CN116655485A - 一种γ-氨基丁酸转化提取的工艺 - Google Patents

一种γ-氨基丁酸转化提取的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及γ‑氨基丁酸技术领域,且公开了一种γ‑氨基丁酸转化提取的工艺,包括以下步骤:a、菌体收集,b、转化,c、除杂,d、结晶,e、离心和干燥。本发明在提取过程中不产生危险废物,绿色环保,谷氨酸的转化率≥99.99%,产品纯度≥98.5%。

Description

一种γ-氨基丁酸转化提取的工艺
技术领域
本发明涉及γ-氨基丁酸的制备技术领域,具体为一种γ-氨基丁酸转化提取工艺。
背景技术
γ-氨基丁酸是一种氨基酸,又名4-氨基丁酸,在脊椎动物、植物和微生物中广泛存在,是一种重要的中枢神经系统抑制性神经递质,其拥有良好的水溶性与热稳定性。大量研究表明,γ-氨基丁酸具有降低血压、调节脑血管、调节心律失常、治疗癫痫、改善脂质代谢、防止动脉硬化、防止皮肤老化、调节激素分泌等重要的功能。γ-氨基丁酸虽然在动物、植物和微生物中广泛存在,目前,人们主要通过发酵工艺从微生物中获得γ-氨基丁酸,其中专利申请号为CN115477592A的专利《一种γ-氨基丁酸的结晶方法》公开了一种γ-氨基丁酸的结晶方法,该专利采用酸性活性炭、碱性活性炭和静电系活性炭的连续吸附处理,配合乙醇沉淀和低温结晶处理,得到γ-氨基丁酸。然而,该上专利技术缺陷在于:1)在脱色过程中都需要添加一定量的活性炭对其反应液进行脱色,但是吸附色素后的活性炭属于危险废弃物,造成环保压力;2)在结晶过程中都需要加入一定量的乙醇,来降低γ-氨基丁酸的溶解度,从而得到γ-氨基丁酸的晶体,但是乙醇属于易燃易爆危化品,对人员、设备和环境都会造成一定的危害性。
发明内容
本发明解决的技术问题是:提供了一种γ-氨基丁酸转化提取工艺,具有在提取中不产生危险废物,绿色环保,同时提高了成品的收率,且成品纯度高的优点。
本发明的技术方案是:
一种γ-氨基丁酸转化提取工艺,所述提取的工艺如下:
(1)菌体收集:用陶瓷膜对微生物发酵液进行菌体收集;
(2)转化:将菌体重悬在纯化水中,向其中加入800-1000g/L的谷氨酸,在30-40℃下进行转化;
(3)除杂:转化结束后,向转化液中加入絮凝剂,通过膜分离系统进行除杂;
(4)结晶:将除杂后的上清,进行温度梯度真空减压浓缩;
(5)离心和干燥得到γ-氨基丁酸产品。
优选的,所述步骤(1)中陶瓷膜为中空纤维素膜,膜孔径为0.01-0.1μm,600nm下透过液透光率≥95%,并用膜管体积5-10倍的纯化水进行菌体的清洗。
优选的,所述步骤(1)中微生物为大肠杆菌、乳酸菌中的一种。
优选的,所述步骤(1)中微生物发酵液的制备方法
在无菌条件下,将微生物接种在种子培养基中,于30-35℃下培养10-15h,再将液体以3-5%的接种量接入至发酵培养基中进行培养30-40h,得到微生物发酵液。
优选的,所述步骤(2)中陶瓷膜收集的菌体用纯化水进行重悬控制OD6002.5~3,谷氨酸投料1000g/L,转化温度35℃。
优选的,所述步骤(2)中当转化液中谷氨酸残留量≤10g/L,将转化液温度升至45-50℃,当转化液中谷氨酸残留量≤0.5g/L时停止转化,并将转化液温度升至85-95℃。
优选的,所述步骤(3)中絮凝剂为γ-聚谷氨酸,添加量为0.1-0.5‰,陶瓷膜为中空纤维素膜,膜孔径为0.01-0.1μm,600nm下透过液透光率≥99%。
优选的,所述步骤(3)中纳滤膜为中空纤维素膜,膜孔径为0.1-1nm的进行除杂,430nm透过液透光率≥99%。
优选的,所述步骤(4)中起始结晶浓缩温度70-80℃,真空度0.08-0.095MPa,浓缩至含量700-800g/L。
优选的,所述步骤(4)中浓缩温度80-100℃,真空度0.08-0.095MPa,浓缩至固形物≥70%,停止浓缩。
本发明的有益的技术效果是:
本发明解决了现有γ-氨基丁酸的工艺难点即在γ-氨基丁酸的提取过程中不采用活性炭脱色以及不使用乙醇结晶,从而不产生危险废物,绿色环保。本发明的γ-氨基丁酸转化提取工艺,谷氨酸投料浓度高达到1000g/L,谷氨酸的转化率大≥99.99%,用Q/BT5633.7-2022附录A.1的方法检测γ-氨基丁酸纯度,能够显著降低生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明和描述。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
微生物发酵液的制备方法:
在无菌条件下,将微生物接种在种子培养基中,于32℃下培养12h,再将液体以4%的接种量接入至发酵培养基中进行培养32h,得到微生物发酵液。
实施例1
(1)当微生物的发酵液OD600≥40时停止发酵,取发酵液50L(发酵液OD600为42),用0.05μm陶瓷膜对发酵液进行浓缩,浓缩后的体积为发酵液体积的为5L,600nm下透过液透光率≥96%,用30L纯化水对菌体进行清洗,收集陶瓷膜浓缩液4.9L。
(2)将陶瓷膜收集的菌体4.9L,用400L的纯化水将菌体进行重悬,OD600为2.7,并按照谷氨酸投料800g/L进行投料,转化温度35℃,转化过程中用生物传感分析仪监测转化液中谷氨酸,转化23H后转化液中谷氨酸残留量9g/L,用热水通过夹层将转化液温度升至48℃继续转化,3H后转化液中谷氨酸残留量0.4g/L并停止转化,用热水通过夹层转化液温度升至90℃,维持30min后通过夹层用自来水将转化液降至30℃。
(3)将γ-聚谷氨酸(纯度91%)按照终浓度0.3‰的添加到转化液中,用0.05μm陶瓷膜对转化液将菌体除去,收集陶瓷膜透过液,600nm下透过液透光率99.1%,
(4)将陶瓷膜透过液通过纳滤膜(分子量200)收集纳滤膜透过液,430nm透过液透光率99.5%。
(5)将纳滤膜透过液进行真空浓缩结晶温度75℃,真空度0.085MPa,当浓缩液中γ-氨基丁酸含量700g/L,将浓缩升至温度90℃,真空度0.09MPa,继续浓缩,浓缩至固形物73%,停止浓缩,得到含结晶晶体的结晶料液。
(6)将结晶料液用平板离心机离心(转速2000rpm),离心除去结晶上清,收集湿晶体,将湿晶体放入真空干燥箱中干燥,温度为65℃,真空度0.085MPa,干燥后得到成品,采用HPLC检测成品纯度98.9%。
实施例2
(1)当微生物的发酵液OD600≥40时停止发酵,取发酵液100L(发酵液OD600为45),用0.05μm陶瓷膜对发酵液进行浓缩,浓缩后的体积为发酵液体积的为10L,600nm下透过液透光率≥97.1%,用80L纯化水对菌体进行清洗,收集陶瓷膜浓缩液9.9L。
(2)将陶瓷膜收集的菌体9.9L,用900L的纯化水将菌体进行重悬,OD600为2.6,并按照谷氨酸投料900g/L进行投料,转化温度35℃,转化过程中用生物传感分析仪监测转化液中谷氨酸,转化22H后转化液中谷氨酸残留量8.7g/L,用热水通过夹层将转化液温度升至47℃继续转化,4H后转化液中谷氨酸残留量0.2g/L并停止转化,用热水通过夹层转化液温度升至97℃,维持30min后通过夹层用自来水将转化液降至32℃。
(3)将γ-聚谷氨酸(纯度91%)按照终浓度0.4‰的添加到转化液中,用0.05μm陶瓷膜对转化液将菌体除去,收集陶瓷膜透过液,600nm下透过液透光率99.3%,
(4)将陶瓷膜透过液通过纳滤膜(分子量200)收集纳滤膜透过液,430nm透过液透光率99.6%。
(5)将纳滤膜透过液进行真空浓缩结晶温度77℃,真空度0.085MPa,当浓缩液中γ-氨基丁酸含量700g/L,将浓缩升至温度89℃,真空度0.095MPa,继续浓缩,浓缩至固形物75%,停止浓缩,得到含结晶晶体的结晶料液。
(6)将结晶料液用平板离心机离心(转速2000rpm),离心除去结晶上清,收集湿晶体,将湿晶体放入真空干燥箱中干燥,温度为65℃,真空度0.085MPa,干燥后得到成品,采用HPLC检测成品纯度99.2%。
实施例3
(1)当微生物的发酵液OD600≥40时停止发酵,取发酵液1000L(发酵液OD600为50),用0.05μm陶瓷膜对发酵液进行浓缩,浓缩后的体积为发酵液体积的为100L,600nm下透过液透光率≥98%,用1000L纯化水对菌体进行清洗,收集陶瓷膜浓缩液90L。
(2)将陶瓷膜收集的菌体90L,用9000L的纯化水将菌体进行重悬,OD600为2.9,并按照谷氨酸投料1000g/L进行投料,转化温度35℃,转化过程中用生物传感分析仪监测转化液中谷氨酸,转化25H后转化液中谷氨酸残留量7.9g/L,用热水通过夹层将转化液温度升至50℃继续转化,2H后转化液中谷氨酸残留量0.2g/L并停止转化,用热水通过夹层转化液温度升至95℃,维持30min后通过夹层用自来水将转化液降至30℃。
(3)将γ-聚谷氨酸(纯度91%)按照终浓度0.5‰的添加到转化液中,用0.05μm陶瓷膜对转化液将菌体除去,收集陶瓷膜透过液,600nm下透过液透光率99.5%,
(4)将陶瓷膜透过液通过纳滤膜(分子量200)收集纳滤膜透过液,430nm透过液透光率99.8%。
(5)将纳滤膜透过液进行真空浓缩结晶温度77℃,真空度0.085MPa,当浓缩液中γ-氨基丁酸含量800g/L,将浓缩升至温度89℃,真空度0.095MPa,继续浓缩,浓缩至固形物80%,停止浓缩,得到含结晶晶体的结晶料液。
(6)将结晶料液用平板离心机离心(转速2000rpm),离心除去结晶上清,收集湿晶体,将湿晶体放入真空干燥箱中干燥,温度为65℃,真空度0.085MPa,干燥后得到成品,采用HPLC检测成品纯度99.6%。

Claims (10)

1.一种γ-氨基丁酸转化提取工艺,其特征在于:所述提取工艺如下,
(1)菌体收集:用陶瓷膜对微生物发酵液进行菌体收集;
(2)转化:将菌体重悬在纯化水中,向其中加入800-1000g/L的谷氨酸,在30-40℃下进行转化;
(3)除杂:转化结束后,向转化液中加入絮凝剂,通过膜分离系统进行除杂;
(4)结晶:将除杂后的上清,进行温度梯度真空减压浓缩;
(5)离心和干燥得到γ-氨基丁酸产品。
2.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸转化提取工艺,其特征在于:所述步骤(1)中陶瓷膜为中空纤维素膜,膜孔径为0.01-0.1μm,600nm下透过液透光率≥95%,并用膜管体积5-10倍的纯化水对菌体进行清洗。
3.根据权利要求1或2所述的γ-氨基丁酸转化提取工艺,其特征在于:所述步骤(1)中微生物为大肠杆菌、乳酸菌中的一种。
4.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸转化提取工艺,其特征在于:所述步骤(1)中微生物发酵液的制备方法为,
在无菌条件下,将微生物接种在种子培养基中,于30-35℃下培养10-15h,再将液体以3-5%的接种量接入至发酵培养基中进行培养30-40h,得到微生物发酵液。
5.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸转化提取工艺,其特征在于:所述步骤(2)中陶瓷膜收集的菌体用纯化水进行重悬控制OD6002.5~3,谷氨酸投料1000g/L,转化温度35℃。
6.根据权利要求1或5所述的γ-氨基丁酸转化提取工艺,其特征在于:所述步骤(2)中当转化液中谷氨酸残留量≤10g/L,将转化液温度升至45-50℃,当转化液中谷氨酸残留量≤0.5g/L时停止转化,并将转化液温度升至85-95℃。
7.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸转化提取的工艺,其特征在于:所述步骤(3)中絮凝剂为γ-聚谷氨酸,添加量为0.1-0.5‰,陶瓷膜为中空纤维素膜,膜孔径为0.01-0.1μm,600nm下透过液透光率≥99%。
8.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸转化提取的工艺,其特征在于:所述步骤(3)中纳滤膜为中空纤维素膜,膜孔径为0.1-1nm的进行除杂,430nm透过液透光率≥99%。
9.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸转化提取工艺,其特征在于:所述步骤(4)中起始结晶浓缩温度70-80℃,真空度0.08-0.095MPa,浓缩至含量700-800g/L。
10.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸转化提取工艺,其特征在于:所述步骤(4)中浓缩温度80-100℃,真空度0.08-0.095MPa,浓缩至固形物≥70%,停止浓缩。
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