一种精氨酸制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种精氨酸制备方法。该方法包括下述的步骤：发酵液的制备：斜面培养、摇瓶菌种、一级种子培养、二级种子培养、后续发酵；发酵产品提取精制：发酵液预处理、二次结晶、脱色除杂处理、膜浓缩分离、干燥，包装得成品。本发明的有益效果在于，显著降低精氨酸后续提取精制液中菌体、有机物和无机物杂质含量，提高了精氨酸的得率；提高了产品质量，降低了生产成本，大大减轻了工人的劳动强度；大大减少了水、酸、碱、活性炭等固液废的排放量，减少了对环境的污染。
【专利说明】一种精氨酸制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及于氨基酸衍生物发酵液高效提取精制【技术领域】，特别是涉及一种精氨酸制备方法。
【背景技术】
[0002]精氨酸在医药、营养保健、食品等领域应用广泛，需求量大，被称之为氨基酸衍生物中最重要的品种之一。精氨酸是生物体尿素循环的重要中间代谢产物。在生理活性方面，除了与生长激素、胰岛素、胰高血糖素等激素诱导有关外，近年来，又作为血管舒张因子而引起关注，有望成为营养疗法的新材料。由于精氨酸不仅拥有重要的科学研究、实际生产及应用价值，同时精氨酸在生理功能重要性的作用，而且现在国内传统生产方法依旧污染严重、产能产值较低，因此，经国务院和全国人大代表批准，发酵法生产精氨酸列入国家
五，，重点攻关科技项目。
[0003]精氨酸提取主要有两种生产工艺:即蛋白质水解提取工艺；生物发酵工艺。目前国内主要依靠蛋白质水解法来生产精氨酸，该法操作费时、收率低，且环境污染严重。国外特别是欧盟国家十分强调非动物来源性(non-animaL)，使得毛发水解精氨酸产品受到很大发展限制。因此，发酵法生产精氨酸工业十分紧迫，也有良好发展前景。由于发酵液中含有大量的有机和无机杂质 ，发酵液产量不高的问题，提取产品纯度和收率是发酵法需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种精氨酸制备方法。该方法高效简便，且总收率显著提高。
[0005]本发明的一种精氨酸制备方法技术方案为，包括发酵液的制备和提取精制步骤，其中发酵液的制备采用黄色短杆菌MQA121。
[0006]MQA121菌株在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，地址:北京市朝阳区北辰西路I号院3号，邮编:100101，其保藏编号是=CGMCC N0.8392，菌种的拉丁文^mBrevibacterium /Lara?,参据的微生物(株):MQA121,保藏日期是2013年10月25曰。
[0007]本发明所述的MQA121菌株，产酸能力强、糖酸转化率高、性能稳定。
[0008]发酵液的制备包括下述的步骤:
(1)斜面培养:将MQA121菌种接入灭菌的斜面培养基，在30°C培养，22小时得到斜面菌种；
(2)摇瓶菌种:将培养好的斜面菌种接入摇瓶灭菌种子培养基30°C培养18小时得到摇瓶种子液；
(3)一级种子培养:将培养好的摇瓶种子液接入灭菌的一级种子培养基，30°C培养14小时得一级种液；(4)二级种子培养:将培养好的一级种子液接入灭菌过的二级种子培养基30°C培养4小时得二级种子液；
(5)将培养好的二级种子液接种到灭菌的发酵培养基中，发酵过程补加重量百分比为1%葡萄糖和营养物质，通入无菌风，采用氨水控制pH值6.7，在30°C条件下，经过70-75小时培养得到含精氨酸产品的发酵液。
[0009]步骤(1)中斜面种子培养基按重量百分比包括:葡萄糖1.0%、(NH4)2SO40.3%、KH2PO40.1%、K2HPO4.3H200.3%、MgSO4.7H200.05%、FeSO4.7H20 0.002%、MnSO4.H2O0.002%,琼脂粉 2.0%, ρΗ6.8~7.0 ；
步骤(5)中营养物质包括重量百分比为3.5%的玉米浆、0.5%的(NH4)2S04、0.1%的KH2PO4、0.3% 的 K2HPO4.3H20。
[0010]步骤(5)中氨水体积浓度为1:1。
[0011]摇瓶种子培养基、一级种子培养基、二级种子培养基以及发酵培养基包括按重量百分比的:初糖浓度12%，尿素0.1%，玉米浆CSL3.8%, (NH4) S045.5%。
[0012]发酵产品提取精制包括以下步骤:(1)发酵液预处理；(2)絮凝、脱色、预浓缩；
(3)浓缩、结晶；(4)离心得成品。
[0013]具体为:
(1)发酵液预处理利用陶瓷膜设备除去发酵液中的生产菌和大分子蛋白；
(2)絮凝、脱色，预浓缩将步骤(1)中得到的滤清液通过弱酸性阳离子树脂吸附产品，洗脱得到洗脱液；洗脱液通过纳滤膜设备循环脱色，纳滤清液加入活性炭脱色，经脱碳机除去活性炭得到脱色清液，脱色清液经过`反渗透循环；反渗透浓缩液经过弱碱性阴离子树脂得到阴离子树脂交换液；
(3)浓缩、结晶将阴离子交换液吸入浓缩结晶罐浓缩结晶；
(4)成品结晶液经离心分离，干燥得成品。
[0014]本发明的优点在于，本提取工艺采用陶瓷膜代替传统的板框过滤，提高了滤液质量，减少了占地面积，提高了产品收率，降低了劳动强度。
[0015]采用膜分离技术代替传统的离子交换分离技术，降低了树脂用量，提高了料液质量和透过，减少了活性炭用量，提高了产品质量。
[0016]采用膜浓缩技术代替传统的减压浓缩技术，减少了对产品的破坏，降低了能耗，提
高了产品质量。
[0017]最后，通过本发明制备方法，成品对于发酵液来说总收率能达到85%以上(相对于除去菌体的净精氨酸含量计算)，成品一次合格率达到100%，而传统工艺只能达到50%的总收率，一次合格率只有97%。
[0018]【具体实施方式】:
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
[0019]实施例1
发酵液的制备包括下述的步骤:
(I)斜面培养:将MQA121菌种接入灭菌的斜面培养基(配方葡萄糖1.0%、(NH4)2SO40.3%、KH2PO40.1%、K2HPO4.3Η200.3%、MgSO4.7Η200.05%、FeSO4.7Η20 0.002%、MnSO4.H2O0.002%,琼脂粉2.0%, ρΗ6.8~7.0。)，在30°C培养，22小时得到斜面菌种；
(2)摇瓶菌种:将培养好的斜面菌种接入摇瓶灭菌种子培养基30°C培养18小时得到摇瓶种子液；
(3)一级种子培养:将培养好的摇瓶种子液接入灭菌的一级种子培养基，30°C培养14小时得一级种液；
(4)二级种子培养:将培养好的一级种子液接入灭菌过的二级种子培养基30°C培养4小时得二级种子液；
(5)将培养好的二级种子液接种到灭菌的发酵培养基中，发酵过程补加含量为1%葡萄糖和营养物质(3.5% 玉米浆、(NH4)2SO40.5%,KH2PO40.1%,K2HPO4.3H200.3%)，通入无菌风，采用氨水(1:1浓度)控制PH值6.7，在30°C条件下，经过70-75小时培养得到含精氨酸产品的发酵液。
[0020]摇瓶种子培养基、一级种子培养基、二级种子培养基以及发酵培养基配方为:初糖浓度 12%,尿素 0.1%，玉米浆 CSL3.8%, (NH4) S045.5%。
[0021]发酵产品提取精制包括以下步骤:(1)发酵液预处理；(2)絮凝、脱色、预浓缩；
(3)浓缩、结晶；(4)离心得成品。
[0022]具体为: (1)发酵液预处理利用陶瓷膜设备除去发酵液中的生产菌和大分子蛋白。陶瓷膜孔径50-800nm，操作压差 0.05-0.32MPa，膜面流速 2m/s，拟稳定通量 55_105L/m2.h。
[0023]发酵液直接经过陶瓷膜循环过滤，过程采用循环水为循环料液降温，循环料液温度控制在70°C以下，浓缩液加入反渗透水清洗出残留的产品。过滤时间为18小时，滤清液含量为70g/L，滤液澄清、透明，预处理收率为82%。经过陶瓷膜后，清液含菌量< 0.2%。
[0024](2)絮凝、脱色，预浓缩将步骤(1)中得到的滤清液以树脂I倍体积/小时的流速流过弱酸性阳离子树脂D113 (上海劲凯树脂有限公司)吸附产品，用2倍树脂体积的3N氨水，以I倍树脂体积的流速洗脱得到洗脱液；洗脱液通过通径为1000分子量的纳滤膜设备循环脱色，过程使用循环水降温控制循环料液温度低于60°C，用反渗透水清洗浓缩液至产品含量低于0.2%，得到透光为85%以上，含量为6%的纳滤浓缩液；纳滤清液升温至80°C，IOOrpm搅拌状态下加入1%活性炭脱色，保温30分钟，当清液透光率达到95%以上后经脱碳机除去活性炭得到脱色清液，脱色清液经过反渗透循环，用循环水降温控制循环料液温度低于60°C，浓缩液含量达到15%后得到反渗透浓缩液；反渗透浓缩液以I倍树脂体积/小时的流速流经经过弱碱性阴离子树脂D345 (上海华震科技有限公司)得到含量为13%透光率100%的阴离子树脂交换液。
[0025](3)浓缩、结晶将阴离子交换液吸入浓缩结晶罐，在-0.098Mpa、料液温度控制在60°C、搅拌转速为IOOrpm的条件下将阴离子交换液浓缩至料液含量达到80%，降低转速至60rpm，用_5°C冰水将料液降温至5°C养晶8小时。
[0026](4)成品将养好晶的结晶液以1200rpm转速的全自动出料离心机将结晶和母液分离，用75%的酒精清洗结晶得到湿品，湿品经双锥干燥在真空度-0.098Mpa,温度80°C条件下烘干10小时得到含水量0.5%以下的干品，干品在环境为温度18°C — 25°C，湿度(60%,无菌条件下包装得成品。
[0027]本提取工艺采用陶瓷膜代替传统的板框过滤，提高了滤液质量，减少了占地面积，提高了产品收率，降低了劳动强度。
[0028]采用膜分离技术代替传统的离子交换分离技术，降低了树脂用量，提高了料液质量和透过，减少了活性炭用量，提高了产品质量。
[0029]采用膜浓缩技术代替传统的减压浓缩技术，减少了对产品的破坏，降低了能耗，提
高了产品质量。
[0030]最后，通过本发明制备方法，成品对于发酵液来说总收率能达到85%以上(相对于除去菌体的净精氨酸含量计算)，成品一次合格率达到100%，而传统工艺只能达到50%的总收率，一次合格率只有97%。
[0031]陶瓷膜对精氨酸发酵液具有良好地除菌效果，除菌效果如表1所示:
表1
【权利要求】
1.一种精氨酸制备方法，其特征在于，包括发酵液的制备和提取精制步骤，发酵液的制备包括下述的步骤: (1)斜面培养:将黄色短杆菌MQA121菌种接入灭菌的斜面培养基，在30°C培养，22小时得到斜面菌种； (2)摇瓶菌种:将培养好的斜面菌种接入摇瓶种子培养基30°C培养18小时得到摇瓶种子液； (3)一级种子培养:将培养好的摇瓶种子液接入灭菌的一级种子培养基，30°C培养14小时得一级种液； (4)二级种子培养:将培养好的一级种子液接入灭菌过的二级种子培养基30°C培养4小时得二级种子液； (5)将培养好的二级种子液接种到灭菌的发酵培养基中，发酵过程补加重量百分比为1%葡萄糖和营养物质，通入无菌风，采用氨水控制pH值6.7，在30°C条件下，经过70-75小时培养得到含精氨酸产品的发酵液。
2.根据权利要求1所述的一种精氨酸制备方法，其特征在于，步骤(1)中斜面种子培养基按重量百分比包括:葡萄糖 1.0%、(NH4)2SO40.3%、KH2PO40.1%、K2HPO4.3Η200.3%、MgSO4.7Η200.05%、FeSO4.7Η20 0.002%、MnSO4.H2O0.002%,琼脂粉 2.0%, ρΗ6.8~7.0。
3.根据权利要求1所述的一种精氨酸制备方法，其特征在于，步骤(5)中营养物质包括重量百分比为 3.5% 的 玉米浆、0.5% 的(NH4)2SO4^0.1% 的 ΚΗ2Ρ04、0.3% 的 K2HPO4.3Η20 ;氨水体积浓度为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种精氨酸制备方法，其特征在于，摇瓶种子培养基、一级种子培养基、二级种子培养基以及发酵培养基包括按重量百分比的:初糖浓度12%，尿素0.1%，玉米浆 CSL3.8%, (NH4) S045.5%。
5.根据权利要求1所述的一种精氨酸制备方法，其特征在于，发酵产品提取精制包括以下步骤:(1)发酵液预处理；(2)絮凝、脱色、预浓缩；(3)浓缩、结晶；(4)离心得成品。
6.根据权利要求5所述的一种精氨酸制备方法，其特征在于，发酵产品提取精制具体为: (1)发酵液预处理利用陶瓷膜设备除去发酵液中的生产菌和大分子蛋白； (2)絮凝、脱色，预浓缩将步骤(1)中得到的滤清液通过弱酸性阳离子树脂吸附产品，洗脱得到洗脱液；洗脱液通过纳滤膜设备循环脱色，纳滤清液加入活性炭脱色，经脱碳机除去活性炭得到脱色清液，脱色清液经过反渗透循环；反渗透浓缩液经过弱碱性阴离子树脂得到阴离子树脂交换液； (3)浓缩、结晶将阴离子交换液吸入浓缩结晶罐浓缩结晶； (4)成品结晶液经离心分离，干燥得成品。
【文档编号】C07C277/08GK103695488SQ201310721125
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】高法民, 高树营, 李令娣 申请人:山东民强生物科技股份有限公司