CN111957080A - 一种l-酪氨酸分离设备及l-酪氨酸分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种L‑酪氨酸分离设备及L‑酪氨酸分离方法，所述分离设备是由圆柱形槽身、圆锥形槽底和耕浆机为主要部件组成的回旋沉淀槽，其中，所述圆柱形槽身上设有进料口，所述圆柱形槽身的上边缘设有用于支持稳定耕浆机的十字支撑架，所述耕浆机上部为电机、中部转轴通过轴承与该十字支撑架连接，转轴下部设置绞龙，转轴下部两侧设置浆叶，所述圆柱形槽身下边缘与圆锥形槽底固定连接，所述圆锥形槽底的底端设置排料口；所述分离方法中发酵液切向高速进入回旋沉淀槽，L‑酪氨酸晶浆和细胞悬液固液分离，使含有L‑酪氨酸的大肠杆菌发酵液不经细胞裂解，有效避免了细胞裂解后导致的发酵液粘度过大而难以继续操作的困难，且分离效果好。
Description
技术领域
本发明涉及氨基酸分离提取技术领域，尤其是一种L-酪氨酸分离设备及L-酪氨酸分离方法。
背景技术
酪氨酸(Tyrosine；Tyr)又名：2-氨基-3-对羟苯基丙酸，为白色结晶性粉末，从水中结晶为针状或片状体。酪氨酸在医药、食品、化工等行业具有广泛应用。
目前国内外从发酵液中提取L-酪氨酸的报道很少。2008年Ranjan Patnaik，报道了一种从发酵液中提取L-酪氨酸的方法，其中发酵液中含有55g/L的L-酪氨酸，生物量(OD550)大约为65。首先向发酵液中加入氢氧化钠调节pH为11.5，令大肠杆菌菌体裂解并同时溶解L-酪氨酸，然后膜过滤收集滤液，滤液加酸调节至L-酪氨酸结晶。然而利用该方法进行提取实验时如果用氢氧化钠裂解菌体，将会使细胞成分进入发酵液，进而发酵液粘度过大难以继续操作；出现这种现象的主要原因是菌种在发酵液中的生物量过大(大约为Ranjan Patnaik报道的两倍)。因此，从发酵液中提取L-酪氨酸的过程中不能使细胞裂解。如果直接过滤，酪氨酸晶体非常密实，极易形成滤饼，难以继续过滤。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种L-酪氨酸分离设备。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供L-酪氨酸的分离方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种L-酪氨酸分离设备，是由圆柱形槽身、圆锥形槽底和耕浆机为主要部件组成的回旋沉淀槽，其中，所述圆柱形槽身上设有进料口，所述圆柱形槽身的上边缘设有用于支持稳定耕浆机的十字支撑架，所述耕浆机上部为电机、中部转轴通过轴承与该十字支撑架连接，转轴下部设置绞龙，转轴下部两侧设置浆叶，所述圆柱形槽身下边缘与圆锥形槽底固定连接，所述圆锥形槽底的底端设置排料口。
上述耕浆机用于辅助排料，其中桨叶用于疏松晶浆，绞龙用于推进晶浆向排料口排料。
优选的，上述L-酪氨酸分离设备，所述进料口为切向进料口，料液通过进料口切向进入。
优选的，上述L-酪氨酸分离设备，所述桨叶可沿转轴上下移动。
一种L-酪氨酸的分离方法，具体步骤如下：
(1)含L-酪氨酸的大肠杆菌发酵液通过泵或其他动力通过回旋沉淀槽的进料口切向高速进入回旋沉淀槽；
(2)发酵液在回旋沉淀槽高速旋转，在重力和离心力的作用下密度较大的L-酪氨酸晶体逐渐沉降聚集在圆锥形槽底底部，同时由于L-酪氨酸晶体含水量较大(≧60％)且晶体细密而形成晶浆，由于大肠杆菌细胞密度较小，会悬浮在发酵液中形成细胞悬液，分布在晶浆上层；
(3)至L-酪氨酸晶体沉降完毕，用泵或其他方法使细胞悬液排出；晶浆从排料口排出，用于下游精制，晶浆流动性较差，耕浆机旋转辅助排料，必要时，可用水、酸性溶液或碱性溶液冲洗晶浆。
优选的，上述L-酪氨酸的分离方法，所述含L-酪氨酸的大肠杆菌发酵液切向进入回旋沉淀槽的速度为不小于9m/s。
优选的，上述L-酪氨酸的分离方法，所述碱性溶液的pH≧11.5。
优选的，上述L-酪氨酸的分离方法，所述酸性溶液的pH≤0.5。
L-酪氨酸常温下可溶于碱性溶液(当pH≧11.5)或酸性溶液(当pH≤0.5)，酪氨酸溶解在溶液中，流动性好。
有益效果：
上述L-酪氨酸分离设备，发酵液切向高速进入回旋沉淀槽，L-酪氨酸晶浆和细胞悬液固液分离，细胞悬液从上部被排出，L-酪氨酸晶浆在耕浆机的辅助下从回旋沉淀槽底部分离，该设备结构简单，制作成本较低。
上述L-酪氨酸的分离方法，使含有L-酪氨酸的大肠杆菌发酵液不经细胞裂解，直接进入回旋沉淀槽实现细胞与L-酪氨酸的分离，有效避免了细胞裂解后导致的发酵液粘度过大而难以继续操作的困难，且分离效果好，分离成本低。
附图说明
图1是本发明所述L-酪氨酸分离设备的结构示意图；
图2是本发明所述L-酪氨酸分离设备的俯视图；
图3是本发明所述L-酪氨酸分离设备的耕浆机结构示意图；
图4是本发明所述L-酪氨酸分离设备中发酵液分离应用示意图。
图中：1-圆柱形槽身 2-圆锥形槽底 3-耕浆机 1-1-进料口
1-2-支撑架 2-1-排料口 3-1-电机 3-2-转轴
3-3-轴承 3-4-桨叶 3-5-绞龙
具体实施方式
实施例1
如图1-3所示，所述L-酪氨酸分离设备，是由圆柱形槽身1、圆锥形槽底2和耕浆机3为主要部件组成的回旋沉淀槽，其中，所述圆柱形槽身上设有切向进料口1-1，料液通过进料口切向进入，所述圆柱形槽身的上边缘设有用于支持稳定耕浆机的十字支撑架1-2，所述耕浆机上部为电机3-1、中部转轴3-2通过轴承3-3与该十字支撑架连接，转轴下部设置绞龙3-5，转轴下部两侧设置浆叶3-4，所述桨叶可沿转轴上下移动，所述耕浆机用于辅助排料，其中桨叶用于疏松晶浆，绞龙用于推进晶浆向排料口排料；所述圆柱形槽身下边缘与圆锥形槽底固定连接，所述圆锥形槽底的底端设置排料口2-1。
实施例2
一种从发酵液中分离L-酪氨酸的方法，如图4所示，具体步骤如下：
(1)排料口2-1关闭，耕浆机3上升至顶端；含L-酪氨酸的大肠杆菌发酵液泵入回旋沉淀槽的进料口1-1，切向高速进入回旋沉淀槽，切向进料速度约9m/s；其中，所述发酵液是利用一种L-酪氨酸基因工程菌及其生产L-酪氨酸的方法和应用(申请号：CN111004761A)中所述菌种和方法获得的，所述发酵液中L-酪氨酸浓度为42.0g/L,大肠杆菌生物量42.7g/L，发酵液中其余成分为废水，废水中含有少量可溶性物质，见下表：
(2)发酵液以9m/s的速度切向进入回旋沉淀槽后，在回旋沉淀槽内高速旋转。在重力、摩擦力和离心力的作用下发酵液中密度较大的L-酪氨酸晶体逐渐沉降聚集在圆锥形槽底部，同时由于L-酪氨酸晶体含水量较大(≧60％)且晶体细密，将会形成晶浆；由于大肠杆菌细胞密度较小，会悬浮在发酵液中形成细胞悬液，分布在晶浆上层；
(3)至L-酪氨酸晶体沉降完毕(约停止进料半小时后)，用离心泵使细胞悬液从上部抽出，进行废水处理；打开排料口2-1的阀门，晶浆从排料口2-1排出，用于下游精制，由于晶浆流动性较差，耕浆机3开启低速旋转(转速为0.3r/min)并缓慢下降，辅助排料。
当单纯依靠耕浆机不能继续排出L-酪氨酸晶浆时，用水冲洗残留在耕浆机和回旋沉淀槽内壁的晶浆，晶浆的流动性可得到改善。
经测定：分离得到的L-酪氨酸晶浆(未干燥)的体积约占发酵液总体积25％，含水量约60％；其中L-酪氨酸浓度107.1g/L，生物量26.3g/L；经干燥后，L-酪氨酸纯度90％，收率85％。细胞悬液体积占发酵液总体积的75％，其中生物量(大肠杆菌细胞)46.2g/L，L-酪氨酸6.1g/L。
实施例3
参照实施例2。
不同之处在于：发酵液切向进入回旋沉淀槽的速度为12m/s。
当单纯依靠耕浆机不能继续排出L-酪氨酸晶浆时，用盐酸溶液(pH＝0.5)冲洗残留在耕浆机和回旋沉淀槽内壁的晶浆，流出沉淀槽。
经测定：分离得到的L-酪氨酸晶浆(未干燥)的体积约占发酵液总体积25％，含水量约60％；其中L-酪氨酸浓度109.2g/L，生物量28.3g/L；经干燥后，L-酪氨酸纯度88.2％，收率87.9％。细胞悬液体积占发酵液总体积的75％，其中生物量(大肠杆菌细胞)44.7g/L，L-酪氨酸3.5g/L。
实施例4
参照实施例2。
当单纯依靠耕浆机不能继续排出L-酪氨酸晶浆时，用硫酸溶液(pH＝0.5)冲洗残留在耕浆机和回旋沉淀槽内壁的晶浆。大部分晶体溶解在硫酸溶液中，流出沉淀槽。
实施例4
参照实施例2。
当单纯依靠耕浆机不能继续排出L-酪氨酸晶浆时，用氢氧化钠溶液(pH＝11.5)冲洗残留在耕浆机和回旋沉淀槽内壁的晶浆。大部分晶体溶解在氢氧化钠溶液中，流出沉淀槽。
实施例5
参照实施例2。
当单纯依靠耕浆机不能继续排出L-酪氨酸晶浆时，用氨水(pH＝11.5)冲洗残留在耕浆机和回旋沉淀槽内壁的晶浆。大部分晶体溶解在氨水中，流出沉淀槽。
综上，当单纯依靠耕浆机不能继续排出L-酪氨酸晶浆时，可用水、酸或碱溶液冲洗残留在耕浆机和回旋沉淀槽内壁的晶浆。碱性溶液可以为氢氧化钠溶液、氨水；酸性溶液可以为盐酸或硫酸溶液。L-酪氨酸常温下可溶于碱性溶液(当pH≧11.5)或酸性溶液(当pH≤0.5)，酪氨酸溶解在溶液中，流动性好，更便于冲洗残留在内壁上的L-酪氨酸晶浆。
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 (8)
1.一种L-酪氨酸分离设备，其特征在于：是由圆柱形槽身、圆锥形槽底和耕浆机为主要部件组成的回旋沉淀槽，其中，所述圆柱形槽身上设有进料口，所述圆柱形槽身的上边缘设有用于支持稳定耕浆机的十字支撑架，所述耕浆机上部为电机、中部转轴通过轴承与该十字支撑架连接，转轴下部设置绞龙，转轴下部两侧设置浆叶，所述圆柱形槽身下边缘与圆锥形槽底固定连接，所述圆锥形槽底的底端设置排料口。
2.根据权利要求1所述的L-酪氨酸分离设备，其特征在于：所述进料口为切向进料口，料液通过进料口切向进入。
3.根据权利要求1所述的L-酪氨酸分离设备，其特征在于：所述桨叶可沿转轴上下移动。
4.一种L-酪氨酸的分离方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)含L-酪氨酸的大肠杆菌发酵液通过回旋沉淀槽的进料口切向高速进入回旋沉淀槽；
(2)发酵液在回旋沉淀槽高速旋转，在重力和离心力的作用下L-酪氨酸晶体逐渐沉降聚集在圆锥形槽底底部并形成晶浆，大肠杆菌悬浮在发酵液中形成细胞悬液，分布在晶浆上层；
(3)至L-酪氨酸晶体沉降完毕，排出细胞悬液；晶浆从排料口排出，用于下游精制。
5.根据权利要求4所述的L-酪氨酸的分离方法，其特征在于：所述含L-酪氨酸的大肠杆菌发酵液切向进入回旋沉淀槽的速度为不小于9m/s。
6.根据权利要求4所述的L-酪氨酸的分离方法，其特征在于：当步骤(3)中晶浆流动性较差时，耕浆机旋转辅助排料，或进一步用水、酸性溶液或碱性溶液冲洗晶浆。
7.根据权利要求6所述的L-酪氨酸的分离方法，其特征在于：所述碱性溶液的pH≧11.5。
8.根据权利要求6所述的L-酪氨酸的分离方法，其特征在于：所述酸性溶液的pH≤0.5。
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