CN113968794A

CN113968794A - 一种分离纯化谷氨酰胺的工艺方法

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Publication number: CN113968794A
Application number: CN202111467920.0A
Authority: CN
Inventors: 王碧; 洪永德; 范超; 阮超; 刘军; 陈剑彬; 吴文忠
Original assignee: Innobio Corp ltd
Current assignee: Innobio Corp ltd
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2022-01-25

Abstract

本发明公开了一种从发酵液中分离提取L‑谷氨酰胺的工艺，其包括：陶滤微滤、脱色、加入试剂I、浓缩、结晶、洗晶、干燥等步骤。其中，所述试剂I选自3‑乙酰吡啶、(2,2,6,6‑四甲基‑4‑哌啶基)‑1,3‑苯二酰胺、2,6‑二叔丁基吡啶、N‑甲基‑N‑乙烯基乙酰胺中的至少一种。所述试剂I增加了L‑谷氨酰胺热稳定性，耐酸碱的稳定性；杂质不易析出，大大提高产品收率；同时试剂I的用量为ppm级，不会残留在产品中。该工艺不使用离子交换步骤，节省酸、碱，减少废水、废液。产品纯度99.0％以上，且产品收率90％以上。具有良好的工业化应用前景。

Description

一种分离纯化谷氨酰胺的工艺方法

技术领域

本发明涉及涉及生物化工领域，具体涉及一种谷氨酰胺分离提取的工艺方法。

背景技术

L-谷氨酰胺(L-glutamine,L-Gln)是有L-谷氨酸的γ-羧基酰胺化成的一种氨基酸，化学名2,5-二氨基-5-氧代戊酸，相对分子质量146.15，分子式：C5H10N2O3，是构成蛋白质的基本氨基酸之一。谷氨酰胺是白色斜方晶体或结晶性粉末；无臭，有微甜味，大约于185℃熔化并分解，结晶状态下稳定，溶于水，难溶于甲醇、乙醇、丙酮和乙酸乙酯等有机溶剂。等电点为5.65。

谷氨酰胺除参与蛋白质合成外，其酰胺氮可作为氮源，参与核酸和糖蛋白等合成，与组织生长和修补有密切的关系。医学研究表明，人体谷氨酰胺缺乏将引发多种疾病，谷氨酰胺的补充对肌体各种机能有广泛而重要的影响。谷氨酰胺有多种功能，如增强免疫功能、维护酸碱平衡、增加细胞体积、增强肌肉细胞蛋白质合成等。谷氨酰胺在医药领域的用途主要有以下方面：(1)用于治疗运动综合征和高强度劳动或运动后的疲劳恢复；(2)重建免疫***(用于烧伤、艾滋病、关节炎等的治疗和康复)；(3)治疗肝脏疾病和恢复肝脏功能；(4)减少癌症治疗中化疗和放射性治疗的副作用；(5)治疗腹部溃疡、阶段性回肠炎、过敏性肠炎、溃疡等；(6)广泛用于维持大脑功能，治疗弱智、癫痫、帕金森综合征、肌肉萎缩和酒精中毒。

目前，谷氨酰胺的生产工艺主要有三种，即化学合成法、发酵法和酶转化法。其中发酵法是现今工业生产谷氨酰胺的主要方法。离子交换法是分离提纯采用的主要方法。因为发酵液中存在着菌体、谷氨酸、蛋白质、糖类、无机盐等杂质，故通常是先对发酵液进行预处理(过滤、离心等)，调节pH值，通过阴阳离子交换树脂柱进行分离，再对流出液进行浓缩结晶得到谷氨酰胺晶体。但采用离子交换方法树脂用量大，酸碱消耗多，并且L-谷氨酰胺遇热以及酸碱不稳定。在强酸性条件下会分解产生谷氨酸，收率会大大降低。此外，离子交换法酸碱废液容易造成环境污染。因此研究者在预处理方面提出了超滤、絮凝、电渗析等方法及其组合形式。除了用离子交换的方法，采用纳滤膜进行分离是目前研究的热点。主要是利用筛分效应以及离子与荷电膜之间的Donnan效应。纳滤膜法没有酸碱废水，但其成本相对较高，而且鉴于技术问题在其放大上有一定的困难。因此，本领域亟需一种新的技术解决L-谷氨酰胺提取工艺中的问题。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供一种从发酵液中分离提取L-谷氨酰胺的工艺方法。该方法不使用离子交换步骤，节省酸、碱；大幅度减少了废水、废液的排放。在分离过程中，加入特定试剂，使得L-谷氨酰胺稳定性增高，提高产品收率。

本发明提供了一种从发酵液中分离提取L-谷氨酰胺的工艺，其包括：微滤、脱色、加入试剂I获得混合液；浓缩、结晶、洗晶、干燥等步骤。所述的试剂I选自3-乙酰吡啶、(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,3-苯二酰胺、2,6-二叔丁基吡啶、N-甲基-N-乙烯基乙酰胺中的至少一种。

进一步地，所述的试剂I在混合液中的浓度为10～1000ppm；更优选的，所述的试剂I在混合液中的浓度为150-250ppm。进一步地，所述加入试剂I的步骤后还调节溶液的pH至5.2～6.0；更为优选的pH为5.65。所述调节pH的酸选用盐酸、磷酸、硫酸或硝酸，优选用盐酸或硫酸，最优选用盐酸。

进一步地，所述微滤步骤包括：调节pH6.5～7.5后的发酵液经滤膜过滤，收集滤过液。

进一步地，所述微滤步骤中，使用孔径0.2～0.5μm的滤膜对发酵液进行过滤，优选的滤膜选自陶瓷膜、玻璃膜、聚四氟乙烯膜、混合纤维素膜中的至少一种；最优选的孔径是0.3μm～0.45μm。

进一步地，所述微滤步骤的温度为15～30℃，压力为1.5～2.0MPa。

进一步地，所述脱色步骤包括：加入滤过液质量0.02～2wt％的脱色剂进行除杂脱色，所述脱色剂选自活性白土、粉末活性炭中的至少一种；更优选的，所述脱色剂加入量为滤液质量的0.1～0.5wt％。

进一步地，所述减压浓缩步骤包括：在-0.08～-0.098Mpa的真空度，且50～75℃温度下，对混合液进行减压浓缩，按照浓缩后液体中的固含量计算，浓缩至浓缩液质量为固含量的2.25倍～3.5倍。

进一步地，所述结晶步骤包括：在0～25℃下，搅拌结晶至少2h，搅拌速率50～200rpm，过滤；最优选3～5℃，搅拌结晶至少2h，搅拌速率100～150rpm。

进一步地，所述洗晶步骤包括：将过滤后的晶体，加入1～4倍重量的40％～95％乙醇，搅拌洗晶至少20min，过滤；最优选2倍晶体重量的95％乙醇滤。

进一步地，所述真空干燥步骤包括：在-0.08～-0.098Mpa的真空度下干燥，得到99.0％以上纯度的L-谷氨酰胺。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本申请的技术方案是在浓缩结晶时加入试剂I，增加了L-谷氨酰胺热稳定性，耐酸碱的稳定性；L-谷氨酰胺发酵液中的谷氨酸杂质不易析出，相比之下浓缩更易分离得到L-谷氨酰胺，大大提高产品收率；同时避免了在浓缩结晶过程中，调pH过程等影响L-谷氨酰胺的收率；且试剂I的用量为ppm级，在最后洗晶工艺中，可以被乙醇直接洗涤干净，不会残留在产品中。本发明提供的工艺不使用离子交换步骤，节省酸、碱，大幅度减少了废水、废液的排放。最后产品品质高，纯度98.0％以上，且产品收率90％以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但应当理解本发明的保护范围并不受实施例的限制。本发明中，除非另有其他明确说明，否则百分比、百分含量均以质量计。如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从商业途径购买。

实施例1

取L-谷氨酰胺发酵液1L，L-谷氨酰胺含量60.3g。经孔径0.3μm的陶瓷膜对发酵液进行过滤，***的温度为25℃，压力为1.5MPa。微滤清液加入0.5％的活性炭，搅拌脱色30min，过滤。脱色液中，加入200ppm的3-乙酰基吡啶，常温搅拌30min，混匀。盐酸调节pH至5.65，在-0.098Mpa的真空度，且75℃温度下减压浓缩至脱色液固含量的2.5倍。收集浓缩液，在4℃下，搅拌结晶，搅拌速率100rpm；过滤，过滤晶体加入2倍95％乙醇洗晶30min，过滤，真空干燥最终获得L-谷氨酰胺55.8g，收率92.0％，纯度99.7％。

实施例2

取L-谷氨酰胺发酵液1L，L-谷氨酰胺含量60.3g。经孔径0.3μm的陶瓷膜对发酵液进行过滤，***的温度为25℃，压力为1.5MPa。微滤清液加入0.5％的活性炭，搅拌脱色30min，过滤。脱色液中，加入100ppm的3-乙酰基吡啶，常温搅拌30min，混匀。盐酸调节pH至5.65，在-0.098Mpa的真空度，且75℃温度下减压浓缩至脱色液固含量的2.5倍。收集浓缩液，在4℃下，搅拌结晶，搅拌速率100rpm；过滤，过滤晶体加入2倍95％乙醇洗晶30min，过滤，真空干燥最终获得L-谷氨酰胺50.5g，收率82.1％，纯度98.1％。

实施例3

取L-谷氨酰胺发酵液1L，L-谷氨酰胺含量60.3g。经孔径0.3μm的陶瓷膜对发酵液进行过滤，***的温度为25℃，压力为1.5MPa。微滤清液加入0.5％的活性炭，搅拌脱色30min，过滤。脱色液中，加入500ppm的3-乙酰基吡啶，常温搅拌30min，混匀。盐酸调节pH至5.65，在-0.098Mpa的真空度，且75℃温度下减压浓缩至脱色液固含量的2.5倍。收集浓缩液，在4℃下，搅拌结晶，搅拌速率100rpm；过滤，过滤晶体加入2倍95％乙醇洗晶30min，过滤，真空干燥最终获得L-谷氨酰胺54.0g，收率89.0％，纯度99.4％。

实施例4

取L-谷氨酰胺发酵液1L，L-谷氨酰胺含量60.3g。经孔径0.3μm的陶瓷膜对发酵液进行过滤，***的温度为25℃，压力为1.5MPa。微滤清液加入0.5％的活性炭，搅拌脱色30min，过滤。脱色液中，加入200ppm的3-乙酰基吡啶，常温搅拌30min，混匀。盐酸调节pH至5.65，在-0.098Mpa的真空度，且75℃温度下减压浓缩至脱色液固含量的2.5倍。收集浓缩液，在4℃下，搅拌结晶，搅拌速率100rpm；过滤，过滤晶体加入2倍40％乙醇洗晶30min，过滤，真空干燥最终获得L-谷氨酰胺51g，收率94.1％，纯度99.4％。

对比例1

专利CN106434781B实施例工艺路线：发酵液–微滤–絮凝–等电点沉降–再次絮凝–清液浓缩，等电点结晶；结果：收率88.6％，纯度99.1％。

专利CN104745666 B实施例工艺路线：发酵液–微滤–一次结晶–复溶、强酸阳离子交换、弱碱阴离子交换、弱酸阳离子交换-活性炭脱色-单效低温浓缩-5℃结晶10h；结果：收率67％，纯度98％。

专利CN102924321B实施例工艺路线：发酵液–微滤–浓缩、7℃结晶10h-0.5倍水洗–复溶、阳、阴离子交换–纳滤–脱色–二次结晶10℃、10h结果：收率64％，纯度99.1％。

对比例2

取三组L-谷氨酰胺发酵液作平行实验，各组均为1L，且L-谷氨酰胺含量分别为61.7g、63.1g、60.3g。分别经孔径0.3μm的陶瓷膜对发酵液进行过滤，***的温度为25℃，压力为1.5MPa。微滤清液加入0.5％的活性炭，搅拌脱色30min，过滤。三组脱色液中，均不加入试剂I。常温搅拌30min，混匀。盐酸调节pH至5.65，在-0.098Mpa的真空度，且75℃温度下减压浓缩至脱色液固含量的2.5倍。收集浓缩液，在4℃下，分别搅拌结晶，搅拌速率100rpm；分别过滤，过滤晶体加入2倍95％乙醇洗晶30min，过滤，真空干燥最终获得L-谷氨酰胺，分别称量后计算收率，收率分别为68.2％、65.9％、67.7％，经检测，纯度分别为93％，95％，97.0％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种从发酵液中分离提取L-谷氨酰胺的工艺，其特征在于，其包括如下步骤：微滤、脱色、加入试剂I获得混合液、浓缩、结晶；所述的试剂I选自3-乙酰吡啶、(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,3-苯二酰胺、2,6-二叔丁基吡啶、N-甲基-N-乙烯基乙酰胺中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的试剂I在混合液中的浓度为10～1000ppm。

3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述的试剂I在混合液中的浓度为150-250ppm。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述加入试剂I的步骤后还调节溶液的pH至5.2～6.0。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述微滤步骤包括：将发酵液调节pH6.5～7.5后，经孔径0.2～0.5μm的滤膜过滤，收集滤过液。

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述的滤膜选自陶瓷膜、玻璃膜、聚四氟乙烯膜、混合纤维素膜中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述脱色步骤包括：加入滤过液质量0.02～2wt％的脱色剂进行除杂脱色，所述脱色剂选自活性白土和/或粉末活性炭。

8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述脱色剂加入量为滤液质量的0.1～0.5wt％。

9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述减压浓缩步骤包括：在-0.08～-0.098Mpa的真空度，且50～75℃温度下，对混合液进行减压浓缩。

10.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述结晶步骤包括：在0～25℃下，搅拌结晶至少2h，搅拌速率50～200rpm，过滤。