一种由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法

专利名称：一种由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法
技术领域：
本发明属于氨基酸分离纯化生产的技术领域，具体地说是涉及一种由苏氨酸发酵
液制备苏氨酸结晶的方法。
背景技术：
苏氨酸是人和动物必需的一种氨基酸，具有恢复人体疲劳、促进生长发育的作用。 但人体和动物自身不能合成苏氨酸，必须得从食物等外源获取。因此，苏氨酸作为食品强化 剂、饲料添加剂、医药制剂、保健品等被广泛应用，应用前景十分广阔，市场需求非常旺盛。
苏氨酸的生产方法包括蛋白质水解法、合成法和直接发酵法。直接发酵法是目前 生产苏氨酸的主要方法，该方法具有原材料成本低、易于大规模生产等优点。传统的苏氨酸 发酵法生产包括发酵培养、菌体分离、离子交换、活性炭脱色、蒸发浓縮、等点电结晶、重结 晶等步骤，其中，菌体分离、离子交换、活性炭脱色、蒸发浓縮、等点电结晶、重结晶是苏氨酸 分离纯化的关键步骤。传统的苏氨酸发酵液菌体分离方法采用絮凝法和离心法，往往菌体 等颗粒分离不彻底，滤液质量差。苏氨酸的一次结晶一般采用等电点法，即将苏氨酸水溶液 pH值调节至苏氨酸等电点6. 16，苏氨酸逐渐结晶出来，过滤结晶液得到苏氨酸一次结晶粗 品。由于来料质量差，一次结晶产品质量往往达不到质量标准，必须进行重结晶来保障产品 质量。该结晶方法步骤长，收率低，产生大量的结晶母液，污水排放量大。另外，由于苏氨酸 溶于水，在结晶母液中还残留约7%的苏氨酸，为提高苏氨酸收率，结晶母液要循环套用，这 样进一步降低了产品质量，形成恶性循环。需要发展高收率、高质量、低成本、低污染的苏氨 酸结晶制备方法。 天津科技大学的专利申请CN200610014324. 4公开了一种从发酵液中分离提取
L-苏氨酸的方法，该方法以金属管式微滤膜过滤发酵液，与传统方法相比，改善了滤液质
量，但微滤膜对色素和蛋白的去除率有待提高，需要活性炭脱色进一步提高料液质量，而且
结晶方法仍然采用调节溶液pH值的等电点法一次结晶和用乙醇沉淀法重结晶的两次结晶
方法，结晶母液仍需套用，因此，该方法的工艺长、收率低、结晶母液排放量大。 长春大成实业集团有限公司的专利申请CN200710097998. 1公开了一种由苏氨酸
发酵液提取苏氨酸的方法，该方法以无机陶瓷膜过滤发酵液，可以提高滤液质量，但需要活
性炭进一步脱色；结晶方法采用从7(TC到5t:的降温方法，结晶母液仍以水为溶剂，对色素
等杂质溶解能力小，母液中还溶解大量苏氨酸，结晶收率低，需要将结晶母液浓縮后二次结
晶或回用母液，存在收率低、能耗高等缺点。

发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率、低能耗、低成本的由苏氨酸发酵液制备苏氨 酸结晶的方法。
本发明提供的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，包括以下步骤 1)过滤将苏氨酸发酵液经过灭菌后进入超滤膜过滤，除去诸如菌体、蛋白及大
3:浓度为20wt^以上
o. 3-i : i的比例
分子色素等杂质，得到澄清的苏氨酸发酵滤液； 所述超滤膜为板式或管式的膜分离系统，膜的材质为有机高分子聚合物，截流分 子量为5000-50000丽，pH值为0-14，操作温度控制在10_45°C ; 所述的膜的材质为有机高分子聚合物，包括聚纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚 氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性 丙烯酸聚合物； 2)浓縮将步骤1)得到的澄清滤液浓縮，直到得到苏氨酸质j 的浓縮液；用氨水调节浓縮液的pH值为4. 0-8. 0 ;
优选地，浓縮液中的苏氨酸的质量浓度为20_25wt% ;
优选地，用氨水调节浓縮液的pH值为5. 8-6. 3 ;
所述的浓縮方法为减压蒸发浓縮、常压蒸发浓縮或纳滤浓縮
3)共沸将步骤2)的苏氨酸的浓縮液与共沸剂以体积比1 混合，在搅拌下进行共沸结晶，直到混合液中的水分含量减至0.8-15% (卡式水分含量)； 然后将混合液降温到5-2(TC ，滤出晶体，用同样的共沸剂洗涤晶体以除去晶体表面的杂质， 干燥，得到所需的苏氨酸结晶体； 所述的共沸结晶为减压共沸结晶或常压共沸结晶，优选减压共沸结晶；
所述共沸剂为能与水形成共沸体系的醇类和/或酯类溶剂； 所述的醇类共沸剂为含碳数C2-C8的直链脂肪醇、支链脂肪醇、环醇或它们的混 合物，包括乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、正戊醇、正己醇、环己醇、正庚 醇、正辛醇等，优选正丁醇； 所述的酯类共沸剂为含碳数C2-C8的酯类共沸剂，包括乙酸乙酯、乙酸丁酯等， 优选乙酸丁酯； 所述共沸剂为含碳数C2-C8的醇类和酯类共沸剂的混合物。 按照本发明的制备方法，制得的苏氨酸结晶的纯度可达到98.5%，苏氨酸膜超滤 收率可达到96%以上，共沸结晶收率可达到95%以上。 本发明是通过将苏氨酸发酵液灭菌后进行板式或管式膜超滤、浓縮、共沸结晶等 步骤来制备苏氨酸结晶，与现有技术相比其优点在于 1)与使用微滤膜的方法(专利申请CN200610014324. 4)相比，本发明采用板式或 管式膜超滤，从而提高了滤液质量和收率，解决了苏氨酸发酵液难以过滤、质量差、收率低 的问题； 2)与使用等电点法结晶和乙醇沉淀法重结晶(专利申请CN200610014324. 4)或是 降温结晶(专利申请CN200710097998. 1)相比，本发明通过共沸结晶提高了苏氨酸结晶收 率和质量并降低了能耗，一次结晶产品纯度达到98. 5% ; 因此，本发明的制备方法是一种高效率、低能耗、低成本的绿色生产新工艺，而且 其方法简单，易于推广。
具体实施方式

实施例1 : (1)取经过灭菌后的苏氨酸发酵液20L加入板式超滤膜系统的发酵液储罐，板式超滤膜材质为聚纤维素，截流分子量为10000-30000丽，pH值5.5，操作温度控制在 35士5t:，检查设备是否处于正常状态，启动膜设备，膜进口压力控制在5kg/cm2以下，调节 膜进出口压差在2kg/cm2左右。利用超滤膜对不同分子量物质截留率不同，使菌体、蛋白、 大分子色素等杂质截流在滤渣内，收集澄清的超滤液。当进出口压差低于lkg/cm2时，补入 适量去离子水。过滤终点时得到苏氨酸超滤液27L，超滤收率达到96%。
(2)将上步得到的澄清的苏氨酸发酵滤液减压蒸发浓縮至苏氨酸的浓度为 20wt^，停止蒸发，用氨水将苏氨酸浓縮液的pH调节为6. 16。 (3)按上步得到的浓縮液和正丁醇(共沸剂)以体积比1 : 1的比例混合，在搅拌 下进行共沸结晶，直到混合液中的水分含量达到1_2% (卡式水分含量)；然后将结晶液降 温到l(TC，滤出晶体并用正丁醇洗涤除去晶体表面杂质，干燥，得到所需的苏氨酸结晶体， 苏氨酸结晶的纯度为98. 5%，苏氨酸的结晶收率达到95%，苏氨酸总收率达到91. 2%。
实施例2 : (1)取经过灭菌后的苏氨酸发酵液20L加入管式超滤膜系统的发酵液储罐，管式 超滤膜材质为聚砜，截流分子量为30000-50000丽，pH值为5. O，操作温度控制在25±5°C， 检查设备是否处于正常状态，启动膜设备，膜进口压力控制在5kg/cm2以下，调节膜进出口 压差在2kg/cm2左右。利用超滤膜对不同分子量物质截留率不同，使菌体、蛋白、大分子色 素等杂质截流在滤渣内，收集澄清的超滤液。当进出口压差低于lkg/cm2时，补入适量去离 子水。过滤终点时得到苏氨酸超滤液29L，超滤收率达到96. 2% 。 (2)将上步得到的澄清的苏氨酸发酵滤液减压蒸发浓縮至苏氨酸的浓度为 25wt % ，停止蒸发，用氨水将苏氨酸浓縮液的pH调节为6. 0。 (3)按上步得到的浓縮液和异丙醇(共沸剂)以体积比1 : 0. 3的比例混合，在 搅拌下进行减压共沸结晶，直到混合液中的水分含量达到1-2% (卡式水分含量)；然后将 结晶液降温到l(TC，滤出晶体并用异丙醇洗涤除去晶体表面杂质，干燥，得到所需的苏氨酸 结晶体，苏氨酸结晶的纯度为98.6%，苏氨酸的结晶收率达到95. 1%，苏氨酸总收率达到 91. 5%。 实施例3 : (1)取经过灭菌后的苏氨酸发酵液20L加入板式超滤膜系统的发酵液储罐，板式 超滤膜材质为聚砜，截流分子量为30000-50000丽，pH值为4. 8，操作温度控制在25±5°C °C 左右，检查设备是否处于正常状态，启动膜设备，膜进口压力控制在5kg/cm2以下，调节膜进 出口压差在2kg/cm2左右。利用超滤膜对不同分子量物质截留率不同，使菌体、蛋白、大分 子色素等杂质截流在滤渣内，收集澄清的超滤液。当进出口压差低于lkg/cm2时，补入适量 去离子水。过滤终点时得到苏氨酸超滤液29L，超滤收率达到96. 1%。
(2)将上步得到的澄清的苏氨酸发酵滤液纳滤浓縮至苏氨酸的浓度为20wt^，停 止浓縮，用氨水将苏氨酸浓縮液的pH调节为5.8。 (3)按上步得到的浓縮液和乙酸丁酯(共沸剂)以体积比1 : 1的比例混合，在搅 拌下进行减压共沸结晶，直到混合液中的水分含量达到1-2% (卡式水分含量)；然后将结 晶液降温到10°C ，滤出晶体并用乙酸丁酯洗涤除去晶体表面杂质，干燥，得到所需的苏氨酸 结晶体，苏氨酸结晶的纯度为98. 5%，苏氨酸的结晶收率达到95. 0%，苏氨酸总收率达到 91. 3%。
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实施例4 : (1)取经过灭菌后的苏氨酸发酵液20L加入管式超滤膜系统的发酵液储罐，管 式超滤膜材质为聚酰胺，截流分子量为30000-50000丽，pH值为5.3，操作温度控制在 30士5t:t:左右，检查设备是否处于正常状态，启动膜设备，膜进口压力控制在5kg/cm2以 下，调节膜进出口压差在2kg/cm2左右。利用超滤膜对不同分子量物质截留率不同，使菌体、 蛋白、大分子色素等杂质截流在滤渣内，收集澄清的超滤液。当进出口压差低于lkg/cm2时， 补入适量去离子水。过滤终点时得到苏氨酸超滤液29L，超滤收率达到96. 2%。
(2)将上步得到的澄清的苏氨酸发酵滤液减压蒸发浓縮至苏氨酸的浓度为 25wt^，停止浓縮，用氨水将苏氨酸浓縮液的pH调节为6. 3。 (3)按上步得到的浓縮液和正丁醇/乙酸丁酯(共沸剂)以体积比1 : 0. 5 : 0. 5 的比例混合，在搅拌下进行减压共沸结晶，直到混合液中的水分含量达到1-2% (卡式水分 含量)；然后将结晶液降温到l(TC，滤出晶体并用正丁醇洗涤除去晶体表面杂质，干燥，得 到所需的苏氨酸结晶体，苏氨酸结晶的纯度为98.5%，苏氨酸的结晶收率达到95. 1%，苏 氨酸总收率达到91.5%。
权利要求
一种由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，包括以下步骤1)过滤将苏氨酸发酵液经过灭菌后进入超滤膜过滤，除去杂质，得到澄清的苏氨酸发酵滤液；2)浓缩将步骤1)得到的澄清滤液浓缩，直到得到苏氨酸质量浓度为20wt％以上的浓缩液；用氨水调节浓缩液的pH值为4.0-8.0；3)共沸将步骤2)的苏氨酸的浓缩液与共沸剂以体积比1∶0.3-1∶1的比例混合，在搅拌下进行共沸结晶，直到混合液中的水分含量减至卡式水分含量为0.8-15％；然后将混合液降温到5-20℃，滤出晶体，用同样的共沸剂洗涤晶体以除去晶体表面的杂质，干燥，得到所需的苏氨酸结晶体；所述共沸剂为能与水形成共沸体系的醇类和/或酯类溶剂。
2. 根据权利要求1所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于所述 步骤1)的超滤膜为板式或管式的膜分离系统，膜的材质为有机高分子聚合物，截流分子量 为5000-50000丽，pH值为0-14，操作温度控制在10-45°C。
3. 根据权利要求1或2所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于 所述步骤1)的超滤膜的膜的材质为聚纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙 烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、或改性丙烯酸聚合物。
4. 根据权利要求1所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于所述 步骤2)的浓縮液中的苏氨酸的质量浓度为20-25wt%。
5. 根据权利要求1所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于所述 步骤2)浓縮液用氨水调节其pH值为5. 8-6. 3。
6. 根据权利要求1所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于所述 步骤2)的浓縮方法为减压蒸发浓縮、常压蒸发浓縮或纳滤浓縮。
7. 根据权利要求1所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于所述 步骤3)的共沸结晶为减压共沸结晶。
8. 根据权利要求1所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于所述步骤3)的共沸剂为含碳数C2-C8的直链脂肪醇、支链脂肪醇、环醇或它们的混合物、含碳数 C2-C8的酯类共沸剂、或含碳数C2-C8的醇类和酯类共沸剂的混合物。
9. 根据权利要求1所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于所述 步骤3)的共沸剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、正戊醇、正己醇、环己 醇、正庚醇、正辛醇、乙酸乙酯、或乙酸丁酯。
10. 根据权利要求l所述的由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，其特征在于所述步骤3)的共沸剂为正丁醇或乙酸丁酯。
全文摘要
本发明涉及一种由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，该方法包括将苏氨酸发酵液灭菌后进行板式或管式膜超滤、浓缩、共沸结晶等步骤来制备苏氨酸结晶，制得的苏氨酸结晶的纯度可达到98.5％，苏氨酸膜超滤收率可达到96％以上，共沸结晶收率可达到95％以上。本发明的制备方法是一种高效率、低能耗、低成本的绿色生产新工艺，而且其方法简单，易于推广。
文档编号C07C227/42GK101759580SQ20081024099
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者刘庆芬, 刘素平, 和晓波, 李强, 李望良, 梁向峰, 祝士清, 邢建民 申请人:中国科学院过程工程研究所