专利名称：一种谷氨酸发酵提取工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物发酵领域，具体涉及一种谷氨酸发酵提取工艺。
背景技术：
谷氨酸是世界上第一大氨基酸产品，产量为氨基酸总生产量的53%，是日用调味品的主体，同时作为重要原料广泛应用于重要化学品、医药品、保健食品和其他氨基酸制品的生产中。1964年，我国应用发酵法生产谷氨酸获得成功。迄今为止，国内已全部采用发酵法生产谷氨酸。近十年来，国内谷氨酸发酵行业不断应用新技术创新发酵工艺，使谷氨酸发酵水平大幅度提高。但国内采用温敏强制发酵工艺生产L-谷氨酸的生产水平与国际同行业尚有差距。现有谷氨酸生产菌主要是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中的细菌。这四个属在细菌的分类系统中彼此比较接近。短杆菌属隶属于短杆菌科 (Brevikicteriaceae)，而棒状杆菌属、小杆菌属及节杆菌属则都隶属于棒状杆菌科 (Corynebacteriaceae)。短杆菌科和棒状杆菌科均属于真细菌目中的革兰氏染色阳性、无芽孢杆菌及有芽孢杆菌的一大类。国内采用温敏强制发酵生产谷氨酸工艺行业平均产酸水平在140g/L，平均转化率为58%，单位消耗淀粉1. 45吨/吨谷氨酸；国外温敏强制发酵工艺进行谷氨酸的强制发酵，产酸水平在180g/L左右，转化率65%以上，单位消耗淀粉1. 25吨/吨谷氨酸。因此，急需开发新的温敏强制发酵生产谷氨酸工艺。国内谷氨酸工业的谷氨酸提取工艺，经历了从“一步冷冻等电工艺”向“冷冻等电加离子交换工艺”，以及“浓缩等电加转晶工艺”演变的发展过程，目前，产业界谷氨酸提取工艺以冷冻等电加离子交换工艺为主，浓缩等电加转晶工艺次之。冷冻等电加离子交换工艺与一步冷冻等电工艺比较，优点是提取收率高，达 94-95%。缺点是物耗高，提取吨谷氨酸消耗液氨120Kg，硫酸850Kg ；成品谷氨酸中硫酸根离子含量高易超标；高浓度废水排放量较发酵液体积增加60%左右，还额外产生30 40 吨C0Dcr3000 4000mg/L的中浓度树脂洗涤水。浓缩等电加转晶工艺未采用离子交换技术，优点是硫酸、液氨消耗低，排放高浓废水总量小。缺点是收率低，最高仅88% ；其次，带菌浓缩后等电得到的结晶谷氨酸质量差， 必须通过“转晶”步骤以提高纯度，增加了工艺步骤。在谷氨酸发酵行业快速发展的同时，也带来了较大的环境污染问题，每年的CODcr 排放总量110万吨，占全国总排放量的20%左右。因此，实现谷氨酸行业的清洁生产是发酵行业健康稳定发展的重中之重。
发明内容
本发明针对现有技术谷氨酸发酵提取工艺收率低、污染大的缺陷，提供一种谷氨酸发酵提取工艺，包含以下步骤步骤1 取谷氨酸生产菌的发酵液，用金属膜进行微滤，滤液备用；步骤2 用浓硫酸调节滤液pH为3. 2 5. 0，加入活性炭进行脱色处理；步骤3 加硫酸调节pH为5. 4-5. 6后进行浓缩得到发酵浓缩液；步骤4 取步骤3所得发酵浓缩液降低温度和PH值至晶核形成，投放谷氨酸晶种后加硫酸，至PH为3. 22-3. 27、温度为45°C 士0. 5°C保持，使晶体析出；步骤5 将步骤4所得谷氨酸晶液经拉冷降温进行分离。作为优选，步骤1所述金属膜孔径为40nm 80nm，截留分子量为1500 4000道尔顿。金属膜进行微滤，可除去菌体蛋白等杂质，澄清的滤液为谷氨酸发酵液；所述金属膜采用金属膜分离系统，其孔径为40nm 80nm，截留分子量1500 4000MW，pH范围0_14， 操作温度为0-80°C，操作压差为0. 1-1. OMPa0在具体实施例中，本发明提供温度敏感型谷氨酸生产菌为菌株F-209，出发菌种为天津棒杆菌T613。本发明所述温度敏感型谷氨酸生产菌的发酵条件为pH值7. 0-7. 2，培养基初糖浓度为80g/L，培养基残糖维持浓度为20 30g/L，发酵初温32°C -37°C。菌株CN1021的培养基配方为葡萄糖 80g/L,玉米浆 40mL/L, Κ2ΗΡ044· 5g/L，MgSO4 · 7H20 1. 5g/L，VB1400 μ g/ L, FeSO4 · 7H2030mg/L, MnSO4 · H2030mg/L，尿素 5. 5g/L。作为优选，步骤2所述活性炭加入量为发酵液体积的0. -0.3%，脱色温度为 30 70°C，时间为40-60分钟。步骤3所述浓缩为浓缩至波美度为18 20Β ，优选为三效浓缩。作为优选，步骤4所述所述谷氨酸晶种为α -型谷氨酸晶种；晶种投放量是发酵浓缩液重量的0. 3% -0. 4%，投放晶种温度在30°C -32°C。作为优选，步骤5所述分离采用卧式螺旋卸料沉降离心机进行分离。在本发明的具体实施方式
中，所述拉冷降温是将含析出α-型晶体的晶浆液送入等电拉冷罐，养晶降温，即投入梯度降温控制系统，每小时降低1.5-2°C，搅拌降温控制时间夏季20 24hr、冬季18 20hr，出料温度6 10°C。当温度降至6 10°C时，采用卧式螺旋卸料沉降离心机对谷氨酸晶液进行分离。卧式螺旋卸料沉降离心机分离谷氨酸后产生的清母液，可直接经步骤1处理循环使用，或经四效浓缩后，加入硫酸进行水解，转化成合格的水解液，水解液经板框压滤机过滤后，得到过滤好的滤清水解液，可循环用于等电流加工艺。本发明吸取国内提取技术及高浓废水治理技术的优点而摈弃其缺点，实现高收率、高质量、低物耗及资源综合利用等优势的集成，构建了谷氨酸提取无废低耗工艺，实现了 L-谷氨酸的清洁生产，本发明所述工艺谷氨酸提取总收率> 93 %，成本低，不消耗离子交换所需的硫酸和液氨，未额外产生工艺废水。
图1示本发明所述谷氨酸发酵提取工艺的流程图。
具体实施例方式本发明公开了一种谷氨酸发酵提取工艺，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。按照本发明，所述的谷氨酸发酵提取工艺如图1所示，包含以下步骤步骤1 取谷氨酸生产菌的发酵液，用金属膜进行微滤，滤液备用；步骤2 用浓硫酸调节滤液pH为3. 2 5. 0，加入活性炭进行脱色处理；步骤3 加硫酸调节pH为5. 4-5. 6后浓缩得到发酵浓缩液；步骤4 取步骤3所得发酵浓缩液降低温度和PH值至晶核形成，投放谷氨酸晶种后加硫酸，至PH为3. 22-3. 27，温度为45°C 士0. 5°C保持使晶体析出；步骤5 将步骤4所得谷氨酸晶液经拉冷降温进行分离得到谷氨酸晶体。由于谷氨酸生产菌菌体细胞小，难于沉降，离心法能耗大，操作繁杂，速度慢，投资大。膜分离技术是近年来发展较快的一门新兴高效分离技术，在分离、浓缩和纯化生物活性物质方面得到了广泛的应用。在具体实施例中，步骤1所述金属膜孔径为40nm 80nm，截留分子量为1500 4000道尔顿。金属膜进行微滤，可除去菌体蛋白等杂质，得到澄清的谷氨酸发酵液和菌体浓缩液，菌体浓缩液可加入适量水后继续过滤，混入发酵液中循环使用；所述金属膜采用金属膜分离系统，其孔径为40nm 80nm，截留分子量1500 4000MW。在具体实施例中，步骤2所述活性炭加入量为谷氨酸发酵液体积的0. ；脱色温度为30 70°C，时间为40-60分钟。在具体实施例中，步骤3所述浓缩为浓缩至波美度为18 20Β ，优选为三效浓缩。按照本发明，步骤4所述所述谷氨酸晶种为α -型谷氨酸晶种；所述晶种重量是发酵浓缩液的0. 3%，投放晶种温度在30°C -32°C。本发明步骤5所述拉冷降温是将含析出α -型晶体的晶浆液送入拉冷罐，养晶降温，即投入梯度降温控制系统，每小时降低1. 5-20C，当温度降至6 10°C时，再把经降温后谷氨酸液进行分离，等电拉冷罐梯度降温控制温降1 1. 5°C /h，搅拌降温控制时间夏季20 Mhr、冬季18 20hr，出料温度6 10°C。卧式螺旋卸料沉降离心机，简称卧螺分离机，是利用离心沉降原理分离悬浮液中固液相的设备，它主要用于完成固液相有密度差的悬浮液的固相脱水，液相澄清，粒度分级，浓缩等工艺过程。在重力场中，在装有轻、重两种液体以及固相颗粒的混合液的容器中， 由于重力作用，静置一段时间后，会出现分层现象，比重最大的固体颗粒会下沉到容器最底部，最上面为轻相液体，在二者之间是重相液体。当混合液体进入离心机转鼓并随转鼓高速旋转起来后，这个分层过程由于离心力场的作用，会比在重力场作用下的过程大几千倍的速度加快进行，分离因数就是重力加速度的倍数，一般不大于3000G。在本发明的具体实施例中，卧式螺旋卸料沉降离心机进料流量9 13m/h，固液比 28 32%，温度6 10°C。作为优选，拉冷降温分离谷氨酸后产生的清母液或直接经步骤1处理循环使用，或经四效浓缩后，加入硫酸进行水解，转化成合格的水解液，水解液经板框压滤机过滤后， 得到过滤好的滤清水解液，可替代硫酸循环用于等电流加工艺。下面结合实施例，进一步详细阐述本发明实施例1 谷氨酸生产菌发酵选谷氨酸温度敏感型菌株F_209(出发菌种为天津棒杆菌T6i;3)正常发酵，发酵条件为PH值7. 0-7. 2，培养基初糖浓度为80g/L，培养基残糖维持浓度为20 30g/L，发酵初温 32°C -37 °C。所述温度敏感型谷氨酸生产菌的培养基配方为葡萄糖80g/L，玉米浆40mL/L， Κ2ΗΡ044· 5g/L, MgSO4 · 7Η201· 5g/L, VB1400 μ g/L, FeSO4 · 7H20 30mg/L, MnSO4 · H2030mg/L，尿素 5. 5g/L。实施例2 膜过滤分离菌体、脱色、浓缩处理取谷氨酸生产菌的发酵液用金属膜进行膜过滤，所述金属膜孔径为40nm 80nm， 截留分子量为1500 4000道尔顿。金属膜进行微滤，可除去菌体蛋白等杂质，得到澄清的谷氨酸发酵液和菌体浓缩液，菌体浓缩液可加入适量水后继续过滤，混入发酵液中循环使用；所述金属膜采用金属膜分离系统，其PH范围0-14，操作温度为0-80°C，操作压差为0. 1-1. OMPa0将过滤后得到的谷氨酸发酵液用浓硫酸调节pH为3. 2 5. 0，加入活性炭进行脱色处理；所述活性炭加入量为谷氨酸发酵液体积的0. 1% ；脱色温度为30 70°C，时间为 40-60分钟。取经膜过滤、脱色处理的发酵液用加硫酸调节pH为5. 4-5. 6后进行浓缩，得到波美度为18 20Β 的发酵浓缩液，所述浓缩优选为三效浓缩。实施例3 等电流加步骤等电流加工艺是一边连续流加发酵浓缩液，一边流加硫酸，使溶液处于饱和状态析出晶体的一个连续过程。取经膜过滤、脱色、浓缩处理的发酵液放入连续等电罐内，当料液至下层搅拌时开搅拌，同时打开降温阀当液位达到一定时开始缓慢中和，PH值和温度缓慢下降，随着pH的变化，不断观察晶核形成情况，当发现液体里有晶核生成时，立即投放一定量的晶种，晶种必须α -型，加晶种重量是料液的0. 3%，加晶种温度控制在30°C左右，加晶种后放慢加酸速度。温度随PH值变化而变化，但不能回升，起晶到一定数量新晶体后，停止加酸，开始育晶，育晶2小时后继续加酸降温至终点pH3. 22 3. 27。底料做好后，开始进发酵浓缩液流加硫酸，温度慢慢回升(流量控制在6-8m3/h，温度每小时0. 7-l°C，一直流加硫酸至温度要求值45°C 士0. 5°C保持不变，流量控制8-lOm3/ h，pH值始终保持3. 22 3. 27，使溶液处于饱和状态析出晶体。实施例4 拉冷分离步骤将实施例3中从连续等电罐底部析出谷氨酸晶液经拉冷降温进行分离。所述拉冷降温是将含析出α-型晶体的晶浆液送入等电拉冷罐，养晶降温，即投入梯度降温控制系统，每小时降低1. 5-2°C，搅拌降温控制时间夏季20 24hr、冬季18 20hr，出料温度 6 10°C。当温度降至6 10°C时，采用卧式螺旋卸料沉降离心机对谷氨酸晶液进行分离， 卧式螺旋卸料沉降离心机进料流量9 13m3/h，固液比28 32%，出料温度6 10°C，得到谷氨酸晶体。卧式螺旋卸料沉降离心机分离谷氨酸后产生的清母液，经四效浓缩后，加入硫酸进行水解，转化成合格的水解液，水解液经板框压滤机过滤后，得到过滤好的滤清水解液， 可循环用于等电流加工艺。实施例5 本发明所述谷氨酸发酵提取工艺与现有工艺对比表1、技术指标对比
指标新工艺国内平均水平国际平均水平谷氨酸酸产率％18. 114. 018. 0糖酸转化率％6558. 065. 0淀粉单耗t/t (谷氨酸)1. 251. 451. 25表2、技术指标对比
指标新工艺国内平均水平国际平均水平耗水量m3/t (谷氨酸)0. 8106耗电量kwh/t (谷氨酸)400520400耗汽量m3/t (谷氨酸)2. 632. 6氮污废水m3/t (谷氨酸)0140实施例6 本发明所述谷氨酸发酵提取工艺与现有的浓缩等电转晶生产工艺对比本项目以1吨发酵液理论谷氨酸为提取对象，因提取收率不同导致谷氨酸产量和辅料消耗不同，最终表现为生产成本变动。本发明所述谷氨酸发酵提取工艺与浓缩等电工艺的收率、消耗及生产成本差异见表3。表3、两种提取工艺的技术指标、物耗及经济分析
项目单价元“屯本发明所述工艺浓缩等电工艺差值金额 (元)谷氨酸提取收率/93%88%5%/谷氨酸精制收率/125% *125%0%/谷氨酸产量80001.1631.10.063504硫酸消耗13500.420.450.034权利要求
1.一种谷氨酸发酵提取工艺，其特征在于，包含以下步骤步骤1 取谷氨酸生产菌的发酵液，用金属膜进行微滤，滤液备用；步骤2 用浓硫酸调节滤液PH为3. 2 5. 0，加入活性炭进行脱色处理；步骤3 加硫酸调节pH为5. 4-5. 6后进行浓缩得到发酵浓缩液；步骤4 取步骤3所得发酵浓缩液降低温度和pH值至晶核形成，投放谷氨酸晶种后加硫酸，至PH为3. 22-3. 27、温度为45°C 士0. 5°C保持，使晶体析出；步骤5 将步骤4所得谷氨酸晶液经拉冷降温进行分离得到谷氨酸晶体。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤1所述金属膜孔径为40nm 80nm， 截留分子量为1500 4000道尔顿。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤2所述活性炭加入量为谷氨酸发酵液体积的 0. -0.3%。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤2所述脱色温度为30 70°C，时间为40-60分钟。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤3所述发酵浓缩液为波美度为18 20Be。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤4所述所述谷氨酸晶种为α-型谷氨酸晶种。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤4所述晶种投放量是发酵浓缩液重量的 0. 3% -0. 4%。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤4所述投放晶种温度在30°C-320C0
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤5所述分离采用卧式螺旋卸料沉降离心机进行分离。
全文摘要
本发明涉及生物发酵领域，具体公开了一种谷氨酸发酵提取工艺，所述工艺包含以下步骤取谷氨酸生产菌的发酵液，用金属膜进行微滤，滤液备用；用浓硫酸调节滤液pH为3.2～5.0，加入活性炭进行脱色处理；加硫酸调节pH为5.4-5.6后浓缩得到发酵浓缩液；降低发酵浓缩液温度和pH值至晶核形成，投放晶种后加硫酸，保持pH为3.22-3.27、温度为45℃±0.5℃，析出α-型晶体；将所得谷氨酸晶液经拉冷降温进行分离得到谷氨酸晶体。本发明所述工艺谷氨酸提取总收率≥93％，不消耗离子交换所需的硫酸和液氨，也无额外产生的工艺废水，成本低，实现高收率、高质量、低物耗及资源综合利用的集成。
文档编号C07C229/24GK102372645SQ201010251229
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者何君, 刘增超, 刘森芝, 王爱军 申请人:梅花生物科技集团股份有限公司