CN112430634A - 一种发酵法制备l-色氨酸的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氨基酸发酵技术领域，公开了一种发酵法制备L‑色氨酸的工艺，该工艺包括如下步骤：步骤1）菌株发酵，步骤2）陶瓷膜过滤，步骤3）色谱分离，步骤4）脱色，步骤5）蒸发浓缩，步骤6）结晶、离心及烘干。本发明发酵法制备L‑色氨酸的工艺，其生产过程简洁高效，更加便于操作和维护，发酵生产效率较高，可用于工业的连续性生产。
Description
技术领域
本发明属于氨基酸发酵领域，具体涉及到一种发酵法制备L-色氨酸的工艺。
背景技术
L-色氨酸又名α-氨基吲哚基丙酸，分子式:C11H12N2O2，它是人体重要的神经递质-5-羟色胺的前体，是人体的必需氨基酸之一，可用于孕妇营养补剂和乳幼儿特殊奶粉，也可作为安神药，调节精神节律、改善睡眠。
L-色氨酸的生产最早主要是依靠化学合成法和蛋白质水解法制造。近年来还出现了直接发酵法和化学合成法，直接发酵法和转化法相结合生产色氨酸的研究。随着对微生物法生产色氨酸的研究的不断发展，人们开始利用微生物法发酵生产色氨酸，现已走向实用并且处于主导地位。微生物法大体可分为微生物发酵法和酶促转化法。微生物发酵法具有原料价格低廉，工艺控制简单，产品质量可靠等优点。但随着发酵工业的快速发展，发酵法生产L-色氨酸对培养基营养成分和发酵调控的合理性提出了更高的要求。优良的L-色氨酸生产菌株、合理的培养基组成和适当的发酵调控策略有利于提高L-色氨酸的产酸水平。本公司之前制备L-色氨酸的工艺，包括：菌株发酵-微滤膜过滤-脱色-树脂吸附-蒸发、结晶和干燥。该方法采用的发酵方式，提高了产酸效率，但是存在发酵工艺相对复杂，发酵参数难以控制等问题。针对上述缺陷，继续对菌株发酵和提取条件进行了改进和优化。
发明内容
为解决上述问题，克服现有技术的不足之处，本发明提供了一种发酵法制备L-色氨酸的工艺。本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种发酵法制备L-色氨酸的工艺，其包括如下步骤：步骤1）菌株发酵，步骤2）陶瓷膜过滤，步骤3）色谱分离，步骤4）脱色，步骤5）蒸发浓缩，步骤6）结晶、离心及烘干。
具体的所述方法包括如下步骤：
步骤1）菌株发酵：以10%的接种量将产L-色氨酸大肠杆菌种子液接入发酵培养基中，培养温度33-37℃，通过风量、搅拌转速、罐压和流加糖控制溶氧量10-50%，通过流加液氨维持罐内系统PH在6.5-7.2之间，流加消泡剂消泡；当发酵至24H时，将营养液流加进罐内，维持罐内糖浓度为0.5-1g/L，直至发酵结束，总发酵时间为50小时，得到L-色氨酸发酵液；
步骤2）陶瓷膜过滤：将L-色氨酸发酵液经加热升温，通过陶瓷膜过滤，经预循环、过滤除菌体蛋白，收集滤液；
步骤3）色谱分离：离心母液经色谱分离过程后进入脱色；
步骤4）脱色：步骤3）所得料液加入活性炭进行脱色，待滤液透光率达到一定值后抽滤获得脱色液；
步骤5）蒸发浓缩：将脱色清液打入双效蒸发器，开启蒸汽进行蒸发浓缩，达到一定浓度后即可连续出料到结晶罐待离心；
步骤6）结晶、离心及烘干：双效蒸发液连续出料至结晶罐后，启动离心机，放料离心分离，加水洗去晶体表明母液色素，再进行一段时间，确保色氨酸固液分离彻底，湿晶体装入料车等待烘干。
优选的，所述步骤1）中，所述发酵培养基（150m³/350m³）：葡萄糖20g/L、硫酸镁6.8g/L、磷酸二氢钾3g/L、硫酸铵2.4g/L、硫酸亚铁15mg/L、酵母膏4g/L、柠檬酸1.6g/L；消前PH为6.6，灭菌要求温度为115℃，时间为15min；控制溶氧时风量为9000m³/hr，罐压为0.03MPa。
优选的，所述步骤2）中，所述陶瓷膜截留分子量为50nm，工作压力：0.3MPa，工作温度：58-62℃，PH：3.5-3.8。
优选的，所述步骤3）中，色谱分离过程中，母液温度58-62℃，PH：2.7-3.0，含量：19-21g/L。
优选的，所述步骤4）中，采用活性炭脱色时温度：60-65℃，透光率＞20。
优选的，所述步骤5）中，蒸发器控制参数：一效温度60-85℃，二效真空度≥0.085MPa，温度65-85℃，出料含量220g/L，双效料液浓度达到9%-10%时即可出料。
优选的，所述步骤6）中，当温度＜30℃，PH 5.8-6.1时，即可放料离心分离。
本发明的技术方案具有以下突出的优点及独特性：
1、本发明采用的陶瓷膜具有分离效率高，化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等特点。
2、本发明采用的活性炭脱色具有表面积大，吸附能力强，过滤速度快，脱色纯度高等优点。
3、本发明采用的双效蒸发器有利于节省加热蒸汽的消耗量，提高蒸汽的利用率，从而提高经济效益，且后效蒸发室的压强比前效低，使得溶液在双效间的输送可利用蒸发器的压强差和温度差，而不需要用泵输送，操作简单方便。
4、本发明大大提高了L-色氨酸的成品收率和纯度，有利于工业化，实现了利益的最大化和对环境污染的最小化。
具体实施方式
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。本发明的产品及方法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产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种发酵法制备L-色氨酸的工艺，其包括如下步骤：
步骤1）菌株发酵：以10%的接种量将产L-色氨酸大肠杆菌（E.coliTRTH）种子液接入发酵培养基中，培养温度36℃，通过风量、搅拌转速、罐压和流加糖控制溶氧量20%，通过流加液氨维持罐内系统PH在6.8，流加消泡剂消泡；当发酵至24H时，将浓度为500g/L的葡萄糖溶液流加进罐内，维持罐内糖浓度为0.5-1g/L，直至发酵结束，总发酵时间为50小时，得到L-色氨酸发酵液，经检测，L-色氨酸含量为48.9g/L；发酵培养基（150m³/350m³）：葡萄糖20g/L、硫酸镁6.8g/L、磷酸二氢钾3g/L、硫酸铵2.4g/L、硫酸亚铁15mg/L、酵母膏4g/L、柠檬酸1.6g/L；消前PH为6.6，灭菌要求温度为115℃，时间为15min；控制溶氧时风量为9000m³/hr，罐压为0.03MPa。
步骤2）陶瓷膜过滤：将L-色氨酸发酵液经加热升温，通过陶瓷膜过滤，经预循环、过滤除菌体蛋白，收集滤液；陶瓷膜截留分子量为50nm，工作压力：0.3MPa，工作温度：58-62℃，PH：3.5-3.8。
步骤3）色谱分离：离心母液经色谱分离过程后进入脱色；色谱分离过程中，母液温度58-62℃，PH：2.7-3.0。
步骤4）脱色：步骤3）所得料液加入活性炭进行脱色，待滤液透光率达到一定值后抽滤获得脱色液；采用活性炭脱色时温度：60-65℃，透光率＞20。
步骤5）蒸发浓缩：将脱色清液打入双效蒸发器，开启蒸汽进行蒸发浓缩3倍，连续出料到结晶罐待离心；蒸发器控制参数：一效温度60-85℃，二效真空度≥0.085MPa，温度65-85℃，出料含量220g/L，双效料液浓度达到9%-10%时即可出料。
步骤6）结晶、离心及烘干：双效蒸发液连续出料至结晶罐后，启动离心机，放料离心分离，加水洗去晶体表明母液色素，再进行一段时间，确保色氨酸固液分离彻底，湿晶体装入料车等待烘干；当温度＜30℃，PH 5.8-6.1时，即可放料离心分离。
实施例2
一种发酵法制备L-色氨酸的工艺，其包括如下步骤：
步骤1）菌株发酵：以10%的接种量将产L-色氨酸大肠杆菌（E.coliTRTH）种子液接入发酵培养基中，培养温度35℃，通过风量、搅拌转速、罐压和流加糖控制溶氧量30%，通过流加液氨维持罐内系统PH在6.9，流加消泡剂消泡；当发酵至24H时，将浓度为500g/L的葡萄糖溶液流加进罐内，维持罐内糖浓度为0.5-1g/L，直至发酵结束，总发酵时间为50小时，得到L-色氨酸发酵液，经检测，L-色氨酸含量为48.9g/L；发酵培养基（150m³/350m³）：葡萄糖20g/L、硫酸镁6.8g/L、磷酸二氢钾3g/L、硫酸铵2.4g/L、硫酸亚铁15mg/L、酵母膏4g/L、柠檬酸1.6g/L；消前PH为6.6，灭菌要求温度为115℃，时间为15min；控制溶氧时风量为9000m³/hr，罐压为0.03MPa。
步骤2）陶瓷膜过滤：将L-色氨酸发酵液经加热升温，通过陶瓷膜过滤，经预循环、过滤除菌体蛋白，收集滤液；陶瓷膜截留分子量为50nm，工作压力：0.3MPa，工作温度：58-62℃，PH：3.5-3.8。
步骤3）色谱分离：离心母液经色谱分离过程后进入脱色；色谱分离过程中，母液温度58-62℃，PH：2.7-3.0，含量：19-21g/L。
步骤4）脱色：步骤3）所得料液加入活性炭进行脱色，待滤液透光率达到一定值后抽滤获得脱色液；采用活性炭脱色时温度：60-65℃，透光率＞20。
步骤5）蒸发浓缩：将脱色清液打入双效蒸发器，开启蒸汽进行蒸发浓缩2倍后即可连续出料到结晶罐待离心；蒸发器控制参数：一效温度60-85℃，二效真空度≥0.085MPa，温度65-85℃，出料含量220g/L，双效料液浓度达到9%-10%时即可出料。
步骤6）结晶、离心及烘干：双效蒸发液连续出料至结晶罐后，启动离心机，放料离心分离，加水洗去晶体表明母液色素，再进行一段时间，确保色氨酸固液分离彻底，湿晶体装入料车等待烘干；当温度＜30℃，PH 5.8-6.1时，即可放料离心分离。
本发明发酵法制备L-色氨酸的工艺，其生产过程简洁易操作，更加便于维护和保养，发酵生产效率较高，可适用于工业中大规模的连续性生产。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了介绍，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，这对本领域技术人员而言应该很明确，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种发酵法制备L-色氨酸的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：步骤1）菌株发酵，步骤2）陶瓷膜过滤，步骤3）色谱分离，步骤4）脱色，步骤5）蒸发浓缩，步骤6）结晶、离心及烘干。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1）菌株发酵：以10%的接种量将产L-色氨酸大肠杆菌种子液接入发酵培养基中，培养温度33-37℃，控制溶氧量10-50%，通过流加液氨维持罐内系统PH在6.5-7.2之间，流加消泡剂消泡；当发酵至24H时，将葡萄糖溶液流加进罐内，维持罐内糖浓度为0.5-1g/L，直至发酵结束，总发酵时间为50小时，得到L-色氨酸发酵液；
步骤2）陶瓷膜过滤：将L-色氨酸发酵液经加热升温，通过陶瓷膜过滤，经预循环、过滤除菌体蛋白，收集滤液；
步骤3）色谱分离：离心母液经色谱分离过程后进入脱色；
步骤4）脱色：步骤3）所得料液加入活性炭进行脱色，待滤液透光率达到一定值后抽滤获得脱色清液；
步骤5）蒸发浓缩：将脱色清液打入双效蒸发器，开启蒸汽进行蒸发浓缩，浓缩2-3倍；
步骤6）结晶、离心及烘干：双效蒸发液连续出料至结晶罐后，启动离心机，放料离心分离，加水洗去晶体表面母液色素，再进行一段时间，确保色氨酸固液分离彻底，湿晶体装入料车等待烘干。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述发酵培养基为：葡萄糖20g/L、硫酸镁6.8g/L、磷酸二氢钾3g/L、硫酸铵2.4g/L、硫酸亚铁15mg/L、酵母膏4g/L、柠檬酸1.6g/L；培养基消前PH为6.6，灭菌要求温度为115℃，时间为15min；控制溶氧时风量为9000m³/hr，罐压为0.03MPa。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述陶瓷膜截留分子量为50nm，工作压力：0.3MPa，工作温度：58-62℃，PH：3.5-3.8。
5.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，色谱分离过程中，母液温度58-62℃，PH：2.7-3.0，含量：19-21g/L。
6.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，采用活性炭脱色时温度：60-65℃，透光率＞20%。
7.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述双效蒸发器的参数为：一效温度60-85℃，二效真空度≥0.085MPa，温度65-85℃，出料含量220g/L，双效料液浓度达到9%-10%时即可出料。
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| CN116283711A (zh) * | 2023-02-21 | 2023-06-23 | 黑龙江新和成生物科技有限公司 | 一种高纯度圆饼状l-色氨酸晶体的制备方法及其产品 |
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