一种从糖蜜发酵液中提取l-赖氨酸的方法
【专利摘要】本发明公开了一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于包括固液分离、膜过滤、固体回收、化学萃取、反萃取步骤。糖蜜发酵液中的菌体、胶体等固态物质去除后，与萃取液充分混合，常温下振荡，萃取达到平衡后分离萃取液和萃余液，萃取液经盐酸反萃取后回收有机溶剂，萃余液直接回收作为发酵培养基的组分，发酵液分离出的滤渣可用作沼气发酵的底物。本发明在常温条件下提取L-赖氨酸，提高了高浓度L-赖氨酸的分配比，糖蜜色素与L-赖氨酸完全分离，有利于后续L-赖氨酸的纯化和精制，且用于萃取的有机溶剂全部回收，萃余液回收全部作为培养基组分，工艺绿色环保，无污染物排放，既有效降低生产成本，提高经济性，又能够带来良好的社会效益。
【专利说明】一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物化工【技术领域】，具体涉及一种糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法。
【背景技术】
[0002]发酵液中氨基酸的分离提取一直是氨基酸生产过程中的一个技术难点，若能够使赖氨酸与发酵液中的糖、硫酸根、钙离子、镁离子、其它氨基酸、色素等杂质有效分离，就提高L-赖氨酸产品的纯度。
[0003]氨基酸的提取分离方法包括沉淀法、离子交换法、反胶团萃取法、电渗析法、液膜分离法、溶剂萃取法等。沉淀法选择性强、操作简单，但在生产过程，若需要达到较好的分离效果，往往需要添加沉淀剂，而沉淀剂会在产品中有一定残留，产品可靠性较低，目前，工业上应用较少；反胶团萃取法提取赖氨酸，只有在溶液中无机盐离子浓度较低的情况下，才能达到比较好的分离效果，对于无机盐含量较高的糖蜜发酵液，反胶团萃取法效果较差；电渗析法操作简单，收率高，生产过程中不产生副产物，不污染环境，但离子交换膜易受浓差极化影响而结垢，分离效果下降，成本较高且对于等电点相差较小的氨基酸分离提取效果较差；液膜分离提取工艺包括制乳、提取、澄清、破乳、回用等工序，使得其工艺过程相对复杂，膜的稳定性受环境因素影响较大，稳定性较差；工业上最常用的赖氨酸的分离方法为离子交换法，此方法在生产过程中需要大量的酸和碱对阴阳离子树脂进行再生。这就必然产生大量的废水，同时导致所需的设备复杂，且连续化、自动化生产困难。而采用溶剂萃取法对赖氨酸发酵液进行分离，整个萃取过程和反萃取过程形成一个闭路循环，可以很好地解决这些问题。张博斌等(2013)采用2—乙基己基膦酸单2—乙基己基酯作为萃取剂，磺化煤油作为稀释剂，在200 r/min的转速下萃取L-赖氨酸浓度分别为31.0,46.5,62.0,74.4、93.0 g/L的赖氨酸发酵液，搅拌4分钟即可达到萃取反应平衡，分配比分别为1.35、0.90、
0.80,0.78,0.75。反萃出来的赖氨酸盐酸盐只需在精制时采用离子交换法或者萃取法去除杂质离子，大大减小了废水排放，或不产生废水。但目前针对从成分非常复杂的糖蜜发酵液中提取高浓度L-赖氨酸的方法，尚未有报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，通过该方法可以提高萃取分配比，完全将L-赖氨酸与糖蜜色素分离。
[0005]为实现本发明的技术目的，本发明的技术方案为:
糖蜜发酵液中的菌体、胶体等固态物质去除后，与萃取液充分混合，常温下振荡，萃取达到平衡后分离萃取液和萃余液，萃取液经盐酸反萃取后回收有机溶剂，萃余液直接回收作为发酵培养基的组分，发酵液分离出的滤渣可用作沼气发酵的底物。
[0006]本发明技术方案的具体步骤如下:
一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于所述的具体步骤如下: a)固液分尚
对糖蜜发酵液进行离心处理，分别收集离心液和固形物；
b)膜过滤
将步骤a)所收集的离心液用滤膜过滤，分别收集滤渣和滤液；
c)化学萃取
以2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯和环己烷的混合溶液为萃取剂，将萃取剂与步骤b)所得滤液按相比1:1混合，萃取温度25 °C，振荡2-5 min后静置分层，分别收集上层有机相和下层水相，下层的水相导入发酵罐作为发酵培养基组分，上层的有机相进行反萃取；
d)反萃取
在有机相中加入浓度为0.3-0.8 mol/L的盐酸溶液，混合均匀后振荡2_4 min，静置分层后，分别收集上层有机相和下层水相，下层水相即L-赖氨酸溶液，上层有机相为再生后的萃取剂，被再次用于萃取步骤。
[0007]优选的，所述的方法还包括固体回收步骤，具体为收集步骤a)和步骤b)得到的固形物和滤渣，作为沼气发酵的反应底物；
优选的，步骤a)所述的离心处理条件为2000-3000 rpm,时间5_10 min。
[0008]优选的，步骤b)所述的滤膜孔径为0.22-0.45 μ m。
[0009]优选的，步骤c)所述的萃取剂是以环己烷为稀释剂，将2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯稀释得到，萃取剂中2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯浓度为0.4-2.0 mol/L0
[0010]本发明方法对L-赖氨酸浓度的适配性范围广泛，优选的，所述的糖蜜发酵液中L-赖氨酸浓度为90-250 g/L。
[0011]本发明方法可以将所有糖蜜发酵液作为萃取原料，优选的所述的糖蜜发酵液的来源为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、玉米糖蜜、葡萄糖蜜经微生物发酵或者酶催化得到的含L-赖氨酸液体。
[0012]本发明的对L-赖氨酸提取工艺，取得了突出的有益效果:首先，适用范围十分广泛，该方法可以将所有成分复杂的糖蜜发酵液作为萃取原料；其次，本发明方法对L-赖氨酸浓度的适配性范围广泛；再者，与已有的发酵液中L-赖氨酸提取技术相比，本发明的提取工艺分配比高，L-赖氨酸与色素达到完全分离，有效降低后续L-赖氨酸产品的纯化和精制的生产成本；最后，本方法在常温条件操作，无需严格控制温度参数，不仅能大大降低生产能耗，而且能降低生产过程中的操作控制要求，即减少生产操作人员的培训成本及生产、安全隐患。而且，本方法中回收有机溶剂，节省了生产和回收成本；并将残余固形物进行生产，整个流程无污染物排放，工艺绿色友好。
【具体实施方式】
[0013]下面的实施例对本发明方法作详细说明，但对本发明没有限制。
[0014]实施例中色素的检测是用分光光度计，所述测定波长是现有文献报道中色素最常用的吸收波长395 nm。
[0015]实施例1本实施例说明从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法对L-赖氨酸浓度为90 g/L的甜菜糖蜜发酵液进行离心处理，离心条件为2000 rpm,时间5 min。，分别收集离心液和固形物；将离心后的滤液用孔径0.45 μ m的滤膜过滤，分别收集滤渣和滤液；收集固液分离和膜过滤得到的固形物和滤渣，作为沼气发酵的反应底物；以2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯和环己烷的混合溶液为萃取剂，萃取剂中2 —乙基己基膦酸单2—乙基己基酯浓度为I mol/L，将萃取剂与膜过滤获得的滤液按相比1:1混合，萃取温度25 °C，振荡4 min后静置分层，分别收集上层有机相和下层水相，下层的水相导入发酵罐作为发酵培养基组分，上层的有机相进行反萃取；在有机相中加入浓度为0.6mol/L的盐酸溶液，混合均匀后振荡4 min，静置分层后，分别收集上层有机相和下层水相，下层水相即L-赖氨酸溶液，上层有机相为再生后的萃取剂，被再次用于萃取步骤。L-赖氨酸萃取的分配比为1.09，反萃率为99%，最终得到的L-赖氨酸溶液在光波长395 nm处测定的吸光值为O。
[0016]实施例2本实施例说明从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法
对L-赖氨酸浓度为140 g/L的甘蔗糖蜜发酵液进行离心处理，离心条件为2000 rpm,时间5 min。，分别收集离心液和固形物；将离心后的滤液用孔径0.22 μ m的滤膜过滤，分别收集滤渣和滤液；收集固液分离和膜过滤得到的固形物和滤渣，作为沼气发酵的反应底物；以2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯和环己烷的混合溶液为萃取剂，萃取剂中2 —乙基己基膦酸单2—乙基己基酯浓度为0.4 mol/L,将萃取剂与膜过滤获得的滤液按相比1:1混合，萃取温度25 °C，振荡2 min后静置分层，分别收集上层有机相和下层水相，下层的水相导入发酵罐作为发酵培养基组分，上层的有机相进行反萃取；在有机相中加入浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，混合均匀后振荡5 min，静置分层后，分别收集上层有机相和下层水相，下层水相即L-赖氨酸溶液，上层有机相为再生后的萃取剂，被再次用于萃取步骤。L-赖氨酸萃取的分配比为0.79，反萃率为100%，最终得到的L-赖氨酸溶液在光波长395 nm处测定的吸光值为O。
[0017]实施例3本实施例说明从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法
对L-赖氨酸浓度为250 g/L的葡萄糖蜜发酵液进行离心处理，离心条件为3000 rpm,时间8 min。，分别收集离心液和固形物；将离心后的滤液用孔径0.22 ym的滤膜过滤，分别收集滤渣和滤液；收集固液分离和膜过滤得到的固形物和滤渣，作为沼气发酵的反应底物；以2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯和环己烷的混合溶液为萃取剂，萃取剂中2 —乙基己基膦酸单2—乙基己基酯浓度为2 mol/L,将萃取剂与膜过滤获得的滤液按相比1:1混合，萃取温度25 °C，振荡5 min后静置分层，分别收集上层有机相和下层水相，下层的水相导入发酵罐作为发酵培养基组分，上层的有机相进行反萃取；在有机相中加入浓度为0.8mol/L的盐酸溶液，混合均匀后振荡5 min，静置分层后，分别收集上层有机相和下层水相，下层水相即L-赖氨酸溶液，上层有机相为再生后的萃取剂，被再次用于萃取步骤。L-赖氨酸萃取的分配比为0.89，反萃率为97%，最终得到的L-赖氨酸溶液在光波长395 nm处测定的吸光值为O。
[0018]实施例4本实施例说明从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法
对L-赖氨酸浓度为120 g/L的玉米糖蜜发酵液进行离心处理，离心条件为2500 rpm,时间10 min。分别收集离心液和固形物；将离心后的滤液用孔径0.45 ym的滤膜过滤，分别收集滤渣和滤液；收集固液分离和膜过滤得到的固形物和滤渣，作为沼气发酵的反应底物；以2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯和环己烷的混合溶液为萃取剂，萃取剂中2 —乙基己基膦酸单2—乙基己基酯浓度为I mol/L，将萃取剂与膜过滤获得的滤液按相比1:1混合，萃取温度25 °C，振荡4 min后静置分层，分别收集上层有机相和下层水相，下层的水相导入发酵罐作为发酵培养基组分，上层的有机相进行反萃取；在有机相中加入浓度为0.6mol/L的盐酸溶液，混合均匀后振荡4 min，静置分层后，分别收集上层有机相和下层水相，下层水相即L-赖氨酸溶液，上层有机相为再生后的萃取剂，被再次用于萃取步骤。L-赖氨酸萃取的分配比为0.91，反萃率为98%，最终得到的L-赖氨酸溶液在光波长395 nm处测定的吸光值为O。
【权利要求】
1.一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于所述的具体步骤如下: a)固液分尚 对糖蜜发酵液进行离心处理，分别收集离心液和固形物； b)膜过滤 将步骤a)所收集的离心液用滤膜过滤，分别收集滤渣和滤液； c)化学萃取 以2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯和环己烷的混合溶液为萃取剂，将萃取剂与步骤b)所得滤液按相比1:1混合，萃取温度25 °C，振荡2-5 min后静置分层，分别收集上层有机相和下层水相，下层的水相导入发酵罐作为发酵培养基组分，上层的有机相进行反萃取； d)反萃取 在有机相中加入浓度为0.3-0.8 mol/L的盐酸溶液，混合均匀后振荡2_5 min，静置分层后，分别收集上层有机相和下层水相，下层水相即L-赖氨酸溶液，上层有机相为再生后的萃取剂，被再次用于萃取步骤。
2.根据权利要求1所述的一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于，所述的方法还包括固体回收步骤，具体为收集步骤a)和步骤b)得到的固形物和滤渣，作为沼气发酵的反应底物。
3.根据权利要求1所述的一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于，步骤a)所述的离心处理条件为2000-3000 rpm,时间5-10 min。
4.根据权利要求1所述的一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于，步骤b)所述的滤膜孔径为0.22-0.45 μ m。
5.根据权利要求1所述的一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于，步骤c)所述的萃取剂是以环己烷为稀释剂，将2—乙基己基膦酸单2—乙基己基酯稀释得至IJ，萃取剂中2 —乙基己基膦酸单2 —乙基己基酯浓度为0.4-2.0 mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于，所述的糖蜜发酵液中L-赖氨酸浓度为90-250 g/L。
7.根据权利要求1所述的一种从糖蜜发酵液中提取L-赖氨酸的方法，其特征在于，所述的糖蜜发酵液的来源为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、玉米糖蜜、葡萄糖蜜经微生物发酵或者酶催化得到的含L-赖氨酸液体。
【文档编号】C07C229/26GK104230732SQ201410417019
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】陈可泉, 何珣, 肖文, 张弘, 欧阳平凯 申请人:南京工业大学