从l-丙氨酸发酵液中提取l-丙氨酸的方法
【专利摘要】本发明公开一种从L-丙氨酸发酵液中提取L-丙氨酸的方法，包括如下步骤：a)预处理L-丙氨酸发酵液，得到发酵液清液；b)用纳滤膜过滤发酵液清液，得到滤出液；c)滤出液加入活性炭脱色，经固液分离去除活性炭后得到脱色液；d)脱色液经减压蒸发浓缩后结晶、过滤、洗涤、干燥，即得L-丙氨酸固体。
【专利说明】从L-丙氨酸发酵液中提取L-丙氨酸的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种从L-丙氨酸发酵液中提取L-丙氨酸的方法，具体地，本发明涉及对L-丙氨酸发酵液脱色并提取L-丙氨酸的方法。
【背景技术】
[0002]L-丙氨酸是人体内的一种非必需氨基酸，目前其在医药、食品等行业有很多应用。在医药行业，L-丙氨酸是很多复合氨基酸注射液的主要成分之一，L-丙氨酸在治疗如肝病引起的蛋白质合成紊乱、糖尿病、急慢性肾功能衰竭以及对维持危急病人的营养、抢救患者的生命方面有积极的治疗作用，此外，L-丙氨酸还是合成维生素B6的重要原料；在食品行业中，L-丙氨酸作为一种营养附剂以及一种人工甜味剂，不仅可以提高食品及饮料中的蛋白质利用率，还可以改善很多人工甜味剂的味感，使甜度增效。目前L-丙氨酸生产的主要方法包括以L-天冬氨酸为底物的酶转化法以及以葡萄糖为原料的厌氧微生物发酵法等。厌氧微生物发酵法由于其原料廉价、培养基成分简单、能耗低等优点，较酶法成本更加低廉，但由于微生物发酵过程中会产生其他的代谢产物如色素、有机酸，大分子多糖与蛋白等，因此其提取过程较酶法更加复杂。目前已有报道的微生物法发酵生产L-丙氨酸的提取方法采用膜法去除菌体和一些大分子物质，再经离子交换树脂以及活性炭脱色后，减压浓缩结晶生产L-丙氨酸。采用此方法提取L-丙氨酸，步骤较为繁琐，离子交换树脂在使用后需要用酸、碱以及盐进行再生处理，不仅成本较高，而且有一定的环境污染。
【发明内容】
[0003]鉴于上述现有技术的不足，本发明采用一种物理方法对发酵液清液进行脱色处理，处理后的溶液再经活性炭脱色，减压浓缩后结晶，生产得到的L-丙氨酸的透光率在90%以上，结晶母液多次回收套以提高收率，较原有方法操作步骤更加简便、成本更低，不仅提高了收率而且减少了污水排放，更加环保。
[0004]因此本发明的目的在于提供一种从L-丙氨酸发酵液中提取L-丙氨酸的方法，包括如下步骤:
[0005]a)预处理L-丙氨酸发酵液，得到发酵液清液；
[0006]b)用纳滤膜过滤发酵液清液，得到滤出液；
[0007]c)滤出液加入活性炭脱色，经固液分离去除活性炭后得到脱色液；
[0008]d)脱色液经减压蒸发浓缩后结晶、过滤、洗涤、干燥，即得L-丙氨酸固体。
[0009]丙氨酸的发酵方法如文献报道(Xueli Zhang Kaemwich Jantama, Moore J C,等Production of L-alanine by metabolically engineered Escherichia coli[J].ApplMicrobiol Biotehnol，2007，77:355-366.中国专利申请 201110235159.8，一种高产 L-丙氨酸的XZ-A26菌株及构建方法与应用)所述,对重组大肠杆菌escherichia coli XZ-A26进行厌氧发酵培养。
[0010]根据本发明一个优选的实施方式，所述预处理步骤包括发酵完成后用截留分子量为200000的超滤膜过滤L-丙氨酸发酵液以除去菌体及大分子物质。
[0011]根据本发明一个优选的实施方式，步骤b)中所述纳滤膜的截留分子量为100道尔顿至500道尔顿，优选为150道尔顿至300道尔顿。
[0012]根据本发明另一个优选的实施方式，步骤b)中用纳滤膜过滤前，将所述发酵清液的pH调节为2.5至8.0，优选4.0至6.5。
[0013]根据本发明一个优选的实施方式，步骤c)中加入所述活性炭脱色前，将所述滤出液的pH调节为3.5至6.5，优选3.8至5.0。
[0014]根据本发明另一个优选的实施方式，步骤b)和步骤c)中调pH所用的酸为无机酸如硫酸、盐酸、磷酸；或有机酸如乙酸、草酸；优选硫酸；或其混合物。
[0015]根据本发明又一个优选的实施方式，步骤c)中加入活性炭后将滤出液的温度升至 50°C至 60°C。
[0016]根据本发明另一个优选的实施方式，步骤c)的活性炭脱色过程维持1-2小时。
[0017]为了减少提取过程中的损失，还可以把单批结晶母液以及洗涤晶体的洗液加入至下一批次的发酵液中回收套用，经多次套用后(总浓缩倍数可达60倍以上)，L-丙氨酸的平均收率可达94%。
[0018]通过本发明方法得到的L-丙氨酸透光率检测方法:取产品1.0g，加水20ml溶解后，用紫外-可见分光光度计于430nm波长处测定透光率。
【具体实施方式】
[0019]L-丙氨酸发酵液的制备:发酵液根据文献Xueli Zhang Kaemwich Jantama,Moore J C,等 Production of L-alanine by metabolically engineered Eschierichiacoli[J], Appl Microbiol Biotehnol,2007, 77:355-366 ；以及中国专利申请201110235159.8，“一种高产L-丙氨酸的XZ-A26菌株及构建方法与应用”所报道的方法制备。具体方法如下:
[0020]菌种:XZ-A26菌种保藏号 CGMCC N0.4036。
[0021 ] 种子培养基与发酵培养基组成:葡萄糖120g/L，氯化铵5g/L，NaH2P045g/L，Na2HP045g/L, MgSO4.7H201g/L, CaCl2.2H200.lg/L，微量无机盐 5ml/L，培养基 ρΗ6.5。
[0022]微量无机盐组成=FeCl3.6H201.5mg, CoCl2.6Η200.lmg, CuCl2.2Η200.lmg,ZnCl20.lmg, Na2MoO4.2Η200.lmg, MnCl2.4Η2020.2mg,蒸懼水定容至 1L,过滤除菌。
[0023]用三角瓶配置种子培养基，121°C灭菌15min后，接入XZ-A26，30°C下培养18小时。
[0024]15L发酵罐培养基体积12L，121°C灭菌15min后，接种量0.1% (V:V)，发酵温度30°C,搅拌转速lOOrprn。用氨水控制pH6.5,发酵时间48小时。
[0025]L-丙氨酸发酵液的预处理:
[0026]发酵完成后用截留分子量为200000万的超滤膜过滤L-丙氨酸发酵液以除去菌体及大分子物质。
[0027]实施例1
[0028]取发酵液4.5L，L-丙氨酸浓度108.7mg/ml,过200000分子量超滤膜后得到发酵液清液，用H2SO4调节清液pH至4.0，用截留分子量为270的纳滤膜过滤(陶氏化学，NF270-1812纳滤膜)，浓缩至300ml，加300ml去离子水顶洗，共顶洗3次。得到的滤出液用H2SO4调至pH4.0并加入活性炭10g，搅拌并升温至50°C，维持2h，抽滤去除活性炭得到脱色清液，清液于70°C下，减压浓缩至210ml，浓缩液搅拌结晶8h后，抽滤得晶体，用去离子水洗涤2次，80°C下干燥lh，得到428.2g L-丙氨酸晶体，纯度99.1 %，结晶母液与晶体洗液合并共467ml，L-丙氨酸浓度为131mg/ml。收率85.4%。透光率97.3%。
[0029]实施例2
[0030]取发酵液4.5L，L-丙氨酸浓度108.7mg/ml,过200000分子量超滤膜后得到发酵液清液，用H2SO4调节清液pH至4.0，用截留分子量为180的纳滤膜过滤(陶氏化学，NF180-1812纳滤膜)，浓缩至500ml，加500ml去离子水顶洗，共顶洗3次。滤出液用H2SO4调至PH4.0并加入活性炭11.5g，搅拌并升温至50°C，维持lh，抽滤去除活性炭得到脱色清液，清液于70°C下，减压浓缩至195ml，浓缩液搅拌结晶8h后，抽滤得晶体，用去离子水洗涤2次，80°C下干燥lh，得到430.5g L-丙氨酸晶体，纯度99.0%。结晶母液与晶体洗液合并共460ml，L-丙氨酸浓度为128mg/ml。收率88.0%。透光率98.5%。
[0031]实施例3
[0032]取发酵液4.5L，L-丙氨酸浓度108.7mg/ml,过200000分子量超滤膜后得到发酵液清液，用H2SO4调节清液pH至4.0，用截留分子量为500的纳滤膜过滤(陶氏化学，NF500-1812纳滤膜)，浓缩至300ml，加300ml去离子水顶洗，共顶洗3次。滤出液用H2SO4调至PH4.0 并加入活性炭10.5g，搅拌并升温至50°C，维持lh，抽滤去除活性炭得到脱色清液，清液于70°C下，减压浓缩至245ml，浓缩液搅拌结晶8h后，抽滤得晶体，用去离子水洗涤2次，80°C下干燥lh，得到410.9g L-丙氨酸晶体，纯度98.3%。结晶母液与晶体洗液合并共630ml，L-丙氨酸浓度为124mg/ml。收率84.0%。透光率92.1%。
[0033]实施例4
[0034]取发酵液4.5L，L-丙氨酸浓度108.7mg/ml，过200000分子量超滤膜后得到发酵液清液，用NaOH调节清液pH至7.0，用截留分子量为270的纳滤膜过滤，浓缩至300ml，加300ml去离子水顶洗，共顶洗3次。得到的滤出液用H2SO4调至pH4.0并加入活性炭10g，搅拌并升温至50°C，维持2h，抽滤去除活性炭得到脱色清液，清液于70°C下，减压浓缩至230ml，浓缩液搅拌结晶8h后，抽滤得晶体，用去离子水洗涤2次，80°C下干燥lh，得到425.3gL-丙氨酸晶体，纯度99.0%，结晶母液与晶体洗液合并共487ml，L-丙氨酸浓度为131mg/ml ο收率86.9%。透光率98.3%。
[0035]实施例5
[0036]取发酵液4.5L，L-丙氨酸浓度108.7mg/ml，过200000分子量超滤膜后得到发酵液清液，用H2SO4调节清液pH至4.0，用截留分子量为270的纳滤膜过滤，浓缩至300ml，加300ml去离子水顶洗，共顶洗3次。得到的滤出液用H2SO4调至pH3.5并加入活性炭10g，搅拌并升温至50°C，维持2h，抽滤去除活性炭得到脱色清液，清液于70°C下，减压浓缩至250ml，浓缩液搅拌结晶8h后，抽滤得晶体，用去离子水洗涤2次，80°C下干燥lh，得到426.2gL-丙氨酸晶体，纯度99.0%，结晶母液与晶体洗液合并共502ml，L-丙氨酸浓度为125.4mg/ml ο收率87.1%。透光率98.8%。
[0037]实施例6
[0038]取发酵液4.5L，L-丙氨酸浓度108.7mg/ml，过200000分子量超滤膜后得到发酵液清液，用H2SO4调节清液pH至4.0，用截留分子量为270的纳滤膜过滤，浓缩至300ml，加300ml去离子水顶洗，共顶洗3次。得到的滤出液用H2SO4调至pH5.0并加入活性炭10g，搅拌并升温至50°C，维持2h，抽滤去除活性炭得到脱色清液，清液于70°C下，减压浓缩至220ml，浓缩液搅拌结晶8h后，抽滤得晶体，用去离子水洗涤2次，80°C下干燥lh，得到420.3gL-丙氨酸晶体，纯度99.0%，结晶母液与晶体洗液合并共510ml，L-丙氨酸浓度为135mg/ml ο收率85.9%。透光率96.3%。
[0039]实施例7
[0040]取发酵液4.5L，L-丙氨酸浓度108.7mg/ml，过200000分子量超滤膜后得到发酵液清液，用H2SO4调节清液pH至4.0，用截留分子量为270的纳滤膜过滤，浓缩至300ml，加300ml去离子水顶洗，共顶洗3次。得到的滤出液用H2SO4调至pH4.0并加入活性炭10g，搅拌并升温至60°C，维持2h，抽滤去除活性炭得到脱色清液，清液于70°C下，减压浓缩至220ml，浓缩液搅拌结晶8h后，抽滤得晶体，用去离子水洗涤2次，80°C下干燥lh，得到415.9gL-丙氨酸晶体，纯度99.0%，结晶母液与晶体洗液合并共550ml，L-丙氨酸浓度为133mg/ml ο收率85.0%。透光率98.5%。
[0041]实施例8
[0042]取发酵液4.5L，L-丙氨酸浓度108.7mg/ml，加入实施例1的结晶母液与晶体洗液合并液，过200000分子量超滤膜后得到发酵液清液，用H2SO4调节清液pH至4.0，用截留分子量为270的纳滤膜过滤，浓缩至300ml，加300ml去离子水顶洗，共顶洗3次。滤出液用H2SO4调至pH4.0并加入活性炭10.3g，搅拌并升温至50°C，维持lh，抽滤去除活性炭得到脱色清液，清液于70°C下，减压浓缩至220ml，浓缩液搅拌结晶8h后，抽滤得晶体，用去离子水洗涤2次，80°C下干燥lh，得到486.0g L-丙氨酸晶体，纯度98.4%。结晶母液与晶体洗液合并共519ml，L-丙氨酸浓度为126mg/ml。收率88.1%。透光率94.7%。
[0043]实施例9:多次浓缩结晶后的母液的处理
[0044]取实施例1、2、3的浓缩结晶后的母液与洗液(L-丙氨酸浓度约为128mg/ml，棕黑色，粘稠)1550mL，用去离子水稀释I倍后，用H2SO4调节清液pH至4.0，用截留分子量为270的纳滤膜过滤，浓缩至300ml，加300ml去离子水顶洗，共顶洗3次。滤出液用H2SO4调至PH4.0并加入8.0g活性炭，升温至50°C，维持温度与搅拌I小时，抽滤去除活性炭后得到脱色液，脱色液于70°C下减压浓缩至310ml，浓缩液搅拌结晶8h后，离心得到晶体，用去离子水洗涤2次，于80°C下干燥I小时，得到110.3gL-丙氨酸晶体，纯度98.5%。收率55.6%。透光率96.1%，三批的总收率为94.0%。
[0045]实施例10
[0046]其它如实施例1，仅将发酵清液的pH用乙酸调节至6.0，纳滤滤出液的pH也用乙酸调节至6.0，得到381.4g L-丙氨酸晶体，纯度99.3%。结晶母液与晶体洗液合并共862ml，L-丙氨酸浓度为125mg/ml。收率78.0%。透光率95.2%。第二次调节pH也用乙酸吗？最好写完整，实施例11-13同
[0047]实施例11
[0048] 其它如实施例1，不同之处在于仅将发酵清液的pH用盐酸调节至3.5，纳滤滤出液的PH也用盐酸调节至3.5，将发酵清液和纳滤滤出液的pH用盐酸调节至3.5，得到352.1gL-丙氨酸晶体，纯度98.6%。结晶母液与晶体洗液合并共880ml，L-丙氨酸浓度为156mg/ml。收率72.0%。透光率98.4%。[0049]实施例12
[0050]其它如实施例1，不同之处在于将发酵清液的pH用磷酸调节至3.5，纳滤滤出液的PH也用磷酸调节至3.5，将发酵清液和纳滤透过液的pH用盐酸调节至3.5，得到360.5gL-丙氨酸晶体，纯度98.6%。结晶母液与晶体洗液合并共840ml，L-丙氨酸浓度为153mg/ml ο收率为73.7%。透光率98.7%。
[0051]实施例13
[0052]其它如实施例1，不同之处在于仅将发酵清液的pH用氢氧化钠调节至5.0，纳滤滤出液的PH也用氢氧化钠调节至5.0，将发酵清液和纳滤透过液的pH用氢氧化钠调节至
5.0，得到424.1g L-丙氨酸晶体，纯度98.6%。结晶母液与晶体洗液合并共547ml，L-丙氨酸浓度为119mg/ml。收率 为86.7%。透光率93.7%。
【权利要求】
1.从L-丙氨酸发酵液中提取L-丙氨酸的方法，包括如下步骤: a)预处理L-丙氨酸发酵液，得到发酵液清液； b)用纳滤膜过滤发酵液清液，得到滤出液； c)滤出液加入活性炭脱色，经固液分离去除活性炭后得到脱色液； d)脱色液经减压蒸发浓缩后结晶、过滤、洗涤、干燥，即得L-丙氨酸固体。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤a)中所述的预处理包括:用截留分子量为200000的超滤膜过滤L-丙氨酸发酵液的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤b)中所述纳滤膜的截留分子量为100道尔顿至500道尔顿。
4.如权利要求3所述的方法，其中步骤b)中所述纳滤膜的截留分子量为150道尔顿至300道尔顿。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤b)中用纳滤膜过滤前，将所述发酵清液的pH调节为2.5至8.0。
6.如权利要求5所述的方法，其中步骤b)中用纳滤膜过滤前，将所述发酵清液的pH调节为4.0至6.5。
7.如权利要求1所述的方法，其中步骤c)中加入所述活性炭脱色前，将所述滤出液的pH调节为3.5至6.5。
8.如权利要求7所述的方法，其中步骤c)中加入所述活性炭脱色前，将所述滤出液的pH调节为3.8至5.0。
9.如权利要求5-8任一项所述的方法，其中调pH所用的酸为无机酸如硫酸、盐酸、磷酸；或有机酸如乙酸、草酸；优选硫酸；或其混合物。
10.如权利要求1所述的方法，其中步骤C)中加入活性炭后将滤出液的温度升至50°C至 60。。。
11.如权利要求1所述的方法，其中步骤c)的活性炭脱色过程维持1-2小时。
12.如权利要求1所述的方法，其中将步骤d)的结晶母液以及洗涤晶体的洗液加入至下一批次的L-丙氨酸发酵液中回收套用。
【文档编号】C07C229/08GK103965064SQ201310036954
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】赵波, 那可, 王岩, 赵文杰, 魏晓东, 许炜, 马川川, 刘永双, 金媛媛, 侯静品 申请人:上海医药工业研究院, 中国医药工业研究总院