CN101492409A

CN101492409A - 一种色氨酸发酵法清洁生产新工艺

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Publication number: CN101492409A
Application number: CNA2009100246918A
Authority: CN
Inventors: 汤鲁宏; 韩勤更; 陈剑慧; 邱爽; 姜剑国; 曹雅晴; 沈春梅
Original assignee: JIANGSU SEL BIOCHEMISTRY CO Ltd; Jiangnan University
Current assignee: JIANGSU SEL BIOCHEMISTRY CO Ltd; Jiangnan University
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2009-07-29

Abstract

本发明属氨基酸的分离提取技术领域。具体涉及一种色氨酸发酵法清洁生产新工艺。本发明将多级串联膜分离技术与电渗析技术融为一体，创造了一项全新的自发酵液分离色氨酸技术，形成了一条色氨酸发酵法清洁生产新工艺。按照本发明进行操作，可实现色氨酸发酵法生产过程的废渣废水零排放，彻底根除色氨酸发酵法生产过程中的环境污染问题，并且可将色氨酸的收率提高至90％以上，色氨酸产品的质量也大为提高，含量可达到99％以上。

Description

一种色氨酸发酵法清洁生产新工艺

技术领域

本发明涉及一种色氨酸发酵法清洁生产新工艺，属氨基酸的分离提取技术领域。

背景技术

色氨酸是人体内8种必需氨基酸之一，由Hokinst于1902年首先从酪蛋白中水解分离获得，为α-氨基-β-吲哚丙酸，有L-型和D-型两种同分异构体。L-色氨酸又称为L-胰化蛋白酶氨基酸，是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸，分子式C₁₁H₁₂N₂O₂，分子量204.23，为白色或略带黄色叶片状结晶或粉末，水中溶解度1.14克(25℃)，溶于稀酸或稀碱，在碱中稳定，强酸中分解，微溶于乙醇，不溶于氯仿、***，对人和动物的生长发育、新陈代谢起重要的作用，被称为第二必需氨基酸，广泛应用于医药、食品和饲料等方面。在生物体内，从色氨酸出发可合成5-羟基色胺等激素以及色素、生物碱、辅酶、植物激素等生理活性物质，可预防和治疗糙皮病，同时具有消除精神紧张、改善睡眠效果等功效。色氨酸代谢失凋会引起糖尿病和神经错乱，因此在医学上被用作氨基酸注射液和复合氨基酸制剂。另外，由于色氨酸是一些植物蛋白中比较缺乏的氨基酸，用它强化食品和做饲料添加剂对提高植物蛋白质的利用率具有重要的作用，它是继蛋氨酸和赖氨酸之后的第三大饲料添加氨基酸。

目前，国内外报道的生产色氨酸的方法主要有蛋白水解提取法、化学合成法、微生物发酵法和酶促转化法四种，其中微生物发酵法是目前普遍采用的工业生产方法。

自发酵液中分离提取色氨酸，通常采用离子交换方法，将除去菌体的发酵液在特定的pH条件下上柱，让色氨酸吸附在离子交换柱上，随后用去离子水对离子交换柱充分洗涤，除去杂质，然后用洗脱液将色氨酸从离子交换柱上洗脱，得到色氨酸溶液，再经过结晶和干燥，得到色氨酸产品。该方法存在以下缺陷：①色氨酸易氧化，收率不稳定；②粗色氨酸杂质多、色泽深，影响精制收率及产品质量。③耗水量大，酸碱用量大，在生产过程中会产生大量的废渣和废水，对环境造成非常严重的污染。

能够克服这一缺陷，使色氨酸的发酵法生产以一种环境友好化的方式进行，实现加工生产过程的废渣废水零排放，彻底根除过色氨酸发酵法生产过程中的环境污染问题的工艺国内外尚未见任何报道。

发明内容

本发明发明了一种色氨酸发酵法清洁生产新工艺。较为独特的是，它充分考虑了既不影响色氨酸的得率和品质，又能够实现废渣废水零排放，对色氨酸等氨基酸生产的可持续发展的意义，在不影响色氨酸的得率和品质的前提下，将多级串联膜分离技术与电渗析技术融为一体，形成了一条色氨酸发酵法清洁生产新工艺。这对于色氨酸的生产，乃至整个氨基酸工业的发展而言都是至关重要的。

按照本发明进行操作，可实现色氨酸发酵法生产过程的废渣废水零排放，彻底根除色氨酸发酵法生产过程中的环境污染问题，并且可将色氨酸的收率提高至90％以上，色氨酸产品的质量也大为提高，含量可达到99％以上。

具体来说，首先，我们发现电渗析浓缩过程中所产生的稀液可以经反渗透膜处理，对其中所含有的有机物进行彻底的截流，稀液可被浓缩10倍以上，使其中的固形物含量达到4％以上，而不会造成膜的杜塞，并且透过液的品质可达到作为工艺用水供发酵生产循环使用的要求。由此奠定了彻底消除色氨酸加工生产所产生的工艺废水的基础。

其次，我们发现除去菌体后的色氨酸原液可以经纳滤处理，对其中所含有的胶体、蛋白、色素等大分子有机物质，以及还原糖类和硫酸根离子、钙离子、镁离子等二价离子进行彻底的截流，色氨酸原液可被浓缩20倍以上，使其中的固形物含量达到10％以上，而不会造成膜的杜塞，得到品质极佳的可供电渗析浓缩之用的透过液。并且经过浓缩的原液和菌体泥渣以及色氨酸结晶母液中含有大量的蛋白质、氨基酸和矿物质等营养成分，经过适当的加工处理，可以作为特种高蛋白饲料出售。

我们发现，分离应当在pH 1.5～7.0，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。分离的方式可以是过滤分离，也可以是离心分离，或者是两者的某种组合。初级膜分离应当在pH 1.5～7.0，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的膜应当为截流分子量为300～500Da的纳滤膜，膜材料可以是陶瓷等无机膜，也可以是聚醋酸纤维、聚砜、聚四氟乙烯等有机膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。电渗析应当在pH 1.5～9.5，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。次级膜分离应当在1.5～9.5，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的膜应当为反渗透膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。结晶应当在pH 5.89～5.90，温度为0～10℃，最好是0～5℃，的条件下进行。结晶与母液的分离方式可以是过滤、离心或抽滤。菌体泥渣和结晶的干燥方式可以是气流干燥、滚筒干燥或真空干燥。

具体实施方式

下面的实例将具体说明本发明的操作方法，但不能作为对本发明的限定。

实例一

色氨酸含量3.16％，pH值4.5，残糖0.8％，NH₄ ⁺0.5mol/L的色氨酸发酵液300L，在65℃下，用220nm聚醋酸纤维微孔滤膜过滤，得到色氨酸含量3.16％的滤液298L，滤渣2.0kg。滤液在相同的温度和pH条件下用截流分子量为300Da的纳滤膜浓缩，得到固形物含量为10％的浓缩液13L，和色氨酸含量3.16％的透过液285L。将透过液在相同的pH，85℃下用电渗析浓缩，得到含色氨酸6.3％，NH₄ ⁺1mol/L的电渗析浓缩液142L和含色氨酸0.2％，NH₄ ⁺0.05mol/L的电渗析稀液141L，电渗析稀液用卷式反渗透膜装置进行浓缩处理，得到含色氨酸2％，NH₄ ⁺0.5mol/L的反渗透浓缩液14L和反渗透透过液127L。将电渗析浓缩液的pH用浓氨水调至5.9，在30min内冷却至4℃，然后保温静置过夜，让色氨酸晶体析出，经真空抽滤，真空干燥，得到色氨酸固体7.9kg。经HPLC检验，其色氨酸含量达到99％。结晶母液并入浓缩液和菌体泥渣，经气流干燥，得到可作为饲料的固体12.5kg。反渗透浓缩液并入透过液，去进行电渗析浓缩。反渗透透过液作为工艺用水供发酵生产，然后得到发酵液，重复上述工艺，得到了大致相同的结果。

实例二

色氨酸含量3.81％，pH值4.6，残糖0.8％，NH₄ ⁺0.5mol/L的色氨酸发酵液500L，在65℃下，用100nm聚醋酸纤维微孔滤膜过滤，得到色氨酸含量3.81％的滤液498L，滤渣2.0kg。滤液在相同的温度和pH条件下用截流分子量为300Da的卷式纳滤膜浓缩，得到固形物含量为12％的浓缩液21L，和色氨酸含量3.81％的透过液486L。将透过液的pH值调至5.89，然后在90℃下用电渗析与卷式反渗透膜组合装置进行脱盐、浓缩处理，得到色氨酸含量6.3％的反渗透浓缩液294L。将反渗透浓缩液在30min内冷却至4℃，然后保温静置过夜，让色氨酸晶体析出，经离心，收集晶体，真空干燥，得到色氨酸固体16.3kg。经HPLC检验，其色氨酸含量达到99％。

色氨酸含量3.81％，pH值4.6，残糖0.8％，NH₄ ⁺0.5mol/L的色氨酸发酵液500L，在65℃下经15000rpm高速离心，得到色氨酸含量3.81％的上清液498L，滤渣2.0kg。上清液在相同的温度和pH条件下用截流分子量为500Da的纳滤膜浓缩，得到固形物含量为10％的浓缩液21L，和色氨酸含量3.81％的透过液486L。将透过液在相同的pH，85℃下用电渗析浓缩，得到含色氨酸6.3％，NH₄ ⁺1mol/L的电渗析浓缩液243L和含色氨酸0.2％，NH₄ ⁺0.05mol/L的电渗析稀液243L，电渗析稀液用卷式反渗透膜装置进行浓缩处理，得到含色氨酸2％，NH₄ ⁺0.5mol/L的反渗透浓缩液24L和反渗透透过液219L。将电渗析浓缩液的pH用浓氨水调至5.9，在30min内冷却至4℃，然后保温静置过夜，让色氨酸晶体析出，经真空抽滤，真空干燥，得到色氨酸固体16.3kg。经HPLC检验，其色氨酸含量达到99％。结晶母液与电渗析浓缩液合并，循环回用。浓缩液和菌体泥渣，经气流干燥，得到可作为饲料的固体3kg。反渗透浓缩液并入透过液，去进行电渗析浓缩。反渗透透过液作为工艺用水供发酵生产，然后得到发酵液，重复上述工艺，得到了大致相同的结果。

Claims

1.一种色氨酸发酵法清洁生产新工艺。该工艺由下列步骤组成：

1)对含有色氨酸的发酵液进行分离，得到除去菌体的色氨酸原液和菌体泥渣；

2)对所得到的色氨酸原液进行初级膜分离，将色氨酸原液分为浓缩液和透过液两个部分；

3)所得到的浓缩液，与菌体泥渣合并，然后进行干燥，得到固体粉末，即为特种饲料；

4)对所得到的透过液进行电渗析浓缩，将透过液分为电渗析浓缩液和电渗析稀液两个部分；

5)所得到的电渗析浓缩液进行结晶，然后将结晶与母液分离、干燥，得到色氨酸粗结晶固体；

6)所得到的母液可以与电渗析浓缩液合并，循环回用；亦可并入浓缩液和菌体泥渣，制备特种饲料；

7)对所得到的电渗析稀液进行次级膜分离，将电渗析稀液分为次级浓缩液和次级透过液两个部分；

8)所得到的次级浓缩液并入透过液，去进行电渗析浓缩；

9)所得到的次级透过液，作为工艺用水循环回用，用于色氨酸的发酵生产。

2.如权利要求1所述的色氨酸发酵法清洁生产新工艺，其特征在于分离在pH 1.5～7.0，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。分离的方式可以是过滤分离，也可以是离心分离，或者是两者的某种组合。

3.如权利要求1所述的色氨酸发酵法清洁生产新工艺，其特征在于初级膜分离在pH 1.5～7.0，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的膜为截流分子量为300～500Da的纳滤膜，膜材料可以是陶瓷等无机膜，也可以是聚醋酸纤维、聚砜、聚四氟乙烯等有机膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。

4.如权利要求1所述的色氨酸发酵法清洁生产新工艺，其特征在于电渗析在pH 1.5～9.5，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。

5.如权利要求1所述的色氨酸发酵法清洁生产新工艺，其特征在于次级膜分离在1.5～9.5，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的膜为反渗透膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。

6.如权利要求1所述的色氨酸发酵法清洁生产新工艺，其特征在于结晶在pH 5.89～5.90，温度为0～10℃，最好是0～5℃，的条件下进行。

7.如权利要求1所述的色氨酸发酵法清洁生产新工艺，其特征在于结晶与母液的分离方式可以是过滤、离心或抽滤。

8.如权利要求1所述的色氨酸发酵法清洁生产新工艺，其特征在于菌体泥渣和结晶的干燥方式可以是气流干燥、滚筒干燥或真空干燥。