CN109678743A - 一种l-缬氨酸的分离纯化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种L‑缬氨酸的分离纯化方法，包括以下步骤：S1压滤、S2微滤膜过滤、S3浓缩、结晶、S4溶解、S5离子交换、S6超滤、浓缩和S7结晶干燥。本发明的有益效果为：提高了L‑缬氨酸的收率，降低了L‑缬氨酸中异亮氨酸的含量，为我国L‑缬氨酸产业化发展提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及微生物发酵领域，涉及一种L-缬氨酸的分离纯化方法。
背景技术
L-缬氨酸(L-val)，学名2-氨基-3-甲基丁酸，是人体八大必需氨基酸之一，与L-亮氨酸、L-异亮氨酸统称为支链氨基酸，在医药、调味品、化妆品、营养添加剂、饲料添加剂等方面有着广泛的应用。
L-缬氨酸的生产方法主要有提取法、合成法和发酵法，其中，微生物发酵法，具有原材料成本低，反应条件温和及易实现大规模生产等优点，成为广泛采用的生产方法。
分离纯化是L-缬氨酸工业化生产的一个重要工序，通常，分离纯化的成本占总生产成本的50％以上。目前，L-缬氨酸的提取方法有沉淀法、全膜法和离子交换法。沉淀法是根据沉淀剂与L-缬氨酸的特异性结合形成沉淀，然后分离提取，该方法具有收率高、操作简便等优点，但存在环境污染高的技术问题；全膜法虽然废水量少，但膜滤法只能去除大量的无机盐离子及大分子的杂蛋白，发酵液中存在的与L-缬氨酸性质相近的氨基酸无法根除，得到的L-缬氨酸杂质偏高；离子交换法是将除去菌体的发酵液调pH为酸性，用强酸性阳离子交换树脂分离L-缬氨酸和杂质氨基酸，最后通过氨水洗脱分离出L-缬氨酸。若提高L-缬氨酸纯度，需采用多级离子交换柱串联提取，这将导致生产过程中生产废水量较大，且采用离子交换法提取收率也较低。
CN105274182A公开了一种从发酵液中高效提取L-缬氨酸的工艺，包括如下步骤：1)发酵、2)微滤膜过滤：3)蒸发浓缩、4)结晶、5)溶解、6)离子交换、7)超滤膜过滤、8)真空浓缩和9)离心烘干，该发明采用膜滤法与离子交换法联合使用，提高了L-缬氨酸提取收率和纯度，但该发明并未关注结晶效果，从而导致L-缬氨酸的收率并不理想仅为68％左右。
CN108285912A公开了一种发酵制备提取医药级缬氨酸的方法，包括：步骤1)发酵工序，步骤2)超滤和浓缩制备缬氨酸粗品，步骤3)酸溶、结晶以及离心，步骤4)水溶、离子交换、脱色、精滤以及结晶。本发明虽然可以获得纯度较高的L-缬氨酸，但是，由于缬氨酸在纯水中的溶解度随温度变化不大，本发明采用降温结晶，在结晶终了时仍有大量溶质溶于溶剂中，导致结晶产品收率低，从而导致L-缬氨酸产品的实际收率较低，无法实现工业化。
目前，我国L-缬氨酸的分离纯化技术落后，结晶过程中仍有大量溶质溶解于溶剂中，导致结晶产品收率低，大大影响了L-缬氨酸的产量，同时，分离纯化工艺复杂，成本偏高，导致我国国产L-缬氨酸的市场竞争力差，无法实现规模化生产。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种L-缬氨酸的分离纯化方法，工艺简单，成本低，同时，通过优化结晶工序，使L-缬氨酸的收率大大提高，为L-缬氨酸的国产化提供了技术支持。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种L-缬氨酸的分离纯化方法，包括以下步骤：
S1、压滤；
向缬氨酸发酵液中加入絮凝剂，超声波处理，板框压滤，得到压滤液；
S2、微滤膜过滤；
将步骤S1得到压滤液进行微滤膜过滤，得到滤过液；
S3、浓缩、结晶；
将步骤S2得到的滤过液浓缩，得到浓缩液1，向浓缩液1中加入无水乙醇，超声波处理，离心，得到L-缬氨酸粗品；
S4、溶解；
将步骤S3得到的L-缬氨酸粗品，加入氯化钠溶液，溶解，得到L-缬氨酸溶液；
S5、离子交换：
将步骤S4得到的L-缬氨酸溶液，进行离子交换，得到流出液；
S6、超滤、浓缩：
将步骤S5得到的流出液进行超滤，浓缩，得到浓缩液2；
S7、结晶、干燥：
将步骤S6得到的浓缩液2进行结晶、干燥，得到L-缬氨酸产品。
优选地，步骤S1中所述絮凝剂和所述缬氨酸发酵液的质量比为2-5：1000。
优选地，步骤S1中所述的絮凝剂为β-环状糊精和壳聚糖，所述β-环状糊精和壳聚糖的质量比为1：5-10。
优选地，步骤S1中所述超声波处理的条件为：时间为2-10min，温度25-30℃，频率为22-28kHz。
优选地，步骤S2中所述的微滤膜截留分子量为5000MW。
优选地，步骤S3中所述的浓缩液1为所述滤过液体积的/13。
优选地，步骤S3中所述无水乙醇的温度为-10--15℃。
优选地，步骤S3中所述浓缩液1与所述无水乙醇的质量比为1：0.5-1。
优选地，步骤S3中所述超声波处理的条件为：时间为5-10min，温度为5-10℃，频率为22-28kHz。
优选地，步骤S3中所述的离心为：转速8000rpm下离心5-15min。
优选地，步骤S4中所述的氯化钠溶液的质量百分数为0.5-1％。
优选地，步骤S4中所述L-缬氨酸粗品与氯化钠溶液的质量比为1：1。
优选地，步骤S6中所述的浓缩液2为所述流出液体积的1/3。
优选地，步骤S7中所述的结晶为：向浓缩液2中加入无水乙醇，超声波处理。
进一步优选地，所述无水乙醇的温度为-10--15℃，所述浓缩液2与所述无水乙醇的体积比为1：0.5-1。
进一步优选地，所述超声波处理的条件为：时间为5-10min，温度为5-10℃，频率为22-28kHz。
优选地，所述的离心为：转速8000rpm下离心5-15min。
本发明的有益效果为：
(1)本发明对L-缬氨酸的分离纯化工艺进行了优化，简化了分离纯化工艺，降低了生产成本，同时提高了L-缬氨酸的收率，为我国L-缬氨酸产业化发展提供了技术支持；
(2)本发明通过改进结晶工艺，避免了降温结晶中缬氨酸在溶剂中的残留，提高了缬氨酸产品的收率。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
一种L-缬氨酸的分离纯化方法，包括以下步骤：
S1、压滤；
向缬氨酸发酵液中加入絮凝剂、超声波处理，板框压滤，得到压滤液；
S2、微滤膜过滤；
将步骤S1得到压滤液进行微滤膜过滤，得到滤过液；
S3、浓缩、结晶；
将步骤S2得到的滤过液浓缩，得到浓缩液1，向浓缩液1中加入无水乙醇，超声波处理，离心，得到L-缬氨酸粗品；
S4、溶解；
将步骤S3得到的L-缬氨酸粗品，加入氯化钠溶液，溶解，得到L-缬氨酸溶液；
S5、离子交换：
将步骤S4得到的L-缬氨酸溶液，进行离子交换，得到流出液；
S6、超滤、浓缩：
将步骤S5得到的流出液进行超滤，浓缩，得到浓缩液2；
S7、结晶、干燥：
将步骤S6得到的浓缩液2进行结晶、干燥，得到L-缬氨酸产品。
本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，均为普通市售商品。
步骤S1中所述的絮凝剂可以采用本领域技术人员熟知的絮凝剂，并未特殊限制，所述絮凝剂优选为β-环状糊精和壳聚糖，所述β-环状糊精和壳聚糖的质量比优选为1：5-10，所述絮凝剂和所述缬氨酸发酵液的质量比优选为2-5：1000。
步骤S1中所述超声波处理为本领域技术人员熟知的超声波处理，并未特殊限制，所述超声波处理的条件优选为：时间为2-10min，温度25-30℃，频率为22-28kHz。
步骤S2中所采用的微滤膜为本领域技术人员熟知的微滤膜，并未特殊限制，所述的微滤膜截留分子量优选为5000MW。
步骤S3中所采用的浓缩为本领域技术人员熟知的浓缩方式，并未特殊限制，所述浓缩优选为将浓缩液1浓缩至所述滤过液体积的1/3。
步骤S4中所述溶解为本领域技术人员熟知的溶解方式，并未特殊限制，所述L-缬氨酸粗品与氯化钠溶液的质量比优选为1：1，所述氯化钠溶液的质量百分数优选为0.5-1％。
步骤S5中所述离子交换为本领域技术人员熟知的离子交换方式，并未特殊限制。
步骤S6中所述超滤和浓缩均为本领域技术人员熟知的方式，并未特殊限制，所述浓缩液2优选为所述流出液体积的1/3。
步骤S3和步骤S7中所述结晶为本领域技术人员熟知的结晶方式，并未特殊限制，所述结晶优选为向浓缩液2中加入无水乙醇，超声波处理，离心，其中，所述的加入无水乙醇、超声波处理和离心，均为本领域技术人员熟知的方式，并未特殊限制，所述浓缩液2与所述无水乙醇的体积比优选为1：0.5-1，所述无水乙醇的温度优选为-10--15℃，所述超声波处理的条件优选为：时间为5-10min，温度为5-10℃，频率为22-28kHz；所述离心优选为为：转速8000rpm下离心5-15min。
为了进一步说明本发明，以1000L缬氨酸发酵液为例，结合具体实施例，对本发明提供的L-缬氨酸的分离纯化方法进行详细描述。
实施例1
按1000:2的质量比，向缬氨酸发酵液中加入由质量比为1:5的β-环状糊精和壳聚糖组成的絮凝剂，在25℃，频率为22kHz的条件下利用超声波处理2min后，采用双膜片板框压滤机进行压滤，得到压滤液；
将压滤液通过截留分子量为5000MW的微滤膜，得到滤过液；将滤过液浓缩至原滤过液体积的1/3，得到浓缩液1；
按1:0.5的体积比，向浓缩液1中加入温度为-10℃的无水乙醇，在5℃，频率为22kHz的条件下利用超声波处理5min后，在8000rpm的转速下离心5min，得到L-缬氨酸粗品；
按1:1的质量比向L-缬氨酸粗品中加入质量百分数为1％的氯化钠溶液，得到L-缬氨酸溶液，将L-缬氨酸溶液进行离子交换，得到流出液；
将流出液进行超滤，得到超滤液，将超滤液浓缩至原超滤液体积的1/3，得到浓缩液2；
按1:0.5的体积比，向浓缩液2中加入温度为-10℃的无水乙醇，在5℃，频率为22kHz的条件下利用超声波处理5min后，在8000rpm的转速下离心5min，得到L-缬氨酸晶体，干燥即得L-缬氨酸产品。
实施例2
按1000:5的质量比，向缬氨酸发酵液中加入由质量比为1:10的β-环状糊精和壳聚糖组成的絮凝剂，在30℃，频率为28kHz的条件下利用超声波处理10min后，采用双膜片板框压滤机进行压滤，得到压滤液；
将压滤液通过截留分子量为5000MW的微滤膜，得到滤过液；将滤过液浓缩至原滤过液体积的1/3，得到浓缩液1；
按1:1的体积比，向浓缩液1中加入温度为-15℃的无水乙醇，在10℃，频率为28kHz的条件下利用超声波处理10min后，在8000rpm的转速下离心15min，得到L-缬氨酸粗品；
按1:1的质量比向L-缬氨酸粗品中加入质量百分数为0.5％的氯化钠溶液，得到L-缬氨酸溶液，将L-缬氨酸溶液进行离子交换，得到流出液；
将流出液进行超滤，得到超滤液，将超滤液浓缩至原超滤液体积的1/3，得到浓缩液2；
按1:1的体积比，向浓缩液2中加入温度为-15℃的无水乙醇，在10℃，频率为28kHz的条件下利用超声波处理10min后，在8000rpm的转速下离心15min，得到L-缬氨酸晶体，干燥即得L-缬氨酸产品。
实施例3
按1000:2.5的质量比，向缬氨酸发酵液中加入由质量比为1:7.5的β-环状糊精和壳聚糖组成的絮凝剂，在27℃，频率为25kHz的条件下利用超声波处理5min后，采用双膜片板框压滤机进行压滤，得到压滤液；
将压滤液通过截留分子量为5000MW的微滤膜，得到滤过液；将滤过液浓缩至原滤过液体积的1/3，得到浓缩液1；
按1:0.8的体积比，向浓缩液1中加入温度为-12℃的无水乙醇，在8℃，频率为25kHz的条件下利用超声波处理8min后，在8000rpm的转速下离心10min，得到L-缬氨酸粗品；
按1:1的质量比向L-缬氨酸粗品中加入质量百分数为0.65％的氯化钠溶液，得到L-缬氨酸溶液，将L-缬氨酸溶液进行离子交换，得到流出液；
将流出液进行超滤，得到超滤液，将超滤液浓缩至原超滤液体积的1/3，得到浓缩液2；
按1:0.8的体积比，向浓缩液2中加入温度为-12℃的无水乙醇，在8℃，频率为25kHz的条件下利用超声波处理8min后，在8000rpm的转速下离心10min，得到L-缬氨酸晶体，干燥即得L-缬氨酸产品。
对比例1
本对比例与实施例3的不同之处在于：板框压滤前，未进行超声波处理。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于：所述絮凝剂中不含β-环状糊精。
对比例3
本对比例与实施例3的不同之处在于：板框压滤前，所述超声波处理的条件为：在50℃，频率为45kHz的条件下利用超声波处理10min。
对比例4
本对比例与实施例3的不同之处在于：L-缬氨酸粗品结晶过程中，采用的无水乙醇的温度为20℃，浓缩液1与无水乙醇的体积比为1:2。
对比例5
本对比例与实施例3的不同之处在于：L-缬氨酸粗品结晶过程中，超声波处理为20℃，频率为35kHz的条件下利用超声波处理20min。
对比例6
本对比例与实施例3的不同之处在于，采用去离子水代替氯化钠溶液。
对比例7
本对比例与实施例3的不同之处在于，所述氯化钠溶液的质量百分数为1.5％。
实施例1-3和对比例1-7的检测结果如表1所示。
表1检测结果
| 组别 | 收率/％ | L-缬氨酸纯度/％ | 异亮氨酸含量/％ |
| 实施例1 | 92.5 | 99.89 | 0.02 |
| 实施例2 | 91.8 | 99.85 | 0.05 |
| 实施例3 | 95.6 | 99.91 | 0.01 |
| 对比例1 | 62.4 | 99.34 | 0.56 |
| 对比例2 | 68.5 | 99.06 | 0.86 |
| 对比例3 | 65.7 | 99.20 | 0.70 |
| 对比例4 | 62.6 | 78.69 | 0.08 |
| 对比例5 | 57.8 | 80.18 | 0.06 |
| 对比例6 | 92.5 | 79.72 | 0.09 |
| 对比例7 | 91.8 | 83.61 | 0.07 |
根据表1可知，实施例1-3，具有较好的收率，同时L-缬氨酸的纯度高，含异亮氨酸的含量低，由此可知，本发明可以有效提高缬氨酸发酵液中的收率，所得L-缬氨酸的纯度高，含杂酸少。
Claims (10)
1.一种L-缬氨酸的分离纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、压滤；
向缬氨酸发酵液中加入絮凝剂，超声波处理，板框压滤，得到压滤液；
S2、微滤膜过滤；
将步骤S1得到压滤液进行微滤膜过滤，得到滤过液；
S3、浓缩、结晶；
将步骤S2得到的滤过液浓缩，得到浓缩液1，向浓缩液1中加入无水乙醇，超声波处理，离心，得到L-缬氨酸粗品；
S4、溶解；
将步骤S3得到的L-缬氨酸粗品，加入氯化钠溶液中溶解，得到L-缬氨酸溶液；
S5、离子交换：
将步骤S4得到的L-缬氨酸溶液，进行离子交换，得到流出液；
S6、超滤、浓缩：
将步骤S5得到的流出液进行超滤，浓缩，得到浓缩液2；
S7、结晶、干燥：
将步骤S6得到的浓缩液2结晶、干燥，得到L-缬氨酸产品。
2.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，步骤S1中所述絮凝剂和所述缬氨酸发酵液的质量比为2-5：1000。
3.根据权利要求2所述的分离纯化方法，其特征在于，步骤S1中所述的絮凝剂为β-环状糊精和壳聚糖，所述β-环状糊精和壳聚糖的质量比为1：5-10。
4.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，步骤S2中所述的微滤膜截留分子量为5000MW。
5.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，步骤S3中所述的浓缩液1为所述滤过液体积的/13。
6.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，步骤S3中所述无水乙醇的温度为-10--15℃，所述浓缩液1与所述无水乙醇的体积比为1：0.5-1。
7.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，步骤S1和S3中所述超声波处理的条件为：时间为5-10min，温度为5-10℃，频率为22-28kHz。
8.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，步骤S4中所述的氯化钠溶液的质量百分数为0.5-1％，所述L-缬氨酸粗品与氯化钠溶液的质量比为1：1。
9.根据权利要求1-8任一项所述的分离纯化方法，其特征在于，步骤S7中所述的结晶为：向浓缩液2中加入无水乙醇，超声波处理、离心。
10.根据权利要求9所述的分离纯化方法，其特征在于，所述无水乙醇的温度为-10--15℃，所述浓缩液2与所述无水乙醇的体积比为1：0.5-1；
所述超声波处理的条件为：时间为5-10min，温度为5-10℃，频率为22-28kHz；
所述的离心为：转速8000rpm下离心5-15min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A method for separation and purification of L-valine Effective date of registration: 20210408 Granted publication date: 20191029 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Hohhot Xinhua Branch Pledgor: INNER MONGOLIA BIOK BIOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021150000031 |
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