量百分含量≦35％；所述粗品溶解液中L-谷氨酰胺的质量百分含量为4％～5.5％，所述结晶与水混合的温度为35～40℃。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述脱色采用活性炭进行脱色，以g/mL计，所述活性炭与所述粗品溶解液的质量体积比为(0.4～0.6)：100。

8.如权利要求1至7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述脱色后还包括结晶的步骤；所述结晶包括浓缩结晶和冷却结晶；浓缩结晶的蒸发温度≦40℃，所述浓缩结晶为浓缩至谷氨酰胺的质量百分含量为25～35％。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述冷却结晶为梯度降温至5～10℃，每小时降温10℃。

10.如权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述结晶后分离，收集结晶干燥即为L-谷氨酰胺，收集结晶后的溶液为母液；所述母液可循环利用，经微滤、结晶、脱色，制得L-谷氨酰胺。