一种异亮氨酸提取工艺的制作方法

本发明涉及一种玉米深加工方法，即一种异亮氨酸提取工艺。
背景技术：
：异亮氨酸又称“异白氨酸”，系统命名为“α-氨基-β-甲基戊酸”。是人体必需氨基酸之一，化学式：ch3ch2ch(ch3)ch(nh2)cooh。分子量：131.17。l-异亮氨酸是人体必需氨基酸，同时又是三种支链氨基酸之一，因其特殊的结构和功能在人类生命代谢中占有特别重要的地位。l-异亮氨酸主要用于配制复合氨基酸制剂，特别是应用于高支链氨基酸输液(如3h输液等)及口服液(肝安干糖浆等)。目前，异亮氨酸提取工艺采用阳离子交换柱去除杂酸与杂质，它可以去除nh4+、ca2+、mg2+等杂质离子及一部分酸性氨基酸，但高流中的硫酸根离子与一大部分杂质氨基酸没有去除，导致高流液的质量不高，杂质量偏大，同时高流中还有大量的色素，使最终得到的产品等级低，只能生产usp24级别的异亮氨酸产品，异亮氨酸的品质很难得到提高。现有工艺采用二次结晶、二次脱色，去除异亮氨酸中的杂质，得到异亮氨酸成品。但是二次结晶、二次分离得到异亮氨酸成品过程中，产生大量的异亮氨酸母液，母液再一次上离交柱，使得母液的损失量变大，异亮氨酸的提取精制收率不高，仅达到60％，收率低，浪费严重。由于采用二次结晶工艺，使得工艺路线较长，提取异亮氨酸过程能源消耗较大，最终产品成本较高。技术实现要素：本发明的目的是提供一种产品收率及质量显著提高，成本大幅降低的异亮氨酸的提取方法。上述目的是由以下技术方案实现的：一种异亮氨酸的提取工艺，其特点是：所述工艺是：发酵液经陶瓷膜过滤，得滤清液经阳离子柱去除杂质，洗脱收集得到异亮氨酸高流液，再进入阴离子柱进行除杂，再经过超滤除去大部分的色素、多糖及大分子量的可溶性蛋白，得到超滤清液，再经活性炭脱色，经过脱碳机进入蒸发器进行浓缩结晶，得到异亮氨酸的粗品，湿成品进入淘洗罐，加入纯化水混合搅拌得淘洗液，打入冷却洁净罐内降温，分离，湿成品进行烘干。所述工艺的优化步骤如下：(1)发酵液ph调为3.0，经陶瓷膜在温度60℃，压力0.2-0.25mpa过滤，料液中的菌体蛋白被截留下来为截留液，异亮氨酸随滤清液进入下道工序；(2)滤清液经阳离子柱，洗脱收集后，去除杂质离子nh4+、ca2+、mg2+及部分酸性氨基酸，得到异亮氨酸高流液；(3)异亮氨酸高流液进入阴离子柱，流量为9m3/h，除去大部分硫酸根及一部分杂酸及大量的色素；(4)进入超滤，压力0.58-0.62mpa，超滤温度40-45℃，除去大部分色素、多糖及大分子量的可溶性蛋白，得到透光50％以上的超滤清液；(5)超滤清液经过活性炭脱色，控制温度60℃，搅拌30min以上，清液经过脱碳机进入蒸发器进行浓缩结晶，得到异亮氨酸的粗品。双效浓缩一效温度60-65℃，浓缩液含量4.5-5.5％；单效结晶温度51-53℃，浓缩3.9-4.1倍；(6)单效结晶浓缩液进入冷却结晶罐，降温到5℃，进行分离，母液回到阳离子交换柱进入下一批产品，分离的湿成品进入淘洗罐；(7)在淘洗罐内加入纯化水，与分离湿成品进行混合，开启搅拌，搅拌均匀后将淘洗液打入冷却洁净罐内降温，降温到5℃，进行分离得湿成品，母液回到阳离子交换柱进入下一批产品；(8)将湿成品装入双锥烘干机内，对湿成品进行烘干，控制温度70℃，烘干时间为4h。本发明的有益效果是：增加阴离子交换柱，产品的等级由usp24提升到usp31，采用一次淘洗工艺替代二次脱色，物料损失及能耗和成本大幅降低，异亮氨酸的收率由60％提升到65％以上。附图说明图1是第一种实施例的工艺流程图；图2是第一种实施例的阴柱过流小试成品杂酸均值图；图3是第二种实施例的工艺流程图；图4是第二种实施例的湿品淘洗实验收率均值图。具体实施方式第一种实施例：图1介绍了一种异亮氨酸的提取工艺，其核心技术是在现有工艺的基础上，增加了阴离子交换过程。围绕上述工艺路线，介绍一种优化的工艺步骤如下：(1)发酵液先调酸ph为3.0，经陶瓷膜过滤，料液中的菌体蛋白被截留下来，称为截留液。异亮氨酸随滤清液进入下道工序。膜过滤温度60℃，压力0.2-0.25mpa。(2)滤清液经阳离子柱，洗脱收集后，去除nh4+、ca2+、mg2+等杂质离子及一部分酸性氨基酸，得到异亮氨酸高流综合液。高流液中的杂质主要是杂酸及硫酸根。(3)异亮氨酸阳柱高流液，进入阴柱进行过流工艺进行除杂，可以除去大部分硫酸根及一部分杂酸，同时可以除去大量的色素；过流工艺的流量为9m3/h。(4)异亮氨酸经过超滤进行过滤，除去大部分的色素及大分子量的可溶性蛋白，得到超滤清液，透光在50％以上；超滤压力控制在0.6mpa，超滤温度40-45℃。(5)超滤清液经过活性炭脱色，控制温度60℃，搅拌30min以上，清液经过脱碳机进入蒸发器进行浓缩结晶，从而得到异亮氨酸的粗品。双效浓缩一效温度60-65℃，浓缩液含量5％左右；单效结晶温度52℃，浓缩4倍左右。(6)单效结晶浓缩液进入冷却结晶罐，降温到5℃，进行分离，母液回到阳离子交换柱进入下一批产品，分离的一次湿成品再一次溶解，进入脱色系统，进行脱色。脱色控制温度为60℃，搅拌30min以上，清液要求透光99.5％以上。(7)二次脱色清液经浓缩、冷却结晶、离心分离得到湿异亮氨酸，烘干后得到usp31的成品异亮氨酸；离心精母液进入下一批次阳离子交换柱，进行回用。浓缩温度50-52℃，育晶及分离温度5℃以下，烘干温度65℃。实验情况简述1.小型实验：试验方案设计：由于影响试验最后成品杂酸含量的因素有料液透光、杂酸含量、、硫酸根含量等，故在实验设计时，根据阴离子交换柱去除特性，将阳离子交换柱高流液ph、上柱流量、温度三个因素，按照三水平模式设计了正交试验。表1阴柱过流小试正交因素水平表因素高流液ph上柱流量l/h温度℃水平13.512030水平24.014035水平34.516040实验步骤：(1)按照小试实验计划表设计参数进行试验。(2)取1m3异亮氨酸阳离子交换柱高流液，先取样检测料液指标，其中包括异亮氨酸含量、杂酸含量、硫酸根含量、透光等。(3)按实验计划表参数，调整好ph后，采用恒温调节保持料液温度的前提下，采用阴离子交换柱进行过流实验。(4)阴离子交换柱产出液收集后，取样检测料液指标，其中包括异亮氨酸含量、杂酸含量、硫酸根含量、透光等。计算阴离子交换柱杂酸去除率等。(5)阴柱液经过超滤进行过滤，除去大部分的色素及大分子量的可溶性蛋白，得到超滤清液；超滤压力控制在0.6mpa，超滤温度40-45℃。(6)超滤清液经过活性炭脱色，控制温度60℃，搅拌30min以上，清液经过脱碳后，使用旋转蒸发仪进行蒸发浓缩结晶，蒸发温度60-65℃。(7)浓缩液经过分离出的一次湿成品再一次溶解，进行脱色。脱色控制温度为60℃，搅拌30min以上。(8)二次脱色清液再经过浓缩冷却结晶、离心分离得到湿异亮氨酸，烘干后得到成品异亮氨酸；(9)称量产品并化验含量，杂酸量等，并记录。表2实验批阳离子高流液指标检测数据表从表2数据来看，各批实验上液ph基本符合实验设计要求，不同实验批异亮氨酸、杂酸、硫酸根含量及透光基本稳定。表3：实验批阴柱液指标检测数据表表4：实验批异亮氨酸成品指标检测数据表表5：小试实验结果表另由图2《阴柱过流小试成品杂酸均值图》可见，通过多组小试实验平均结果显示，阳柱高流液ph为4.0，上柱流量为140l/h、温度在40℃时，异亮氨酸成品中杂酸含量最低，可以保证产品质量达到usp31的标准。表6：试验结果直观分析表所在列123因素高流液ph上柱流量l/h温度℃实验1111实验2122实验3133实验4212实验5223实验6231实验7313实验8321实验9332均值10.4870.470.48均值20.4270.4430.473均值30.4770.4770.437极差0.060.0340.043表7：试验结果方差分析表通过对试验结果的因素分析，对最终产品杂酸含量影响大小排序为高流液ph＞温度＞上柱流量。从方差分析结果看，各因素不同水平对杂酸结果均有显著影响。通过实验过程中三项因素之间的不同影响，进行了两两交互分析，具体分析结果见附表10、附表11、附表12。表8：温度与ph交互作用表表9：上柱流量与ph交互作用表表10：上柱流量与温度交互作用表从交互作用结果看，上柱流量与温度之间存在交互作用。根据正交助手直观分析结果，得出异亮氨酸阳柱离交高流液在ph在4.0、上柱流量140l/h、温度40℃时产出的异亮氨酸成品杂酸含量最低，达到usp31的质量标准。根据试验结果、再次设计单因素试验，固定上柱流量为140l/h、温度在40℃，调整ph值进行试验，试验步骤同上，通过反复多次实验验证后，实验数据如下：表11：调整阳柱离交高流液ph值实验数据表由实验结果可知，将阳柱高流液上阴柱的上柱流量固定为140l/h、温度40℃，ph在3.8-4.2之间时，最终得到异亮氨酸产品的杂酸含量均能低于0.45％，满足异亮氨酸usp31的质量标准，极大的提高了异亮氨酸的成品质量，有力的保证了产品的市场竞争力。2.放大实验根据小试情况，车间将异亮氨酸老工艺阳离子交换柱产生的高流液调整ph及保证料液温度的前提下，按小试实验的上柱流量进行阴离子交换柱过流实验处理，处理后的料液再按照老工艺流程进行脱色分离、蒸发结晶等得到异亮氨酸成品。按此工艺流程进行了5批大生产实验，最终实验结果如下：表12：异亮氨酸提取放大实验结果汇总表批次异亮氨酸含量％杂酸含量％产品等级收率％199.50.42usp3159.8299.40.41usp3160.2399.20.39usp3160.5499.30.42usp3159.9599.50.43usp3160.1平均99.380.41460.1通过放大实验，新工艺最终使异亮氨酸成品的杂酸含量达到0.414％，比原来的0.53％杂酸含量降低了0.116％，达到了usp31的质量标准，且产品收率未降低，达到了实验目的。第二种实施例：图3介绍了一种工艺设计，其核心技术是：在第一种实施例的基础上去除耗能及收率损失较大的二次结晶和二次脱色，在一次结晶的基础上采用淘洗工艺。图中可见以下工艺步骤：(1)发酵液先调酸ph为3.0，经陶瓷膜过滤，料液中的菌体蛋白被截留下来，称为截留液。异亮氨酸随滤清液进入下道工序。膜过滤温度60℃，压力0.2-0.25mpa。(2)滤清液经阳离子柱，洗脱收集后，以去除nh4+、ca2+、mg2+等杂质离子及一部分酸性氨基酸，得到异亮氨酸高流综合液溶液。高流液中的杂质主要是杂酸及硫酸根。(3)异亮氨酸阳柱高流液，进入阴柱进行过流工艺进行除杂，可以除去大部分硫酸根及一部分杂酸，同时可以除去大量的色素；过流工艺的流量为9m3/h。(4)异亮氨酸经过超滤进行过滤，除去大部分的色素、多糖及大分子量的可溶性蛋白，得到超滤清液，透光在50％以上；超滤压力控制在0.6mpa，超滤温度40-45℃。(5)超滤清液经过活性炭脱色，控制温度60℃，搅拌30min以上，清液经过脱碳机进入蒸发器进行浓缩结晶，从而得到异亮氨酸的粗品。双效浓缩一效温度60-65℃，浓缩液含量5％左右；单效结晶温度52℃，浓缩4倍左右。(6)单效结晶浓缩液进入冷却结晶罐，降温到5℃，进行分离，母液回到阳离子交换柱进入下一批产品，分离的湿成品进入淘洗罐。(7)在淘洗罐内加入纯化水，与分离湿成品进行混合，开启搅拌，搅拌均匀后将淘洗液打入冷却洁净罐内降温，降温到5℃，进行分离，母液回到阳离子交换柱进入下一批产品，湿成品进行烘干。(8)将湿成品装入双锥烘干机内，对湿成品进行烘干，控制温度70℃，烘干时间为4h。1.小试情况简述试验方案设计：由于影响试验最后成品收率的因素有淘洗水量、淘洗水温度、淘洗时间等，故在实验设计时，根据淘洗工艺特点，将纯水与一次结晶后湿品的比例、淘洗温度、淘洗时间三个因素，按照三水平模式设计了正交试验。表13：小试实验计划表实验步骤：(1)按照小试实验计划表设计参数进行试验。(2)取50kg一次结晶分离湿品异亮氨酸，检测湿品水分、异亮氨酸含量、杂酸含量等。(3)按实验计划表参数，比例添加纯水后，采用恒温调节保持料液温度的前提下开启搅拌进行淘洗。(4)将淘洗晶浆液冷却到5℃左右，离心分离，得到一次母液与精品异亮氨酸；记录一次母液体积含量，母液回到阳离子交换柱进入下一批产品。(5)将湿成品异亮氨酸放入烘箱进行混干，温度70℃，烘干时间4h。(6)称量产品并化验含量，杂酸量等，并记录。表14：实验批一次结晶湿品指标检测数据表表15：实验批异亮氨酸成品指标检测数据表表16：小试实验结果表湿品淘洗实验收率见图4，通过多组小试实验平均结果显示，淘洗水与湿品比例为20％，淘洗温度为50℃、淘洗时间在50min时，淘洗收率最高，且异亮氨酸成品中杂酸含量可以保证产品质量达到usp31的标准。表17：试验结果直观分析表所在列123因素淘洗水与湿品比例％淘洗温度℃淘洗时间min实验1111实验2122实验3133实验4213实验5221实验6232实验7312实验8323实验9331均值192.4392.1091.40均值291.9793.1792.33均值389.3388.4790.00极差3.104.702.33表18：试验结果方差分析表通过对试验结果的因素分析，影响淘洗收率的显著性因素为淘洗温度，其次是淘洗水与湿品比例、最后是淘洗时间。通过实验过程中三项因素之间的不同影响，进行了两两交互分析，具体分析结果见附表19、附表20、附表21。表19：淘洗温度与淘洗水比例交互作用表表20：淘洗时间与淘洗水比例交互作用表表21：淘洗时间与淘洗温度交互作用表通过交互作用分析，可至洗水比例，淘洗温度，淘洗时间三个因素两两之间均存在交互作用。根据直观分析结果，得出异亮氨酸淘洗水与一次分离湿品比例在20％、淘洗温度在50℃、淘洗时间为50min时产出的异亮氨酸成品收率最高，且能达到usp31的质量标准。根据试验结果、再次设计单因素试验，固定淘洗水比例为20％、淘洗时间在50min，调整淘洗温度进行试验，试验步骤同上，通过反复多次实验验证后，实验数据如下：表22：调整淘洗温度后实验数据表由实验结果可知，将淘洗水比例固定为20％、淘洗时间固定在50min，淘洗温度在48-52℃之间时，最终得到异亮氨酸产品质量能达到usp31的质量标准，且淘洗收率最高，极大的提高了异亮氨酸的收率，有力的保证了产品的市场竞争力。2.放大实验根据小试情况，车间按照新工艺运行实验，采取阴离子交换柱过流处理后的离交液，通过膜过滤、脱色、结晶分离产生的湿品异亮氨酸，通过淘洗工艺取代原来的二次结晶，按照小试的实验步骤进行实验，得出以下实验数据。表23：异亮氨酸提取放大实验结果汇总表批次异亮氨酸含量％杂酸含量％产品等级收率％199.20.44usp3165.3299.50.40usp3166.2398.90.41usp3164.6499.40.38usp3165.8599.60.45usp3165.7平均99.320.41665.52通过放大实验，新工艺最终使异亮氨酸的收率可达到65.5％，比原来的60％的收率提高5.5％个百分点，但产品的质量依然可以做到usp31，证明淘洗工艺可以有效的替代传统的二次结晶工艺，显著提升异亮氨酸的收率，同时由于采用淘洗工艺，减少了大量蒸汽与电耗，实现了节能减排的目的。当前第1页12