专利名称：一种提取酸性氨基酸的新方法
技术领域：
本发明涉及一种从酸性氨基酸发酵液中提取氨基酸的新方法。
本发明所称酸性氨基酸主要包括谷氨酸和天冬氨酸。
本说明书中所称的发酵液为酸性氨基酸发酵液，主要包括谷氨酸发酵液和天冬氨酸发酵液。
目前从发酵液中提取酸性氨基酸的方法有盐酸盐法、锌盐法、等电结晶法、等电结晶离子交换法，其中后两者较为经济实用。经检索，与本发明相关的专利有(1)USP3325539号专利和JP285537号专利，其核心均为发酵液全部经过强酸性阳离子交换树脂回收氨基酸;
(2)JP419135号专利，其内容为发酵液以弱酸性阳离子交换树脂脱氨，然后以强酸性阳离子交换树脂交换谷氨酸;
(3)JP257063号专利，其核心是以弱碱性阴离子交换树脂从发酵液中吸附谷氨酸;
(4)B.P.1201823号专利，其核心是离子交换法从等电结晶母液中回收氨基酸，用新鲜发酵液直接洗脱，谷氨酸的平均收率达86.7%;
(5)CN1031527A号专利，其实质是用氨型强酸性阳离子交换树脂吸附等电母液中的谷氨酸。
等电结晶法提取谷氨酸一般需将发酵液冷却到4℃左右，PH调整到3.2等电结晶，结晶收率为70～80%。该法设备投资小，但能耗大，收率低。
传统的等电结晶-离子交换法提取谷氨酸是将含谷氨酸的发酵液在常温下进行等电结晶，剩余的含量在1.3%左右的谷氨酸结晶母液用氢型强酸性阳离子交换树脂交换，NaOH或NH4OH洗脱，树脂用盐酸再生，恢复至氢型，水洗，再重新上柱交换谷氨酸。该法虽然可提高总收率到85%左右，但需耗大量的酸、碱及热水和树脂，大大提高了生产成本，因而也不利于大规模推广使用。
本发明的目的在于克服上述现行方法的不足，提供一种既收率高，又能耗小，且离子柱不用碱洗脱，效益显著的酸性氨基酸提取新方法-双循环法。
本发明的工艺过程如附图
所示，其中T1为第1组脱色柱，用于发酵液的初步脱色;R为弱酸性阳离子柱组，用来去除脱色液中的无机阳离子;G为等电结晶罐;X为电渗析装置;T2为第Ⅱ组脱色柱，用来对结晶母液进一步脱色;Q1为第Ⅰ组强酸性阳离子柱，用来除尽残余无机阳离子;Q2为第Ⅱ组强酸性阳离子柱，用于回收酸性氨基酸;D为多分部贮存洗脱液容器，一般由3-12个组成;K为控制开关。
上述的两组脱色柱T1、T2、弱酸性阳离子柱R和两组强酸性阳离子柱Q1、Q2，每组均由2～4个同类柱共同组成;脱色柱T1、T2的脱色材料可以是颗粒活性炭或脱色树脂;第Ⅱ组脱色柱T2和第Ⅰ组强酸性阳离子柱Q1依次置于结晶罐G和回收酸性氨基酸的第Ⅱ组强酸性阳离子交换柱Q2之间。
将经过絮凝离心预除过菌体的发酵液，或未经处理的带菌发酵液，注入第Ⅰ组脱色柱T1初步脱色，得到脱色液。脱色液经过弱酸性阳离子交换柱R将大部分无机阳离子除掉，使流入结晶罐G的发酵液PH值在3-5之间;此发酵液再与经第Ⅱ组强酸阳离子柱Q2洗脱的、含高浓度酸性氨基酸、低浓度强酸的头段洗脱液混合，调节开关流量使混合液中的PH值达到等电结晶点时即在等电结晶罐G中结晶。这一结晶过程可以是连续等电结晶也可以是分批等电结晶。结晶母液经第Ⅱ组脱色柱T2脱色后，进入第Ⅰ组强酸性阳离子柱Q1进一步除去残余无机阳离子，然后进入第Ⅱ组强酸性阳离子柱Q2用氢型强酸性阳离子交换树脂交换吸附酸性氨基酸。
当交换树脂被氨基酸饱和时，用多分部容器中的洗脱液洗脱并在中段补加强酸，在尾段补加水，当树脂用水洗至PH值1-7后，即可重新上柱进行第二次交换。在每一循环的洗脱液中，头段强酸浓度低，氨基酸浓度高，直接排入等电结晶罐G中，中尾段则排入一组贮液容器D中分段保存。在中段酸浓度降低处的容器中补加强酸到约含强酸1-6N，在后部容器中对尾段洗脱液补加水后用于下一轮交换-洗脱循环。由此在Q2与D之间形成了双循环法的第一个循环。
将洗脱被氨基酸饱和的树脂时流出的含有低浓度强酸、高浓度氨基酸的头段洗脱液在等电结晶罐G中与经弱酸阳离子柱组R预除过无机阳离子的发酵液中和至等电结晶点时结晶;结晶母液再经第Ⅱ组脱色柱T2、第Ⅰ组强酸性阳离子柱Q1进入第Ⅱ组强酸性阳离子柱用氢型强酸性阳离子树脂交换后，用强酸进行洗脱，头段洗脱液再直接返回等电结晶罐G中用于中和发酵液。由此在结晶罐G与第组强酸性阳离子柱Q2之间形成了双循环法的第二个循环。
等电结晶母液经过上述第Ⅱ组强酸性阳离子交换柱Q2交换回收酸性氨基酸后，流出PH值在1～2的废酸液，可将它引入预除无机阳离子的弱酸性阳离子柱R对其进行再生。
当弱酸性阳离子柱R流出的发酵液PH值上升至5+0.5时，用水洗、废酸洗，然后用少量强酸再生。含部分酸性氨基酸的水洗液流入第二根弱酸性阳离子柱，水洗至第一根柱无氨基酸时，分离第一根柱，第一根柱转入用强酸性阳离子柱Q2流出的废酸液洗后，再用少量强酸洗脱再生。
待第Ⅰ组强酸性阳离子柱Q1充分被无机阳离子饱和后，用水洗净酸性氨基酸，分离柱子，用强酸再生。
用电渗析器X将第Ⅰ组强酸阳离子柱Q1流出的头段洗脱盐液和弱酸性阳离子柱R下来的洗脱盐液电渗析为强酸和碱，其中强酸用于再生弱酸柱R，碱用于洗脱脱色柱T1和T2。
如果为了减少设备投资，可以用未经处理的带菌发酵液直接上柱，并可进一步省略脱色柱T1和T2。为避免菌体堵塞柱体，所有柱体一律用逆上柱方法从柱下方注入发酵液或洗脱液，进样完成后用清水漂去菌体即可。
本发明的优点在于使用本方法较之目前常用的等电结晶-离子交换法，生产成本大大降低，总体效率大大提高。由于预除了无机阳离子，强酸性阳离子柱的效率大为提高，单位体积树脂的酸性氨基酸吸附量可提高一倍以上;同时离子柱不再用碱洗脱，而直接用强酸洗脱，最后只用少量水洗至PH值为1-7即可用于第二次交换，使洗脱和再生一步完成，与原工艺的碱洗脱-水洗-酸再生-水洗-上柱相比，周期大大缩短，成本大大降低;另外，所用洗脱液是循环使用，强酸浓度是低-高-低渐变，因而树脂破碎损失可大量减少。
本发明可使酸性氨基酸的总收率达95%左右，高于国内外水平。，国内大厂采用等电结晶-离子交换法的总收率为78-85%，英国专利的总收率为86.7%。
采用本发明的强酸用量比传统的等电结晶法少约10%。这是因为弱酸阳离子柱R的再生效率极高，可用第Ⅱ组强酸阳离子柱Q2排放的废酸液初步再生，加之本发明采取了循环洗脱方法，基本无酸的排放浪费。若用电渗析法回收一部分酸碱，则所用酸量还能降低许多。
本发明无强酸强碱排放，对环境没有污染。
权利要求
1.一种通过等电结晶-离子交换从酸性氨基酸发酵液中提取酸性氨基酸的新方法，其特征是采用了以下双循环方法(1)在强酸性阳离子柱Q2中用氢型强酸性阳离子交换树脂交换等电结晶母液，当该树脂被氨基酸饱和后用强酸液洗脱，然后再用水洗至树脂的PH值为1-7时，即可重新上柱用于第二次交换；而头段洗脱液直接排入等电结晶罐G中，中端和尾段洗脱液则分段保存在多个贮存容器D内，在中段洗脱液中补充强酸，在尾段洗脱液中补加水后依次进入下一轮被氨基酸饱和的强酸性阳离子柱Q2，再次用来洗脱被酸性氨基酸饱和的交换树脂。(2)将上述头段洗脱液与预除过无机阳离子的发酵液在等电结晶罐G中进行常温等电结晶；结晶母液则流入强酸性阳离子柱Q2中用氢型强酸性阳离子树脂交换后进行洗脱，其头段洗脱液再直接送入等电结罐晶G用于下次发酵液进行等电结晶。
2.依照权利要求1所述的提取酸性氨基酸的双循环方法，其特征在于将回收酸性氨基酸的强酸性阳离子柱Q2中排出的PH值为1～2的废酸液，用于再生预除无机阳离子的弱酸性阳离子柱R。
3.依照权利要求1所述的提取酸性氨基酸的双循环方法，其特征在于结晶母液在流向强酸性阳离子柱Q2过程中，依次被一组由活性炭或吸附树脂组成的脱色柱T2进行脱色和一组强酸性阳离子柱Q1进一步去除无机阳离子后，再进入回收酸性氨基酸的强酸性阳离子柱Q2中进行交换。
4.依照权利要求1，2，3所述的提取酸性氨基酸的双循环法，其特征在于弱酸性阳离子柱R、脱色柱T1和T2、进一步去除无机阳离子的强酸性阳离子柱Q1及回收酸性氨基酸的强酸性阳离子柱Q2，都是由2-4个同类柱为一组组成的。
全文摘要
一种适于工业生产提取酸性氨基酸的双循环方法，主要包括结晶母液用氢型强酸性阳离子树脂交换。并用强酸和水洗脱，洗脱液的头段进入结晶罐与预除过无机阳离子的发酵液中和，进行常温等电结晶，结晶母液再用氢型强酸性阳离子树脂交换；洗脱液的中段和尾段分别补充强酸和水，并存于多个容器内备下一循环洗脱上柱用。本发明与现有技术相比，具有收率高、能耗小、离子柱不用碱洗脱和生产成本低等显著优点。
文档编号C12P13/04GK1092404SQ93102819
公开日1994年9月21日 申请日期1993年3月15日 优先权日1993年3月15日
发明者吴健, 戴桂馥 申请人:河南省基础及应用科学研究所, 郑州大学