专利名称：由苏氨酸发酵液提取苏氨酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种由苏氨酸发酵提取苏氨酸的方法，由该方法可获得 高含量的苏氨酸结晶，所述的苏氨酸结晶可作为动物饲料添加剂。
背景技术：
苏氨酸是人和动物体内必需的氨基酸之一，但苏氨酸不能在体内合 成，必须由食物中摄取。因此，近年来苏氨酸作为添加剂被广泛应用于 食品、保健品和词料工业领域。
在动物词料中，苏氨酸是第二限制性氨基酸。近年来，作为饲料添 加剂，随着赖氨酸用量的逐年加大，苏氨酸的用量也逐年加大，我国的 苏氨酸饲料添加剂主要依赖进口，
目前，医用苏氨酸多采用化学合成法生产；大量的、作为食品或饲 料添加剂使用的苏氨酸，主要采用发酵法生产，较之化学合成法，发酵 法的生产规模大、产量高、成本低，可满足日益增长的需求。
用发酵法生产苏氨酸的工艺目前尚不够成熟，其过滤、浓縮、结晶 等各个生产环节均有待改进和优化。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，其 中采用金属膜过滤发酵液，使过滤工艺得到改进，提高了生产效率，苏 氨酸结晶产品的纯度可达到99%以上。
本发明人经过大量的研究和实验，对由发酵液提取苏氨酸结晶产品 的工艺作了多方面的改进，并已成功地完成工业化规模的生产实验，产 品质量好，收率高，并且无环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种由苏氨酸发酵液制备苏氨酸结晶的方法，
该方法包括以下步骤
(1)将苏氨酸发酵液经高温灭菌后，通过无机陶瓷膜过滤除去菌体与蛋白等杂质，得到澄清的苏氨酸发酵液；
(2) 将上述苏氨酸发酵液用活性炭进行脱色；
(3) 将脱色后的发酵液经减压浓縮，使其浓度达到25Bo。以上；
(4) 使浓縮后的浓縮液进入结晶罐进行降温结晶；
(5) 将降温结晶后的晶桨离心分离，得到晶体和一次母液；和
(6) 烘干晶体，得到苏氨酸结晶成品。
在本发明的方法中，其中所述步骤(1)还包括将苏氨酸发酵液经高 温灭菌后，用硫酸调pH至4.0 5.0，优选大约4.5，然后通过无机陶瓷膜 过滤除去菌体与蛋白等杂质，所述的膜可截留分子量300kD的蛋白质， 得到透光率在87%以上的苏氨酸发酵液。膜过滤除去的菌体蛋白，经过 三级膜过滤后，可制成肥料。
无机陶瓷膜是将氧化铝、氧化钛、氧化锆等氧化物经高温烧结而成 的，是具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料，其中多孔支撑层、过滤层和 微孔膜层呈非对称分布，过滤精度可涵盖微滤、超滤甚至钠米级过滤。 陶瓷膜过滤是一种"错流过滤"形式的流体分离过程，原料液在膜管内 高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直的方向 向外透过膜，含大分子组分的混浊浓縮液被膜截留，从而使流体达到分 离、浓縮和纯化的目的。
与传统的过滤材料相比无机陶瓷膜有很多优点，例如化学稳定性极 好，耐高温，机械强度大，孔径分布窄，分离精度高，易清洗等，与其 它过滤材料相比，用无机陶瓷膜进行分离时，所得到的分离产物纯度高， 更易于浓縮，因此被广泛应用于制药、生物工程、电子等行业。
使用无机陶瓷膜进行过滤操作时，其操作温度和压力可按产品说明 书的指示或常规操作条件进行，优选的，例如膜过滤的温度为大约75X:， 压力进膜压力大约为0.7mpa/m2，出膜压力大约为0.4mpa/m2。
在本发明的方法中，其中所述的步骤(2)的活性炭脱色步骤所使用 的活性炭可以是常规使用的活性炭，优选将两种颗粒度大小不同的活性 炭一起使用，更优选将粒度为200 300目和18目的活性炭一起使用。其 中使用200-300目的活性炭大约可以脱掉80%左右的颜色，用18目的活性炭大约可脱掉15%左右的颜色，使用两种粒度的活性炭脱色后发酵液
的透光率可达到99%以上，有利于形成大的晶粒。本领域技术人员根据
物料的状况很容易确定两种活性炭颗粒的比例，通常情况下，粒度为
200~300目和18目的活性炭的比例为4: 3 (体积比)。
本发明的方法中，步骤(3)所述的减压浓縮优选采用多效降膜蒸发 装置，例如四效降膜蒸发器进行浓縮，四效降膜蒸发系统的温度大约分 别是 一效蒸发温度为卯。C， 二效蒸发温度为6(TC，三效蒸发温度为 80°C，四效蒸发温度为70°C。当所得到的浓縮液的波美浓度达到25Bo° 以上，优选25 26Bo1寸，即可完成浓縮步骤。
本发明的方法中，步骤(4)所述的降温结晶是在结晶罐中采用梯度 降温结晶的方法进行，梯度降温结晶条件是起始温度7(TC，降温速度为 2.5-2.7°C/h，最低温度5-10。C，维持15-30小时，同时进行搅拌，使小晶 粒进一歩长大，以便于分离。
优选的梯度降温结晶的条件是起始温度70°C，降温速度为 2.57°C/h，最低温度9t:，维持该温度20h，搅拌速度大约为30转/分钟。
为了确保得到的合适大小的苏氨酸结晶，优选在上述温度和pH值 范围内进行所述的结晶操作，并且应尽量维持温度和pH值的稳定性，优 选温度的最大波动不超过土rC， pH值的最大波动不超过土O. 1。
按照本发明由苏氨酸发酵液提取苏氨酸结晶的方法，所得到的苏氨 酸结晶的纯度可达到98.5%以上，苏氨酸提取率可达到95%以上。
优选的，本发明由苏氨酸发酵液提取苏氨酸结晶的方法包括以下步
骤
(1) 将苏氨酸发酵液经高温灭菌后，用硫酸调pH至4.5，然后用 无机陶瓷膜过滤除去菌体蛋白等杂质，所述的膜可截留分子量300kD的 蛋白质，得到透光率在87%以上的苏氨酸发酵液；
(2) 将上述苏氨酸发酵液用200-300目和18目的活性炭脱色，脱 色后发酵液的透光率达到99%以上；
(3) 脱色后的发酵液进入四效降膜蒸发器，使发酵液浓度达到 25 26Bo。；
(4) 使上述发酵液结晶浆进入梯度降温结晶罐进行降温结晶，梯度降温结晶条件是起始温度70°C，降温速度为2.5-2.7°C/h，最低温度 5-10°C，维持15-30小时，同时进行搅拌；
(5) 使降温结晶后的晶浆离心分离，得到晶体和一次母液；和
(6) 烘干晶体，得到苏氨酸结晶成品，所得到的苏氨酸结晶的纯度 可达到98.5%以上。
进一步地，本发明提取苏氨酸的方法中，可将步骤(5)所得到的一 次母液回收进行再利用，再利用的方法包括其一是将其与灭菌过滤后
的苏氨酸发酵清液合并，进入本发明方法的程序之中，进行循环使用； 其二是将其直接经再次脱色、浓縮、梯度降温结晶、离心分离得到苏氨 酸结晶和二次母液，所得到的晶体用水再溶解、结晶和分离烘干晶体后 得到成品苏氨酸结晶。后者所述的方法与前文所述处理发酵液浓縮液的 方法基本一致，即设置另外一个独立的工艺系统，各步骤的操作条件与 前述方法基本一样。
具体的，用后一方法由一次母液再结晶获得苏氨酸的方法是将所 述的一次母液经再次脱色、浓縮、梯度降温结晶、离心分离得到苏氨酸 结晶和二次母液，所得到苏氨酸结晶的苏氨酸含量在60%左右；将该结 晶用水重溶，例如将得到的晶体以2吨料lm3水的比例用高温热水于 70 8(TC加蒸气溶解，然后再梯度降温结晶、分离烘干，得到成品苏氨酸
仕曰 ￡口曰曰。
更进一步的，其中步骤(5)所得到的一次母液经再次脱色、浓縮、 梯度降温结晶和离心分离，得到苏氨酸产品，在上述离心过程得到二次 母液，所述的二次母液也可回收利用，例如可用于制造肥料。
另外，本发明方法中浓縮步骤的二次凝液也可充分利用，可作为冷 凝水使用，或在苏氨酸结晶的后处理操作中作为洗涤用水使用。
本发明的方法产量高，苏氨酸提取率可达到95%以上；收率，即结
晶成品总量与清液中苏氨酸总量的比值可达到91%以上；产品质量好，
所得到的苏氨酸结晶的纯度在98.5%以上；结晶产品颗粒适中，既利于
分离，在饲料加工中也有利于与其它成分混匀；本发明的方法中由于对 多种副产物的综合利用，大大降低了生产成本，例如可根据需要对生产流程中的一次母液、二次母液、菌体蛋白剂型综合利用，回收其中的苏 氨酸，或将其制成次级产品，如肥料等；另外浓縮步骤得到的二次凝液 可在苏氨酸结晶工艺的后处理中作为冷凝水或洗涤用水使用。本发明的 方法简便，易于推广，可满足日益增长的需求，且本发明的生产方法是 典型的环境友好型生产工艺，有利于环境保护。
图1为本发明由苏氨酸发酵液制取苏氨酸结晶的流程图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的方法给出了下述实施例。但是，这些实施例不 以任何方式限制本发明的范围。^MMJ^由苏氨酸发酵液制取苏氨酸结晶 具体操作步骤按附图i所示流程进行。1、 按照常规方法制备苏氨酸发酵液以玉米糖为主要原料，添加硫 酸铵、氨水和辅以玉米浆做氮源，添加短杆菌属细菌经过发酵制得苏氨 酸发酵液，发酵液的基本参数为pH值7~8苏氨酸含量7 12g/100ml 干物12 14g/100ml)2、 发酵液的过滤取苏氨酸发酵液300m3 ，其中苏氨酸含量为 9g/100ml， pH值7.00，经10(TC高温灭菌，用食品级浓硫酸调pH至4.5， 然后用泵泵入300KD的无机陶瓷膜(法国，诺华赛orelis，型号K99BW) 进行过滤，除去菌体蛋白等杂质。泵进的压力为7kg，泵出的压力为4kg， 温度为70。C，压力过髙易导致膜破裂，失去过滤作用。3、 发酵液脱色澄清的发酵液在温度7(TC， pH4.5，澄清的发酵液 中按1%的比例加入200~300目活性炭，过滤后，再经过两根装有18目 活性炭的柱进行脱色，脱色后的发酵液透光率在99%以上，有利于形成 大的晶粒。炭柱的直径为3m，高5m，泵出流速为150m3/h。4、 发酵液浓縮脱色后的发酵液进入四效降膜蒸发系统， 一效蒸发8温度为9(TC， 二效蒸发温度为6(TC， 二效蒸发出料的波美在约9 10之 间，三效蒸发温度为80。C，四效蒸发温度为70。C，得到浓縮液145m3， 波美浓度25 26Bo°。同时得到二次凝液130m3，可作为冷凝水或洗涤用 水储存备用。5、 梯度降温结晶上一步骤所得晶浆从二效蒸发泵入梯度降温结晶 罐，结晶罐的降温管束中通入地下水降温，降温速度为2.570°C/h，搅拌 速度为30转/分钟，但温度低于15'C时，由于地下水温受限制，改用冰 水进行降温，降温速度不变，但温度达到9'C时，维持温度搅拌20h，使 小晶粒进一步长大，以便于分离。6、 结晶的后处理将晶浆泵入活塞推料至离心机分离晶体和一次母 液，用步骤4所得到的冷凝水洗净三次，洗除附在晶体表面的无机盐和 色素等杂质，以提高结晶的纯度，烘干后得到苏氨酸晶体，晶体烘干后 重23.00吨，含量98.5%以上。结晶的离心分离所使用的离心机是自卸式三足离心机，其分离因数 0.5 0.6，所用筛网为250目，筛网过小不利于晶料脱水，过大易跑晶料， 浪费能源。7、 综合利用(1) 一次母液的综合利用洗涤用的水和一次母液合并约30m3， 苏氨酸含量为8g/100ml，将其再次进行脱色、浓縮、降温结晶和分离， 分离出的晶体按lm"K:2吨料的比例进行重溶，用水溶去晶体表面的可 溶性无机盐和色素，然后结晶、分离和烘干，得到成品苏氨酸结晶2.20 吨，苏氨酸含量在98.5%以上，与上一步骤得到的结晶相比，晶粒较小， 在以后的饲料加工中易于和其它成分混匀。其中所采用的操作条件与上 述生产过程相同。(2) 二次母液的综合利用分离结晶时得到二次母液，其中苏氨酸 含量为7.90g/100ml，体积为2.5m3。将上述二次母液和菌体混合造粒制 成肥料。(3) 菌体蛋白的综合利用膜过滤除去的菌体蛋白经过三级膜过滤 后，用泵沿管路泵出，其中清液270m3， 301113湿菌体，苏氨酸含量为1.2g/100ml，湿菌体送至副产车间烘干，烘干后为菌体蛋白，用于制成肥 料。(4) 二次凝液的综合利用浓縮步骤的145m3 二次凝液在苏氨酸 结晶的后处理中作为洗涤用水使用。8、产物苏氨酸结晶成品25.2吨，成品收率91.94%;菌体蛋白(干燥后)5吨，和二次母液混合造粒制成肥料。用本实施例的方法提取得到的苏氨酸结晶成品的纯度在98.5%以上，具有下面的干物质组成游离苏氨酸 >98.5% (按重量计)铵盐 <0.04% (按重量计)水份 <1% (按重量计)砷 O.OOlppm (按重量计)本实施例的苏氨酸提取率在95%以上。以上已详细描述了本发明的实施方案，对本领域技术人员来说很显 然可以做很多改进和变化而不会背离本发明的基本精神。所有这些变化 和改进都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、由苏氨酸发酵液提取苏氨酸结晶的方法，该方法包括以下步骤(1)将苏氨酸发酵液经高温灭菌后，通过无机陶瓷膜过滤除去菌体与蛋白等杂质，得到澄清的苏氨酸发酵液；(2)将上述苏氨酸发酵液用活性炭进行脱色；(3)将脱色后的发酵液经减压浓缩，使其浓度达到25Bo°以上；(4)使浓缩后的浓缩液进入结晶罐进行降温结晶；(5)将降温结晶后的晶浆离心分离，得到晶体和一次母液；和(6)烘干晶体，得到苏氨酸结晶成品。
2、 按照权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)通过无机陶瓷 膜过滤之前，首先将高温灭菌后的发酵液用硫酸调pH至大约4.5。
3、 按照权利要求2所述的方法，其中所述的步骤(1)所述的无机 陶瓷膜可截留分子量300kD的蛋白质。
4、 按照权利要求2所述的方法，其中所述的活性炭脱色采用两种颗 粒度大小不同的的活性炭，优选采用200~300目和18目的活性炭，其中 所述200-300目和18目活性炭的体积比为4:3;经过活性炭脱色后发酵 液的透光率达到99%以上。
5、 按照权利要求2所述的方法，其中所述的减压浓縮可采用四效降 膜蒸发器；所述四效降膜蒸发系统的操作温度分别是 一效蒸发温度为 卯°〇，二效蒸发温度为6(TC，三效蒸发温度为80°C，四效蒸发温度为 70°C;经过所述的减压浓缩步骤后发酵液的浓度达到25Bo。以上；优选 25 26Bo0。
6、 按照权利要求2所述的方法，其中所述降温结晶采用间歇操作， 和梯度降温结晶法；其中所述的梯度降温结晶在搅拌下进行。
7、 按照权利要求6所述的方法，其中所述的梯度降温结晶在梯度降 温结晶罐中进行，所述的梯度降温结晶条件是起始温度7(TC，降温速度为2.5-2.7°C/h，最低温度5-10°C，维持15-30小时，优选的，所述的 梯度降温结晶条件是起始温度7(TC，降温速度为2.57°C/h，最低温度 9°C，维持该温度20h，搅拌速度大约为30转/分钟；其中所述结晶操作 中温度的最大波动不超过士rC， pH值的最大波动不超过土O. 1。
8、 按照权利要求l-7任意一项所述的方法，其中所述方法包括以下 步骤(1) 将苏氨酸发酵液经高温灭菌后，用硫酸调pH至4.5，然后用 无机陶瓷膜过滤除去菌体蛋白等杂质，所述的膜可截留分子量300kD的 蛋白质；(2) 将上述苏氨酸发酵液用200~300目和18目的活性炭脱色；(3) 脱色后的发酵液进入四效降膜蒸发器，使发酵液浓度达到 25 26Bo。；(4) 使上述发酵液结晶浆进入梯度降温结晶罐进行梯度降温结晶， 梯度降温结晶条件是起始温度70'C，降温速度为2.5-2.7°C/h，最低温 度5-l(TC，维持15-30小时，同时进行搅拌；(5) 使降温结晶后的晶浆离心分离，得到晶体和一次母液；和(6) 烘干晶体，得到苏氨酸结晶成品；用该方法获得的苏氨酸结晶 的纯度为98.5%以上。
9、 按照权利要求8所述的方法，其中步骤(5)所得到的一次母液 可再利用，或将其与灭菌过滤后的苏氨酸发酵液合并，进行循环使用； 优选的是将所述的一次母液经再次脱色、浓縮、梯度降温结晶、离心分 离得到苏氨酸结晶和二次母液，所得到的晶体用水再溶解、结晶和分离 烘干，得到成品苏氨酸结晶；其中所述的再溶解步骤是以2吨结晶lm3 水的比例用高温热水于70 8(TC加蒸气溶解。
10、 按照权利要求9所述的方法，其中分离苏氨酸结晶过程中所得 到的二次母液可用于制造肥料。
全文摘要
本发明公开了一种从苏氨酸发酵液中提取苏氨酸的方法，该方法包括将苏氨酸发酵液经灭菌后通过陶瓷膜进行过滤，得到的苏氨酸发酵液加入活性炭进行脱色，然后进入四效蒸发进行浓缩，浓缩液的波美浓度达到25～26时，进入梯度降温结晶罐进行结晶，将所得到的苏氨酸结晶离心分离、烘干，得到纯度为98.5％以上的苏氨酸结晶。结晶步骤得到的一次母液可循环利用，就其进行脱色、浓缩、降温结晶、离心、重溶、离心分离和烘干处理，可得到苏氨酸结晶产品。本发明方法的苏氨酸提取率可达95％以上，同时，又可结晶母液大量排放造成的环境污染。
文档编号C07C229/22GK101293847SQ200710097998
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月29日 优先权日2007年4月29日
发明者王德辉, 贾冬舒 申请人:长春大成实业集团有限公司