一种高纯度亮氨酸的提取方法
【专利摘要】本发明涉及一种高纯度亮氨酸的提取方法，所述方法包括向亮氨酸洗脱液中添加95%的乙醇溶液降低其溶解度而析出，产生的母液废水通过添加复合微生物菌剂使得达到排放标准。本发明生产成本低，亮氨酸提取收率高，废水排放少，经济环保。本发明提取方法具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种高纯度亮氨酸的提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物发酵行业亮氨酸提取工艺领域，具体提供一种高纯度亮氨酸的提 取方法。
【背景技术】
[0002] 亮氨酸，L-亮氨酸：又称白氨酸，化学名为α-氨基异己酸。L-亮氨酸是组成蛋白 质的20种氨基酸之一，也是人体必需的8种氨基酸之一，L-亮氨酸与L-缬氨酸、L-异亮氨 酸统称为支链氨基酸。
[0003] 亮氨酸产品的生产，国外产业发展较早，美国、韩国、日本等国家多年以前就在亮 氨酸的生产、提取、应用等方面开展了一系列的研究。我国亮氨酸工业起步较晚，上世纪80 年低初产能尚不足数百吨/年。到2000年，通过与国外公司合作以及先进技术、装备的引 进，国内厂家开始大量生产亮氨酸，打破了亮氨酸持续进口的局面，亮氨酸产业得以快速发 展，如今亮氨酸已发展成为世界上仅次于味精的第二大氨基酸。随着国内畜牧养殖业和饲 料工业的蓬勃发展，国内亮氨酸市场需求量还将进一步快速增长，预计今后每年亮氨酸用 量将以15%的速度递增，加上亮氨酸出口形势越来越好，未来亮氨酸行业前景看好。
[0004] 目前亮氨酸结晶工艺采用低温浓缩结晶，其缺点是一次结晶收率低，母液回配比 例大，产品质量较差。为了保证成品纯度及色泽，只能加大母液排放量，致使母液中亮氨酸 盐酸盐含量高，大量的外排母液又加重了离交系统的处理负担，蒸汽、电、硫酸、液氨单耗增 力口，最终降低了亮氨酸盐酸盐的提取总收率，增加了企业生产成本，且由于在连续离交过程 消耗了液氨、硫酸造成其产品生产成本较高。
[0005] 因此，如何降低生产成本，减轻环境压力，进而提高企业自身的竞争力，是行业竞 争的首要问题。对亮氨酸生产企业而言，随着国家节能减排政策的实施，寻求一条低成本、 低消耗、低污染的亮氨酸生产新工艺，达到节能减排、提质降耗及环保的目的，使企业能够 健康快速发展显得尤为重要。
[0006] 本发明介绍了一种高纯度亮氨酸的提取方法，这对研究开发新的亮氨酸废母液回 收利用技术，提高亮氨酸的提取收率，降低污水处理负担，从而增加企业的经济效益，具有 重要意义。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对传统工艺的不足，提供了一种适用的亮氨酸提取方法，其大 幅降低了生产成本，生产过程操作简便，产品质量稳定可靠。提高了亮氨酸的提取收率，符 合资源综合利用、节能减排的要求，同时减少了废液排放，减轻了污水处理负担，带来了巨 大的经济效益和环保效益。为了实现本发明目的，采用如下技术方案：
[0008] -种高纯度亮氨酸的提取方法，包括以下步骤：
[0009] (1)亮氨酸发酵液经过膜过滤、离子交换处理后，使用氨水洗脱，得到洗脱液，蒸 发浓缩后缓慢加入95%的乙醇溶液，开启搅拌，乙醇流加速度控制在每小时加入料液体积 的1-10%，乙醇总流加量为料液体积的10-50%，流加过程中通入冷却水降温，温度降至 5-10°C后继续搅拌4-6h ;
[0010] (2)将步骤（1)获得的料液离心分离，获得结晶母液以及亮氨酸晶体，进入下道干 燥纯化工序；
[0011] (3)步骤（2)获得的所有母液采用蒸馏塔回收母液中的酒精，同时所得的95%酒 精回用于结晶系统。
[0012] (4)合并步骤（1)离子交换处理产生的废水以及步骤（3)蒸馏产生的釜底料进入 污水处理系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。
[0013] 所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
[0014] 红球菌10份，巨大芽孢杆菌8份，脱氮副球菌7份，黄孢原毛平革菌7份；黑曲霉 5份，亚硝化菌3份，嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份。
[0015] 所述红球菌具体为红球菌（Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906 ;(参见文献 Cloning and Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp.Strain RHAl, J.Bacteriol. November2001)；
[0016] 所述巨大芽孢杆菌具体可为巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium) CGMCC No : 2267(CN101215532)；
[0017] 所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans) ATCC13543 (参见 文献Genes coding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificans genome, Archives of Microbiology, 1998)；
[0018] 所述黄抱原毛平革菌为黄抱原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium) ATCC24725(参见文献 APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY，Febl994，p709-714)
[0019] 所述黑曲霉具体为黑曲霉（Aspergillus nige)CCTCC No :M206034 ;(CN1924000)
[0020] 所述亚硝化菌具体为亚硝化菌（Nitrosomonas europaea)ATCC19718(参见文 献 Complete Genome Sequence of the Ammonia-Oxidizing Bacterium and Obligate Chemolithoautotroph Nitrosomonas europaea，2003)；
[0021] 所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Aci dithiobaci Ilus ferrooxidans) ATCC 53993(可见文献 A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 53993 addi tional copper resistance :a possible competitive advantage. Appl Microbiol Biotechnol.2011)；
[0022] 将以上红球菌，巨大芽孢杆菌，脱氮副球菌，黄孢原毛平革菌；黑曲霉，亚硝化菌， 嗜酸氧化亚铁硫杆菌，按照常规培养，使得浓度均控制在2 X IO8个/克，所培养的菌液按照 质量比例混合得到液体菌剂；
[0023] 取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以硅藻土（40-80目）为载体，按照菌剂：载 体为3 : 1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50°C，干燥后含 水量为20-30% ;检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。
[0024] 按每立方米废液每次投加微生物制剂30克，每天投加1次，连续投加一周，最后静 置3天，将液体排出。
[0025] 本发明取得的有益效果：
[0026] 1物质的溶解实质上就是物质粒子与水分子之间相互作用的结果，当所有的水分 子都参与这一过程时，溶液就达到饱和状态。若要降低物质在水溶液中的溶解度，就必须减 少与物质相互作用的水分子或降低水分子的运动激烈程度，生产上一般采用直接蒸发水分 或降低温度的方法。然而，除了直接蒸发外，在混合溶液中加入乙醇，使乙醇分子跟水分子 发生作用，削弱了水分子对亮氨酸的相互作用，使亮氨酸结晶出来。
[0027] 2本发明解决了亮氨酸母液难以利用和治理的缺陷，亮氨酸溶液中的亮氨酸成分 得到了有效提取。母液中的亮氨酸回收率得到提高，亮氨酸的总提取收率达到99%以上，避 免了为提高亮氨酸的纯度而重复地结晶和离交，其缩短了提取高纯度亮氨酸的时间，经济 效益明显，本发明与传统工艺相比，生产成本大幅下降，产品质量稳定可靠，提高了亮氨酸 的提取收率，同时母液中的酒精蒸馏回收，符合资源综合利用、节能减排的要求。
[0028] 3本发明的复合菌剂专门针对亮氨酸制备过程的母液，将各种能形成优势菌群的 菌种，配制成高效微生物制剂，按一定量投加到废水处理系统中，加速微生物对污染物的降 解，以提高系统的生物处理效率，保证系统稳定运行。其含有多种对难降解污染物有优良降 解能力的微生物，各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，活性高，生物量大，繁殖快，投 加在废水处理系统中，对大分子、难降解物质有良好的降解效果，对传统的氨酸过程排放废 水有独特的处理效果。适于亮氨酸废水排放处理，可提高处理水量和处理水质，降低运行费 用，促进达标排放。
【具体实施方式】：
[0029] 实施例1 :
[0030] 一种高纯度亮氨酸的提取方法，包括以下步骤：
[0031] (1)亮氨酸发酵液经过膜过滤、离子交换处理后，使用氨水洗脱，得到洗脱液，蒸 发浓缩后缓慢加入95%的乙醇溶液，开启搅拌，乙醇流加速度控制在每小时加入料液体积 的1-10%，乙醇总流加量为料液体积的10-50%，流加过程中通入冷却水降温，温度降至 5-10°C后继续搅拌4-6h ;
[0032] (2)将步骤（1)获得的料液离心分离，获得结晶母液以及亮氨酸晶体，进入下道干 燥纯化工序；
[0033] (3)步骤（2)获得的所有母液采用蒸馏塔回收母液中的酒精，同时所得的95%酒 精回用于结晶系统。
[0034] (4)合并步骤（1)离子交换处理产生的废水以及步骤（3)蒸馏产生的釜底料进入 污水处理系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。
[0035] 所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
[0036] 红球菌10份，巨大芽孢杆菌8份，脱氮副球菌7份，黄孢原毛平革菌7份；黑曲霉 5份，亚硝化菌3份，嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份。
[0037] 所述红球菌具体为红球菌（Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906 ;(参见文献 Cloning and Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp.Strain RHAl, J.Bacteriol. November2001)；
[0038] 所述巨大芽孢杆菌具体可为巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium) CGMCC No : 2267(CN101215532)；
[0039] 所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans) ATCC13543 (参见 文献Genes coding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificans genome, Archives of Microbiology,1998)；
[0040] 所述黄抱原毛平革菌为黄抱原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium) ATCC24725(参见文献 APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, Febl994，p709-714)
[0041] 所述黑曲霉具体为黑曲霉（Aspergillus nige)CCTCC No :M206034 ; (CN1924000)
[0042] 所述亚硝化菌具体为亚硝化菌（Nitrosomonas europaea)ATCC19718 (参见文 献 Complete Genome Sequence of the Ammonia-Oxidizing Bacterium and Obligate Chemolithoautotroph Nitrosomonas europaea,2003)；
[0043] 所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（AcidithiobaciIlus ferrooxidans) ATCC 53993(可见文献 A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 53993 additional copper resistance ：a possible competitive advantage. Appl Microbiol Biotechnol. 2011)；
[0044] 将以上红球菌，巨大芽孢杆菌，脱氮副球菌，黄孢原毛平革菌；黑曲霉，亚硝化菌， 嗜酸氧化亚铁硫杆菌、按照常规培养浓度均控制在2 X IO8个/克，所培养的菌液按照质量 比例混合得到液体菌剂；
[0045] 取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以硅藻土（40-80目）为载体，按照菌剂：载 体为3 : 1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50°C，干燥后含 水量为20-30% ;检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。
[0046] 按每立方米废液每次投加微生物制剂30克，每天投加1次，连续投加一周，最后静 置3天，将液体排出。经过上述处理后的亮氨酸结晶收率高，亮氨酸的总提取收率达到了 99 %，且产品的各项指标均符合国家标准。
[0047] 经过上述处理后的亮氨酸母液结晶收率高，亮氨酸的总提取收率达到了 99%，且 亮氨酸产品的各项指标均符合国家标准。
[0048] 实施例2-种用于处理亮氨酸母液的方法
[0049] 取亮氨酸母液，自然沉降固液分离，获得沉降物与上清液，将上清液进入污水处理 系统，添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。
[0050] 所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：
[0051] 红球菌10份，巨大芽孢杆菌8份，脱氮副球菌7份，黄孢原毛平革菌7份；黑曲霉 5份，亚硝化菌3份，嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份。
[0052] 所述红球菌具体为红球菌（Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906 ;(参见文献 Cloning and Characterization of Benzoate Catabolic Genes in the Gram-Positive Polychlorinated Biphenyl DegraderRhodococcus sp.Strain RHAl, J.Bacteriol. November2001)；
[0053] 所述巨大芽孢杆菌具体可为巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium) CGMCC No : 2267(CN101215532)；
[0054] 所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans) ATCC13543 (参见 文献Genes coding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificansgenome, Archives of Microbiology,1998)；
[0055] 所述黄抱原毛平革菌为黄抱原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium) ATCC24725(参见文献 APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, Febl994，p709-714)
[0056] 所述黑曲霉具体为黑曲霉（Aspergillus nige)CCTCC No :M206034 ; (CN1924000)
[0057] 所述亚硝化菌具体为亚硝化菌（Nitrosomonas europaea)ATCC19718 (参见文 献 Complete Genome Sequence of the Ammonia-Oxidizing Bacterium and Obligate Chemolithoautotroph Nitrosomonas europaea,2003)；
[0058] 所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans) ATCC 53993(可见文献 A genomic island provides Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 53993 additional copper resistance ：a possible competitive advantage. Appl Microbiol Biotechnol. 2011)；
[0059] 将以上红球菌，巨大芽孢杆菌，脱氮副球菌，黄孢原毛平革菌；黑曲霉，亚硝化菌， 嗜酸氧化亚铁硫杆菌、按照常规培养浓度均控制在2 X IO8个/克，所培养的菌液按照质量 比例混合得到液体菌剂；
[0060] 取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以硅藻土（40-80目）为载体，按照菌剂：载 体为3 : 1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50°C，干燥后含 水量为20-30% ;检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。
[0061] 实施例3
[0062] 实验地点：新疆阜丰亮氨酸发酵车间，按照实施例1方法结晶制备亮氨酸，釜底料 进入污水处理系统，利用50L水桶作为试验设备并带搅拌，分别取30L，加入两个桶中，调pH 为7. 0,水温20°C，取样测定COD、氨氮、总氮数据，总COD为3298mg/L，NH3-N为137mg/L，对 照组不添加复合菌剂，实验组添加实施例1中复合菌剂，按每立方米釜底料每次投加微生 物制剂30克，每天投加1次，连续投加一周后，取样测定C0D、氨氮、总氮数据，实验组经过处 理后COD为18mg/L，NH3-N为2. 7mg/L。经处理后的废水完全达到排放标准。
[0063]
【权利要求】
1. 一种高纯度亮氨酸的提取方法，包括以下步骤： (1) 亮氨酸发酵液经过膜过滤、离子交换处理后，使用氨水洗脱，得到洗脱液，蒸发浓缩 获得料液，缓慢加入95%的乙醇溶液，开启搅拌，乙醇流加速度控制在每小时加入的量为料 液体积的1-10%，乙醇总流加量为料液体积的10-50%，流加过程中通入冷却水降温，温度 降至5-10°C后继续搅拌4-6h ; (2) 将步骤（1)获得的溶液离心分离，获得母液以及亮氨酸晶体，进入下道干燥纯化工 序； (3) 步骤（2)获得的母液采用蒸馏塔回收酒精； (4) 合并步骤（1)离子交换处理产生的废水以及步骤（3)蒸馏产生的釜底料，进入污水 处理系统，然后添加复合微生物菌剂深度处理后达标排放。 所述复合微生物菌剂的活性成分包括下列重量份的原料： 红球菌10份，巨大芽孢杆菌8份，脱氮副球菌7份，黄孢原毛平革菌7份；黑曲霉5份， 亚硝化菌3份，嗜酸氧化亚铁硫杆菌3份。
2. 根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于， 所述红球菌具体为红球菌（Rhodococcus rhodochrous)ATCC15906 ; 所述巨大芽孢杆菌具体为巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium)CGMCCNo :2267 ; 所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans)ATCC13543 ; 所述黄孢原毛平革菌为黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium) ATCC24725 ； 所述黑曲霉具体为黑曲霉（Aspergillus nige)CCTCC No :M206034; 所述亚硝化菌具体为亚硝化菌（Nitrosomonas europaea)ATCC19718 ; 所述嗜酸氧化亚铁硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（AcidithiobaciIlus ferrooxidans)ATCC 53993 ； 所述复合微生物菌剂的制备方法为：将上述红球菌，巨大芽孢杆菌，脱氮副球菌，黄孢 原毛平革菌，黑曲霉，亚硝化菌，以及嗜酸氧化亚铁硫杆菌分别培养至菌液浓度为2 X IO8个 /克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；将液体菌剂与硅藻土按照3 : 1的重 量比混合，即得复合微生物菌剂。
3. -种如权利要求2所述用于处理亮氨酸母液的微生物制剂。
【文档编号】C12R1/01GK104211609SQ201410374290
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】马杰希, 郭英熙, 杨瑞丽 申请人:新疆阜丰生物科技有限公司