CN110590586B - 一种分离纯化赖氨酸发酵液的方法 - Google Patents

一种分离纯化赖氨酸发酵液的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于赖氨酸生产技术领域，具体公开了一种分离纯化赖氨酸发酵液的方法。该方法首先采用降温结晶法，经两次降温结晶处理，从赖氨酸发酵液中提取得到赖氨酸固体，并得到了提取后的二次母液；之后采用离子交换法对二次母液进行提纯，得到的洗脱液返回与一次母液混合回用。本发明提供的赖氨酸的分离纯化方法，克服了现有赖氨酸提纯工艺繁琐、收率低的缺陷，具有操作简单、成本低的优点，且有效提高了赖氨酸产品的纯化提取收率。

Description

一种分离纯化赖氨酸发酵液的方法
技术领域
本发明涉及赖氨酸生产技术领域，特别是涉及一种分离纯化赖氨酸发酵液的方法。
背景技术
赖氨酸是人体必需的一种氨基酸，一种不可缺少的营养物质。蛋白质是构成人体细胞的主要成分，食物中的蛋白质进入人体后经过消化先分解成氨基酸，然后人体又利用这些氨基酸再合成新的人体蛋白质，如免疫抗体、消化酶、血浆蛋白、生长激素等都是合成后的人体蛋白质。在合成蛋白质的各种氨基酸中，L-赖氨酸是最重要的一种，少了L-赖氨酸其它氨基酸就受到限制或得不到利用，因此科学家称它为人体第一必需氨基酸。还发现，L-赖氨酸是控制人体生长的重要物质抑长素(Somatotation,ss)中最重要的也是最必需的成分，对人的中枢神经和周围神经系统都起着重要作用。人体不能自身合成L-赖氨酸，必须从食物中吸取。赖氨酸是帮助其它营养物质被人体充分吸收和利用的关键物质，人体只有补充了足够的L-赖氨酸才能提高食物蛋白质的吸收和利用，达到均衡营养，促进生长发育。
赖氨酸虽然也可从蛋白质原料例如猪血粉的水解液中提取得到，但现在使用的赖氨酸主要是用发酵法生产的盐酸赖氨酸，提取法和发酵法得到的都是L-赖氨酸。在发酵法中，主要有两种方法，分别是经由二氨基庚二酸的二步法和以糖为原料的一步法，其中糖类发酵的一步法采用较多。
一步法糖类发酵可以从碳源如糖蜜和粗糖通过发酵生产。通常得到的发酵液中除了含目标氨基酸外还含有大量污染物，因此需要进一步分离纯化才能得到产品。目前常规的分离纯化方法是离子交换处理法，即采用阳离子交换柱或阴离子交换柱，离子形式的氨基酸置换阳离子或阴离子交换柱的对应离子并因此被离子交换柱保留，生物质可以在离子交换处理之前或之后被过滤掉，保留在离子交换树脂上的氨基酸之后用氨水洗脱得到含氨洗脱液，该洗脱液必须经蒸发除去大量的氨水。除氨后的洗脱液再与酸例如盐酸混合，结晶，固液分离后干燥，以此方式得到的氨基酸纯度大约98％，称为“原料级(Feed-grade)”氨基酸。为了进一步得到更纯的“食品级”或“药物级”氨基酸，还必须再将原料级产物进行提纯，例如经活性炭处理和/或重复结晶处理。目前赖氨酸纯化也采用上述方法，存在发酵液提取收率低的问题，因此，需要对发酵液的后处理进行研究，以找到一种可有效提高赖氨酸回收率的赖氨酸发酵液分离纯化方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种分离纯化赖氨酸发酵液的方法，可以提高赖氨酸的纯化提取收率。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种分离纯化赖氨酸发酵液的方法，包括步骤：
(1)取赖氨酸发酵液，该赖氨酸发酵液是一步法糖类发酵得到的发酵液，将赖氨酸发酵液加酸制备得到含赖氨酸盐的发酵液，之后所述含赖氨酸盐的发酵液经除杂、浓缩，然后降温析晶，之后离心分离，得到赖氨酸盐固体和离心母液，得到的赖氨酸盐固体进行洗涤，即得到赖氨酸盐产品，收集洗涤液，将所述离心母液与洗涤液合并，得到一次母液；
(2)将所述一次母液浓缩，之后降温析晶，然后离心分离，得到赖氨酸盐固体和二次离心母液，得到的赖氨酸盐固体进行洗涤，得到赖氨酸盐产品，收集洗涤液，将所述二次离心母液与洗涤液合并，得到二次母液；
(3)将所述二次母液通入离子交换系统进行交换吸附，之后再通入洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液，所述洗脱液中赖氨酸含量≥20％、纯度≥80％，将所述洗脱液与步骤(1)得到的一次母液合并，再循环进行赖氨酸产品的提取。
作为一种优选的实施方式，将所述二次母液通入离子交换系统进行交换吸附之前，先对所述二次母液过滤除杂，过滤除杂优选采用袋式过滤器，袋式过滤器的滤袋直径为0.15～0.25cm，优选0.2cm。经过滤除杂可以防止杂质进入离子交换工作柱，尤其是防止大颗粒杂质进入离子交换工作柱。
优选地，所述二次母液进入离子交换系统时的进料条件为：所述二次母液中赖氨酸含量≥35g/dl，进料温度15～25℃，进料pH值为5.0～7.0，进料密度为1.15～1.20g/ml，进料纯度为50％～60％，进料干物的重量百分比含量为50％～60％。
优选地，所述离子交换系统进料量控制为≤10.0m3/h，工作温度控制为40～70℃，运行压力控制为＜0.5MPa。
作为一种优选的实施方式，步骤(1)所述除杂为膜滤除杂，主要除去发酵液中的菌体蛋白和残糖等杂质。
作为一种优选的实施方式，所述离子交换系统采用的固定相为交换树脂，交换树脂可以对赖氨酸盐吸附。
作为一种优选的实施方式，所述离子交换系统采用的洗脱剂为纯水或二次冷凝水。洗脱操作控制洗脱液出料赖氨酸含量(以赖氨酸盐酸盐计)≥20％，赖氨酸的纯度≥80％。
优选地，所述赖氨酸发酵液加酸采用盐酸，制备得到含赖氨酸盐酸盐的发酵液。
优选地，步骤(1)中浓缩采用MVR蒸发器，MVR蒸发器的出料浓度为70～73％。出料浓度是以赖氨酸盐酸盐计的质量百分比浓度。
优选地，所述步骤(2)中一次母液浓缩得到的浓缩液浓度为60～75％。浓缩液浓度是以赖氨酸盐酸盐计的质量百分比浓度。
本发明提供的赖氨酸的分离纯化方法，含赖氨酸盐的发酵液经浓缩之后降温析出赖氨酸盐固体，之后离心分离，得到的固体产品赖氨酸盐用纯水洗涤，将洗涤得到的洗涤废水以及离心分离得到的离心液合并，即得到一次母液；一次母液再经浓缩、降温析晶，析出赖氨酸盐固体，之后离心分离，得到的固体产品赖氨酸盐用纯水洗涤，洗涤得到的洗涤废水和离心分离得到的离心液合并，即得到二次母液。本发明对得到的二次母液进一步纯化，采用离子交换系统来提纯二次母液，将二次母液通入离子交换系统进行离子交换吸附，然后对离子交换系统进行洗脱，收集高流液得到洗脱液，将洗脱液再返回与一次母液混合，与一次母液一起再进行降温结晶提取赖氨酸，这样提高了二次母液的利用，因此也提高了赖氨酸的提取收率，可以将提取收率提高到98％以上。
本发明提供的赖氨酸的分离纯化方法，采用降温结晶和离子交换配合使用进行提纯，先用两次降温结晶法处理得到二次母液，利用降温结晶法工艺操作简单、成本低的特点，来处理大量的赖氨酸发酵液和一次母液；之后采用离子交换法提纯处理少量的二次母液，对二次母液进行回用。本发明提供的赖氨酸的分离纯化方法，克服了现有赖氨酸提纯工艺繁琐、收率低的缺陷，操作简单、成本低、且有效提高了纯化提取收率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本实施例提供的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，步骤如下：
取赖氨酸发酵液，该赖氨酸发酵液是一步法糖类发酵得到的发酵液，赖氨酸发酵液中赖氨酸含量为20％，向其中加入盐酸，得到含赖氨酸盐酸盐的发酵液，之后含赖氨酸盐酸盐的发酵液经膜滤、MVR浓缩，得到一次浓缩液，MVR蒸发器的出料浓度为70％；
一次浓缩液降温析出赖氨酸盐酸盐固体，降温速率为3℃/h，降温至30℃时进行离心分离，得到的固体产品即湿晶体含量98.5％、纯度98.5％，纯水洗涤，洗涤废水和离心液合并，得到一次母液；
一次母液再经浓缩得到二次浓缩液，二次浓缩液浓度为65％，二次浓缩液降温析出赖氨酸盐酸盐固体，降温速率为3℃/h，降温至30℃时进行离心分离，得到的固体产品即湿晶体含量98.5％、纯度98.5％，用纯水洗涤，洗涤废水和离心液合并，得到二次母液；
之后采用离子交换系统提纯二次母液，具体如下：二次母液经袋式过滤器过滤除杂，袋式过滤器的滤袋直径为0.2cm。之后进入离子交换系统进行离子交换吸附，进料温度20℃，进料pH值6.0，进料密度1.18g/ml，进料纯度：56％，进料干物：56％；离子交换系统的控制进料量低于10.0m3/h，工作温度在40～70℃范围内，运行压力＜0.5MPa；之后对离子交换系统进行洗脱，洗脱剂为纯水，洗脱出料控制洗脱液中赖氨酸含量(以赖氨酸盐酸盐计)≥20％、赖氨酸纯度≥80％。将得到的洗脱液返回与一次母液混合，与一次母液一起进入下步操作。
采用以上方案，取含赖氨酸盐酸盐的发酵液10kg，其中赖氨酸盐酸盐含量20％，两次降温析晶共得到赖氨酸盐酸盐1968g，提取收率为98.4％。
实施例2
本实施例提供的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，步骤如下：
取赖氨酸发酵液，该赖氨酸发酵液是一步法糖类发酵得到的发酵液，赖氨酸发酵液中赖氨酸含量为21％，向其中加入盐酸，得到含赖氨酸盐酸盐的发酵液，之后含赖氨酸盐酸盐的发酵液经膜滤、MVR浓缩，得到一次浓缩液，MVR蒸发器的出料浓度为73％；
一次浓缩液降温析出赖氨酸盐酸盐固体，降温速率为3℃/h，降温至30℃时进行离心分离，得到的固体产品即湿晶体含量98.5％、纯度98％，纯水洗涤，洗涤废水和离心液合并，得到一次母液；
一次母液再经浓缩得到二次浓缩液，二次浓缩液浓度为70％，二次浓缩液降温析出赖氨酸盐酸盐固体，降温速率为3℃/h，降温至30℃时进行离心分离，得到的固体产品即湿晶体含量98.5％、纯度98.5％，用纯水洗涤，洗涤废水和离心液合并，得到二次母液；
之后采用离子交换系统提纯二次母液，具体如下：二次母液经袋式过滤器过滤除杂，袋式过滤器的滤袋直径为0.2cm。之后进入离子交换系统进行离子交换吸附，进料温度20℃，进料pH值6.0，进料密度1.18g/ml，进料纯度：56％，进料干物：56％；离子交换系统的控制进料量低于10.0m3/h，工作温度在40～70℃范围内，运行压力＜0.5MPa；之后对离子交换系统进行洗脱，洗脱液为纯水，洗脱出料控制洗脱液中赖氨酸含量(以赖氨酸盐酸盐计)≥20％，赖氨酸纯度≥80％。
采用以上方案，取含赖氨酸盐酸盐的发酵液10kg，其中赖氨酸盐酸盐含量21％，两次降温析晶共得到赖氨酸盐酸盐2062g，提取收率为98.2％。
通过以上实施例可以看出，采用本发明的纯化提取方法，得到的赖氨酸提取收率达到了98％以上。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽描述，但在本发明基础上，可以对至作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将赖氨酸发酵液加酸制备得到含赖氨酸盐的发酵液，之后所述含赖氨酸盐的发酵液经除杂、浓缩，然后降温析晶，之后离心分离，得到赖氨酸盐固体和离心母液，得到的赖氨酸盐固体进行洗涤，收集洗涤液，将所述离心母液与洗涤液合并，得到一次母液；
(2)将所述一次母液浓缩，之后降温析晶，然后离心分离，得到赖氨酸盐固体和二次离心母液，得到的赖氨酸盐固体进行洗涤，收集洗涤液，将所述二次离心母液与洗涤液合并，得到二次母液；
(3)将所述二次母液通入离子交换系统进行吸附，之后再通入洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液，所述洗脱液中赖氨酸含量≥20％、纯度≥80％，将所述洗脱液与步骤(1)得到的所述一次母液合并；所述离子交换系统采用的洗脱剂为纯水或二次冷凝水。
2.根据权利要求1所述的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，将所述二次母液通入离子交换系统进行吸附之前，先对所述二次母液过滤除杂，过滤除杂采用袋式过滤器，袋式过滤器的滤袋直径为0.15～0.25cm。
3.根据权利要求1所述的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，所述二次母液进入离子交换系统时的进料条件为：二次母液中赖氨酸含量≥35g/dl，进料温度15～25℃，进料pH值为5.0～7.0，进料密度为1.15～1.20g/ml，进料纯度为50％～60％，进料干物为50％～60％。
4.根据权利要求3所述的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，所述离子交换系统进料量控制为≤10.0m3/h，工作温度控制为40～70℃，运行压力控制为＜0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，步骤(1)所述除杂为膜滤除杂。
6.根据权利要求1所述的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，所述离子交换系统采用的固定相为交换树脂，所述交换树脂对赖氨酸盐吸附。
7.根据权利要求1所述的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，所述赖氨酸发酵液加酸采用盐酸，制备得到含赖氨酸盐酸盐的发酵液。
8.根据权利要求1所述的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，步骤(1)中浓缩采用MVR蒸发器，MVR蒸发器的出料浓度为70～73％，出料浓度是以赖氨酸盐酸盐计的质量百分比浓度。
9.根据权利要求1所述的分离纯化赖氨酸发酵液的方法，其特征在于，所述步骤(2)中一次母液浓缩得到的浓缩液浓度为60～75％，浓缩液浓度是以赖氨酸盐酸盐计的质量百分比浓度。
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