CN116655485B - 一种γ-氨基丁酸转化提取的工艺 - Google Patents
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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
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 (9)
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，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℃；
（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%。
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%。
8.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。
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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2023
- 2023-06-14 CN CN202310700910.XA patent/CN116655485B/zh active Active
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