一种l-丙氨酸末道母液的纯化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发酵技术领域，尤其涉及一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法。
【背景技术】
[0002]L-丙氨酸(L-Alanine，以下简称L_Ala)，又名L_ α -氨基丙酸，是一种非必需氨基酸。L-丙氨酸是一种非必需氨基酸，但却是人体血液中含量最高的氨基酸。它可为转氨酶提供氨基供体，在临床上常添加到输液中；在食品工业中，L-丙氨酸作为甜味剂和鲜味剂正越来越受到人们的欢迎和重视；在医药行业，L-丙氨酸是生产维生素Β6及L-氨基丙醇的主要原料；另外，在高分子材料方面，近年来发现聚乳酸中添加L-丙氨酸可有效提高聚乳酸的性能。
[0003]随着对L-丙氨酸的不断研究和开发，其在医药、食品等行业的应用不断扩大，并有日益增长的趋势。但对L-丙氨酸的开发较晚，80年代初才在日本工业化生产。我国在80年代末有小批量生产，工业化生产才刚刚起步。L-Ala的生产方法有蛋白质水解提取法、发酵法提取、酶转化法生产。由于发酵法生产L-丙氨酸的成本较低，且符合欧美国家绿色、健康的消费理念，具有广阔的市场前景。发酵法生产L-丙氨酸结束后，一般采用多次结晶的方式提纯L-丙氨酸，结晶废液中一般还含有部分L-丙氨酸，此外，结晶废液中的有机物(主要为L-丙氨酸，氨基酸，多肽等)较多，结晶废液直接排放不仅会损失部分未回收的L-丙氨酸，同时会对环境造成污染。因此，开发出一条对L-丙氨酸末道母液的处理方法，以提高L-丙氨酸的提取收率，降低环保压力，具有很大的现实意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，包括如下步骤:
[0005](1)取L-丙氨酸末道母液，在50-70°C条件下调节pH值至6-8，析出固体杂质，过滤除去所述固体杂质得到L-丙氨酸粗滤液；
[0006](2)将所述L-丙氨酸粗滤液进行微滤处理，得L-丙氨酸透过液和浓缩废液；
[0007](3)将所述L-丙氨酸透过液通入色谱系统，进行色谱处理，收集产品料液；
[0008](4)将所述产品料液进行浓缩，结晶，固液分离，得到L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，将所述L-丙氨酸晶体烘干得L-丙氨酸成品。
[0009]本发明采用色谱分离技术从L-丙氨酸末道母液中回收L-丙氨酸，提高了 L-丙氨酸的整体提取收率，降低了 L-丙氨酸的生产成本。此外，由于L-丙氨酸末道母液中的L-丙氨酸被色谱系统分离、提纯并回收，所以从色谱系统中排出的废液中，有机物(主要为L-丙氨酸，以及一些微量的杂质氨基酸、多肽类)含量大大降低，大大减轻了环保压力。
[0010]优选的，本发明涉及的纯化方法，尤其适用于处理L-丙氨酸含量为10% -20%的末道母液；进一步优选的，适用于处理L-丙氨酸含量为14% -16%的末道母液；再进一步优选的，适用于处理L-丙氨酸含量为14 % -16%,透光率为0 %，干物含量为40-45 %的末道母液。
[0011]优选的，微滤处理采用膜层材质为Ti02/Zr02的陶瓷膜；进一步优选为，采用孔径为40-60nm，优选50nm的多通道式陶瓷膜元件。
[0012]为了更好的实现分离，微滤过程中，控制过滤温度50-60 °C，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa ;进一步优选为，控制过滤温度55 °C，进料压力
0.23MPa,出料压力 0.2MPa0
[0013]为了提高L-丙氨酸的收率，微滤过程中，当所述浓缩废液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的15% -20%时，加入相当于所述L-丙氨酸粗滤液体积10-15%的无离子水透析所述浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并。
[0014]为了最大限度的回收母液中的L-苯丙氨酸，色谱处理采用钙离子型交换树脂为固定相，水为流动相。钙离子型树脂具有与L-苯丙氨酸结合能力强的特点，在进行处理时，不仅其分离效果好，而且能够节约洗脱水的用量。优选的，采用颗粒粒径为0.2-0.3mm的树脂颗粒。进一步优选的，采用江苏苏青水处理工程集团公司的粒径0.2-0.3mm的DTF-01钙离子型树脂。
[0015]为了提高色谱处理的分离效果，控制色谱柱温度55-65°C，进料流量0.2-0.3BV/h，洗脱水流量1.0-1.5BV/h，出料量0.3-0.7BV/h，出废水量1.15-1.35BV/h ;进一步优选为，色谱柱温度60°C，进料流量0.25BV/h，洗脱水流量1.5BV/h，出料量0.5BV/h，出废水量1.25BV/ho
[0016]本发明中，色谱分离的规模没有特殊限定，主要依据待处理料液的规模决定，例如处理量小时，可采用一根色谱柱进行分离；工业化较大规模处理时，可采用多根色谱柱串联的方式进行分离，例如9根，12根，24根等，多根色谱柱串联进行分离时，采用本领域常用的技术手段来确定进料入口，洗脱水入口，产品采出口和出废水口。
[0017]为了提高结晶收率，步骤(4)中，将产品料液浓缩至固含量为55% -65%停止，然后降温至5-15°C结晶，结晶结束后，进行固液分离，得到L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，将所述L-丙氨酸晶体烘干即得L-丙氨酸成品。
[0018]进一步优选的，将产品料液浓缩至固含量为60%停止，然后降温至10°C结晶。
[0019]更进一步优选的，采用离心方法进行固液分离，并加入相当于L-丙氨酸结晶母液体积5 % -10 %，优选7 %的无离子水洗晶。
[0020]进一步的，在55_65°C，优选60°C条件下烘干晶体。
[0021]本发明最优的方案为:一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，包括如下步骤:
[0022](1)取L-丙氨酸末道母液，在50-70°C条件下调节pH值至6-8，析出固体杂质，过滤除去所述固体杂质得到L-丙氨酸粗滤液；
[0023](2)将所述L-丙氨酸粗滤液过孔径为40-60nm的陶瓷膜，控制过滤温度50_60°C，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa，过滤结束后得L-丙氨酸透过液和浓缩废液；进一步的，当所述浓缩液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的15% -20%时，加入相当于所述L-丙氨酸粗滤液体积的10-15%的无离子水透析所述浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并；
[0024](3)将所述L-丙氨酸透过液通入色谱柱，所述色谱柱的固定相为钙离子型交换树脂，流动相为水，控制色谱柱的温度55-65 °C，进料流量0.2-0.3BV/h，洗脱水流量
1.0-1.5BV/h，出料量 0.3-0.7BV/h，出废水量 1.15-1.35BV/h ；
[0025](4)将所述产品料液浓缩至固含量为55% -65%，在5_15°C条件下结晶，结晶后，进行固液分离，得L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，将所述L-丙氨酸晶体在55-65°C条件下烘干即得L-丙氨酸成品。
【具体实施方式】
[0026]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0027]以下实施例中涉及到的L-丙氨酸末道母液是通过如下方法得到的:采用大肠杆菌菌种，接种到LB培养基，在32±2°C，pH = 6.5条件下进行发酵培养，培养结束后，将发酵液加热至60°C预处理，预处理后的发酵液经过超滤、纳滤得到高纯度L-丙氨酸纳滤液，纳滤液经过浓缩结晶得到L-丙氨酸成品及L-丙氨酸一母液，一母液再次浓缩结晶得到一母结晶晶体及二母液，以此类推，进行多次结晶。
[0028]以下实施例中的色谱系统由9根色谱柱串联组成，每根色谱柱内的填充物均为江苏苏青水处理工程集团公司的DTF-01钙离子型树脂，色谱分离时采用的流动相为水。
[0029]以下实施例中涉及到的陶瓷膜为孔径50nm，膜层材质为Ti02/Zr02的多通道陶瓷膜元件。
[0030]实施例1
[0031]—种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，包括如下步骤:
[0032](1)取20kg L-丙氨酸含量14.2%，干物含量41.5%，透光率0%的L-丙氨酸末道母液置于水浴锅中，在60°C条件下搅拌保温，流加氨水调节pH为6.0，料液中析出固体杂质，过滤除去固体杂质得到17.5kg L-丙氨酸粗滤液，其中，L-丙氨酸含量16.07%;干物含量35.71% ;过滤收率99.1% ；
[0033](2)将17.5kg的L-丙氨酸粗滤液过陶瓷膜，控制过滤温度55 °C，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa，过滤结束后得L-丙氨酸透过液和浓缩废液；微滤过程中，当浓缩液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的15%时，加入相当于L-丙氨酸粗滤液体积10%的无离子水透析浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并；过滤结束，得到19.3kg L-丙氨酸透过液，其中L-丙氨酸含量14.43%,干物含量29.94%,过滤收率 99% ；
[0034](3)将19.3kg L-丙氨酸透过液通入色谱系统，控制每根色谱柱的温度为60°C，进料流量0.25BV/h，洗脱水流量1.5BV/h，出料量0.5BV/h，出废水量1.25BV/h，得到产品料液
38.6kg，其中L-丙氨酸含量6.62%，干物含量6.96%，收率91.73% ；
[0035](4)将38.6kg产品料液浓缩至产品料液干物含量为60 %，然后降温至10°C