CN108220351B - 一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物酶法制备L‑精氨酸‑α‑酮戊二酸的方法，采用谷氨酸氧化酶催化谷氨酸生成α‑酮戊二酸，加入精氨酸，制备L‑精氨酸‑α‑酮戊二酸（2:1），并通过陶瓷膜除菌、超滤膜除蛋白除杂、活性炭脱色、真空浓缩、喷雾干燥进行提取精制，本方法工艺简单，生产的精酮质量好，基本实现废水的零排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产精酮的方法，具体涉及一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法。
背景技术
精酮（L-精氨酸-α-酮戊二酸）不仅具有精氨酸和α-酮戊二酸的生理功能，而且可以作为功能性营养强化剂和护肝药物应用于临床，主要应用于增强体格、促进肌肉的快速增长和创伤回复，促进肝细胞对营养的吸收和代谢，增强精力及体力，其生理机理主要是精酮能在短期内提高体内NO水平，增强蛋白质同化作用。目前，精酮作为功能性食品在国际市场上的销量日益增加，并与鸟酮一起在医学、营养、运动领域备受重视。精酮的两种主要原料是精氨酸和α-酮戊二酸，其中精氨酸大生产工艺成熟，所以很容易得到，但是α-酮戊二酸较难得到。现在α-酮戊二酸的制备方法主要有发酵法和化学合成法，发酵法生产α-酮戊二酸过程中生成丙酮酸、富马酸、苹果酸等副产物较多，发酵周期长，所以难以得到纯度高的产品。现在α-酮戊二酸主要使用化学法生产，但是生产中使用大量剧毒物质，生产污染大、危险性高、工艺复杂、成本高。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1）的方法，该方法在转化液中直接加入精氨酸合成L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1），工艺简单、成本低，生产的L-精氨酸-α-酮戊二酸杂质少、污染少，在当前环保压力大日益增加的情况下，对大规模生产非常有利。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，其特殊之处在于：采用谷氨酸氧化酶催化谷氨酸生成α-酮戊二酸，加入精氨酸，制备L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1），本方法工艺简单，质量好，污染小。
本发明的一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，包括以下步骤：
（1）反应液制备：向纯水中加入谷氨酸和精氨酸制备反应液，调节反应液pH值为6.6-7；
（2）酶反应：向反应液中加入谷氨酸氧化酶和过氧化氢酶进行反应，反应温度为38-40℃，反应时间为8-10h，反应pH值控制在6.5-7.0，溶氧控制在5-30%；
（3）陶瓷膜过滤除菌：反应结束后反应液过陶瓷膜过滤除菌，截留液用截留体积2-4倍的纯水进行透析；
（4）超滤膜过滤除蛋白除杂：陶瓷膜过滤得到的清液过超滤膜，超滤膜孔径分子量为3000，截留液用截留体积2-4倍的纯水进行透析；
（5）活性炭脱色：超滤膜过滤得到的清液用活性炭进行脱色，脱色温度60-65℃，脱色时间20-30min，加入活性炭的量为3-10g/L。
（6）减压浓缩：脱色后的产物在-0.08—-0.1mpa下浓缩，浓缩至L-精氨酸-α-酮戊二酸浓度为40%-60%；
（7）喷雾干燥：喷雾干燥得L-精氨酸-α-酮戊二酸产品。
作为优选方案，步骤（1）反应液中谷氨酸浓度为100g/l，精氨酸浓度为100g/l。
作为优选方案，步骤（2）中酶反应的终点通过测定谷氨酸是否有剩余来判断，谷氨酸完全反应后反应结束。
进一步的，步骤（2）中反应液中谷氨酸氧化酶含量为3-5U/ml，过氧化氢酶含量为200-400U/ml。
作为优选方案，步骤（3）中陶瓷膜过滤后的菌泥经烘干作为饲料添加剂或饲料蛋白的原料。
作为优选方案，步骤（4）中透析后的截留液套用到下一批合成液一起过陶瓷膜。
作为优选方案，步骤（5）中脱色后的溶液的透光率T420nm≥95%。
作为优选方案，步骤（6）中浓缩温度为65℃。
作为优选方案，步骤（1）、（3）、（4）中的纯水电导率≤10。
本发明的有益效果是：
（1）α-酮戊二酸是由谷氨酸通过酶法催化制得，有效的降低了原料成本。
（2）L-精氨酸-α-酮戊二酸合成过程中没有其他杂质和无机盐的加入，有效的提高了L-精氨酸-α-酮戊二酸的产品质量；该方法生产的L-精氨酸-α-酮戊二酸含量达到99.0%以上，符合各项L-精氨酸-α-酮戊二酸质量标准。
（3）陶瓷膜截留液用于制作饲料蛋白，超滤膜截留液循环套用，这些都减少了废水的排放。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例，在不偏离本申请的精神和范围的前提下任何对本发明的技术方案的细节和形式所做出的修改均落入本发明的保护范围内。
实施例1
一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，包括以下步骤：
（1）反应液的制备
往50m³反应釜中加入纯水25m³，加入3000kg谷氨酸、3650kg精氨酸调节溶液pH至6.9，并用纯水定容至30m³。
（2）酶反应
向反应液中加入3.5U/mL的谷氨酸氧化酶、200U/mL的过氧化氢酶开始反应，溶氧控制10%，温度控制39±0.5℃，pH控制6.9，反应10小时后用生物传感器检测无谷氨酸，补加3452kg精氨酸，得到L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1）反应液。
（3）陶瓷膜过滤除菌
反应结束后反应液先过陶瓷膜，截留液用4m³的纯水进行透析；透析后的截留液烘干用做饲料蛋白，减少废水产生。
（4）超滤膜过滤除蛋白除杂
陶瓷膜得到的清液过超滤膜，超滤膜分子量为3000分子量，截留液用2m³的纯水进行透析；透析后的截留液套用到下一批合成液一起过陶瓷膜，节约成本，避免废水产生。
（5）活性炭脱色
脱色温度65℃，加入活性炭的量为150kg，脱色时间30min。脱色后的溶液的透光T420nm=98.5%。
（6）减压浓缩
浓缩温度65℃，压力-0.1mpa，浓缩至16m³。
（7）喷雾干燥
喷雾干燥后得到L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1）合格产品10328kg，含量为99.5%，收率为95.4%。
实施例2
一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，包括以下步骤：
（1）反应液的制备
往50m³反应釜中加入纯水25m³，然后加入3000kg谷氨酸、3640kg精氨酸，调节溶液pH至6.9，并用纯水定容至30m³。
（2）酶反应
向反应液中加入5U/mL的谷氨酸氧化酶、250U/mL过氧化氢酶开始反应，溶氧控制20%，温度控制39.5±0.5℃，控制pH 6.9，反应8小时后用生物传感器检测无谷氨酸，补加精氨酸3462kg，得到L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1）反应液。
（3）陶瓷膜过滤除菌
反应结束后反应液先过陶瓷膜，截留液用6m³的纯水进行透析；透析后的截留液烘干用做饲料蛋白。
（4）超滤膜过滤除蛋白除杂
陶瓷膜得到的清液过超滤膜，超滤膜分子量为3000分子量，截留液用3m³的纯水进行透析；透析后的截留液套用到下一批合成液一起过陶瓷膜。
（5）活性炭脱色
脱色温度60℃，加入活性炭的量为180kg，脱色时间25min，脱色后的溶液的透光T420nm=98.1%。
（6）减压浓缩
浓缩温度65℃，压力-0.1mpa。浓缩至15m³。
（7）喷雾干燥
喷雾干燥后得到L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1）合格产品10360kg，含量为99.4%，收率为95.7%。
实施例3
一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，包括以下步骤：
（1）反应液的制备
往50m³反应釜中加入纯水25m³，然后加入3000kg谷氨酸、3658kg精氨酸，调节溶液pH至7.0，并用纯水定容至30m³。
（2）酶反应
向反应液中加入5U/mL的谷氨酸氧化酶、400U/mL过氧化氢酶开始反应，溶氧控制25%,温度控制38.5±0.5℃，流加精氨酸控制pH 7.0，反应10小时后用生物传感器检测无谷氨酸，补加精氨酸3444kg，得到L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1）反应液。
（3）陶瓷膜过滤除菌
反应结束后反应液先过陶瓷膜，截留液用4m³的纯水进行透析；透析后的截留液烘干用做饲料蛋白。
（4）超滤膜过滤除蛋白除杂
陶瓷膜得到的清液过超滤膜，超滤膜分子量为3000分子量，截留液用2m³的纯水进行透析；透析后的截留液套用到下一批合成液一起过陶瓷膜。
（5）活性炭脱色
脱色温度60℃，加入活性炭的量为240kg，脱色时间30min，脱色后的溶液的透光T420nm=97.1%。
（6）减压浓缩
浓缩温度65℃，压力-0.1mpa。浓缩至18m³。
（7）喷雾干燥
喷雾干燥后得到L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1）合格产品10253kg，含量为99.5%，收率为94.7%。
Claims (6)
1.一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）反应液制备：往50m³反应釜中加入纯水25m³，然后加入3000kg谷氨酸、3640kg精氨酸，调节溶液pH至6.9，并用纯水定容至30m³;
（2）酶反应：向反应液中加入5U/mL的谷氨酸氧化酶、250U/mL过氧化氢酶开始反应，溶氧控制20%，温度控制39.5±0.5℃，控制pH 6.9，反应8小时后用生物传感器检测无谷氨酸，补加精氨酸3462kg，得到L-精氨酸-α-酮戊二酸（2:1）反应液;
（3）陶瓷膜过滤：反应结束后反应液过陶瓷膜过滤除菌，截留液用截留体积2-4倍的纯水进行透析；
（4）超滤膜过滤：陶瓷膜过滤得到的清液过超滤膜，超滤膜孔径分子量为3000，截留液用截留体积2-4倍的纯水进行透析；
（5）活性炭脱色：超滤膜过滤得到的清液用活性炭进行脱色，脱色温度60-65℃，脱色时间20-30min，加入活性炭的量为3-10g/L；
（6）减压浓缩：脱色后的产物在-0.08—-0.1mpa下浓缩，浓缩至L-精氨酸-α-酮戊二酸浓度为40%-60%；
（7）喷雾干燥：喷雾干燥得L-精氨酸-α-酮戊二酸产品。
2.根据权利要求1所述的一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，其特征在于：步骤（3）中陶瓷膜过滤后的菌泥经烘干作为饲料蛋白的原料。
3.根据权利要求1所述的一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，其特征在于：步骤（4）中透析后的截留液套用到下一批合成液一起过陶瓷膜。
4.根据权利要求1所述的一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，其特征在于：步骤（5）中脱色后的溶液的透光率T420nm≥95%。
5.根据权利要求2所述的一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，其特征在于：步骤（6）中浓缩温度为65℃。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的一种生物酶法制备L-精氨酸-α-酮戊二酸的方法，其特征在于：步骤（1）、（3）、（4）中的纯水电导率≤10。
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Denomination of invention: Preparation of L-arginine by biological enzymatic method- a- Method for producing ketoglutarate Effective date of registration: 20220530 Granted publication date: 20210914 Pledgee: Shandong juancheng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Plaza sub branch Pledgor: SHANDONG YANGCHENG BIOTECH Co.,Ltd. Registration number: Y2022980006634 |