CN113024395B - 一种氨基酸发酵液脱色方法 - Google Patents

一种氨基酸发酵液脱色方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氨基酸发酵液脱色方法，包括如下步骤：(1)将氨基酸发酵液经灭菌、过滤处理，收集过滤清液；(2)在收集的过滤清液中加入活性炭和双氧水，搅拌、过滤，制得脱色清液。本发明的脱色方法在有效脱除氨基酸发酵液色泽的同时减少发酵产物在脱色处理中的损失，显著提高脱色清液的透光率，并具有操作简便、成本更优、适合工业化生产等优点。

Description

一种氨基酸发酵液脱色方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种氨基酸发酵液脱色方法。
背景技术
微生物发酵制备氨基酸的方法具有生物基原料、高效率转化、反应温和、环保经济等优点，而被行业广泛运用。微生物发酵法以葡萄糖为原料，经微生物发酵，制得氨基酸发酵液。氨基酸发酵液因发酵中的复杂代谢和反应中而存在多种色素和代谢产物，造成发酵液颜色深。若不加以去除，影响氨基酸的质量和品质。
活性炭脱色具有操作简便、设备投入少、成本低廉等优点，成为氨基酸发酵中常用的脱色除杂方法。活性炭脱色法将发酵液与活性炭混合，用活性炭吸附发酵液中的色素，过滤，除去活性炭而脱色。但活性炭吸附缺乏选择性，在吸附色素时还吸附发酵产物氨基酸，而影响发酵氨基酸的得率，且该方法还无法去除发酵液中生成色素的前体物质，致其脱色效率有限，并影响制得氨基酸的纯度、品质和外观等。因此，亟需一种高效的发酵液脱色方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨基酸发酵液脱色方法，包括如下步骤：
(1)将氨基酸发酵液经灭菌、过滤处理，收集过滤清液；
(2)在收集的过滤清液中加入活性炭和双氧水，搅拌、过滤，制得脱色清液。
本发明优选的技术方案，所述氨基酸发酵液选自甘氨酸发酵液、丙氨酸发酵液、缬氨酸发酵液、亮氨酸发酵液、异亮氨酸发酵液、脯氨酸发酵液、色氨酸发酵液、丝氨酸发酵液、酪氨酸发酵液、半胱氨酸发酵液、苯丙氨酸发酵液、天冬酰胺发酵液、苏氨酸发酵液、天冬氨酸发酵液、谷氨酸发酵液、赖氨酸发酵液、蛋氨酸发酵液、精氨酸发酵液、组氨酸发酵液中的任一种。
本发明优选的技术方案，所述灭菌压力为0-0.4MPa。
本发明优选的技术方案，所述灭菌温度≤100℃。
本发明优选的技术方案，所述灭菌时间≥10min，优选灭菌时间为25-30min。
本发明优选的技术方案，所述氨基酸发酵液灭菌处理为低温加压灭菌。
本发明优选的技术方案，所述低温加压灭菌将氨基酸发酵液在0.1-0.4MPa和不高于80℃条件下进行灭菌处理，制得氨基酸发酵灭菌液。
本发明优选的技术方案，所述低温加压处理的灭菌压力为0.2-0.3MPa。
本发明优选的技术方案，所述低温加压处理的灭菌温度为50-65℃，优选为53-57℃。
本发明优选的技术方案，所述低温加压处理的灭菌时间≥20min，优选为25-30min。
本发明优选的技术方案，所述低温灭菌处理法的活菌数为0。
本发明优选的技术方案，所述过滤选自陶瓷膜过滤、纳滤膜过滤的任一种或其组合。
本发明优选的技术方案，所述氨基酸发酵液先经陶瓷膜过滤，再经纳滤膜过滤，制得过滤清液。
本发明优选的技术方案，所述陶瓷膜的孔径为30-50nm。
本发明优选的技术方案，所述纳滤膜的截留分子量为800-3000道尔顿。
本发明优选的技术方案，所述过滤清液的透光率≤80％，优选为≤70％。
本发明优选的技术方案，以发酵液体积为当量，所述活性炭的加入量为0.1％-10％，优选为0.2％-5％。
本发明优选的技术方案，以发酵液体积为当量，加入双氧水至其在反应体系中≥50ppm，优选为100-1000ppm。
本发明优选的技术方案，所述脱色温度≥30℃，优选为50-70℃。
本发明优选的技术方案，所述搅拌速度为10-1000r/min，优选为10-100r/min，更优选为20-70r/min。
本发明的优选技术方案，所述分离二为板框压滤、抽滤的任一种或其组合。
本发明优选的技术方案，所述脱色时间为15-60min，优选为20-40min。
本发明优选的技术方案，所述脱色清液的透光率≥95％，优选≥99％。
本发明优选的技术方案，所述氨基酸发酵液为缬氨酸发酵液。
本发明优选的技术方案，所述缬氨酸发酵液的制备包括下述步骤，将缬氨酸生产菌接种到发酵培养基中，将其置于30-38℃、pH6-7条件下发酵培养至残糖量≤0.5g/L，制得缬氨酸发酵液。
本发明优选的技术方案，所述缬氨酸生产菌的接种方法包括下述步骤：
(1)将缬氨酸生产菌按照接种量为0.5-5％接种到LB培养基中，将其置于180-220r/min、35-37℃、pH6-7条件下培养至OD值3-4，得到LB种子液；
(2)将LB种子液按照0.5-5％接种量转接至合成培养基中，将其置于180-220r/min、35-37℃、pH6-7条件下培养至OD值3-4，得到种子培养液；
(3)将种子培养液按接种量0.5-10％接种到发酵培养基中。
本发明优选的技术方案，LB培养基组成为：8-10g/L蛋白胨、5-10g/L酵母粉和8-10g/L氯化钠。
本发明优选的技术方案，合成培养基组成为：甘油8-10g/L、磷酸二氢钾18-21g/L、硫酸铵5-7g/L、硫酸镁1-2g/L、酵母粉1.0-1.2g/L、维生素B1为0.002-0.004g/L，灭菌前用氨水调pH7.3-7.5。
本发明优选的技术方案，发酵培养基的组成为：葡萄糖100-150g/L、磷酸二氢钾18-22g/L、硫酸铵5-6g/L、VB1为0.010-0.012g/L、七水硫酸镁2-3g/L、硫酸铜0.03-0.05g/L、七水硫酸亚铁0.02-0.04g/L、聚醚消泡剂0.2mL/L。
本发明优选的技术方案，所述发酵培养方式选自厌氧发酵、微通氧发酵、先需氧后厌氧发酵的任一种或其组合。
除非另有说明，本发明涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本发明涉及液体与固体之间的百分比时，所述百分比为体积/重量百分比；本发明涉及固体与液体之间的百分比时，所述百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。
与现有技术相比，本发明具有下述有益技术效果：
1、本发明的脱色方法有效脱除氨基酸发酵液色素或其前体物质的同时，减少发酵产物的损失，且制得的脱色清液透光率高，利于发酵产品的纯化处理。
2、本发明的脱色方法具有操作简便、脱色效率高、成本更优、适宜工业化生产等优点。
具体实施方式
通过以下实施例和实验例进一步详细说明本发明。这些实施例和实验例仅用于说明性目的，而并非用于限制本发明的范围。
黄色短杆菌(拉丁文名称：Brevibacterium flavum HHVLA-002，保藏编号：CCTCCNO:M 2019496，保藏日期：2019年07月11日，保藏地点：中国典型培养物保藏中心，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路珞珈山。)，甘油管保藏(菌种终浓度为0.5-1.0OD)。
具体实施方式中所用培养基包括：
LB培养基的组成为：10g/L蛋白胨，10g/L酵母粉和10g/L氯化钠，121℃灭菌30min。
合成培养基的组成为：甘油10g/L，磷酸二氢钾18g/L，硫酸铵5g/L，硫酸镁2g/L，酵母粉1.2g/L，维生素B1为0.004g/L，灭菌前用氨水调pH 7.3-7.5，121℃灭菌30min。
发酵培养基的组成为：葡萄糖150g/L，磷酸二氢钾18g/L，硫酸铵6g/L，VB1为0.010g/L，七水硫酸镁2g/L，硫酸铜0.03g/L，七水硫酸亚铁0.02g/L，聚醚消泡剂0.2mL/L，121℃灭菌30min。
参考例
(1)1mL甘油管保藏的黄色短杆菌(保藏编号：CCTCC NO:M 2019496)接种到50mL的LB培养基中，在37℃、210r/min条件下摇床培养至pH6.2-6.5、OD值为3-4，获得LB种子液；
(2)取2mLLB种子液，将其接种到100mL合成培养基中，再将其置于37℃、210r/min条件下摇床培养，至pH6.4-6.6、OD值为3-4，获得种子培养液，即L-缬氨酸种子培养液；
(3)将L-缬氨酸种子培养液按接种量为2％接种到发酵培养基中，在35℃、pH6-7条件下发酵培养至残糖量不高于0.5g/L，收集到5L的L-缬氨酸发酵液；
(4)在0.30MPa和57℃条件下，将L-缬氨酸发酵液灭菌处理20分钟，制得发酵灭菌液，
经检测，缬氨酸发酵灭菌液中的活菌数为0；
(5)将制得的发酵灭菌液经孔径为40nm的陶瓷膜过滤，所得滤液再经截留分子量为1000道尔顿的纳滤膜过滤，收集过滤清液，透光率为65.4％。
实施例1-4L-缬氨酸发酵液的脱色方法
L-缬氨酸发酵液的脱色方法，包括下述步骤：
(1)L-缬氨酸发酵液过滤清液的制备方法同参考例，所得的L-缬氨酸发酵过滤清液中的L-缬氨酸含量为48g/L，透光率为65.4％；
(2)将L-缬氨酸发酵过滤清液1L，按照表1加入所需量的活性炭和双氧水，加热，搅拌，过滤，制得脱色清液。检测L-缬氨酸发酵脱色清液的含量和透光率，结果见表1。
表1
实施例5 L-缬氨酸发酵液的脱色方法
L-缬氨酸发酵液的脱色方法，包括下述步骤：
(1)1mL甘油管保藏的黄色短杆菌(保藏编号：CCTCC NO:M 2019496)接种到50mL的LB培养基中，在37℃、210r/min条件下摇床培养至pH6.2-6.5、OD值为3-4，获得LB种子液；
(2)取2mLLB种子液，将其接种到100mL合成培养基中，再将其置于37℃、210r/min条件下摇床培养，至pH6.4-6.6、OD值为3-4，制得L-缬氨酸种子培养液；
(3)将L-缬氨酸种子培养液按接种量为2％接种到发酵培养基中，在35℃、pH6-7条件下发酵培养至残糖量不高于0.5g/L，收集L-缬氨酸发酵液；
(4)在0.23MPa和53℃条件下，将L-缬氨酸发酵液灭菌处理25分钟，制得发酵灭菌液，
经检测，缬氨酸发酵灭菌液中的活菌数为0；
(5)将制得的发酵灭菌液经孔径为40nm的陶瓷膜过滤，所得滤液再经截留分子量为1000道尔顿的纳滤膜过滤，收集过滤清液，经检测，过滤清液中L-缬氨酸含量为48.6g/L，透光率68.3％；
(6)在1L过滤清液中加入5g活性炭和100ppm双氧水，于60℃水浴和40r/min搅拌条件下脱色40min，过滤，制得脱色清液。
经检测，脱色清液中L-缬氨酸含量为47.8g/L，透光率99.3％，溶液为无色。
对比例1-6
缬氨酸发酵液的脱色方法，包括下述步骤：
(1)缬氨酸发酵液过滤清液的制备方法同参考例，所得的缬氨酸发酵液过滤清液中的L-缬氨酸含量为48g/L，透光率65.4％；
(2)取1L缬氨酸发酵液过滤清液，按照表2加入活性炭，加热，搅拌，过滤，制得脱色清液。经检测，脱色清液中L-缬氨酸含量和透光率结果见表2。
表2
对比例7-12
缬氨酸发酵液的脱色方法，包括下述步骤：
(1)缬氨酸发酵液过滤清液的制备方法同参考例，所得的缬氨酸发酵液过滤清液中的L-缬氨酸含量为48g/L，透光率65.4％；
(2)取1L缬氨酸发酵液过滤清液，按照表3加入双氧水，加热，搅拌，过滤，制得脱色清液。经检测，脱色清液中L-缬氨酸含量和透光率结果见表3。
表3
以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (15)

1.一种氨基酸发酵液脱色方法，包括如下步骤：
(1)将氨基酸发酵液经灭菌、过滤处理，收集过滤清液；
(2)在收集的过滤清液中加入活性炭和双氧水，搅拌、过滤，制得脱色清液；
其中，步骤(1)中，所述氨基酸发酵液先经陶瓷膜过滤，再经纳滤膜过滤，制得过滤清液；所述纳滤膜的截留分子量为800-3000道尔顿；
所述氨基酸发酵液选自甘氨酸发酵液、丙氨酸发酵液、缬氨酸发酵液、亮氨酸发酵液、异亮氨酸发酵液、脯氨酸发酵液、色氨酸发酵液、丝氨酸发酵液、酪氨酸发酵液、半胱氨酸发酵液、苯丙氨酸发酵液、天冬酰胺发酵液、苏氨酸发酵液、天冬氨酸发酵液、谷氨酸发酵液、赖氨酸发酵液、蛋氨酸发酵液、精氨酸发酵液、组氨酸发酵液中的任一种；
步骤(2)中，加入双氧水至其在反应体系中为50-200ppm；所述活性炭的加入量为0.5％-1％，所述百分比为重量体积百分比。
2.根据权利要求1所述的脱色方法，所述灭菌将氨基酸发酵液在0.1-0.4MPa和不高于80℃条件下进行灭菌处理，制得氨基酸发酵灭菌液。
3.根据权利要求1所述的脱色方法，所述陶瓷膜的孔径为30-50nm。
4.根据权利要求1所述的脱色方法，所述过滤清液的透光率≤80％。
5.根据权利要求1所述的脱色方法，脱色温度为50-70℃。
6.根据权利要求1所述的脱色方法，所述搅拌速度为10-100r/min。
7.根据权利要求1所述的脱色方法，所述脱色时间为15-60min。
8.根据权利要求1所述的脱色方法，所述脱色清液的透光率≥95％。
9.根据权利要求1所述的脱色方法，所述氨基酸发酵液为缬氨酸发酵液。
10.根据权利要求1所述的脱色方法，所述缬氨酸发酵液的制备包括下述步骤，将缬氨酸生产菌接种到发酵培养基中，将其置于30-38℃、pH6-7条件下发酵培养至残糖量≤0.5g/L，制得缬氨酸发酵液。
11.根据权利要求10所述的脱色方法，所述缬氨酸生产菌的接种方法包括下述步骤：
(1)将缬氨酸生产菌按照接种量为0.5-5％接种到LB培养基中，将其置于180-220r/min、35-37℃、pH6-7条件下培养至OD值3-4，得到LB种子液；
(2)将LB种子液按照0.5-5％接种量转接至合成培养基中，将其置于180-220r/min、35-37℃、pH6-7条件下培养至OD值3-4，得到种子培养液；
(3)将种子培养液按接种量0.5-10％接种到发酵培养基中。
12.根据权利要求11所述的脱色方法，LB培养基组成为：8-10g/L蛋白胨、5-10g/L酵母粉和8-10g/L氯化钠。
13.根据权利要求11所述的脱色方法，合成培养基组成为：甘油8-10g/L、磷酸二氢钾18-21g/L、硫酸铵5-7g/L、硫酸镁1-2g/L、酵母粉1.0-1.2g/L、维生素B1为0.002-0.004g/L，灭菌前用氨水调pH7.3-7.5。
14.根据权利要求11所述的脱色方法，发酵培养基的组成为：葡萄糖100-150g/L、磷酸二氢钾18-22g/L、硫酸铵5-6g/L、VB1为0.010-0.012g/L、七水硫酸镁2-3g/L、硫酸铜0.03-0.05g/L、七水硫酸亚铁0.02-0.04g/L、聚醚消泡剂0.2mL/L。
15.根据权利要求10-14任一项所述的脱色方法，所述发酵培养方式选自厌氧发酵、微通氧发酵、先需氧后厌氧发酵的任一种或其组合。
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