一种l-色氨酸的分离提纯方法
【专利摘要】本发明涉及了一种从发酵液中分离提纯L-色氨酸的方法。包括如下步骤：1）将色氨酸发酵液调节pH至2.5-4.0，采用孔径50-100nm陶瓷膜过滤除菌；2）陶瓷膜滤液通过逆时针转动的连续离子交换移动床除杂，连续离子交换移动床按顺时针方向分为水洗料区、进料区、盐酸再生和水洗酸区、氨水解析和水洗氨区以及产品顶水区；3）解析下来的解析液经过膜截留分子量为300-1000Da的纳滤膜脱色；4）脱色后的料液通过反渗透膜进行脱水浓缩。分离纯化后的L-色氨酸浓缩液经过减压浓缩后结晶，L-色氨酸提取总收率为89％左右，产品纯度99％以上。
【专利说明】一种L-色氨酸的分离提纯方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氨基酸分离提纯方法，特别是涉及一种从发酵液中分离提纯L-色氨酸的方法。
【背景技术】
[0002]L-色氨酸是含有吲哚基的芳香族氨基酸，在人和动物的生长发育和新陈代谢方面起着重要的作用，是人体必需的八种氨基酸之一，其晶体白色或略带黄色。色氨酸在人体内能够合成多种激素和生理活性物质，也参与调节人体的神经生理活动，并且在植物蛋白中比较缺乏，因此，色氨酸就被广泛应用在了医药、食品和饲料等行业中。L-色氨酸生产方法有化学合成法、蛋白分解法、微生物转化法、酶法和直接发酵法等，其中直接发酵法是目前色氨酸生产的主流方法。
[0003]直接发酵法所产生的含有色氨酸的发酵液还需要进一步的分离纯化来获取高纯度的色氨酸结晶。从发酵液中分离提纯色氨酸的通常方法是:发酵液经过膜过滤或絮凝沉淀除掉菌体蛋白，料液通过离交固定床吸附、解析色氨酸，达到除杂的目的，解析液通过活性炭脱色提高产品透光，最后浓缩料液，结晶干燥制成色氨酸成品。上述方法中，絮凝剂的使用，增加了生产成本、污染环境，且得到的料液澄清度很差，影响下游的产品纯化过程；而离交固定床的使用，也会造成酸、碱和水的浪费；活性炭的使用会对环境造成污染，并且活性炭难彻底去除，其残留影响了最终产品的质量。
[0004]2012.02.08公开的申请号为CN201110227776.3的中国发明专利公开了一种离子
交换树脂直接提取发酵液中色氨酸的方法，将含有色氨酸的发酵液经灭活、调酸至PH值为3~4的预处理后，按发酵 液中含有的色氨酸对应每20克的量加入0.8~1.5升上批次分离废菌渣后的清液混合均匀后得到稀释后的发酵液，然后进入离子交换树脂柱中进行循环交换吸附，离子交换树脂洗清后经过氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液经过进一步的纯化处理得到成品色氨酸。该方法采用的离子交换设备属于离交固定床，不能实现色氨酸发酵液的连续分离纯化，且造成酸、碱和水的浪费。
[0005]2009.07.29公开的申请号为CN200910024690.3的中国发明专利公开了一种从发
酵液分离色氨酸的方法，通过微孔膜过滤除菌体、膜分离除胶体蛋白和色素等大分子有机物质、电渗析除无机盐及反渗透浓缩，最终得到色氨酸晶体。该方法采用了膜技术来分离纯化色氨酸，但采用多级的膜处理降低了色氨酸的总体得率。
[0006]2009.03.04公开的申请号为CN200710059347.3的中国发明专利公开了一种利
用直接发酵法生产L 一色氨酸的离子交换提取工艺，采用不锈钢管式膜分离系统过滤发酵液，应用离子交换法提取L 一色氨酸以及产品的浓缩和结晶，提取总收率为63.4%。该方法采用的离子交换设备属于离交固定床，不能实现色氨酸发酵液的连续分离纯化，且造成酸、碱和水的浪费，且总体得率偏低。
[0007]2010.05.19公开的申请号为CN200910211061.1的中国发明专利公开了一种L-色
氨酸的提取方法，包括如下步骤:1)将L-色氨酸发酵液的pH值调至1.5-4.5，然后进行膜过滤；2)膜滤出液用装有阳离子交换树脂的模拟移动床离交系统进行分离；3)洗脱液调pH值至6-7;4)调酸后的洗脱液加热脱色；脱色液经后处理即得L-色氨酸。该方法所采用的模拟移动床离交系统会造成酸、碱和水的浪费，且解析液通过活性炭来脱色，活性炭无法彻底去除，影响了产品的质量。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种从发酵液中分离提纯L-色氨酸的方法，以解决现有技术中存在的上述问题。
[0009]本发明采用如下技术方案:
[0010]一种L-色氨酸的分离提纯方法，包括如下步骤:
[0011]I)将色氨酸发酵液用酸调节pH至2.5-4.0，采用孔径50_100nm陶瓷膜过滤除菌；
[0012]2)陶瓷膜滤液通过逆时针转动的连续离子交换移动床除杂，连续离子交换移动床按顺时针方向分为水洗料区、进料区、盐酸再生和水洗酸区、氨水解析和水洗氨区以及产品顶水区；
[0013]3)从连续离子交换移动床解析下来的解析液经过膜截留分子量为300_1000Da的纳滤膜脱色；
[0014]4)脱色后的料液通过反渗透膜进行脱水浓缩。
[0015]进一步的，所述步骤I)中调节pH值所用的酸为硫酸，过滤温度为0-80°C，进压
3-4bar,出压 l_2bar。
[0016]进一步的，所述步骤I)中发酵液浓缩3-6倍时，加水顶洗，加水量为发酵液体积的
0.6-0.8 倍。
[0017]进一步的，所述步骤2)中连续离子交换移动床所用树脂为强酸性或弱酸性阳离子树脂，例如D001、732或LH-2 ;解析氨水浓度为2_3%，盐酸浓度为4_6%，连续离子交换移动床运行温度为40-60°C，转盘周期10小时。
[0018]进一步的，所述步骤2)中连续离子交换移动床采用20柱的系统，依次分为:
[0019]I)水洗料区:1#、2#，流速1.35L/H ;两根串联洗料，洗出的料液进入进料区的第二级；
[0020]2)进料区:3_10#，流速6L/H;分三级，第一级3#、4#并联，第二级5-7#并联，第三级8-10#并联；
[0021]3)盐酸再生和水洗酸区:11_14#，流速分别为0.9L/H和1.35L/H ; 13#进酸再生，11#进水洗酸，12#出来的洗酸水和13#出来的酸混合后继续进入14#再生；
[0022]4)氨水解析和水洗氨区:15-19#,流速分别为2.7L/H和2.9L/H ；17#进氨水解析，15#、16#串联进水洗氨，16#洗出来的氨水和17#的氨水混合好后进入18#、19#继续解析；
[0023]5)产品顶水区:20#，流速0.8L/H。
[0024]进一步的,所述步骤3)中操作压力5-10bar,过滤温度20_45°C ;解析液浓缩8_10倍时，加水顶洗，加水量为解析液体积的0.3-0.4倍。
[0025]进一步的，所述步骤4)中反渗透膜的操作压力为25_33bar，工作温度为20_45°C。
[0026]本发明的有益效果是:
[0027]本方法将连接离子交换移动床系统与膜技术相结合，采用膜技术对色氨酸发酵液进行过滤、脱色和浓缩，采用连接离子交换移动床对色氨酸发酵液进行纯化，在确保总体得率和产品纯度的同时减少了酸、碱、水和树脂的用量，避免了活性炭脱色对产品质量的影响，降低了生产成本和资源浪费。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明连续离子交换移动床工作流程示意图【具体实施方式】
[0029]以下结合具体实施例进一步描述本发明的技术方案，但本发明的内容并不限于此。
[0030]实施例1
[0031]I)陶瓷膜过滤发酵液:200L色氨酸发酵液，产品浓度为33g/L，通过40% (w/w)的硫酸调节PH至3.0，用50nm的陶瓷膜40_60°C过滤除菌，当浓缩液体积为50L时，开始加水顶洗产品，共加水140L，膜的平均通量为75L/( m2.H)，产品平均浓度为22.lg/L，收率为98.3% ；
[0032]2)连续移动床除杂:将陶瓷膜滤液通过连续移动床除杂，连续移动床采用阀芯为4mm的系统，装填13.5L树脂，转盘周期10H。料液通过3#、4#柱进入系统，进料流速6.1L/
H,—级吸附后料液串联进入5-7#进行二级吸附和8-10#进行三级吸附；吸附结束后，1#、2#柱串联水洗，水洗流速为1.35L/H，水洗料液进入吸附区的第二级吸附；17#柱以2.9L/H的流速通入2.5%的氨水进行解析，15#柱以2.7L/H的流速水洗氨,用16#水洗出的氨和17#解析流出的氨合并后进入18#、19#继续解析；解析液泵入20#柱顶洗柱子中的水，流速0.8L/H ;解析结束后，13#通入5%的盐酸解析，流速0.9L/H，11#通入洗酸水，流速1.35L/H，将12#水洗出的酸和13#流出的酸合并进 入14#进一步再生树脂。得到的产品浓度为27.7g/L，收率为98.5%ο
[0033]3)纳滤膜脱色:取连续移动床解析液200L，采用截留分子量为600Da的卷式膜进行脱色，进膜压力8bar，出膜压力6bar，操作温度25_35°C，浓缩10倍后，加入60L水顶洗产品，膜平均通量为28L/(m2.H)，得到的透析液透光为73%，产品浓度22.4g/L，收率为97.1%。
[0034]4)反渗透浓缩:采用反渗透膜浓缩纳滤膜透析液，操作温度为30_40°C，进膜压力为33bar，出膜压力为31bar，浓缩2.1倍，膜平均通量为13L/ Cm2.H)，得到的浓缩液产品浓度为46.7g/L，收率99.2%。
[0035]5)后续工艺:将纳滤膜浓缩得到的料液进行减压蒸发浓缩和结晶，得到的产品中L-色氨酸含量为99.5%，总体收率89.1%。
[0036]实施例2
[0037]I)陶瓷膜过滤发酵液:185L色氨酸发酵液，浓度为30g/L，通过40% (w/w)的硫酸调节pH至4.0，用50nm的陶瓷膜40°C _60°C过滤除菌，当浓缩液体积为37L时，开始加水顶洗产品，共加水115L，膜的平均通 量为83L/( m2.H)，产品平均浓度为20.8g/L，收率为98.6% ；
[0038]2)连续移动床除杂:将陶瓷膜滤液通过连续移动床除杂，连续移动床采用阀芯为4mm的系统，装填13.5L树脂，转盘周期10H。料液通过3#、4#柱进入系统，进料流速6.5L/H,—级吸附后料液串联进入5-7#进行二级吸附和8-10#进行三级吸附；吸附结束后，1#、2#柱串联水洗，水洗流速为1.35L/H，水洗料液进入吸附区的第二级吸附；17#柱以2.9L/H的流速通入2.5%的氨水进行解析，15#柱以2.7L/H的流速水洗氨,用16#水洗出的氨和17#解析流出的氨合并后进入18#、19#继续解析；解析液泵入20#柱顶洗柱子中的水，流速0.8L/H ;解析结束后，13#通入5%的盐酸解析，流速0.9L/H，11#通入洗酸水，流速1.35L/H，将12#水洗出的酸和13#流出的酸合并进入14#进一步再生树脂。得到的产品浓度为27.5g/L，收率为98.1%。
[0039]3)纳滤膜脱色:取连续移动床解析液180L，采用截留分子量为400Da的卷式膜进行脱色，进膜压力7bar，出膜压力5bar，操作温度35-45°C，浓缩10倍后，加入63L水顶洗产品，膜平均通量为33L/(m2.H)，得到的透析液透光为75%，产品浓度22.5g/L，收率为97.5%。
[0040]4)反渗透浓缩:采用反渗透膜浓缩纳滤膜透析液，操作温度为30_40°C，进膜压力为30bar，出膜压力为28bar，浓缩了 2.0倍，膜平均通量为15L/ Cm2.H)，得到的浓缩液产品浓度为44.66g/L，收率99.1%。
[0041]5)后续工艺:将纳滤膜浓缩得到的料液进行减压蒸发浓缩和结晶，得到的产品中L-色氨酸含量为99.5%，总体收率88.7%。
[0042]上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，本领域的普通技术人员应当理解，对发明的技术方案进行修改或者等同替换，但不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本`发明的权利要求范围中。
【权利要求】
1.一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将色氨酸发酵液用酸调节PH至2.5-4.0，采用孔径50-100nm陶瓷膜过滤除菌； 2)陶瓷膜滤液通过逆时针转动的连续离子交换移动床除杂，连续离子交换移动床按顺时针方向分为水洗料区、进料区、盐酸再生和水洗酸区、氨水解析和水洗氨区以及产品顶水区； 3)从连续离子交换移动床解析下来的解析液经过膜截留分子量为300-1000Da的纳滤膜脱色； 4)脱色后的料液通过反渗透膜进行脱水浓缩。
2.如权利要求1所述的一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于:所述步骤I)中调节PH值所用的酸为硫酸。
3.如权利要求1所述的一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于:所述步骤I)中过滤温度为0-80°C，进压3-4bar，出压l_2bar。
4.如权利要求1所述的一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于:所述步骤I)中发酵液浓缩3-6倍时，加水顶洗，加水量为发酵液体积的0.6-0.8倍。
5.如权利要求1所述的一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于:所述步骤2)中连续离子交换移动床所用树脂为强酸性或弱酸性阳离子树脂。
6.如权利要求1所述的一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于:所述步骤2)中解析氨水浓度为2-3%，盐酸 浓度为4-6%，连续离子交换移动床运行温度为40-60°C,转盘周期10小时。
7.如权利要求1所述的一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于:所述步骤2)中连续离子交换移动床采用20柱的系统，依次分为: 1)水洗料区:1#、2#，流速1.35L/H ;两根串联洗料，洗出的料液进入进料区的第二级； 2)进料区:3-10#，流速6L/H;分三级，第一级3#、4#并联，第二级5-7#并联，第三级8-10#并联； 3)盐酸再生和水洗酸区:11-14#，流速分别为0.9L/H和1.35L/H ; 13#进酸再生，11#进水洗酸，12#出来的洗酸水和13#出来的酸混合后继续进入14#再生； 4)氨水解析和水洗氨区:15-19#，流速分别为2.7L/H和2.9L/H；17#进氨水解析，15#、16#串联进水洗氨，16#洗出来的氨水和17#的氨水混合好后进入18#、19#继续解析； 5)产品顶水区:20#，流速0.8L/H。
8.如权利要求1所述的一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于:所述步骤3)中操作压力5-10bar，过滤温度20_45°C;解析液浓缩8_10倍时，加水顶洗，加水量为解析液体积的0.3-0.4倍。
9.如权利要求1所述的一种L-色氨酸的分离提纯方法，其特征在于:所述步骤4)中反渗透膜的操作压力为25-33bar，工作温度为20_45°C。
【文档编号】C07D209/20GK103508933SQ201310375366
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】杜明华, 林雄水, 何阿云, 陈杰, 林丽华, 方富林, 蓝伟光 申请人:三达膜科技（厦门）有限公司