一种l-丝氨酸的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及L-丝氨酸的制备方法，尤其是快速制备L-丝氨酸的方法。
【背景技术】
[0002]L-丝氨酸虽非人体必需氨基酸，但在体内氨基酸代谢过程中处于氨基酸代谢的中间环节，参与多种重要物质的合成。目前，L-丝氨酸主要通过丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)酶促转化获得。SHMT由glyA基因编码，在甲醛、磷酸吡哆醛及四氢叶酸存在的条件下能催化甘氨酸转化为L-丝氨酸。该法具有原材料价格低廉、工艺路线短、反应周期快、终产物含量高等特点。但是酶法制备丝氨酸后产品的分离与纯化一直是人们比较关注的问题。韦平和等人在《酶法生产L-丝氨酸的分离纯化》一文中指出酶法制备丝氨酸的分离纯化工艺中大多采用传统的珍珠岩助滤、无机絮凝剂沉淀蛋白质以及活性炭脱除色素等方法，但这些方法存在产品收率低、质量较差。因此，在该文中作者提出了需要建立先进、有效的分离纯化工艺并将膜分离法技术引入到了丝氨酸的分离纯化中，得到了较好的分离效果。在以前的研宄中孙进、吴梧桐等人在《SHM T酶促反应液中L-丝氨酸分离和有关组分分析》、《酶法合成L-丝氨酸及反应液中氨基酸的分离》提出了用717阴离子树腊分离L-丝氨酸的方法。综合目前有关酶促转化制备L-丝氨酸报道，其工艺流程大致如下图1所示，其产物分离与纯化过程中有关菌体的分离发生在酶促转化之后与阴离子柱分离之前的工艺段。虽然有关研宄利用膜分离酶促反应液中菌体在实验室阶段取得了较好的效果，但是在氨基酸工业化生产中还有一定的距离，而且由于酶促转化之后的混合液体积大、粘度高给后续的膜分离带来了很大的困难。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的问题是提供一种L-丝氨酸的制备方法。
[0004]本发明一种L-丝氨酸的制备方法，其特征在于包含有以下步骤:a.细胞破碎工艺段:将发酵所得菌28-35kg重悬于去离子水中，总体积为400L，向其中加入CTAB破细胞，CTAB加入量为总体积浓度0.05-0.2%；b.分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段:向破细胞后混合液体积中加入1000-1500L去离子水，并向其中加入分离辅助物后进行分离，真空抽滤，得到分离液1200-1700L ;将分离液在35-40°C真空浓缩至体积为400L ；c.酶促转化工艺段:将上述破细胞混合物泵入转化罐中，加入去离子水至总体积为600L，转化罐中甘氨酸 2-2.8mol/L，PLP 0.2-0.4mmol/L, THFA3-5mmol/L,甲醛 8-13mmol/L，pH值为 6.0-8.0，搅拌100-150rpm，温度35-40°C，时间为35_50h，达到酶促反应平衡；d.柱分离工艺段:向酶促反应平衡液中加入去离子水1000-1500L并调pH至7.0-7.5后上717阴离子柱，上样完毕后用0.15mol/L的盐酸洗脱，得到含L-丝氨酸洗脱液1000-1500L ；e.结晶工艺段:将L-丝氨酸的洗脱液在50-60°C减压浓缩至300L，并向其中加入600-900L无水乙醇在5_10°C结晶，得到L-丝氨酸。
[0005]本发明公开了一种L-丝氨酸的制备方法，其特征在于所述的步骤b.分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段中，所述的分离辅助物为:聚丙烯酰胺和废旧717阴离子树脂或废旧717阴离子树脂。
[0006]本发明公开了一种L-丝氨酸的制备方法，其特征在于所述的步骤b.分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段中，所述的分离辅助物为:聚丙烯酰胺和废旧717阴离子树脂。
[0007]本发明公开了一种L-丝氨酸的制备方法，其特征在于所述的步骤b.分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段中，所述的分离辅助物为聚丙烯酰胺和废旧717阴离子树脂的混合物的用量为:按反应总体积加入0.01-2ppm的聚丙烯酰胺与2% -5%的废旧717阴离子树脂。
[0008]本发明公开了一种L-丝氨酸的制备方法，其特征在于所述的步骤b.分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段中，所述的分离辅助物为:废旧717阴离子树脂。
[0009]本发明公开了一种L-丝氨酸的制备方法，其特征在于所述的步骤b.分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段中，所述的分离辅助物为废旧717阴离子树脂的用量为:按反应总体积加入2% -5%的废旧717阴离子树脂。
[0010]本发明公开了一种L-丝氨酸的制备方法，其特征在于所述的步骤b.分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段中，所述的分离辅助物为废旧717阴离子树脂的用量为:按反应总体积加入5% -10%的废旧717阴离子树脂。
[0011]目前L-丝氨酸的制备方法工艺为:
[0012]细胞破碎工艺段:将发酵所得菌28_35kg重悬于去离子水中，总体积为400L，向其中加入CTAB至终浓度为0.05-0.2%破细胞。
[0013]酶促转化工艺段:将上述破细胞混合物泵入转化罐中，600L的体系中含甘氨酸2-2.8mol/L，PLP 0.2-0.4mmol/L，THFA3-5mmol/L,甲醛 8_13mmol/L，pH:6.0-8.0，搅拌100-150rpm，温度35-40°C，达到酶促反应平衡。
[0014]分离酶促产物与细胞碎片工艺段:酶促转化平衡后的混合液加1000-1500L去离子水并调pH至2-4，待细胞碎片自然沉降后取上清，再向下沉的细胞碎片中加入去离子水1500-2000L，调pH至2-4，待细胞碎片自然沉降后取上清，将两次所得上清合并，体积为2500-3500L。
[0015]柱分离工艺段:上清液调pH至7.0-7.5后上717阴离子柱，上样完毕后用
0.15mol/L的盐酸洗脱，得到含丝氨酸洗脱液3000-4000L。
[0016]结晶工艺段:将含丝氨酸的洗脱液在50_60°C减压浓缩至500L，并向其中加入1000-1500L无水乙醇在5-10°C结晶，得丝氨酸结晶。
[0017]本发明公开了一种L-丝氨酸的制备方法的工艺:
[0018]细胞破碎工艺段:与以前工艺一致。
[0019]分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段:此工艺段为新增工艺段。向破细胞后混合液中(体积为400L)加入1000-1500L去离子水，并向其中加入分离辅助物后进行真空抽滤，得到分离液1200-1700L。将分离液在35-40°C真空浓缩至体积为400L。
[0020]酶促转化工艺段:与前面一致。
[0021]分离酶促产物与细胞碎片工艺段:由于在酶促反应前已经对细胞碎片进行了分离，在新工艺中该工艺段已经删除。
[0022]柱分离工艺段:向酶促反应后的混合液中加入1000-1500L去离子水并调pH至7.0-7.5后上717阴离子柱，上样完毕后用0.15mol/L的盐酸洗脱，得到含丝氨酸洗脱液1000-1500L。
[0023]结晶工艺段:将含丝氨酸的洗脱液在50_60°C减压浓缩至300L，并向其中加入600-900L无水乙醇在5-10°C结晶，得丝氨酸结晶。
[0024]在本发明中，对酶促转化制备L-丝氨酸工艺做了适当的改进，具体体现在两方面:其一，将附图1中细胞碎片分离的工艺提前至破细胞之后，即在酶促转化前先进行细胞碎片的分离，具体见附图2 ;其二，利用L-丝氨酸分离过程中废旧的717阴离子树脂作为助滤材料，改善分离体系，有利于破细胞后的细胞碎片与粗酶液的分离。附图1与附图2中虚线框所示为新旧工艺流程的主要区别之处，其他工艺流程一致。
[0025]通过工艺改进后，降低了后续分离的难度，降低了丝氨酸的生产成本。通过工艺的改进整个反应时间从原来的70多小时变为45小时，可节约时间24h左右；而且减少了由于分离细胞碎片导致的L-丝氨基酸的损失，产量从每批次的50公斤变为60公斤，大约增加1kg左右；同时利用废旧的树脂节约了膜分离的膜成本，每年膜使用成本从30多万元降低至15万左右。
【附图说明】
[0026]附图1是酶促转化制备L-丝氨酸传统工艺流程示意图；
[0027]附图2是本发明一种L-丝氨酸的制备方法工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0028]实施例1:一种L-丝氨酸的制备方法，包含有以下步骤:a.细胞破碎工艺段:将发酵所得菌28kg重悬于去离子水中，总体积为400L，向其中加入CTAB破细胞，CTAB加入量为总体积浓度0.05% ;b.分离细胞碎片并对分离液浓缩工艺段:向破细胞后混合液体积中加入1000L去离子水，并向其中加入分离辅助物后进行分离，真空抽滤，得到分离液1200L ;将分离液在35°C真空浓缩至体积为400L ;c.酶促转化工艺段:将上述破细胞混合物泵入转化罐中，加入去离子水至总体积为600L，转化罐中甘氨酸2-2.8mol/L，PLP 0.2-0.4mmol/L，THFA3-5mmol/L,甲醛 8_13mmol/L，pH 值为 6.0-8.0，搅