专利名称：一种l-苯丙氨酸提纯工艺的制作方法
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发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种产品成品率高、生产成本低且清洁生 产的L-苯丙氨酸提纯エ艺。该发明的技术方案为ー种L-苯丙氨酸提纯エ艺，其包括以下步骤1)将浓度为 3%-7%的L-苯丙氨酸发酵液通过水泵送入陶瓷膜系统中进行膜分离处理，处理后去除发酵 液中的菌丝体，将澄清的苯丙氨酸透过陶瓷膜，得到陶滤液；在菌丝体残留液中添加纯水进 行透析，当菌丝体残留液中苯丙氨酸含量<0. 5%，陶瓷膜过程结束，去除残留液；2)将步骤1得到的陶滤液送入离子交換系统进行离子交換处理，处理后得到苯丙 氨酸料液和残液；3)将上述制备得到的苯丙氨酸料液送入超滤系统进行超滤处理，当残留液中苯丙 氨酸含量<0. 2%，去除残留液，得到苯丙氨酸液；4)将上述制得的苯丙氨酸液送入纳滤系统进行脱色处理，循环洗滤后，当残留液 中苯丙氨酸含量<0.1%，去除残留液，得到苯丙氨酸溶液；5)最后将步骤4)制备得到的苯丙氨酸溶液用反滲透系统进行浓缩处理，当苯丙氨 酸浓度不小于3. 0%时，进入蒸发系统；透过液中苯丙氨酸残留<0. 01%，作为纯水回用至生 产エ艺，浓缩液经冷却离心后转变成固体苯丙氨酸，L-苯丙氨酸溶液提纯完成。所述的苯丙氨酸发酵母液主要由碳源糖类，如大米、玉米、甘蔗汁、葡萄、薯类，和 氮源蛋白质类，如大豆、鱼，水，菌体，酵母膏等物质通过发酵产生的；在步骤(1)前发酵母 液达到下述指标苯丙氨酸含量3-7% ；pH :1-5。所述L-苯丙氨酸提纯エ艺步骤1)中，陶瓷膜系统包括陶瓷膜及辅助设备，选用的 陶瓷膜孔径为40-60纳米，陶瓷膜材料由氧化锆、氧化铝、氧化钛复合而成。陶瓷膜的处理 方法为将L-苯丙氨酸发酵母液通过离心泵送入陶瓷膜系统，其中，透过液进入后续处理 步骤，浓缩液则返回发酵液原料罐。当浓缩液体积为原液体积的十五分之一时，往原料罐添 加纯水进行透析，使得浓缩液中苯丙氨酸残留液随着纯水透过，纯水添加速度与透过液透 过速度相同，当浓缩液苯丙氨酸残留含量<0. 5%吋，透析结束，陶瓷膜处理结束。浓缩液可 经板框过滤后作为饲料出售。所述L-苯丙氨酸提纯エ艺的步骤2)中，离子交換系统中选用的树脂为732型号 树脂、大孔树脂、螯合树脂中的任意一种，离子交換过程为将处理后得到的陶滤液送入离 子交換系统，在离交柱中速度为5-8m/h，吸附饱和后，采用浓度为1-3N氨水作为洗脱剂，从 洗脱液入ロ以5-8m/h进入连续离子交換系统进行洗脱，将料液入ロ、洗脱液入ロ、料液出 ロ及残液出口沿着流动方向进行周期变换，处理后，得到去除部分蛋白杂质的苯丙氨酸料 液及残液，料液进入后续处理步骤，其中残液(即废水)排入厂区废水处理系统。所述L-苯丙氨酸提纯エ艺的步骤3)中，所述超滤系统的膜组件采用中空纤维膜 片，超滤膜的材料为聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯睛、聚丙烯、聚氯乙烯中的任意ー种，即截 留分子量5000-6000道尔顿的材料均可；pH环境为3-11；超滤处理的方法为将制备得到 的苯丙氨酸料液通过水泵送入超滤膜，去除蛋白后的透过液进入后续处理步骤，而浓缩液 则返回到原料罐，当浓缩液体积为原液体积的十五分之一时，往原料罐添加纯水进行透析， 使得浓缩液中苯丙氨酸残留液随着纯水透过，纯水添加速度与透过液透过速度相同，当浓 缩液苯丙氨酸残留含量<0.洲吋，透析结束，超滤处理结束；处理后料液中蛋白质及糖分的残留率<5%。所述レ苯丙氨酸提纯エ艺的步骤4)中，纳滤系统的膜组件采用卷式膜组件，纳滤 膜小时材料为聚酰胺、聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素中的任意一种，即截留分子量800-1000 道尔顿的材料均可ゅ！！环境为7-10 ；纳滤处理的方法为将步骤4得到的苯丙氨酸澄清液 通过水泵加压送入纳滤膜，经纳滤膜得到去除色素后的透过液进入后续处理步骤，而浓缩 液则回流至原料罐，当浓缩液体积为原液体积的十五分之一时，往原料罐添加纯水进行透 析，使得浓缩液中苯丙氨酸残留液随着纯水透过，纯水添加速度与透过液透过速度相同，当 残留液中苯丙氨酸含量<0. 1%时，纳滤处理结束。所述L-苯丙氨酸提纯工艺的步骤5)中，所述的反渗透系统包括反渗透膜和辅助 设备，反渗透膜的截留分子量为50-100道尔顿，将经过纳滤处理的苯丙氨酸液通过加压送 入反渗透膜，其中产水(即透过液)可作为工艺用水回用至生产，浓缩液则控制苯丙氨酸含 量>3. 0%后，进入多效蒸发系统。上述得到浓缩液经多效蒸发系统进一步浓缩后，将料液中苯丙氨酸浓缩至5%，放 流至结晶罐进行冷却结晶，冷却至35度、冷却2小时后，冷却至室温，排入离心机进行离心， 离心机1500-2000印!^，离心半小时，离心后得到成苯丙氨酸晶体，L-苯丙氨酸溶液提纯完 成，经检测固体含水率<1% ；离心母液则返回至陶瓷膜进行处理。本发明采用陶瓷膜系统、超滤(皿)系统、纳滤(顺)系统、反渗透(肌)系统组成的 组合膜工艺，以下对各处理系统做进一步的描述1、陶瓷膜系统无机陶瓷膜分离技术是基于多孔陶瓷介质的筛分效应而进行的物质分离技术，采 用高效的“错流”过滤方式，使流体达到分离浓缩和纯化的目的。无机陶瓷膜耐高温，可实 现在线消毒；化学稳定性好，能抗微生物降解。对于有机溶剂、腐蚀气体和微生物侵蚀表现 良好的稳定性。机械强度高，耐高压，有良好的耐磨、耐冲刷性能；孔径分布窄，分离性能好， 渗透量大，可反复清洗再生，使用寿命长，保证其使用三年，为此其应用领域正在日益扩大。陶瓷膜系统的优点在于技术工艺简单，操作方便，具有自动化程度高、劳动强度 低、生产效率高、性能稳定、工程投资少和设备占地小等。陶瓷膜系统的主要特点如下1、采用多通道陶瓷膜，通道内径4讓，适用于高固含 量的颗粒处理；2、错流过滤具有高切向流速，可降低膜表面的浓差极化现象。维持高的膜渗 透通量；3、抗污染强、再生恢复方便。化学稳定性好，耐强酸、强碱、大多数化学品的腐蚀； 4、具有不对称的孔结构，有效的克服膜污染；孔径分布窄、分离效率高；5、专有的排渣系统 便于快速将高浓度的母液排除陶瓷膜装置，清洗程序简单，清洗时间短，清洗用水量少，母 液处理成本低；6、分离过程简单，能耗低，操作运转简单，设备占地面积小，现场清洁卫生； 7、陶瓷膜使用寿命长(大于5年)。2、超滤(皿)系统超滤系统包括输送泵、超滤装置等设备。超滤膜分离技术具有占地面积小、料液净 化效果好、自动化程度高等特点。本系统采用特制高分子材质的中空纤维，其表面活化层致 密，具有耐压、耐污染、易清洗、使用寿命长等特点，且能长期保证清液的澄清度，对胶体、悬 浮颗粒、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。超滤装置采用错流过滤自动运行方式。清洗采用定期化学清洗的方式，最大限度地恢复膜通量。主要特点1)中空纤维外表面活化层孔隙率高，故纤维单位面积量大；2)切割分子量准确，分离效率高；3)中空纤维强度高，内压式分离膜技术，采用化学清洗，最大限度地恢复膜通量件；4)能耗低；5)操作和维护简单。3、纳滤(即)系统本工艺中提纯的较关键技术是一种环境友好型的水处理技术一纳滤，纳滤膜脱 色系统承担苯丙氨酸解析液除蛋白、脱色等的任务。经离子交换树脂解析下来超滤后的原 液进入纳滤膜脱色提纯系统，蛋白、色素以及一些大分子有机杂质被纳滤膜截留在浓缩液 侦牝苯丙氨酸随水进入透过液侧被分离出来，实现解析液的提纯精制。该纳滤膜脱色系统采用改进的膜材料，创造了具有优异的化学物理稳定性、耐久 性，以及高产水量、对苯丙氨酸低截留率和对蛋白、色素高截留性能的膜元件，通过增加膜 袋的片数，缩短进水流道的长度，增大进水隔网的宽度，不仅拥有更高的水通量，而且可以 减少有机物及微生物在膜表面的吸附，具有更强的耐污染能力。利用多年项目中膜分离技术应用的经验，选择的纳滤膜具有较高的透过速度和蛋 白、色素截留性能。该系统采用的纳滤膜元件，具有透过速度快、机械强度好、抗污染性能好 等特点，其优点在于1)、该种膜元件通过增加膜袋的片数，缩短进水流道的长度，增大进水隔网的宽 度，不仅拥有更高的水通量，而且可以减少有机物及微生物在膜表面的吸附，具有更强的耐 污染能力。2)、通过对膜材料的改进，创造了具有优异的化学物理稳定性、耐久性、以及高产 水量和高色素及蛋白截留性能的膜元件。3)、膜片表面更光滑、更耐污染，膜片的电荷性更适合于处理苯丙氨酸料液。4、反渗透(肋)系统本发明采用膜浓缩系统部分代替传统的蒸发预浓缩苯丙氨酸解析液。膜分离过程 是利用膜的选择透过性而使不同的物质得到分离，它具有无相变、分离效率高、可在常温下 进行、无化学变化、节能、设备简单、卫生程度和自动化程度高等优点。经常用于食品、化工、 药物的脱色、分离提纯。膜浓缩的成本约为蒸发的1/10 1/20，而且由于常温运行，尤其适 合于热敏性的食品、药品和生物制品等的预浓缩，与蒸发系统相比在节能和保留有效成分 等方面优势明显。主要特点1、抗污染性强，采用化学清洗通量恢复性好；2、对苯丙氨酸具有高截留率；3、操作简便，占地面积小；4、透过液可回用到生产，形成良好的循环体系。本发明的有益效果采用陶瓷膜系统、超滤(UF)系统、纳滤(NF)系统、反渗透(R0)系统组成的组合膜エ艺，具有下列优点，I、エ艺组合合理。本发明中首先采用陶瓷膜エ艺 进行菌体的去除，再采用离子交換去除绝大部分杂质，采用膜技术部分替代传统エ艺对苯 丙氨酸解析液进行澄清、脱色，预浓缩，在降低能耗、提高产品收率、品质等方面无疑优势明 显。解析液含有较多的悬浮物、色素，蛋白，胶体物质，为保证最终产品品质，本发明先采用 切割分子量为6000的超滤膜对料液进行澄清，去除大分子量的蛋白和胶体，再采用特种纳 滤膜对料液进行脱色处理，去除大部分色素、小蛋白等，提高料液的透光度，脱色液进入纳 滤膜浓缩系统进行预浓缩，浓缩到过饱和的苯丙氨酸料液送入后续エ艺结晶提取。整个エ 艺形成清洁化生产，操作简便，易维护管理，占地面积小，有效的提高企业的市场竞争力和 社会形象。2、降低投资和运行成本。对于苯丙氨酸发酵母液，利用膜分离技术分离高效、常温 运行、无相变等节能特点，采用膜分离技术代替传统活性炭、板框过滤、蒸发等，大大提高成 品率，减小占地面积，降低能耗，且水资源可重复利用。从而降低投资和运行成本。做到清 洁生产的同吋，尽可能降低投资和运行成本。3、将陶瓷膜浓缩液中的菌体适时处理，变废为宝。对于废水中的菌体，为了防止ニ 次污染，在经板框压滤后，对其再进行干燥，由于其含丰富的蛋白质、糖分及其他营养体，可 作为饲料外卖，产生经济效益、环境效益和社会效益。
图I为本发明エ艺流程图。
具体实施例方式以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进ー步说明。实施例一100吨苯丙氨酸含量为4. 8%的发酵液，通过水泵送入陶瓷膜系统，经过陶瓷膜过 滤，产水进入下ー步骤，浓水则回到原料罐，当原料罐剩余料液约6. 7吨时，添加纯水至原 料罐进行洗滤，纯水流速与产水流速相同，当原料罐的苯丙氨酸残留〈O. 5%时，洗滤完成， 总共得到120吨陶瓷膜过滤液及5吨含菌体和悬浮物的浓缩液；此过程中得到的浓缩液可 作饲料等副产品。将含量4%的透过液进入离子交换系统，苯丙氨酸吸附至离交柱，再采用 浓度2N的氨水洗脱，完成后得到约240吨苯丙氨酸料液，含量约为2%的产水，剰余残液、残 糖则进入废水系统，此步骤收率约为95-99%。将制得的240吨苯丙氨酸料液进入超滤澄清系统，经过超滤膜过滤，产水即透过 液进入下ー处理步骤，而浓水则回到原料罐，再原料罐中浓水剰余16吨时，添加纯水进行 洗滤，将原料罐中苯丙氨酸残留液洗至0. 15%后，将残留液作为废水排放，得到280吨，苯丙 氨酸浓度约为I. 7%超滤透过液，经计算此步骤收率97-99%。超滤透过液再进入纳滤脱色系 统，经过纳滤膜脱色，产水即透过液进入下ー处理步骤，而浓水则回到原料罐，再原料罐中 浓水剩余18. 7吨时，添加纯水进行洗滤，将原料罐中苯丙氨酸残留液洗至〈O. 1%后，将残留 液作为废水排放，得到300吨，苯丙氨酸浓度约为I. 6%脱色后纳滤透过液纳滤脱色处理后， 经检测透光率可达到70%以上(430nm)，且该单元过程中苯丙氨酸的回收率可达97-99%。纳 滤透过液则进入反滲透系统进行浓缩，通过反渗透浓缩，将300T，I. 6%的脱色后苯丙氨酸料液浓缩至3%，得到155T浓缩160液，产水透过液(其中苯丙氨酸含量〈0. 1%)则作为纯水 回用至生产工艺。浓缩液进入蒸发系统蒸发至5%-8%结晶掉了，冷却室温2小时后排入离 心机进行离心，得到苯丙氨酸纯度>98%的苯丙氨酸晶体。整个步骤完成。总收率为每一个 步骤的收率相乘得出，约为93%。实施例2 100T苯丙氨酸含量为6%的发酵液，通过水泵送入陶瓷膜系统，经过陶瓷膜过滤， 产水进入下一步骤，浓水则回到原料罐，当原料罐剩余料液7T时，添加纯水至原料罐进行 洗滤，纯水流速与产水流速相同，当原料罐的苯丙氨酸残留〈0. 5%时，洗滤完成，总共得到 120T陶瓷膜过滤液及5T浓缩液，该浓缩液可作饲料等副产品。产水中的苯丙氨酸含量为 5%。苯丙氨酸透过液进入离子交换系统，将苯丙氨酸吸附至离交柱，再采用浓度为1N的氨 水进行洗脱，完成后得到240T苯丙氨酸料液，苯丙氨酸含量为2. 5%的产水，废水则进入废 水系统，经计算此步骤收率为96%。将制备得到的240T苯丙氨酸料液进入超滤澄清系统，经过超滤膜过滤，产水即透 过液进入下一处理步骤，而浓水则回到原料罐，再原料罐中浓水剩余16T时，添加纯水进行 洗滤，将原料罐中苯丙氨酸残留液洗至〈0. 2%后，将残留液作为废水排放，得到280T，苯丙 氨酸浓度为1. 7%超滤透过液，经计算步骤收率98%。超滤透过液再进入纳滤脱色系统，经过 纳滤膜脱色，产水即透过液进入下一处理步骤，而浓水则回到原料罐，再原料罐中浓水剩余 18. 7顿时，添加纯水进行洗滤，将原料罐中苯丙氨酸残留液洗至〈0. 1%后，将残留液作为废 水排放，得到300T，苯丙氨酸浓度为1. 6%脱色后纳滤透过液，经计算此步骤收率97%。纳滤 透过液则进入反渗透系统进行浓缩，通过反渗透浓缩，将300T，1. 6%的脱色后苯丙氨酸料 液浓缩至3%，得到160T浓缩液，产水透过液(其中苯丙氨酸含量〈0. 1%)则作为纯水回用至 生产工艺。浓缩液进入蒸发系统蒸发至5%，冷却2小时后排入离心机进行离心，得到苯丙 氨酸纯度>98%的苯丙氨酸晶体。整个步骤完成。总收率为每一个步骤的收率相乘得出，为 92%。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任 何未脱离本发明技术方案内容，根据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修 改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
权利要求
1.一种L-苯丙氨酸提纯工艺，其特征在于包括以下步骤 1)将浓度为3%-7%的L-苯丙氨酸发酵液通过水泵送入陶瓷膜系统中进行膜分离处理，处理后去除发酵液中的菌丝体，将澄清的苯丙氨酸透过陶瓷膜，得到陶滤液；在菌丝体残留液中添加纯水进行透析，当菌丝体残留液中苯丙氨酸含量〈O. 5%，陶瓷膜过程结束，去除残留液； 2)将步骤I得到的陶滤液送入离子交换系统进行离子交换处理，处理后得到苯丙氨酸料液和残液； 3)将上述制备得到的苯丙氨酸料液送入超滤系统进行超滤处理，当残留液中苯丙氨酸含量〈O. 2%，去除残留液，得到苯丙氨酸液； 4)将上述制得的苯丙氨酸液送入纳滤系统进行脱色处理，循环洗滤后，当残留液中苯丙氨酸含量〈O. 1%，去除残留液，得到苯丙氨酸溶液； 5)最后将步骤4制备得到的苯丙氨酸溶液用反渗透系统进行浓缩处理，当苯丙氨酸浓度不小于3. 0%时，进入蒸发系统；透过液中苯丙氨酸残留〈O. 01%，作为纯水回用至生产工艺，浓缩液经冷却离心后转变成固体苯丙氨酸，L-苯丙氨酸溶液提纯完成。
2.根据权利要求I所述的L-苯丙氨酸提纯工艺，其特征在于步骤I中，陶瓷膜系统包括陶瓷膜及辅助设备，选用的陶瓷膜孔径为40-60纳米，陶瓷膜材料由氧化锆、氧化铝、氧化钛复合而成；陶瓷膜的处理方法为将L-苯丙氨酸发酵母液通过离心泵送入陶瓷膜系统，其中，不含悬浮物、菌丝体的透过液进入后续处理步骤，而含悬浮物、菌丝体的浓缩液则返回发酵液原料罐；当浓缩液体积为原液体积的十五分之一时，往原料罐添加纯水进行透析，使得浓缩液中苯丙氨酸残留液随着纯水透过，纯水添加速度与透过液透过速度相同，当浓缩液苯丙氨酸残留含量〈O. 5%时，透析结束，陶瓷膜处理结束。
3.根据权利要求I所述的L-苯丙氨酸提纯工艺，其特征在于步骤2中，离子交换系统中选用的树脂为732型号树脂、大孔树脂、螯合树脂中的任意一种，离子交换过程为将处理后得到的陶滤液送入离子交换系统，在离交柱中速度为5-8m/h，吸附饱和后，采用浓度为1-3N的氨水作为洗脱剂从洗脱液入口以5-8m/h进入连续离子交换系统进行洗脱，从料液入口、洗脱液入口、料液出口及残液出口沿着流动方向进行周期变换，处理后，得到去除部分蛋白杂质的苯丙氨酸料液及残液，料液进入后续处理步骤，其中残液废水排入厂区废水处理系统。
4.根据权利要求I所述的L-苯丙氨酸提纯工艺，其特征在于步骤3中，所述超滤系统的膜组件采用中空纤维膜片，超滤膜的材料为聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯晴、聚丙烯、聚氯乙烯中的任意一种；pH环境为3-11 ;超滤处理的方法为将制备得到的苯丙氨酸料液通过水泵送入超滤膜，去除蛋白后的透过液进入后续处理步骤，浓缩液则返回到原料罐，当浓缩液体积为原液体积的十五分之一时，往原料罐添加纯水进行透析，使浓缩液中苯丙氨酸残留液随着纯水透过，纯水添加速度与透过液透过速度相同，当浓缩液苯丙氨酸残留含量〈O. 2%时，透析结束，超滤处理结束。
5.根据权利要求I所述的L-苯丙氨酸提纯工艺，其特征在于步骤4中，所述纳滤系统的膜组件采用卷式膜组件，纳滤膜的材料为聚酰胺、聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素中的任意一种；PH环境为7-10 ;纳滤处理的方法为将步骤4得到的苯丙氨酸澄清液通过水泵加压送入纳滤膜，经纳滤膜得到去除色素后的透过液进入后续处理步骤，浓缩液则回流至原料罐，当浓缩液体积为原液体积的十五分之一时，往原料罐添加纯水进行透析，使得浓缩液中苯丙氨酸残留液随着纯水透过，纯水添加速度与透过液透过速度相同，当残留液中苯丙氨酸含量〈O. 1%时，纳滤处理结束。
6.根据权利要求I所述的L-苯丙氨酸提纯工艺，其特征在于步骤5中，所述的反渗透系统包括反渗透膜和辅助设备，将经过纳滤处理的苯丙氨酸液加压送入反渗透膜，其中透过液作为工艺用水回用至生产，浓缩液则控制压强苯丙氨酸含量>3. 0%后，进入多效蒸发系统。
7.根据权利要求6所述的L-苯丙氨酸提纯工艺，其特征在于所述的浓缩液经多效蒸发系统进一步浓缩后，将料液中苯丙氨酸浓缩至5%，放流至结晶罐进行冷却结晶，冷却至35度、冷却2小时后，冷却至室温，排入离心机进行离心，离心机1500-2000rpm，离心后得到成苯丙氨酸晶体，L-苯丙氨酸溶液提纯完成；离心母液则返回至陶瓷膜进行重复处理。
全文摘要
本发明涉及一种L-苯丙氨酸提纯工艺，包括以下步骤将L-苯丙氨酸发酵液分别进行陶瓷膜膜分离处理、离子交换系统进行离子交换处理、超滤处理、纳滤处理，循环洗滤后，当残留液中苯丙氨酸含量<0.1%，去除残留液，得到苯丙氨酸溶液。本发明的有益效果工艺组合合理、降低投资和运行成本；将陶瓷膜浓缩液中的菌体适时处理，变废为宝。
文档编号C07C229/36GK102659612SQ201210145248
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者李嘉, 楼永通 申请人:杭州蓝然环境技术有限公司