专利名称：一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法
技术领域：
本发明属于生物工程领域，涉及细菌素的分离方法，具体是涉及一种乳酸链球菌素的分离方法。
背景技术：
乳酸链球菌素(Nisin)，是由乳酸链球菌产生的一种代谢产物，分子量约为3510， 对许多引起食物腐败的微生物如Clostridium，Bacillus, Listeria, Staphylococcus等属的菌株有很强的抑制作用，而且被人们食用后在消化道内很快被蛋白酶分解成氨基酸，对人体安全无毒，因此被称为天然食品防腐剂，广泛用于肉类及肉制品、乳类及乳制品、发酵饮料、罐藏食品等的防腐与保鲜，而目前制约乳酸链球菌素市场竞争力的最主要因素是分离成本高，收率低。Nisin是一种由34个氨基酸组成的多肽，其结构具有亲水基团和疏水基团，是一种典型的蛋白类表面活性物质。目前浓缩分离Nisin的最常用的方法是泡沫分离法，它是以空气气泡作为分离介质，利用分离物质在气液两项界面的吸附性质的差异进行富集溶液中的表面活性物质， 有设备简单，投资少，能耗低，并且操作简单，不产生新的污染等优点，但是存在回收率不理想，分离所需时间较长，分离完成后残留较大部分Msin，且浓缩分离后还需要进行盐析操作进一步浓缩分离等不足。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的收率不够高，分离时间长，残液效价高等不足，提供一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法。本发明的技术方案概述如下一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵所获得的发酵液调节pH为2. 5-3. 5，在 60-90°C加热10-30分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液打入泡沫分离塔，控制温度为20-50°C，pH = 2. 5-3. 5，将空塔气速控制在lX10-6-lXl(T2m/S，反复向所述泡沫分离塔内通入压缩空气和二氧化碳气体，通入压缩空气的时间为l-30min，通入二氧化碳气体的时间为30_120s，整个反复通压缩空气和通二氧化碳气体的时间为1. 5-5. 5小时；(3)收集泡沫，进行消泡处理，得到高浓度的乳酸链球菌素分离液。另一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵所获得的发酵液调节pH为2. 5-3. 5，在 60-90°C加热10-30分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液打入泡沫分离塔，控制温度为20-50°C，pH =2. 5-3. 5，将空塔气速控制在lxl0_6-lx10_2m/s，向所述泡沫分离塔内通入二氧化碳气体1.5-5. 5 小时；(3)收集泡沫，进行消泡处理，得到高浓度的乳酸链球菌素分离液。所述消泡可以是机械消泡或机械消泡与添加消泡剂消泡结合的方法。本发明的优点和积极效果是1、缩短Msin的分离时间，能缩短1-2小时，有效减少分离过程效价损失。2、降低残液效价，采用本发明方法后残液效价能降低到150IU/ml以下。3、本发明Nisin的分离方法收率高，分离的Nisin的最高收率达到95%以上，克服了现有只利用空气泡沫分离收率低的缺点，同时能将降低废液中蛋白含量，减少环境污染。4、大幅度减少盐析的盐使用量，甚至可以完全去掉盐析操作，解决环保问题。5、为从发酵液中分离纯化蛋白质类物质提供了新的操作方法。
图1为本发明的方法的工艺流程示意图。图2为本发明二氧化碳泡沫分离与空气泡沫分离的Nisin浓缩液效价对比。图3为本发明二氧化碳泡沫分离与空气泡沫分离的分离时间对比。图4为本发明二氧化碳泡沫分离与空气泡沫分离的残液效价对比。图5为本发明二氧化碳泡沫分离与空气泡沫分离回收率对比。
具体实施例方式下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的， 不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。实施例1一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵生产结束后的发酵液用浓盐酸调节pH = 3. 5，90°C加热20分钟，释放细胞内和细胞表面上的Nisin，发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活，此时发酵液Msin能够在M小时内保持稳定的活性；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液采用固液分离的方法去掉菌体碎片和培养基固体杂质，打入泡沫分离塔，装液量控制在塔容积总量的三分之二，控制温度为20-40°C，pH =3. 5，空塔气速为1. ^clO_6-4xlO_3m/S，先通入二氧化碳5分钟使待分离液二氧化碳处于饱和状态，然后进行常规的泡沫分离，每隔5分钟通入30s的二氧化碳气体。一个操作周期为 4小时；(3)收集泡沫，经机械法和消泡剂法处理泡沫得到Nisin的浓缩液，收率达到 92%，浓缩倍数为14倍。实施例2一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵生产结束后的发酵液用浓盐酸调节pH =
2.5，90°C加热10分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活，此时发酵液Msin能够在64小时内保持稳定的活性；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液采用固液分离的方法去掉菌体碎片和培养基固体杂质，打入泡沫分离塔进行泡沫分离操作；装液量控制在塔容积总量的三分之二，温度为40-50°C，pH = 2. 5，空塔气速为1. 5x10^-1. hlO—V/s，完全利用二氧化碳进行泡沫分离， 一个操作周期为3. 5小时；(3)收集泡沫，经机械法和消泡剂法处理泡沫得到Nisin的浓缩液，收率达到 93%，浓缩倍数为13倍。实施例3一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理乳酸链球菌发酵生产结束后的发酵液用浓盐酸调节pH = 3， 90°C加热15分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活，此时发酵液Msin能够在 30小时内保持稳定的活性；(2)浓缩分离预处理的发酵液采用固液分离的方法去掉菌体碎片和培养基固体杂质，打入泡沫分离塔进行泡沫分离操作；装液量控制在塔容积总量的三分之二，温度为 20-40pH = 3，空塔气速为^10_6-3xl0_3m/S，利用压缩空气泡沫分离，每隔2分钟，脉冲一次二氧化碳，时间为45s，一个操作周期为3. 5小时；(3)收集泡沫，经机械法和消泡剂法处理泡沫得到Nisin的浓缩液，收率达到 95%，浓缩倍数为15倍。实施例4一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵生产结束后的发酵液用浓盐酸调节pH =
2.5，90°C加热10分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活，此时发酵液Msin能够在64小时内保持稳定的活性；(2)浓缩分离预处理的发酵液采用固液分离的方法去掉菌体碎片和培养基固体杂质，打入泡沫分离塔进行泡沫分离操作；装液量控制在塔容积总量的三分之二，温度为 40-50°C, pH = 2. 5，空塔气速为Ixl0_4-lxl0_2m/s，反复向所述泡沫分离塔内通入压缩空气和二氧化碳气体，通入压缩空气的时间为30min，通入二氧化碳气体的时间为120s，整个反复通压缩空气和通二氧化碳气体的时间为5. 5小时；(3)收集泡沫，经机械法和消泡剂法处理泡沫得到Nisin的浓缩液，收率达到 91%，浓缩倍数为10倍。实施例5一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵生产结束后的发酵液用浓盐酸调节pH =
3.5，60°C加热30分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活，此时发酵液Msin能够在M小时内保持稳定的活性；(2)浓缩分离预处理的发酵液采用固液分离的方法去掉菌体碎片和培养基固体杂质，打入泡沫分离塔进行泡沫分离操作；装液量控制在塔容积总量的三分之二，温度为 40-50°C, pH = 3. 5，空塔气速为Ixl0_6-lxl0_3m/s，反复向所述泡沫分离塔内通入压缩空气和二氧化碳气体，通入压缩空气的时间为lmin，通入二氧化碳气体的时间为30s，整个反复通压缩空气和通二氧化碳气体的时间为1. 5小时；(3)收集泡沫，经机械法和消泡剂法处理泡沫得到Nisin的浓缩液，收率达到88%，浓缩倍数为9倍。实施例6一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵生产结束后的发酵液用浓盐酸调节pH =
2.5，90°C加热10分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活，此时发酵液Msin能够在64小时内保持稳定的活性；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液采用固液分离的方法去掉菌体碎片和培养基固体杂质，打入泡沫分离塔进行泡沫分离操作；装液量控制在塔容积总量的三分之二，温度为20-40°C，pH = 2. 5，空塔气速为1χ1(Γ6-1. hlO—V/s，完全利用二氧化碳进行泡沫分离， 一个操作周期为5. 5小时；(3)收集泡沫，经机械法和消泡剂法处理泡沫得到Nisin的浓缩液，收率达到 92%，浓缩倍数为14倍。实施例7一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵生产结束后的发酵液用浓盐酸调节pH =
3.5，60°C加热30分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活，此时发酵液Msin能够在M小时内保持稳定的活性；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液采用固液分离的方法去掉菌体碎片和培养基固体杂质，打入泡沫分离塔进行泡沫分离操作；装液量控制在塔容积总量的三分之二，温度为40-50°C，pH = 3. 5，空塔气速为1. ^clO_4-lxlO_2m/S，完全利用二氧化碳进行泡沫分离， 一个操作周期为1. 5小时；(3)收集泡沫，经机械法和消泡剂法处理泡沫得到Nisin的浓缩液，收率达到 89%，浓缩倍数为10倍。各实施例的发酵液的分离可以采用板框过滤或离心固液分离或直接打入泡沫分离塔进行分离。各实施例中所采用的泡沫分离塔为目前常用分离柱，塔底装有气体分布器，塔顶装有截留收集管。分离原理Nisin是一种由34个氨基酸组成的多肽，其结构具有亲水基团和疏水基团，是一种典型的蛋白类表面活性物质。考虑nisin为一种多肽，在溶液中表现出蛋白质的性质， 盐的存在能降低乳酸链球素在发酵液中的溶解度，并减少Nisin分子间的排斥作用，提高 Msin泡沫分离收率。二氧化碳在溶液中有一定的溶解度，在溶液中会形成一系列的碳酸盐，产生同盐一样的效果，即能节约成本，又对环境没有污染。
权利要求
1.一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，其特征是包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵所获得的发酵液调节PH为2.5-3. 5，在60-90°C 加热10-30分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液打入泡沫分离塔，控制温度为20-50°C，pH= 2. 5-3. 5，将空塔气速控制在lX10-6-lXl(T2m/S，反复向所述泡沫分离塔内通入压缩空气和二氧化碳气体，通入压缩空气的时间为l-30min，通入二氧化碳气体的时间为30_120s，整个反复通压缩空气和通二氧化碳气体的时间为1. 5-5. 5小时；(3)收集泡沫，进行消泡处理，得到高浓度的乳酸链球菌素分离液。
2.一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，其特征是包括如下步骤(1)发酵液预处理将乳酸链球菌发酵所获得的发酵液调节PH为2.5-3. 5，在60-90°C 加热10-30分钟，使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液打入泡沫分离塔，控制温度为20-50°C，pH= 2. 5-3. 5，将空塔气速控制在lxl0_6-lx10_2m/s，向所述泡沫分离塔内通入二氧化碳气体 1. 5-5. 5 小时；(3)收集泡沫，进行消泡处理，得到高浓度的乳酸链球菌素分离液。
3.根据权利要求1或2所述的一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，其特征是所述消泡可以是机械消泡或机械消泡与添加消泡剂消泡结合的方法。
全文摘要
本发明公开了一种乳酸链球菌素的泡沫分离方法，包括如下步骤(1)发酵液预处理使所述发酵液中的乳酸链球菌和蛋白酶灭活；(2)浓缩分离将经预处理的发酵液打入泡沫分离塔，控制温度和pH，将空塔气速控制在1x10-6-1x10-2m/s，反复向泡沫分离塔内通入压缩空气和二氧化碳气体，整个反复通压缩空气和通二氧化碳气体的时间为1.5-5.5小时；(3)收集泡沫，进行消泡处理，得到高浓度的乳酸链球菌素分离液。本发明的方法能够有效的降低残液效价，缩短分离时间，降低中间过程活性损失，减少或者省掉盐析操作，降低分离成本，提高收率，降低环境污染。
文档编号C07K14/315GK102276701SQ201110211940
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者冯炜, 刘晓光, 李鹏, 王富章, 王洪龙, 王菁, 胡国武, 薛建伟 申请人:天津市津华盛生物科技有限公司