CN105503630B

CN105503630B - 一种提纯盐酸赖氨酸的方法

Info

Publication number: CN105503630B
Application number: CN201510896726.2A
Authority: CN
Inventors: 孙杨静; 杨为华; 潘声龙; 徐斌; 张雪锋
Original assignee: Anhui BBCA Fermentation Technology Engineering Research Co Ltd
Current assignee: Anhui BBCA Fermentation Technology Engineering Research Co Ltd
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: CN105503630A

Abstract

本发明涉及一种从盐酸赖氨酸发酵液中提取盐酸赖氨酸的方法。所述方法包含以下步骤：将盐酸赖氨酸发酵液采用微孔陶瓷膜进行过滤，得微滤液和膜浓相；将所述微滤液采用活性炭进行脱色，得脱色液；将所得脱色液经真空浓缩，调酸，降温结晶，得湿晶体和结晶母液；其中所述湿晶体进一步离心烘干，得盐酸赖氨酸晶体；将所得膜浓相和所得结晶母液合并，所得混合液经真空浓缩、喷雾干燥，得到含量在65％以上的盐酸赖氨酸。采用本方法提取盐酸赖氨酸，不仅提取率高，可以制得高纯度的盐酸赖氨酸；而且提取工艺操作简单、绿色环保。

Description

一种提纯盐酸赖氨酸的方法

技术领域

本发明涉及盐酸赖氨酸提取领域，具体提供了一种从盐酸赖氨酸发酵液中提取盐酸赖氨酸的方法。

背景技术

赖氨酸是合成脑神经、生物细胞核蛋白及血红蛋白不可缺少的成分，是动物自身不能合成、必须从食物中摄取的氨基酸之一，营养学家把它列为“第一缺乏氨基酸”。植物性蛋白质的“第一限制氨基酸”。盐酸赖氨酸，化学名为2,6-二氨基己酸盐酸盐，分子式为：C₆H₁₄N₂O₂·HCL。

赖氨酸在体内的功能有：参与体蛋白如骨骼肌、酶和多肽激素的合成；是生酮氨基酸之一，当缺乏可利用的碳水化合物时，它参与生成酮体和葡萄糖的代谢；维持体内酸碱平衡；作为合成肉毒碱的前体物，参与脂肪代谢；另外赖氨酸还可以提高机体抵抗应激的能力。

随着科技的发展和人们对保健知识的更多了解，人们已意识到赖氨酸在人们生活中的重要性，赖氨酸市场的需求也越来越大。市场的发展已使赖氨酸从动物饲料领域走向食品保健领域和医药领域。目前世界赖氨酸盐酸盐产品年产量达到100万吨，其中约90％用作饲料添加剂，10％用于食品和药品中间体。因此增加产品的附加值是十分重要的。

目前国内外赖氨酸的生产虽已蓬勃发展，市场上出售的赖氨酸盐产品主要为盐酸赖氨酸晶体和纯度为65％左右的赖氨酸硫酸盐。其中，高纯度赖氨酸盐酸盐主要采用树脂吸附法提纯获得，但在提纯过程中存在一些缺陷：如盐酸赖氨酸结晶的介稳区较窄；在水溶液中盐酸赖氨酸因溶解性大不易结晶，而在高温环境下又易结块；提纯过程能耗高；母液直接排放环境污染大等。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在提供一种简便、高效、绿色环保的盐酸赖氨酸的提纯方法。采用本发明所述的提纯方法，进一步提高盐酸赖氨酸的纯度及收率，解决了赖氨酸盐酸盐在水溶液中不易结晶的技术难点；同时将膜浓相和结晶母液中的盐酸赖氨酸充分提取，有效提升盐酸赖氨酸发酵液的利用价值，并避免了结晶母液直接排放所带来的环境污染问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种盐酸赖氨酸的提纯方法，包含以下步骤：

步骤(1)：将盐酸赖氨酸发酵液采用微孔陶瓷膜进行过滤，得微滤液和膜浓相；

步骤(2)：将所述微滤液采用活性炭进行脱色，得脱色液；

步骤(3)：将所得脱色液经真空浓缩，调酸，降温结晶，得湿晶体和结晶母液；其中所述湿晶体进一步离心烘干，得盐酸赖氨酸晶体；

步骤(4)：将步骤(1)所得膜浓相和步骤(3)所得结晶母液合并，所得混合液经真空浓缩、喷雾干燥，得到含量在65％以上的盐酸赖氨酸。

本发明所述的提纯方法中，步骤(1)中，所述微孔陶瓷膜进口压力为0.2～0.3MPa，且进出口压力差为0.05MPa；所述膜通量为50～70LMH；所述微孔陶瓷膜的孔径为0.05μm～0.1μm；发酵液浓缩倍数为5-7倍；透析水添加量为发酵液进料总体积的30％～35％(v/v)；该步骤中，盐酸赖氨酸的收率达到96％以上。通过对微孔陶瓷膜孔径的适当选择，对微孔陶瓷膜进出口压力以及膜通量的合理控制，可以有效去除发酵液中的杂质和菌体，以利于后续提纯过程的操作，快速完成盐酸赖氨酸发酵液的过滤；并有效避免膜受压过大带来的膜变形。另外，过滤后的膜浓相可以加入透析水，进行多次微孔陶瓷膜过滤，从而提高过滤效果。

本发明所述的提纯方法中，步骤(2)中，所述活性炭添加量为0.001～0.002g/mL微滤液；脱色温度为60～70℃，时间为30～60min，盐酸赖氨酸的收率达到98％以上。脱色剂的选择以及脱色条件的控制可以使微滤液达到较高的脱色效率以及脱色效果。

本发明所述的提纯方法中，步骤(3)中，所述真空浓缩条件为：真空度为-0.08～-0.09MPa，温度为60～70℃。

本发明所述的提纯方法中，步骤(3)中，将脱色液真空浓缩至固含量为70～75％后调酸至pH值为4.0～5.0。调酸过程可采用浓盐酸等本领域常规酸液。

本发明所述的提纯方法中，步骤(3)中，所述降温结晶具体操作步骤为：先降温至55℃，按质量百分比1～10％投放赖氨酸盐酸盐晶种，养晶2～4h后，以1℃/h的速率降至45℃；然后以3℃/h的速率降至15℃。将所得晶浆液通过离心机分离，用无水乙醇洗涤，利用高效沸腾床于50-60℃烘干，得到白色针状，含量>98.5％的盐酸赖氨酸晶体。该过程中，通过对养晶时间和降温速度的控制，能够解决赖氨酸盐酸盐结晶的介稳区较窄，浓度太大会出现固化，浓度太小无晶体生成的技术难点，从而得到高品质的晶体，提高结晶收率。

本发明所述的提纯方法中，步骤(4)中，所述真空浓缩条件为：真空度在-0.08Mpa～-0.09Mpa，浓缩温度为65～70℃；浓缩至固含量为30％～40％，再进行喷雾干燥，得到低纯度盐酸赖氨酸。

作为本发明优选的实施方式之一，所述盐酸赖氨酸发酵液中固含量为22～25％，pH值为6.7～6.9，盐酸赖氨酸含量15～20g/100mL。通过实验证明，本发明的技术方案，针对上述条件下的盐酸赖氨酸有更好的提纯效果。此外本发明所述的提纯方法中，优选将盐酸赖氨酸发酵液放罐后先加热到80℃，保温10min，以实现更好的除菌效果。

本发明采用先进的膜分离工艺取代了传统树脂吸附法制备赖氨酸工艺，并通过对膜分离工艺条件的具体优化，进一步提高盐酸赖氨酸的纯度及收率，解决了赖氨酸盐酸盐在水溶液中不易结晶的技术难点；同时将膜浓相和结晶母液中的盐酸赖氨酸充分提取，有效提升盐酸赖氨酸发酵液的利用价值，并避免了结晶母液直接排放所带来的环境污染问题。本发明所得总盐酸赖氨酸的提取率可高达98％以上。

具体实施方式

实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明浓度为质量浓度，固含量为质量含量。

本发明盐酸赖氨酸发酵液来自安徽丰原发酵技术工程有限公司。

实施例1

本发明提供了一种从盐酸赖氨酸发酵液中提取盐酸赖氨酸的方法，具体包含以下步骤：

步骤(1)：取盐酸赖氨酸发酵液，其中固含量为22％，pH值为6.8，盐酸赖氨酸含量15g/100mL。将所述盐酸赖氨酸发酵液采用微孔陶瓷膜进行过滤，得微滤液和膜浓相；

所述陶瓷膜孔径为0.05μm；所述微孔陶瓷膜进口压力为0.2MPa，出口压力为0.1MPa，膜通量为50LMH。

步骤(2)：将所述微滤液采用粉末活性炭进行脱色，得脱色液；所述活性炭添加量为微滤液的0.001g/mL，脱色处理温度为60℃，时间为30min。

步骤(3)：将上述脱色液浓真空浓度，真空度为-0.08MPa，温度为60℃，真空浓缩至固含量为70％，得浓缩液。将上述浓缩液调节pH值至4.0。将上述浓缩液降温至50℃，向浓缩液中加入1％(m/m)的盐酸赖氨酸晶种，养晶2h后，以1℃/h的降温速率降至40℃；然后以3℃/h的降温速率降至10℃，得晶浆液。将所述晶浆液离心分离，将离心后的湿晶体用水洗涤，然后用高效沸腾床50℃烘干，得盐酸赖氨酸晶体。

步骤(4)：将步骤(1)所得膜浓相与步骤(3)所得结晶母液合并后真空浓缩，真空度在-0.08MPa，浓缩温度为65℃，真空浓缩至固含量30％(m/m)后喷雾干燥，得盐酸赖氨酸混合物。

其中，本实施例步骤(1)中，盐酸赖氨酸发酵液浓缩5.9倍，浓相赖氨酸含量4.47g/100mL，固含量13.3％。浓缩倍数是指总共进入陶瓷膜的料液和结束后除清相外的浓相的比值。

本实施例步骤(3)中，所得盐酸赖氨酸晶体含量98.8％(以盐酸盐计)，氨氮含量0.025％(m/m)，灰分0.14％(m/m)。

本实施例盐酸赖氨酸晶体纯度为99.7％，收率为70％；盐酸赖氨酸混合物中盐酸赖氨酸纯度为66％，收率为94％。本实施例盐酸赖氨酸总收率为98.2％。

实施例2

步骤(1)：取盐酸赖氨酸发酵液，其中固含量为23％，pH值为6.7，盐酸赖氨酸含量18g/100mL。将所述盐酸赖氨酸发酵液采用微孔陶瓷膜进行过滤，得微滤液和膜浓相；

所述陶瓷膜孔径为0.08μm；所述微孔陶瓷膜进口压力为0.25MPa，出口压力为0.15MPa，膜通量为60LMH。

步骤(2)：将所述微滤液采用活性炭进行脱色，得脱色液；所述活性炭添加量为微滤液的0.0015g/mL，脱色处理温度为65℃，时间为45min。

步骤(3)：将上述脱色液浓真空浓度，真空度为-0.085MPa，温度为65℃，真空浓缩至固含量为72％，得浓缩液。将上述浓缩液调节pH值至4.5。将上述浓缩液降温至52℃，向浓缩液中加入6％(m/m)的盐酸赖氨酸晶种，养晶3h后，以1℃/h的降温速率降至42℃；然后以3℃/h的降温速率降至12℃，得晶浆液。所得的湿晶体用高效沸腾床55℃烘干，得盐酸赖氨酸晶体。

步骤(4)：步骤(1)所得膜浓相与步骤(3)所得结晶母液合并后真空浓缩，真空度在-0.085MPa，浓缩温度为67℃，真空浓缩至固含量35％(m/m)后喷雾干燥，得盐酸赖氨酸混合物。

其中，本实施例盐酸赖氨酸晶体纯度为99％，收率71％；赖氨酸混合物中盐酸赖氨酸纯度为65.5％，收率为94％。本实施例盐酸赖氨酸总收率为98.26％。

实施例3

步骤(1)：取盐酸赖氨酸发酵液，其中固含量为25％，pH值为6.8，盐酸赖氨酸含量20g/100mL。将所述盐酸赖氨酸发酵液采用微孔陶瓷膜进行过滤，得微滤液和膜浓相；

所述陶瓷膜孔径为0.1μm；所述微孔陶瓷膜进口压力为0.3MPa，出口压力为0.2MPa，膜通量为70LMH。

步骤(2)：将所述微滤液采用活性炭进行脱色，得脱色液；所述活性炭添加量为微滤液的0.002g/mL，脱色处理温度为70℃，时间为60min。

步骤(3)：将上述脱色液浓真空浓度，真空度为-0.09MPa，温度为70℃，真空浓缩至固含量为75％，得浓缩液。将上述浓缩液调节pH值至5.0。将上述浓缩液降温至55℃，向浓缩液中加入10％(m/m)的盐酸赖氨酸晶种，养晶4h后，以1℃/h的降温速率降至45℃；然后以3℃/h的降温速率降至15℃，得晶浆液。所得的湿晶体用高效沸腾床60℃烘干，得盐酸赖氨酸晶体。

步骤(4)：将步骤(1)所得膜浓相与步骤(3)所得结晶母液混配真空浓缩，真空度在-0.09MPa，浓缩温度为70℃，真空浓缩至固含量40％(m/m)后喷雾干燥，制备成65.2％赖氨酸盐酸盐。

其中，本实施例盐酸赖氨酸晶体纯度为99.73％，收率为72.5％；盐酸赖氨酸混合物中盐酸赖氨酸纯度为65.6％，收率为94.1％。本实施例盐酸赖氨酸总收率为98.38％。

实施例4

步骤(1)：取500L加热后发酵液，固含量25％，赖氨酸含量19.5g/100mL，pH值6.8。发酵液使用0.05μm陶瓷膜过滤除菌体，膜进口压力0.2MPa，出口压力0.15MPa，通量55.8LMH，

步骤(2)：陶瓷膜微滤液，固含量20％，赖氨酸含量15.1g/100mL。微滤液使用粉炭脱色，粉炭添加量为微滤液的0.0014g/mL，脱色温度为67℃，脱色时间为40min。430nm测定透析液混合透光率为83％。

步骤(3)：将脱色液真空浓缩到固含量74％，浓缩液泵入结晶罐后用浓盐酸调节pH值到4.6，降温至55℃加入450g晶种，养晶2h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～45℃之间控制降温速度为1℃/h，45℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h，降温结晶至15℃，离心分离，晶体用无水乙醇洗涤。母液固含量56％(m/m)，赖氨酸含量34.2％(m/v)。

所得的湿晶体用高效沸腾床50-60℃烘干，晶体为白色针状，晶体含量98.8％(以盐酸盐计),氨氮含量0.025％(m/m)，灰分0.14％(m/m)。

步骤(4)：将步骤(1)所得陶瓷膜浓相与步骤(3)所得结晶母液混配真空浓缩，真空度在-0.085MPa，浓缩温度为67℃，真空浓缩至固含量32％(m/m)后喷雾干燥，制备成含量为65％的赖氨酸盐酸盐。

本实施例盐酸赖氨酸晶体纯度为99％，收率为72.6％；盐酸赖氨酸混合物中盐酸赖氨酸纯度为66％，收率为94.6％。本实施例盐酸赖氨酸总收率为98.5％。

实施例5

步骤(1)：取400L加热后发酵液，固含量23％，赖氨酸含量18.2g/100mL，pH值6.75。

发酵液使用0.05μm陶瓷膜过滤除菌体，膜进口压力0.2MPa，出口压力0.15MPa，通量56.1LMH，浓缩6.6倍，透析水加量130L。浓相体积80L，浓相赖氨酸含量4.2g/100mL，固含量12.6％。

步骤(2)：陶瓷膜微滤液，固含量18％，赖氨酸含量14.7g/100mL。微滤液使用粉炭脱色，粉炭添加量为微滤液的0.0012g/mL，脱色温度为65℃，脱色时间为38min。430nm测定透析液混合透光率为81％。

步骤(3)：将脱色液浓缩到固含量75％，浓缩液泵入结晶罐后用浓盐酸调节pH值到4.8，降温至55℃加入300g晶种，养晶2.5h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～45℃之间控制降温速度为1℃/h，45℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h，降温结晶至15℃，离心分离，晶体用无水乙醇洗涤。母液固含量57.5％(m/m)，赖氨酸含量32％(m/v)。

所得的湿晶体用高效沸腾床50-60℃烘干，晶体为白色针状，晶体含量98.7％(以盐酸盐计),氨氮含量0.02％(m/m)，灰分0.15％(m/m)。

步骤(4)：所得陶瓷膜浓相与结晶母液混配真空浓缩，真空度在-0.085MPa，浓缩温度为65℃，真空浓缩至固含量37％(m/m)后喷雾干燥，制备成65％赖氨酸盐酸盐。

本实施例盐酸赖氨酸晶体纯度为99.1％，收率为71.8％；盐酸赖氨酸混合物中盐酸赖氨酸纯度为65.8％，收率为94.1％。本实施例盐酸赖氨酸总收率为98.3％。

实施例6

步骤(1)：取300L加热后发酵液，固含量22％，赖氨酸含量16.9g/100mL，pH值6.9。

发酵液使用0.05μm陶瓷膜过滤除菌体，膜进口压力0.2MPa，出口压力0.15MPa，通量56.7LMH，浓缩6.2倍，透析水加量90L。浓相体积63L，浓相赖氨酸含量4.2g/100mL,固含量14.4％。

步骤(2)：陶瓷膜微滤液，固含量19.5％，赖氨酸含量15.7g/100mL。微滤液使用粉炭脱色，粉炭添加量为微滤液的0.0016g/mL，脱色温度为65℃，脱色时间为40min。430nm测定透析液混合透光率为84％。

步骤(3)：将脱色液浓缩到固含量72％，浓缩液泵入结晶罐后用浓盐酸调节pH值到4.7，降温至55℃加入200g晶种，养晶3h,养晶结束后开始降温结晶，其中55℃～45℃之间控制降温速度为1℃/h，45℃～15℃之间控制降温速度为3℃/h，降温结晶至15℃，离心分离，晶体用无水乙醇洗涤。母液固含量55％(m/m)，赖氨酸含量31.8％(m/v)。

所得的湿晶体用高效沸腾床50-60℃烘干，晶体为白色针状，晶体含量98.7％(以盐酸盐计),氨氮含量0.018％(m/m)，灰分0.1％(m/m)。

步骤(4)：所得陶瓷膜浓相与结晶母液混配真空浓缩，真空度在-0.085MPa，浓缩温度为67℃，真空浓缩至固含量34％(m/m)后喷雾干燥，制备成65％赖氨酸盐酸盐。

本实施例盐酸赖氨酸晶体纯度为98.8％，收率为70％；盐酸赖氨酸混合物中盐酸赖氨酸纯度为66％，收率为94％。本实施例盐酸赖氨酸总收率为98.2％。

从上述实施例可知，本发明所述的方法工艺简单，环保，母液和膜浓相制备65％赖氨酸可达到废物回收利用的目的。与此同时，和传统工艺比较，采用本发明所述的提纯方法可得到含量98.5％及以上的盐酸赖氨酸合格品和65％的赖氨酸副产物。而65％的赖氨酸作为该工艺的副产物，会给生产带来更丰厚的经济效益。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种盐酸赖氨酸的提纯方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤(2)：将所述微滤液采用活性炭进行脱色，得脱色液；

步骤(4)：将步骤(1)所得膜浓相和步骤(3)所得结晶母液合并，所得混合液经真空浓缩、喷雾干燥，得到含量在65％以上的盐酸赖氨酸；

其中，

步骤(1)中，所述微孔陶瓷膜的进口压力为0.2～0.3MPa，且进出口压力差为0.05MPa；所述微孔陶瓷膜的膜通量为50～70LMH；所述微孔陶瓷膜的孔径为0.05μm～0.1μm；

步骤(2)中，所述活性炭添加量为0.001～0.002g/mL微滤液；脱色温度为60～70℃，时间为30～60min；

步骤(3)中，所述真空浓缩条件为：真空度为-0.08～-0.09MPa，温度为60～70℃；将脱色液真空浓缩至固含量为70～75％后调酸至pH值为4.0～5.0；所述降温结晶具体操作步骤为：先降温至55℃，按质量百分比1～10％投放赖氨酸盐酸盐晶种，养晶2～4h后，以1℃/h的速率降至45℃；然后以3℃/h的速率降至15℃，离心，用无水乙醇洗涤，利用高效沸腾床于50-60℃烘干，得到盐酸赖氨酸晶体；

步骤(4)中，所述真空浓缩条件为：真空度在-0.08Mpa～-0.09Mpa，浓缩温度为65～70℃；浓缩至固含量为30％～40％，再进行喷雾干燥，得到盐酸赖氨酸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐酸赖氨酸发酵液中固含量为22～25％，pH值为6.7～6.9，盐酸赖氨酸含量15～20g/100mm。