CN108993151A - 一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，包括将苯丙氨酸发酵料液通过超滤膜进行超滤，调节所述苯丙氨酸超滤清液的pH，将所述苯丙氨酸超滤清液注入第一电渗析装置中除盐，当所述苯丙氨酸超滤清液的电导率为5000～6000us/cm时将所其注入第二电渗析装置中，所述第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液结晶，将晶体与母液分离、干燥，得到苯丙氨酸晶体。此法工艺控制简单易行，不添加化学物质，处理过程不产生固体废渣，产生的废水可以回收用于发酵工艺的生产，不会造成环境污染，是一种适宜推广应用的工艺方法。

Description

一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法
技术领域
本发明涉及一种分离纯化技术领域，尤其是一种利用电渗析法去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法。
背景技术
苯丙氨酸为一种α-氨基酸，是人体必需氨基酸之一，属芳香族氨基酸，在体内大部分经苯丙氨酸羟化酶催化作用氧化成酪氨酸，并与酪氨酸一起合成重要的神经递质和激素，参与机体糖代谢和脂肪代谢。近年来，苯丙氨酸的研究和开发已经引起医药、生化、食品等产业的广泛关注。是复配氨基酸输液的重要成份；用于医药，是苯丙氨苄、甲酸溶肉瘤素等氨基酸类抗癌药物的中间体，也是生产肾上腺素、甲状腺素和黑色素的原料；已有研究表明，L-苯丙氨酸可作为抗癌药物的载体将药物分子直接导入癌瘤区，其效果是其他氨基酸的3～5倍，这样既可以抑制癌瘤生长，又可以降低药物的毒副作用。
目前，苯丙氨酸的生产方法主要有蛋白水解提取法、化学合成法、生物酶法和微生物发酵法。其中蛋白水解提取法是目前普遍采用的工业生产方法，但蛋白水解提取法需要经过强酸强碱处理，纯化步骤长，提取率仅在4％-7％,提取原料成本高，而且废弃物严重污染环境，随着目前环境压力的增加和资源原料价格的上升，传统的蛋白水解提取法正逐渐被市场淘汰，微生物发酵法正以其绿色环保的工艺、原料和成本低廉的优势迅速发展起来。
自发酵液中分离提取苯丙氨酸，通常采用离子交换法，将除去菌体的发酵液在特定的pH条件下上柱，让苯丙氨酸吸附在离子交换柱上，随后用去离子水对交换柱充分洗涤，除去杂质，然后用洗脱液将苯丙氨酸从离子交换柱上洗脱，得到苯丙氨酸溶液，在经过结晶和干燥，得到苯丙氨酸产品。然此法苯丙氨酸收率不稳定，粗品杂质多、色泽深，影响后续产品质量，且整个离子交换过程耗水量大，酸碱用量大，整个过程产生大量废水废渣，对环境造成非常严重的污染。
发明内容
本发明提供一种苯丙氨酸发酵液提纯工艺，此工艺生产周期短、污染小、原料消耗少，同时可以保证苯丙氨酸的质量和收率。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将苯丙氨酸的发酵料液通过超滤膜进行超滤，得到苯丙氨酸超滤清液；
步骤S2：调节所述苯丙氨酸的超滤清液的pH至5.0～7.0；
步骤S3：将所述超滤清液注入第一电渗析装置中，控制第一淡水室、第一浓水室和第一极室的流量保证所述三室之间压力平衡，调节第一膜堆电压，将所述超滤清液在恒定的电流密度下电渗析处理，当所述超滤清液的电导率为5000～6000us/cm时结束，得到第一批苯丙氨酸电渗析的浓缩液；
步骤S4：将所述浓缩液注入第二电渗析装置中，控制第二淡水室、第二浓水室和第二极室的流量保证所述三室之间压力平衡，调节第二膜堆电压，将所述浓缩液在恒定的电流密度下电渗析处理，当所述浓缩液的电导率为150～500us/cm时结束，得到第二批苯丙氨酸电渗析的浓缩液；
步骤S5：将步骤S4中得到的浓缩液结晶，将晶体与母液分离、干燥，得到苯丙氨酸晶体。
根据本发明的设计构思，本发明所述的步骤S1中，所述超滤过程中压力为0.15～0.80MPa。
根据本发明的设计构思，本发明所述的步骤S1中,所述超滤膜材料为纤维丝及其衍生物、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈中的任意一种。
根据本发明的设计构思，本发明所述的步骤S3中，所述第一淡水室的流量为1.20～1.50m3/h，所述第一浓水室的流量为1.20～1.50m3/h，所述第一极水室的流量为0.80～1.20m3/h。
根据本发明的设计构思，本发明所述的步骤S3中，所述膜堆电压为40～60V，所述电流密度为100～200A/m2。
根据本发明的设计构思，所述第一电渗析装置包括第一阴阳离子交换膜，所述第二电渗析装置包括第二阴阳离子交换膜，所述第一阴阳离子交换膜的孔隙率大于所述第二阴阳离子交换膜，所述第一阴阳离子交换膜为半均相膜，所述第二阴阳离子交换膜为均相膜，所述第二电渗析装置可以为一个或多个。
根据本发明的设计构思，本发明所述的步骤S4中，所述第二淡水室的流量为0.80～1.0m3/h，所述第二浓水室的流量为0.80～1.0m3/h，所述第二极水室的流量为0.50～0.80m3/h。
根据本发明的设计构思，本发明所述的步骤S4中，所述膜堆电压为30～40V，所述电流密度为80～150A/m2。
根据本发明的设计构思，本发明所述的步骤S5中，所述结晶过程中pH为5.75～5.80，温度为0～10℃。
根据本发明的设计构思，本发明所述的步骤S4中第二浓水室中的浓水液回收用于步骤S3中第一浓水室中的浓水液，步骤S3中第一浓水室中的浓水液回收用于苯丙氨酸的发酵生产。
与现有技术相比，本发明具有下述有益效果：
(1)本发明采用电渗析工艺处理苯丙氨酸发酵液的能耗较低，单位体积的电耗约为6kwh/m3,对苯丙氨酸发酵液中无机盐的去除率大于95％,苯丙氨酸的纯度可达98％，减轻了下游精致工艺的负担，且损失率小于5％。
(2)由于电渗析除盐速度随着盐溶液浓度的降低而降低，所以本发明采用两种电渗析装置同时运行，两种电渗析装置所选择的膜的种类不同，第一电渗析装置的离子交换膜的孔隙率较大，除盐的速率较快，第二电渗析装置的离子交换膜较致密，对浓度较低的盐溶液处理效果更好，根据第一电渗析装置的生产周期，可以配置至少一台第二电渗析装置，第一第二电渗析装置同时生产，可以大大缩短整个工艺的生产周期，第二电渗析装置中浓水室中的溶液可回收用于步骤S3中第一电渗析装置的浓水室中的溶液，实现一个废水的循环套用。
(3)整个过程工艺控制简单易行，不添加化学物质，处理过程不产生固体废渣，产生的废水可以回收用于发酵工艺的生产，不会造成环境污染，是一种适宜推广应用的工艺方法。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种电渗析去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，该方法包括：
(1)将苯丙氨酸发酵料液通过超滤膜进行超滤，除去发酵液中的菌体及大分子蛋白，得到苯丙氨酸超滤清液；
详细地，所述超滤是以压力为推动里的膜分离技术，在超滤过程中，溶液在压力的推动下流经膜表面，小于膜孔的水溶剂及小分子苯丙氨酸和盐离子透过超滤膜，形成超滤液，比膜孔大的菌体及大分子蛋白子则被截留，随水流排除，可回收利用用于下一次发酵，此过程可对发酵液中的苯丙氨酸浓缩同时去除大分子杂质。优选地，超滤过程中的压力为0.15～0.80MPa，所述超滤的膜材料为纤维丝及其衍生物、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈中的任意一种。
(2)调节所述苯丙氨酸超滤清液的pH至5.0～7.0；
详细地，调节苯丙氨酸超滤清液的pH至5.0～7.0，此时苯丙氨酸处于电中性，不会向着电渗析装置的正负两极移动。
(3)将所述超滤清液注入第一电渗析装置中，控制淡水室、浓水室和极室的流量保证所述三室之间压力平衡；调节第一膜堆电压，将所述超滤清液在恒定的电流密度下电渗析处理，当所述超滤清液的电导率为5000～6000us/cm时结束，得到第一批苯丙氨酸电渗析的浓缩液；
详细地，电渗析装置的膜堆包括交替排列着阳离子交换膜和阴离子交换膜，分隔成小水室。当超滤清液进入这些小室时，在直流电场的作用下，超滤清液中的离子就作定向迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来，阴离子交换膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。最终使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，超滤清液便得到了纯化。
详细地，电渗析装置还包括置于两侧的阴阳两级电极板，靠近阴阳两级电极板的阳膜隔板，靠近所述阳膜隔板的阴膜隔板，所述阳膜隔板包括阳离子交换膜和位于阳离子交换膜两侧的板框，所述阴膜隔板包括阴离子交换膜和位于阴离子交换膜两侧的板框，所述板框通过螺丝螺母固定连接，所述阳膜隔板与所述阴膜隔板交替置于阴阳电极板之间，直流电的正负极电源分别与阴阳极电极板相连，所述阴阳极电极板内侧装有导电极水，交替设置的阳膜隔板和阴膜隔板之间形成独立的浓水室和料液室。在浓水室与极水室中添加所述硫酸钠溶液使整个电渗析体系可以更好地导电，防止水的电解导致电渗析装置的损伤，优选地，第一浓水室的溶液为浓度为0.01～0.10％的硫酸钠溶液，第二浓水室的溶液为浓度为1～8％的硫酸钠溶液。
详细地，电渗析过程中需控制浓水室、淡水室及极水室的水流量保证所述三室之间压力平衡，防止压差过大造成膜损伤导致溶液中的溶质渗透透过离子交换膜，造成苯丙氨酸的损失。
详细地，电渗析过程中，正负两级电压、浓水室与淡水室之间的浓度差以及阴阳离子交换膜的孔隙率影响溶液中的离子的移动速度，一级电渗析过程中，由于初始时盐离子浓度较高，浓水室与淡水室之间的浓度差较大，盐离子扩散速度快，为了进一步提高盐离子的扩散速率，离子交换膜选择孔隙率稍大的均相膜或半均相膜，可缩短除盐时间。然而，浓水室中的离子浓度随着时间的增加而增加，与淡水室中的离子浓度形成逆浓度差，阻碍了离子迁移的速度，增加电渗析装置的电耗，因此当苯丙氨酸料液的电导率为5000～6000us/cm时，处于浓差极化现象的临界点，结束一级电渗析过程，可有效降低电耗，除去溶液中的大部分离子。
(4)将所述浓缩液注入第二电渗析装置中，控制淡水室、浓水室和极室的流量保证所述三室之间压力平衡；调节第二膜堆电压，将所述浓缩液在恒定的电流密度下电渗析处理，当所述浓缩液的电导率为150～500us/cm时结束，得到第二批苯丙氨酸电渗析的浓缩液。
详细地，一批苯丙氨酸电渗析浓缩液的电导率为5000～6000us/cm，此电导率下的苯丙氨酸溶液中的离子浓度较低，当膜堆上所加电压过大时，容易造成浓差极化现象，使膜表面形成沉积或凝胶层，增加透过阻力以及使某些溶质的截留率降低，因此二级阴阳离子交换膜选择孔隙率较小的均相膜，同时降低第二膜堆上的电压，可有效提高溶质的截留率，降低浓差极化对电渗析过程的影响。
详细地，溶液的电导率与溶液中的离子浓度成正比，自来水的电导率2000us/cm，当第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液的电导率为150～500us/cm时，此时的浓缩液中几乎没有离子，除盐效果显著。
(5)将所述第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液结晶，将晶体与母液分离、干燥，得到苯丙氨酸晶体。
详细地，结晶过程中pH为5.75～5.80，温度为0～10℃，结晶与母液的分离方式可以为过滤、离心、抽滤中的一种，结晶的干燥方法可以为气流干燥、滚筒干燥、真空干燥中的一种。
本发明采用电渗析工艺处理苯丙氨酸发酵液的能耗较低，单位体积的电耗约为6kwh/m3,对苯丙氨酸发酵液中无机盐的去除率大于95％,苯丙氨酸的纯度可达98％，减轻了下游精致工艺的负担，且损失率小于5％。本发明采用两种电渗析装置同时运行，两种电渗析装置所选择的膜的种类不同，第一电渗析装置的离子交换膜的孔隙率较大，除盐的速率较快，第二电渗析装置的离子交换膜较致密，对浓度较低的盐溶液处理效果更好，根据第一电渗析装置的生产周期，可以配置至少一台第二电渗析装置，第一第二电渗析装置同时生产，可以大大缩短整个工艺的生产周期，第二电渗析装置中浓水室中的溶液可回收用于步骤S3中第一电渗析装置的浓水室中的溶液，实现一个废水的循环套用。
整个过程工艺控制简单易行，处理过程不产生固体废渣，产生的废水可以回收用于发酵工艺的生产，不会造成环境污染，是一种适宜推广应用的工艺方法。
下面通过具体实施例对本申请提供的方案做详细介绍：
实施例1：步骤S1：将200L苯丙氨酸发酵液通过聚氯乙烯膜进行超滤过滤，得到苯丙氨酸超滤清液。具体工艺条件为：超滤过滤操作压力为0.3Mpa。苯丙氨酸超滤清液电导率为34329us/cm，苯丙氨酸含量为12.56％，铵盐含量为8.8g/L，磷酸盐含量为4.2g/L，钙盐含量为0.2g/L，镁盐含量为2g/L。
步骤S2：调节所述苯丙氨酸超滤清液的pH至5.0。
步骤S3：取20L苯丙氨酸超滤清液作为淡化液注入第一电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.05％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L2％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，条件浓、淡水流量为1200L/h，极水流量为800L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至40V，保持电流密度在100～120A/m2左右，脱盐处理至电导率为5521us/cm时关闭电渗析装置，得到第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液，耗时48min。
步骤S4：将第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液作为淡化液注入第二电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.05％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L2％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，条件浓、淡水流量为800L/h，极水流量为500L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至30V，保持电流密度在80～150A/m2左右，脱盐处理至电导率为150～500us/cm时关闭电渗析装置，得到第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液,耗时85min。
步骤S5：将所述第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液结晶，将晶体与母液分离、干燥，得到苯丙氨酸晶体，所述结晶过程中pH为5.74，温度为2℃，结晶与母液可采用过滤的方式分离，结晶采用气流干燥的方式干燥，得到苯丙氨酸制品。
第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液处理液分析：苯丙氨酸含量为11.81％,苯丙氨酸的回收率为94％，铵盐含量为300mg/L，磷酸盐含量为263mg/L，钙盐含量为18mg/L，镁盐含量为102mg/L，脱盐率为95.6％。
实施例2：步骤S1：将200L苯丙氨酸发酵液通过聚偏氟乙烯膜进行超滤过滤，得到苯丙氨酸超滤清液。具体工艺条件为：超滤过滤操作压力为0.3Mpa。苯丙氨酸超滤清液电导率为34329us/cm，苯丙氨酸含量为12.56％，铵盐含量为8.8g/L，磷酸盐含量为4.2g/L，钙盐含量为0.2g/L，镁盐含量为2g/L。
步骤S2：调节所述苯丙氨酸超滤清液的pH至6.0。
步骤S3：取20L苯丙氨酸超滤清液作为淡化液注入第一电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.03％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L2％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，调节浓、淡水流量为1350L/h，极水流量为900L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至50V，保持电流密度在100～150A/m2左右，脱盐处理至电导率为5820us/cm时关闭电渗析装置，得到第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液，耗时42min。
步骤S4：将第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液作为淡化液注入第二电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.03％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L2％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，条件浓、淡水流量为1300L/h，极水流量为900L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至35V，保持电流密度在80～150A/m2左右，脱盐处理至电导率为150～500us/cm时关闭电渗析装置，得到第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液，耗时80min。
步骤S5：将所述第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液结晶，将晶体与母液分离、干燥，得到苯丙氨酸晶体，所述结晶过程中pH为5.78，温度为5℃，结晶与母液可采用过滤的方式分离，结晶采用气流干燥的方式干燥，得到苯丙氨酸制品。
第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液处理液分析：苯丙氨酸含量为12.31％,苯丙氨酸的回收率为97.2％，铵盐含量为310mg/L，磷酸盐含量为221mg/L，钙盐含量为20mg/L，镁盐含量为121mg/L，脱盐率为95.6％。
实施例3：步骤S1：将200L苯丙氨酸发酵液通过聚偏氟乙烯膜进行超滤过滤，得到苯丙氨酸超滤清液。具体工艺条件为：超滤过滤操作压力为0.3Mpa。苯丙氨酸超滤清液电导率为34329us/cm，苯丙氨酸含量为12.56％，铵盐含量为8.8g/L，磷酸盐含量为4.2g/L，钙盐含量为0.2g/L，镁盐含量为2g/L。
步骤S2：调节所述苯丙氨酸超滤清液的pH至7.0。
步骤S3：取20L苯丙氨酸超滤清液作为淡化液注入第一电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.08％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L5％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，调节浓、淡水流量为1500L/h，极水流量为1100L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至60V，保持电流密度在100～200A/m2左右，脱盐处理至电导率为5200us/cm时关闭电渗析装置，得到第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液，耗时38min。
步骤S4：将第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液作为淡化液注入第二电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.08％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L5％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，条件浓、淡水流量为1500L/h，极水流量为1100L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至40V，保持电流密度在80～150A/m2左右，脱盐处理至电导率为150～500us/cm时关闭电渗析装置，得到第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液,耗时78min。
步骤S5：将所述第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液结晶，将晶体与母液分离、干燥，得到苯丙氨酸晶体，所述结晶过程中pH为5.8，温度为8℃，结晶与母液可采用过滤的方式分离，结晶采用气流干燥的方式干燥，得到苯丙氨酸制品。
第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液处理液分析：苯丙氨酸含量为11.93％,苯丙氨酸的回收率为95.1％，铵盐含量为320mg/L，磷酸盐含量为217mg/L，钙盐含量为15mg/L，镁盐含量为165mg/L，脱盐率为95.3％。
实施例4
步骤S1：将200L苯丙氨酸发酵液通过聚偏氟乙烯膜进行超滤过滤，得到苯丙氨酸超滤清液。具体工艺条件为：超滤过滤操作压力为0.3Mpa。苯丙氨酸超滤清液电导率为34329us/cm，苯丙氨酸含量为12.56％，铵盐含量为8.8g/L，磷酸盐含量为4.2g/L，钙盐含量为0.2g/L，镁盐含量为2g/L。
步骤S2：调节所述苯丙氨酸超滤清液的pH至6.0。
步骤S3：取20L苯丙氨酸超滤清液作为淡化液注入第一电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.03％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L2％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，调节浓、淡水流量为1350L/h，极水流量为900L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至50V，保持电流密度在100～150A/m2左右，脱盐处理至电导率为5820us/cm时关闭电渗析装置，得到第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液，耗时42min。
步骤S4：将第一批苯丙氨酸电渗析浓缩液作为淡化液注入两台第二电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.03％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L2％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，条件浓、淡水流量为1300L/h，极水流量为900L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至35V，保持电流密度在80～150A/m2左右，脱盐处理至电导率为150～500us/cm时关闭电渗析装置，得到第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液，耗时40min。
步骤S5：将所述第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液结晶，将晶体与母液分离、干燥，得到苯丙氨酸晶体，所述结晶过程中pH为5.78，温度为5℃，结晶与母液可采用过滤的方式分离，结晶采用气流干燥的方式干燥，得到苯丙氨酸制品。
第二批苯丙氨酸电渗析浓缩液处理液分析：苯丙氨酸含量为12.31％,苯丙氨酸的回收率为97.2％，铵盐含量为310mg/L，磷酸盐含量为221mg/L，钙盐含量为20mg/L，镁盐含量为121mg/L，脱盐率为95.6％。
对比例1：
步骤S1：将200L苯丙氨酸发酵液通过聚偏氟乙烯膜进行超滤过滤，得到苯丙氨酸超滤清液。具体工艺条件为：超滤过滤操作压力为0.3Mpa。苯丙氨酸超滤清液电导率为34329us/cm，苯丙氨酸含量为12.56％，铵盐含量为8.8g/L，磷酸盐含量为4.2g/L，钙盐含量为0.2g/L，镁盐含量为2g/L。
步骤S2：调节所述苯丙氨酸超滤清液的pH至6.0。
步骤S3：取20L苯丙氨酸超滤清液作为淡化液注入第一电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.03％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L2％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，调节浓、淡水流量为1350L/h，极水流量为900L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至50V，保持电流密度在100～150A/m2左右，脱盐处理至电导率为150～500us/cm时关闭电渗析装置，得到苯丙氨酸电渗析浓缩液，耗时185min。
苯丙氨酸电渗析浓缩液处理液分析：苯丙氨酸含量为10.80％,苯丙氨酸的回收率为85.98％，铵盐含量为302mg/L，磷酸盐含量为201mg/L，钙盐含量为25mg/L，镁盐含量为131mg/L，脱盐率为95.1％。
对比例2：
步骤S1：将200L苯丙氨酸发酵液通过聚偏氟乙烯膜进行超滤过滤，得到苯丙氨酸超滤清液。具体工艺条件为：超滤过滤操作压力为0.3Mpa。苯丙氨酸超滤清液电导率为34329us/cm，苯丙氨酸含量为12.56％，铵盐含量为8.8g/L，磷酸盐含量为4.2g/L，钙盐含量为0.2g/L，镁盐含量为2g/L。
步骤S2：调节所述苯丙氨酸超滤清液的pH至6.0。
步骤S3：取20L苯丙氨酸超滤清液作为淡化液注入第二电渗析装置的淡水室中，浓水室初始溶液为20L0.03％NaSO4溶液，极水室初始溶液为10L2％NaSO4溶液。启动浓水泵、淡水泵和极水泵，调节浓、淡水流量为1350L/h，极水流量为900L/h，并保持浓水室、淡水室和极水室压力平衡；调节膜堆电压至50V，保持电流密度在100～150A/m2左右，脱盐处理至电导率为150～500us/cm时关闭电渗析装置，得到苯丙氨酸电渗析浓缩液，耗时215min。
苯丙氨酸电渗析浓缩液处理液分析：苯丙氨酸含量为10.80％,苯丙氨酸的回收率为88.98％，铵盐含量为342mg/L，磷酸盐含量为251mg/L，钙盐含量为22mg/L，镁盐含量为125mg/L，脱盐率为95.2％。
本发明采用电渗析工艺处理苯丙氨酸发酵液的能耗较低，单位体积的电耗约为6kwh/m3,对苯丙氨酸发酵液中无机盐的去除率大于95％,苯丙氨酸的纯度可达98％，减轻了下游精致工艺的负担，且损失率小于5％。
本发明采用两种电渗析装置同时运行，两种电渗析装置所选择的膜的种类不同，第一电渗析装置的离子交换膜选择半均相膜，所述半均相膜的孔隙率较大，除盐的速率较快，第二电渗析装置的离子交换膜选择均相膜，所述均相膜更加致密孔隙率相对较小，对浓度较低的盐溶液处理效果更好，同时可有效避免电渗析过程中的浓差极化现象，减少对电渗析装置的损伤提高除盐效率。相比使用同一种膜一段除盐，整个生产周期缩短了至少60min，且损失率降低了至少7％。且根据第一电渗析装置的生产周期，可以配置至少1台第二电渗析装置，例如当配置两台第二电渗析装置时，第二电渗析工段的周期可以降低为40min左右，第一第二电渗析装置同时生产，可以使得原120～130min左右的生产周期缩短至40min，大大提高了生产效率，同时第二电渗析装置中浓水室中的溶液可回收用于中第一电渗析装置的浓水室中的溶液，实现一个废水的循环套用。
整个过程工艺控制简单易行，处理过程不产生固体废渣，产生的废水可以回收用于发酵工艺的生产，不会造成环境污染，是一种适宜推广应用的工艺方法。
上述实施例这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将苯丙氨酸的发酵料液通过超滤膜进行超滤，得到苯丙氨酸超滤清液；
步骤S2：调节所述苯丙氨酸的超滤清液的pH至5.0～7.0；
步骤S3：将所述超滤清液注入第一电渗析装置中，控制第一淡水室、第一浓水室和第一极室的流量保证所述三室之间压力平衡，调节第一膜堆电压，将所述超滤清液在恒定的电流密度下电渗析处理，当所述超滤清液的电导率为5000～6000us/cm时结束，得到第一批苯丙氨酸电渗析的浓缩液；
步骤S4：将所述浓缩液注入第二电渗析装置中，控制第二淡水室、第二浓水室和第二极室的流量保证所述三室之间压力平衡，调节第二膜堆电压，将所述浓缩液在恒定的电流密度下电渗析处理，当所述浓缩液的电导率为150～500us/cm时结束，得到第二批苯丙氨酸电渗析的浓缩液；
步骤S5：将步骤S4中得到的浓缩液结晶，将晶体与母液分离、干燥，得到苯丙氨酸晶体。
2.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，步骤S1中，所述超滤过程中的压力为0.15～0.80MPa。
3.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，步骤S1中,所述超滤膜材料为纤维丝及其衍生物、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，步骤S3中，所述第一淡水室的流量为1.20～1.50m3/h，所述第一浓水室的流量为1.20～1.50m3/h，所述第一极水室的流量为0.80～1.20m3/h。
5.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，步骤S3中，所述膜堆电压为40～60V，所述电流密度为100～200A/m2。
6.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，所述第一电渗析装置包括第一阴阳离子交换膜，所述第二电渗析装置包括第二阴阳离子交换膜，所述第一阴阳离子交换膜的孔隙率大于所述第二阴阳离子交换膜，所述第一阴阳离子交换膜为半均相膜，所述第二阴阳离子交换膜为均相膜，所述第二电渗析装置可以为一个或多个。
7.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，步骤S4中，所述第二淡水室的流量为0.80～1.0m3/h，所述第二浓水室的流量为0.80～1.0m3/h，所述第二极水室的流量为0.50～0.80m3/h。
8.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，步骤S4中，所述膜堆电压为30～40V，所述电流密度为80～150A/m2。
9.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，步骤S5中，所述结晶过程中pH为5.75～5.80，温度为0～10℃。
10.根据权利要求1所述的一种去除苯丙氨酸发酵液中无机盐的方法，其特征在于，步骤S4中第二浓水室中的浓水液回收用于步骤S3中第一浓水室中的浓水液，步骤S3中第一浓水室中的浓水液回收用于苯丙氨酸的发酵生产。
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