CN110372528B - 一种缬氨酸的提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氨基酸提纯技术领域，具体公开一种缬氨酸的提纯方法，所述缬氨酸的提纯方法包括以下步骤：a、过滤去除缬氨酸发酵液中的菌体及不溶性杂质，得到滤液；b、调节滤液的pH值至5.5‑6.5，进行浓缩，加入浓缩液质量1‑3％的乙醇和异丙醇的混合物，进行降温结晶，得到缬氨酸粗粉；c、将缬氨酸粗粉溶于pH值为3‑4的水溶液中，加碱调节水溶液的pH值至5.5‑6.5，加入水溶液质量0.2‑0.5％的乙醇和异丙醇的混合物，进行降温结晶，过滤、干燥得到缬氨酸晶体。本发明缬氨酸的提纯方法简单、结晶速度快、效率高，无有害有机废水的排放，分离提纯成本低、设备要求简单。

Description

一种缬氨酸的提纯方法

技术领域

本发明涉及氨基酸提纯技术领域，尤其涉及一种缬氨酸的提纯方法。

背景技术

氨基酸是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，其能够在植物或动物组织中合成，可由蛋白质水解得到，在组织的代谢、生长、维护和修复过程中起重要作用。氨基酸可从食物中获取，无须通过其他辅助手段补充，但在特殊情况下，为了恢复体内代谢平衡，增强免疫力等，就需要额外的补充各种氨基酸。

缬氨酸是人体八种必需氨基酸之一，属于支链氨基酸，具有多种生理功能，被广泛用于医药、食品及调味品等领域，其能够促进身体正常生长，修复组织，调节血糖，并提供需要的能量，在参加激烈体力活动时，缬氨酸还能给肌肉提供额外的能量产生葡萄糖，以防止肌肉衰弱。

目前常用的缬氨酸的制备方法有化学合成法和发酵法，化学合成法的生产成本较高，反应复杂，步骤多，且有许多副产物；发酵法生产缬氨酸，具有原料成本低，反应条件温和及可大规模生产等优点，是一种非常经济的生产方法。但是，在发酵过程中，由于加入的原料糖不能全部被利用，使缬氨酸发酵液中还夹带多糖、非还原糖等不能被发酵利用的物质，因此发酵结束后，其中除存在缬氨酸外，还有蛋白质、色素、胶体物、原料还原糖、多糖、非还原糖等，以及杂酸如亮氨酸，异亮氨酸等多种杂质。

发酵液中大分子杂质易除去，因此缬氨酸的分离提纯关键在于杂氨基酸的分离。目前，缬氨酸纯化较为有效的方法为特殊沉淀剂法、离子交换法和纳滤膜过滤法。沉淀法提纯缬氨酸常用的沉淀剂为对异丙基苯磺酸，该提纯方法虽然提纯效果好，操作简便，但是废液处理困难，排放造成污染，且对异丙基苯磺酸毒性大，易残留，食品级和医药级的缬氨酸不能用此法提纯，应用范围有限；离子交换法存在树脂污染严重、容易引起树脂结构的破坏而失去再生能力、提纯成本高、耗时长等问题，此外树脂再生需要使用大量的酸，对污水排放造成极大的负担；纳滤膜过滤方法无法分离分子大小与缬氨酸相近的其它氨基酸及杂质，使最终得到的缬氨酸的纯度较低。

发明内容

针对现有从发酵液中分离提纯缬氨酸存在提纯方法复杂，有机溶剂用量高、提取纯度低、成本高、耗时长以及易产生大量有机废水而造成环境污染等问题，本发明提供一种缬氨酸的提纯方法。

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：

一种缬氨酸的提纯方法，包括以下步骤：

a、过滤去除缬氨酸发酵液中的菌体及不溶性杂质，得到滤液；

b、调节滤液的pH值至5.5-6.5，进行浓缩得到浓缩液，加入浓缩液质量1-3％的乙醇和异丙醇的混合物，进行降温结晶，得到缬氨酸粗粉；

c、将缬氨酸粗粉溶于pH值为3-4的水溶液中得到混合溶液，再加碱调节混合溶液的pH值至5.5-6.5，加入混合溶液质量0.2-0.5％的乙醇和异丙醇的混合物，进行降温结晶，过滤、干燥得到缬氨酸晶体。

相对于现有技术，本发明提供的缬氨酸的提纯方法中，将去除菌体和不溶性杂质的缬氨酸发酵液的pH值调节至5.5-6.5，进行浓缩，再通过乙醇和异丙醇的协同作用，可大大加快降温过程中缬氨酸的结晶速度，提高缬氨酸的收率，同时使得到的缬氨酸粗粉中的色素、胶体物和杂氨基酸的含量大大较少，提高缬氨酸粗粉中缬氨酸的含量；之后将得到的缬氨酸粗粉进一步溶解在pH值为3-4的水溶液中后，可将缬氨酸粗粉中残留的还原糖和非还原糖全部溶解，再加入碱调节水溶液的pH值至5.5-6.5后，加入微量的乙醇和异丙醇的混合物，可使缬氨酸在降温过程中有序稳定的析出，得到大小均匀、晶型结构稳定的缬氨酸结晶物，其纯度可达到98.5％以上，收率可达到70％以上，达到较好的分离纯化效果；

该缬氨酸的提纯方法简单、结晶速度快、效率高，且提纯过程中加入的少量的乙醇和异丙醇易回收进行循坏利用，其在缬氨酸晶体中无残留，无有害有机废水的排放，提纯成本低、设备要求简单，得到的缬氨酸晶体符合食品级要求。

优选的，所述步骤a中采用陶滤的方法去除缬氨酸发酵液中的菌体及不溶性杂质。

采用陶滤的方法对发酵液进行初步的除杂过程，可有效吸附发酵液中的菌体残渣以及不溶性杂质，吸附效果好且吸附量大，可经清洗后重复使用多次，降低发酵液的除杂成本。

优选的，所述步骤b中的浓缩温度为50-80℃。

在浓缩温度为50-80℃时，缬氨酸的结构稳定，不易被破坏。

优选的，所述步骤b中浓缩液中缬氨酸的浓度为400-450g/L。

优选的，所述步骤b和c中的乙醇和异丙醇的混合物中乙醇和异丙醇的质量比为3-5:1。

一定含量的质量比为3-5:1的乙醇和异丙醇混合物溶液，可有效提高缬氨酸的结晶效率，使缬氨酸与其性质相似的其它杂氨基酸分离，提高收率，同时，在pH值为5.5-6.5的环境下，通过调节乙醇和异丙醇混合物的含量，可使溶液中的缬氨酸以均匀稳定的速率析出，得到高质量的缬氨酸晶体结构，大大提高缬氨酸的纯度。

优选的，所述步骤b中的降温结晶过程中，以8-10℃/h的降温速率降温至≤15℃。

将步骤b中的混合溶液以8-10℃/h的降温速率降温至≤15℃，该降温过程可以迅速降低缬氨酸的溶解度，利于结晶物的析出。

优选的，所述pH调节过程中所用的酸为硫酸或盐酸，所用的碱为氢氧化钠或氨水。

优选的，所述步骤c中的混合溶液中缬氨酸的浓度为80-500g/L

优选的，所述步骤c中的降温结晶过程中，以6-8℃/h的降温速率降温至≤15℃。

所述步骤c中降温结晶过程中以8-10℃/h的降温速率降温至≤15℃，该降温过程可以保证缬氨酸的稳定析出，得到晶型结构好、大小均匀的缬氨酸晶体。

优选的，所述步骤c中干燥前用水对结晶所得固体进行洗涤，水的温度≤10℃，水与固体的质量比为1-2:1。

在水的温度≤10℃时，即可保证缬氨酸晶体不被溶解，又可充分去除结晶上吸附的杂质，保证结晶收率的情况下，提高结晶的纯度。

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。

实施例1

一种缬氨酸的提纯方法，包括以下步骤：

a、取135L缬氨酸发酵液，将其升温至80℃，搅拌状态下，保温半小时进行菌体灭活处理，处理结束后，取样检测缬氨酸含量为80.2g/L，合计缬氨酸共10.82kg，控制物料温度小于40℃，压力小于0.65MPa，流速为200L/h，进行陶滤，除去菌渣及不溶性杂质，共收集得到陶滤滤液112L，取样检测滤液中缬氨酸的含量为79.9g/L，合计缬氨酸共8.94kg；

b、调节滤液的pH值至5.5，50℃下进行浓缩得到浓缩液，使浓缩液中缬氨酸的浓度达到400g/L，加入浓缩液质量250g的乙醇和异丙醇的混合物，以8℃/h的降温速率降温至15℃以下，结晶得到湿缬氨酸粗粉12.57kg；其中加入的乙醇和异丙醇的混合物中乙醇和异丙醇的质量比为3:1；

c、将湿缬氨酸粗粉溶于80L经硫酸调节pH值至3的水溶液中，充分溶解后，加纯化水至缬氨酸的浓度为80g/L，此时水溶液额体积达到120L，再加入氢氧化钠调节水溶液的pH值至5.5，加入220g的乙醇和异丙醇的混合物，以6℃/h的降温速率降温，当温度降至15℃以下时，搅拌30min进行结晶，结晶结束后，过滤分离得到结晶，用与结晶质量相同的10℃的冷水对结晶进行洗涤，洗涤结束后，在60℃、真空度为-0.095MPa条件下对结晶进行干燥，最终得到7.88kg缬氨酸晶体。

经检测计算，最终得到的缬氨酸晶体的纯度为98.9％、水分含量为0.05wt％、收率为72％；其中缬氨酸的收率＝(缬氨酸晶体质量×缬氨酸晶体纯度)/发酵液中缬氨酸的质量×100％。

实施例2

一种缬氨酸的提纯方法，包括以下步骤：

a、取135L缬氨酸的发酵液，将其升温至80℃，搅拌状态下，保温半小时进行菌体灭活处理，处理结束后，取样检测缬氨酸含量为116.8g/L，合计缬氨酸共15.76kg，控制物料温度小于40℃，压力小于0.65MPa，流速为220L/h，进行陶滤，除去菌渣及不溶性杂质，共收集得到滤液115L，取样检测滤液中缬氨酸的含量为114.5g/L，合计缬氨酸共13.16kg；

b、调节滤液的pH值至6，70℃下进行浓缩得到浓缩液，使浓缩液中缬氨酸的浓度达到420g/L，加入浓缩液质量600g的乙醇和异丙醇的混合物，以9℃/h的降温速率降温至15℃以下，结晶得到湿缬氨酸粗粉18.54kg；其中加入的乙醇和异丙醇的混合物中乙醇和异丙醇的质量比为4:1；

c、将湿缬氨酸粗粉溶于15L经硫酸调节pH值至3.5的水溶液中，充分溶解后，加纯化水至缬氨酸的浓度为400g/L，此时水溶液额体积达到35L，再加入氢氧化钠调节水溶液的pH值至6，加入105g的乙醇和异丙醇的混合物，以7℃/h的降温速率降温，当温度降至15℃以下时，搅拌30min进行结晶，结晶结束后，过滤分离得到结晶，用与结晶质量相同的10℃的冷水对结晶进行洗涤，洗涤结束后，在60℃、真空度为-0.095MPa条件下对结晶进行干燥，最终得到12.62kg缬氨酸晶体。

经检测计算，最终得到的缬氨酸晶体的纯度为98.9％、水分含量为0.03wt％、收率为79.1％。

实施例3

一种缬氨酸的提纯方法，包括以下步骤：

a、取140L缬氨酸发酵液，将其升温至80℃，搅拌状态下，保温半小时进行菌体灭活处理，处理结束后，取样检测缬氨酸含量为110.43g/L，合计缬氨酸共15.46kg，控制物料温度小于40℃，压力小于0.65MPa，流速为220L/h，进行陶滤，除去菌渣及不溶性杂质，共收集得到陶滤滤液119L，取样检测滤液中缬氨酸的含量为106.75g/L，合计缬氨酸共12.7kg；

b、调节滤液的pH值至6.5，80℃下进行浓缩得到浓缩液，使浓缩液中缬氨酸的浓度达到450g/L，加入浓缩液质量800g的乙醇和异丙醇的混合物，以10℃/h的降温速率降温至15℃以下，结晶得到湿缬氨酸粗粉19.23kg；其中加入的乙醇和异丙醇的混合物中乙醇和异丙醇的质量比为5:1；

c、将湿缬氨酸粗粉溶于90L经硫酸调节pH值至4的水溶液中，充分溶解后，加纯化水至缬氨酸的浓度为120g/L，此时水溶液额体积达到120L，再加入氢氧化钠调节水溶液的pH值至6.5，加入600g的乙醇和异丙醇的混合物，以8℃/h的降温速率降温，当温度降至15℃以下时，搅拌30min进行结晶，结晶结束后，过滤分离得到结晶，用与结晶质量相同的5℃的冷水对结晶进行洗涤，洗涤结束后，在60℃、真空度为-0.095MPa条件下对结晶进行干燥，最终得到11.77kg缬氨酸晶体。

经检测计算，最终得到的缬氨酸晶体的纯度为98.9％、水分含量为0.05wt％、收率为75.3％。

对比例1

用丙酮代替实施例1中的异丙醇，加入量不变，经提纯后得到6.28kg缬氨酸晶体。

经检测计算，最终得到的缬氨酸晶体的纯度为78.4％、水分含量为0.3wt％、收率为45.5％。

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 (7)

1.一种缬氨酸的提纯方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、过滤去除缬氨酸发酵液中的菌体及不溶性杂质，得到滤液；

b、调节滤液的pH值至5.5-6.5，进行浓缩得到浓缩液，加入浓缩液质量1-3％的乙醇和异丙醇的混合物，进行降温结晶，得到缬氨酸粗粉；

c、将缬氨酸粗粉溶于pH值为3-4的水溶液中得到混合溶液，再加碱调节混合溶液的pH值至5.5-6.5，加入混合溶液质量0.2-0.5％的乙醇和异丙醇的混合物，进行降温结晶，过滤、干燥得到缬氨酸晶体；所述步骤b和c中的乙醇和异丙醇的混合物中乙醇和异丙醇的质量比为3-5:1；所述步骤b中的降温结晶过程中，以8-10℃/h的降温速率降温至≤15℃；所述步骤c中的降温结晶过程中，以6-8℃/h的降温速率降温至≤15℃。

2.如权利要求1所述的缬氨酸的提纯方法，其特征在于：所述步骤a中采用陶滤的方法去除缬氨酸发酵液中的菌体及不溶性杂质。

3.如权利要求1所述的缬氨酸的提纯方法，其特征在于：所述步骤b中的浓缩温度为50-80℃。

4.如权利要求1所述的缬氨酸的提纯方法，其特征在于：所述步骤b中的浓缩液中缬氨酸的浓度为400-450g/L。

5.如权利要求1所述的缬氨酸的提纯方法，其特征在于：所述pH调节所用的酸为硫酸或盐酸，所用的碱为氢氧化钠或氨水。

6.如权利要求1所述的缬氨酸的提纯方法，其特征在于：所述步骤c中的混合溶液中缬氨酸的浓度为80-500g/L。

7.如权利要求1所述的缬氨酸的提纯方法，其特征在于：所述步骤c中干燥前用水对结晶所得固体进行洗涤，水的温度≤10℃，水与固体的质量比为1-2:1。