CN106966945A - 一种l‑羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种L‑羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，包括微滤澄清、纳滤除杂、反渗透浓缩和结晶。该工艺生产技术产业化简便、可控性强、生产过程环保，经济效益可观，不但简化了羟脯氨酸的提取工艺，提高了产品的利用率，同时还减少了生产废液等对环境的污染，具有良好的经济效益和环境效益。

Description

一种L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法
技术领域
本发明涉及一种氨基酸提取方法，尤其是一种L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法。
背景技术
L-羟脯氨酸是胶原蛋白的主要组成成分，不属于20种常见的氨基酸。近年来，L-羟脯氨酸的研究和开发已经引起医药、生化、食品及美容业等方面的广泛关注。它可以作为化妆品添加剂，具有抗氧化、抗辐射的作用；它具有减肥作用，可望成为比较理想的减肥药物；具有多种生理功能和独特的生物活性，既可以作为各种软组织疾病的药物，又可加快伤口愈合，以及治疗各种皮肤疾病；作为氨基酸注射液的重要成分，它对急慢性肝病所导致的低蛋白血症有一定的疗效；它还是多种药物，如第三代抗生素、抗肿瘤、抗高压及新型胃药等的合成原料。
目前，L-羟脯氨酸的生产方法主要为化学合成法、蛋白水解提取法和微生物发酵法。目前随着氨基酸发酵行业的发展，微生物发酵法生产L-羟脯氨酸受到青睐；L-羟脯氨酸发酵液提取一般经过离子交换等各种除杂程序最终提取出L-羟脯氨酸。然而现有工艺中离子交换步骤在完成杂质吸附后需要利用酸液和碱液进行再生、清水冲洗，然后才能投入到下一轮L-羟脯氨酸的提取中；碱液再生处理以及清水冲洗产生大量的污水，治理困难，污染环境。
例如，中国发明专利申请CN 105777603 A公开了一种从L-羟脯氨酸发酵液中提取L-羟脯氨酸的方法，该方法将L-羟脯氨酸发酵液微滤，微滤液调节pH中性，再经阳、阴离子树脂吸附，纳滤得到纳滤清液，脱色后浓缩结晶得产品。其采用阳、阴离子树脂成本高，难回收，所产生废水难处理，引起环境污染。
发明内容
本发明所要解决的是针对现有技术中，提取L-羟脯氨酸需经过离子交换步骤，成本高，污染大的问题，提供一种L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，具有涉及一种从L-羟脯氨酸发酵液中，采用多级膜组合过滤浓缩，分离和提取L-羟脯氨酸工艺，此工艺既在保证L-羟脯氨酸的收率和品质的基础上，又实现了废水的零排放，显著降低了生产成本，提高了收益。
具体方案如下：
一种L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，所述的L-羟脯氨酸发酵液为含有L-羟脯氨酸质量分数2-3%的发酵液，包括以下步骤：
微滤澄清：将L-羟脯氨酸发酵液经过陶瓷膜过滤，除去液体中的颗粒及悬浮物，分别收集截留物和滤过液，其中收集的截留物作为污水排放，滤过液进入下步；
纳滤除杂：将上步得到的滤过液送入纳滤膜***，进行除杂澄清，加水顶洗，得到纳滤透析液；
反渗透浓缩: 将上步得到的纳滤透析液经反渗透膜过滤浓缩得到浓缩液；
结晶：将上步得到的浓缩液经活性炭脱色后得L-羟脯氨酸溶液，将其送入真空旋转蒸发器，蒸发结晶得到白色的L-羟脯氨酸晶体。
进一步的，所述的微滤澄清步骤中，所述的陶瓷膜的分离孔径为20-100nm。
进一步的，所述的微滤澄清步骤中，所述的陶瓷膜过滤的温度为15-45℃，工作压力为1.8-4bar。
进一步的，所述的纳滤除杂步骤中，所述的纳滤膜***中，纳滤膜材质为聚醋酸纤维、聚砜、聚醚砜、聚四氟乙烯板中的任意一种，纳滤膜的截留分子量为150-300Da，膜组件为卷式膜。
进一步的，所述的纳滤除杂步骤中，所述的纳滤膜***的工作温度为20-40℃，pH=5-6。
进一步的，所述的纳滤除杂步骤中，所述的纳滤膜***的工作压力为12-25bar，平均通量10-20L/m2/h。
进一步的，所述的纳滤除杂步骤中，所述的纳滤膜***，加水顶洗的水量为原料液体积的3倍。
进一步的，所述的反渗透浓缩步骤中，所述的反渗透膜为PVDF、PES、PE复合膜中的任意一种，膜的NaCl截留率≥99%。
进一步的，所述的反渗透浓缩步骤中，所述的反渗透膜过滤浓缩的操作温度为20-40℃，pH=5-6，工作压力为15-25bar，平均通量为10-20L/m2/h。
进一步的，所述的结晶步骤中，蒸发结晶的温度为60℃。
有益效果：本发明所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法可以替代离子交换工艺，采用多种膜逐次对发酵液进行过滤除去杂质，膜过滤设备自动化程度高、可控性强、易于操作；减少了人为操作因素对料液质量的影响；所获得的料液质量稳定，同时避免了提取后废液难以处理的问题；实现了L-羟脯氨酸提取过程绿色环保，几乎无废水外排工艺水循环利用，料液组分充分利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
取20L的L-羟脯氨酸发酵液，其中L-羟脯氨酸的质量浓度为2.36%，经过50nm的陶瓷膜处理，流道为4mm，过滤温度30-44℃，工作压力：进压3bar，出压2.1bar；加水量2倍，浓缩倍数3倍。陶瓷膜截留液作为污水排放，陶瓷膜滤过液送入纳滤***。
使用分子量300Da的纳滤膜进行除杂，完全除去三价铁离子和70%以上的硫酸根；纳滤膜***的膜组件为卷式膜，温度为25-38℃，工作压力：进压15bar，出压14bar；浓缩6倍，加3倍进行顶洗以增加产物收率，获得纳滤透析液。
纳滤透析液用反渗透膜进行浓缩，反渗透膜为PES膜，膜的NaCl截留率≥99%，操作温度30-40℃，pH=5-6，工作压力：进压18bar，出压17bar；平均通量为10L/m2/h；得到浓缩5倍的浓缩液。
浓缩液用0.5%质量分数的活性炭脱色，进入真空旋转蒸发器浓缩，经滤纸过滤，烘干得到374.77g白色L-羟脯氨酸晶体，蒸发结晶的温度为60℃，收率79.4%，HPLC98.5%。
实施例2
取20L的L-羟脯氨酸发酵液，其中L-羟脯氨酸的质量浓度为2%，经过50nm的陶瓷膜处理，流道为4mm，过滤温度15-30℃，工作压力：进压4bar，出压3bar；加水量2倍，浓缩倍数3.5倍。陶瓷膜截留液作为污水排放，陶瓷膜滤过液送入纳滤***。
使用分子量150Da的纳滤膜进行除杂，完全除去三价铁离子和70%以上的硫酸根；纳滤膜***的膜组件为卷式膜，温度为20-25℃，pH=5-6，工作压力：进压21bar，出压20bar；浓缩6倍，加3倍进行顶洗以增加产物收率，获得纳滤透析液。
纳滤透析液用反渗透膜进行浓缩，反渗透膜为PES膜，膜的NaCl截留率≥99%，操作温度30-40℃，pH=5-6，工作压力：进压22bar，出压21bar；平均通量为20L/m2/h；得到浓缩5倍的浓缩液。
浓缩液用0.5%质量分数的活性炭脱色，进入真空旋转蒸发器浓缩，经滤纸过滤，烘干得到326g白色L-羟脯氨酸晶体，蒸发结晶的温度为60℃，收率81.5%。
实施例3
取20L的L-羟脯氨酸发酵液，其中L-羟脯氨酸的质量浓度为2.6%，经过50nm的陶瓷膜处理，流道为4mm，过滤温度30-44℃，工作压力：进压3bar，出压2bar；加水量2倍，浓缩倍数3倍。陶瓷膜截留液作为污水排放，陶瓷膜滤过液送入纳滤***。
使用分子量300Da的纳滤膜进行除杂，完全除去三价铁离子和70%以上的硫酸根；纳滤膜***的膜组件为卷式膜，温度为25-38℃，工作压力：进压15bar，出压14bar；浓缩7倍，加3倍进行顶洗以增加产物收率，获得纳滤透析液。
纳滤透析液用反渗透膜进行浓缩，反渗透膜为PE复合膜，膜的NaCl截留率≥99%，操作温度20-30℃，pH=5-6，工作压力：进压18bar，出压15bar；平均通量为10L/m2/h；得到浓缩6倍的浓缩液。
浓缩液用0.5%质量分数的活性炭脱色，进入真空旋转蒸发器浓缩，经滤纸过滤，烘干得到385.3g白色L-羟脯氨酸晶体，蒸发结晶的温度为60℃，收率74.1%。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，所述的L-羟脯氨酸发酵液为含有L-羟脯氨酸质量分数2-3%的发酵液，其特征在于：包括以下步骤：
微滤澄清：将L-羟脯氨酸发酵液经过陶瓷膜过滤，除去液体中的颗粒及悬浮物，分别收集截留物和滤过液，其中收集的截留物作为污水排放，滤过液进入下步；
纳滤除杂：将上步得到的滤过液送入纳滤膜***，进行除杂澄清，加水顶洗，得到纳滤透析液；
反渗透浓缩: 将上步得到的纳滤透析液经反渗透膜过滤浓缩得到浓缩液；
结晶：将上步得到的浓缩液经活性炭脱色后得L-羟脯氨酸溶液，将其送入真空旋转蒸发器，蒸发结晶得到白色的L-羟脯氨酸晶体。
2.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的微滤澄清步骤中，所述的陶瓷膜的分离孔径为20-100nm。
3.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的微滤澄清步骤中，所述的陶瓷膜过滤的温度为15-45℃，工作压力为1.8-4bar。
4.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的纳滤除杂步骤中，所述的纳滤膜***中，纳滤膜材质为聚醋酸纤维、聚砜、聚醚砜、聚四氟乙烯板中的任意一种，纳滤膜的截留分子量为150-300Da，膜组件为卷式膜。
5.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的纳滤除杂步骤中，所述的纳滤膜***的工作温度为20-40℃，pH=5-6。
6.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的纳滤除杂步骤中，所述的纳滤膜***的工作压力为12-25bar，平均通量10-20L/m2/h。
7.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的纳滤除杂步骤中，所述的纳滤膜***，加水顶洗的水量为原料液体积的3倍。
8.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的反渗透浓缩步骤中，所述的反渗透膜为PVDF、PES、PE复合膜中的任意一种，膜的NaCl截留率≥99%。
9.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的反渗透浓缩步骤中，所述的反渗透膜过滤浓缩的操作温度为20-40℃，pH=5-6，工作压力为15-25bar，平均通量为10-20L/m2/h。
10.根据权利要求1所述的L-羟脯氨酸发酵液的全膜法提取方法，其特征在于：所述的结晶步骤中，蒸发结晶的温度为60℃。
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