专利名称：使用非溶剂从l-苏氨酸发酵培养液中回收l-苏氨酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使用非溶剂从生产L-苏氨酸的微生物的发酵培 养液中回收L-苏氨酸的方法，并且更具体地，涉及通过使用淹没 (drowning-out)处理回收结晶L-苏氨酸的方法，在所述处理中，将生产 L-苏氨酸的微生物的发酵培养液过滤，并且浓縮滤出液并与非溶剂反应， 从而使L-苏氨酸结晶，涉及使用所述方法回收的结晶L-苏氨酸，以及包含 所述结晶L-苏氨酸的饲料添加剂。
背景技术：
L-苏氨酸，其是一种必需氨基酸，主要用在完全氨基酸制剂、营养 补充剂等中。最近，L-苏氨酸已与L-赖氨酸一起用作动物饲料的添加剂， 并且因此对于L-苏氨酸的需求增加了。 L-苏氨酸主要通过发酵和浓缩-结晶产生。即，通过过滤或离心分离， 从生产L-苏氨酸的微生物的发酵培养液中去除微生物体，调整获得的滤出 液的pH，并且然后浓缩所述pH-调整的滤出液，去除溶剂，以回收针形的 结晶L-苏氨酸。 然而，当使用浓縮-结晶方法时，结晶L-苏氨酸的回收产率低。在所 述浓缩-结晶方法中，为了保持浓縮的结晶浆液的分离效率和产品质量，将 包含L-苏氨酸的溶液或培养液浓縮至50 - 70% L-苏氨酸的范围。由于结晶 是通过加热含有L-苏氨酸的发酵培养液的滤出液蒸发溶剂进行的，所以结 晶在高温下进行，并且大量的L-苏氨酸因此溶解在所述滤出液中，即，母 液中。因此，当使用分离器分离所述结晶浆液时，相对大量的L-苏氨酸保 留在母液中，并且因此其回收是不可能的。 另外，在所述浓縮-结晶方法中生成的结晶L-苏氨酸的针形，产生很 大的缺点。在没有添加剂或非溶剂的条件下，L-苏氨酸的结晶形式是细的、 长的、并且是针形的。因此，在所述浓缩-结晶方法中形成的结晶L-苏氨酸是细针形的，具有约50-250 pm的长度。在结晶浆液中的凝聚发生在针形 的L-苏氨酸晶体之间，并且由此增加所述结晶浆液的粘度，导致在分离所 述晶体时分离效率的减小。如果分离效率减小，则L-苏氨酸产率减少，并 且杂质保留在L-苏氨酸产物中，并且因此产品质量下降。针形的L-苏氨酸 晶体还减少产品的流动性，并且因此这在消费者使用该产品时引起许多不 便。通常，消费者使用L-苏氨酸作为动物饲料的添加剂。使用人工或自动 系统，将L-苏氨酸添加到动物饲料中。此处，L-苏氨酸流动性的减少在所 述人工或自动动物饲料混合系统的应用中带来问题，并且这通常导致消费 者的索赔要求(claims)。另外，针形L-苏氨酸晶体的强烈凝聚倾向在长 期储存和运输过程中导致成块和粘结。由于凝聚，消费者有时可能必须在 使用L-苏氨酸之前处理凝聚的L-苏氨酸产品以获得L-苏氨酸。在全球竞争 的时代，来自消费者的任何索赔要求和因此对产品声誉的伤害可能构成削 弱业务基础的严重问题。因此，针形L-苏氨酸晶体的低流动性可能作为严 重的缺点。 韩国专利公布号2000-0013855公开了一种通过重结晶从L-苏氨酸发 酵培养液中纯化L-苏氨酸的方法。然而，该方法以4个步骤进行，以致过 程非常复杂，需要大量的设备。另外，为了回收母液的损失，使用离子交 换树脂塔，并且因此使用大量的酸、碱和水。另外，在所有的结晶步骤中， 使用浓縮-结晶处理来形成针形的L-苏氨酸晶体，导致L-苏氨酸产品的低流 动性。 韩国专利公布号2000-0013854公开了一种使用电渗析纯化L-苏氨酸
的方法。与常规离子交换树脂法相比较，该方法可以减少所用的酸、碱和 水的量。然而，由于在减压条件下浓縮流经电渗析仪的L-苏氨酸溶液，从 而产生针形的L-苏氨酸产品，因此该产品的流动性很低。另外，与直接浓 縮微生物发酵培养液的滤出液的情形相比，流经电渗析仪花费超过6小时。 因此，L-苏氨酸产品的产率很低
发明内容
技术问题 因此，仍然存在对于开发改良的回收L-苏氨酸方法的需求，所述改良的回收方法可以解决由来自发酵培养液的L-苏氨酸低回收产率、和因为
L-苏氨酸晶体形状导致的L-苏氨酸产品的低流动性所引起的消费者的不便。
技术方案 本发明提供一种通过淹没结晶从生产L-苏氨酸的微生物发酵培养液 中回收结晶L-苏氨酸的方法。 本发明还提供通过使用非溶剂进行淹没结晶回收的结晶L-苏氨酸。 [11] 本发明还提供包含通过使用非溶剂进行淹没结晶回收的结晶L-苏 氨酸的饲料添加剂。 按照本发明的一个方面，提供了.一种从生产L-苏氨酸的微生物发酵 培养液中回收L-苏氨酸的方法，所述方法包括从通过培养生产L-苏氨酸 的微生物而获得的包含所述L-苏氨酸的发酵培养液中分离微生物体，并且 过滤所述培养液，以获得滤出液；浓縮所述滤出液；并且使所述浓缩的滤 出液与非溶剂反应，从而获得L-苏氨酸晶体。按照本发明从微生物发酵培养液中回收L-苏氨酸的方法包括从通
过培养生产L-苏氨酸的微生物而获得的包含所述L-苏氨酸的发酵培养液
中分离微生物体，并且过滤所述培养液，以获得滤出液；浓缩所述滤出液；
并且使所述浓缩的滤出液与非溶剂反应，从而获得L-苏氨酸晶体。为了制备包含L-苏氨酸的发酵培养液，在发酵中所用的微生物可以
是能够生产L-苏氨酸的任何微生物。 按照本发明的实施方案，在生产L-苏氨酸中所用的微生物可以是转 化的大肠杆菌(^&c/zen'c/7/" co/z')菌株。将转化的菌株在倾斜培养基中培 养，以获得种子培养物，并且然后使用所述种子培养物，进行预培养和主 培养，最终产生包含L-苏氨酸的发酵培养液。所产生的发酵培养液可以包 含5-15 wt。/。的L-苏氨酸。 按照本发明的实施方案，从微生物发酵培养液中分离微生物体可以 通过选自过滤、离心分离、或热处理的方法进行。按照本发明的实施方案，所述发酵培养液通过膜过滤进行过滤，并且 因此分离成滤出液和包含所述微生物的沉淀物。进行膜过滤去除发酵培养液中的微生物体。在膜过滤中，从所述发酵培养液中去除不能通过所述膜 孔的微生物体、和其它杂质，并且仅获得能够通过所述膜孔的溶液作为滤 出液。在本文中，不能通过所述膜孔并且因此不作为滤出液而获得的残渣 称为沉淀物，并且可以在纯化L-苏氨酸的过程中，弃去所述沉淀物。 [18] 在膜过滤中所用的膜过滤器可以是能够从发酵培养液中分离微生 物体的任何过滤器。为了从发酵培养液中分离微生物体，本领域的那些普 通技术人员可以容易地设定所述膜过滤器的操作条件。例如，可以在1.2-1.5
的跨膜压力(TMP)下，预先将发酵培养液加热到约6(TC。所述TMP指表 示以水平方向施加在以垂直方向流动的溶液上的压力强度的数值，并且表 示在膜过滤器内的溶液给予所述膜过滤器的压力。所用的膜过滤器孔的尺 寸可以容易地由本领域的那些普通技术人员选择。 按照本发明的实施方案，在膜过滤开始后约l小时，可以形成凝胶 层。所述凝胶层的形成是为了通过在所述过滤膜的表面上形成一薄层微生 物体而保持滤出液在长期时间内以特定水平渗透流动。如果没有形成凝胶 层，滤出液的渗透流动迅速降低，并且因此不能适当地获得滤出液，并且 必须更频繁地洗涤膜过滤器。在所述凝胶层形成完成之后，获得流过膜过 滤器的滤出液。 将通过膜过滤获得的滤出液浓縮。浓缩处理是为了通过减少滤出液 的量而减少对后续处理的负荷，并且浓縮处理还通过增加滤出液中的L-苏 氨酸的浓度而促进结晶形成。 按照本发明从微生物发酵培养液中回收L-苏氨酸的方法包括浓缩 通过从所述发酵培养液中分离的生产L-苏氨酸的微生物体而获得的滤出 液。 浓缩在分离微生物体后获得的滤出液的过程可以通过在减压下浓 縮而进行。优选地，所述在减压下的浓縮可以在680-700 mmHg的真空压 力和65-75 。C温度下的浓缩器中进行。可以根据浓缩进展或为了调整进展 速度而调整在减压下浓缩的条件。 按照本发明的实施方案，在所述滤出液中的总固体的量可以通过浓 縮调整为20-30wtn/。的范围。按照本发明的实施方案，在所述浓缩的滤出液中的L-苏氨酸的量可以在5-25wt。/。范围内。优选地，在所述浓縮的滤出液中的L-苏氨酸的量可 以在10-15 wtQ/。范围内。 按照本发明从微生物发酵培养液中回收L-苏氨酸的方法包括使所
浓縮的滤出液与非溶剂反应，从而获得L-苏氨酸晶体。所述L-苏氨酸晶体可以通过使用非溶剂进行淹没结晶，从包含L-
苏氨酸的浓縮的滤出液中获得。在所述淹没结晶中，使用非溶剂，快速降
低溶解在溶液中的靶物质的溶解度，并且因此容易在室温下诱导高度过饱
和，导致以高产率回收靶物质的晶体。当用于本文时，术语"非溶剂"是
指靶物质不以可检测水平溶解于其中的溶剂。在本发明的实施方案中，所述非溶剂可以是选自由下列各项组成的 组中的至少一种溶剂甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、以及它们的混合物。 优选地，在本发明中所用的非溶剂可以是甲醇。 在所述淹没结晶中耙物质的过饱和可以通过两种方法形成。 一种是 将包含靶物质的溶液(例如，包含L-苏氨酸的过滤和浓縮的发酵培养液) 添加到非溶剂(例如，甲醇)中。另一种是将非溶剂添加到包含靶物质的 溶液中。即，当将所述非溶剂容纳在结晶仪中时，将包含L-苏氨酸的发酵 培养液容纳在原料储存罐中，随后将该发酵培养液加入到结晶仪中的非溶 剂中；或者，当将包含L-苏氨酸的发酵培养液容纳在结晶仪中时，将甲醇 容纳在原料储存罐中，随后将所述甲醇加入到结晶仪中的所述L-苏氨酸浓 縮液中。图2A和2B是显示结晶形状的显微图像，所述结晶形状取决于按 照本发明实施方案在淹没结晶中形成过饱和状态的方法。图2A是通过将作
为非溶剂的甲醇加入到浓縮的滤出液中获得的淹没产物的显微图像，并且
图2B是通过将浓縮的滤出液加入到作为非溶剂的甲醇中获得的淹没产物
的显微图像。如在图2A和2B中所示，当将原料储存罐中容纳的L-苏氨酸浓
縮液以恒定流速添加到结晶仪中容纳的甲醇中时，即用于产生图2B所示的
产物的步骤，可以获得更硬且更具球形的L-苏氨酸晶体。按照本发明的实施方案，使所述浓缩的滤出液与非溶剂反应可以通
过将所述浓縮的滤出液加入到在结晶仪中的所述非溶剂中而进行。按照本发明的实施方案，使所述浓縮的滤出液与非溶剂反应可以通
过将所述非溶剂加入到在结晶仪中的所述浓縮的滤出液中而进行。[31] 按照本发明的实施方案，所述浓縮的滤出液或所述非溶剂可以以
1.0-5.0g/分钟，并且优选1.0-3.0g/分钟的流速加入到结晶仪中。当流速 高于3.0g/分钟时，晶体强度变弱，而当流速低于l.O g/分钟时，形成细小 的晶体。因此，流速可以优选地保持在1.0-3.0g/分钟。 [32] 使用上述方法，使L-苏氨酸浓縮液与结晶仪中的甲醇相混合，以产 生过饱和状态，导致形成球形L-苏氨酸晶体。图3是显示使用Lasentec颗粒 尺寸分析仪测量的L-苏氨酸的结晶成核过程和凝聚的图，以分析在淹没结 晶中的结晶机制。如在图3中所示，在淹没期过程中，晶体的颗粒尺寸增 大，并且在淹没期之后，晶体的颗粒尺寸减小。在另一方面，所产生的颗 粒的数量倾向于随时间连续增加。在淹没结晶中，在其中盛放待结晶的靶物质或非溶剂的储存罐和在 其中实际进行结晶的结晶仪保持在特定温度下。在淹没结晶中反应物的温 度、体积和注射速度影响结晶颗粒的形状、尺寸等。 [34]按照本发明的实施方案，包含L-苏氨酸的浓縮的滤出液的温度可以 在60 -70。C范围内。 按照本发明的实施方案，所述非溶剂的温度可以在20 - 30。C范围 内。 按照本发明的实施方案，包含L-苏氨酸的浓縮的滤出液的温度可以 是70。C，并且所述非溶剂的温度可以是20。C。 通常，当所述非溶剂的温度增加时，球形结晶的尺寸增加。在本发 明的实施方案中，当通过将温度为70。C的L-苏氨酸浓缩液加入到温度为 20。C的甲醇中进行结晶时，可以获得大晶体。 另外，在淹没结晶中，所用的非溶剂的量很重要。当所用的非溶剂 的量减少时，降低溶解度减小作用；另一方面，当所用的非溶剂的量很大 时，成本增加。在本发明的实施方案中，所用的非溶剂的体积可以是所述浓縮的滤 出液的体积的1.0-3.0倍。在本发明的实施方案中，当所用的甲醇的量是 15-25% L-苏氨酸浓缩液的体积的1.0-3.0倍时，获得最优化的晶体产率。 [40]在本发明的实施方案中，当使用分离器分离通过淹没结晶生成的球 形L-苏氨酸晶体并且然后进行干燥时，可以获得具有至少98.5。/。L-苏氨酸
8含量的球形L-苏氨酸晶体，其回收产率为至少95%。 在本发明的实施方案中，通过使用非溶剂从微生物发酵培养液中回 收L-苏氨酸的方法还可以包括分离具有80-100 (im平均颗粒尺寸的L-苏氨 酸晶体。在本发明的实施方案中，使所述浓縮的滤出液与所述非溶剂反应， 以获得结晶L-苏氨酸，并且然后，从分离的母液中回收所述非溶剂，并且 可以对其进行再利用。如在图l中所示，所述晶体是通过使所述浓縮的滤 出液与所述非溶剂反应而形成并且分离的，并且通过蒸馏回收分离后保留 在母液中的非溶剂，并且可以对其进行再利用。 本发明还提供通过使用非溶剂从生产L-苏氨酸的微生物的发酵培 养液中回收的结晶L-苏氨酸。 本发明还提供包含结晶L-苏氨酸的饲料添加剂，所述结晶L-苏氨酸 是通过使用非溶剂从生产L-苏氨酸的微生物的发酵培养液中回收的。 [45] 与通过使用常规浓缩方法回收的结晶L-苏氨酸不同，通过使用非溶 剂从发酵培养液中回收的结晶L-苏氨酸是球形的，因此具有良好的流动性 和高体积密度(bulk density)。因此，当将本发明的结晶L-苏氨酸用作饲 料添加剂时，其可以有助于减少运输成本。 在本发明的实施方案中，所述回收的结晶L-苏氨酸可以具有至少 98.5%的含量，小于1%的湿度含量，和930士50kg/n^的体积密度。 [47] 以下，将参考下述实施例更具体地描述本发明。下述实施例只是为 了举例说明的目的，并不是意欲限制本发明的范围。
有利效果 按照通过使用非溶剂减小L-苏氨酸在溶液中的溶解度回收球形L-苏氨酸晶体的方法，与在高温下进行的浓縮结晶不同，其可以通过在室温 下减小L-苏氨酸在母液中的溶解度而回收所述晶体，并且因此可以获得高 的晶体回收产率。另外，与常规针形L-苏氨酸晶体相比，按照本发明使用 非溶剂获得的球形L-苏氨酸晶体具有极好的流动性，提供了包装和处理的 便利，和高的体积密度，导致运输成本的减少，并且由此增加使用者的满 意度。附图
描述 本发明上述和其它特征以及优点将通过参考附图详细描述其示例
性的实施方案而变得更明显，在所述附图中 图l是显示按照本发明的实施方案回收L-苏氨酸的方法的示意性流 程图； 图2A和2B是显示晶体形状的显微图像，所述晶体形状取决于按照 本发明的实施方案在淹没结晶中产生过饱和状态的方法，其中图2A是通过 将作为非溶剂的甲醇加入到浓缩的滤出液中而获得的淹没产物的显微图 像，并且图2B是通过将浓縮的滤出液加入到作为非溶剂的甲醇中而获得的 淹没产物的显微图像；和 图3是显示在淹没结晶中结晶成核过程如何随时间进展的图，该图 是使用Lasentec颗粒尺寸分析仪观察的。
发明模式 从包含L-苏氨酸的发酵培养液中回收结晶L-苏氨酸 [54] 在生产培养基(葡萄糖40 g/L， (NH4)2S04 6-9 g/L， MgS04 4-6 g/L， KH2P04 2-4 g/L， FeS04 80-90 mg/L， MnS04 10-13 mg/L, CoCl2 4-6 mg/L, Na2Mo04 1-3 mg/L， ZnS04 1-3 mg/L,和113803 0.3-0.8 mg/L)中，在33 。C培 养生产L-苏氨酸的重组大肠杆菌FTR2533，以生成包含L-苏氨酸的发酵培 养液。将100L通过发酵生成的发酵培养液添加到膜过滤器中。然后，通过 所述膜过滤器过滤所述发酵培养液，并且获得含有9.5。/。L-苏氨酸和12.0o/c) 总固体的滤出液。在减压条件下浓缩所述滤出液至24.2 wt。/o的总固体量， 并且然后储存在处于70。C恒温下的原料储存罐中。将体积为L-苏氨酸浓縮 液的体积的2.0倍的甲醇盛放在结晶仪中。然后，在将原料储存罐中的L-苏氨酸浓縮液以2.0 g/分钟的速度加入到所述结晶仪中时，甲醇和L-苏氨酸 浓縮液在结晶仪中反应；使用搅拌器以300 ipm充分混合所述L-苏氨酸浓縮 液和甲醇。当将全部量的L-苏氨酸浓縮液加入到结晶仪中后，搅拌所得到 的混合物30分钟。然后，使用分离器分离结晶浆液。将分离的结晶在处于 60 。C温度下的干燥器中干燥2小时，从而获得具有98.5。/。含量的L-苏氨酸晶体，回收产率为96%。此处，L-苏氨酸产品具有953.3 kg/i^的体积密度， 0.4%的湿度含量，和0.3%的无机物质含量。 尽管已经参考本发明的示例性实施方案特别显示和描述了本发明， 但是本领域那些普通技术人员应该理解，在不背离由后附的权利要求限定 的本发明的精神和范围的条件下，可以进行形式和细节的各种改变。
权利要求
1. 一种从生产L-苏氨酸的微生物的发酵培养液中回收L-苏氨酸的方法，所述方法包括从通过培养所述生产L-苏氨酸的微生物而获得的包含所述L-苏氨酸的发酵培养液中分离微生物体，并且过滤分离的发酵培养液，以获得滤出液；浓缩所述滤出液；和使浓缩的滤出液与非溶剂反应，从而获得L-苏氨酸结晶。
2. 权利要求1的方法，其中所述浓缩的滤出液与非溶剂反应是通过将 所述浓縮的滤出液添加到容纳在结晶仪中的所述非溶剂中或通过将所述 非溶剂添加到容纳在结晶仪中的所述浓缩的滤出液中而进行的。
3. 权利要求1的方法，其中所述非溶剂是选自由下列各项组成的组中 的至少一种溶剂甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、以及它们的混合物。
4，权利要求1的方法，其中所用的非溶剂的体积是所述浓縮的滤出液 的体积的1.0-3.0倍。
5. 权利要求1的方法，其中所述浓缩的滤出液的温度是在60 - 70 °C 范围内。
6. 权利要求l的方法，其中所述非溶剂的温度是在20- 30 。C范围内。
7. 结晶L-苏氨酸，其通过按照权利要求1-6中任一项的方法回收。
8. 饲料添加剂，其包含权利要求7所述的结晶L-苏氨酸。
全文摘要
本发明提供一种从生产L-苏氨酸的微生物发酵培养液中回收L-苏氨酸的方法，通过该方法回收的结晶L-苏氨酸，以及包含通过该方法回收的结晶L-苏氨酸的饲料添加剂，所述方法包括从通过培养生产L-苏氨酸的微生物而获得的包含L-苏氨酸的发酵培养液中分离微生物体，并且过滤所分离的发酵培养液，以获得滤出液；浓缩所述滤出液；并且使所述浓缩的滤出液与非溶剂反应，从而获得结晶L-苏氨酸。
文档编号C12P13/08GK101535490SQ200780042759
公开日2009年9月16日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者崔元燮, 徐龙范, 曹圭男, 朴喜圣, 洪淳源, 辛明基, 金庾賮, 韩胜宇 申请人:Cj第一制糖株式会社