专利名称：一种从l-缬氨酸发酵液中提取l-缬氨酸的方法
技术领域：
本发明涉及氨基酸提取工艺领域，具体提供了一种从L-缬氨酸发酵液中提取 L-缬氨酸的方法。
背景技术：
L-缬氨酸，学名2-氨基-3-甲基丁酸，是人体八种必需氨基酸之一，与L-亮氨酸、 L-异亮氨酸统称为支链氨基酸。L-缬氨酸可用于配制复合氨基酸输液，氨基酸输液是营养剂和代谢改善剂，可用于治疗营养不良症，对外伤、烙伤，手术病人的恢复具有显著效果。此外，在饲料中L-缬氨酸和L-异亮氨酸均是限制性氨基酸，在L-缬氨酸消耗水平较高时， L-缬氨酸将成为第一限制性氨基酸。目前，L-缬氨酸基本的提取方法有沉淀法，离子交换法及全膜法。沉淀法是根据沉淀剂与L-缬氨酸的特异性结合形成沉淀，然后分离提取，该方法具有收率高、操作简便等优点，但是，存在环境污染重的技术问题；全膜法虽废水量少，但膜只能去除大量的无机盐离子及大分子的杂蛋白，发酵液中存在的大量与L-缬氨酸相近的氨基酸无法去除，所制得的成品杂酸偏高。综合考虑各种因素，离子交换法略优于沉淀法和全膜法，也是氨基酸提取工艺常用的方法。离子交换法是将除去菌体后的发酵液下调PH值为酸性，用强酸性阳离子交换树脂分离L-缬氨酸和杂质氨基酸，最后通过氨水洗脱分离出L-缬氨酸。但是，仍然有一部分阴离子和阳离子杂质存在其中，且以丙氨酸为主的杂质氨基酸(主要是丙氨酸)与L-缬氨酸性质相近，无法有效分离，致使L-缬氨酸纯度较低。如果想提高L-缬氨酸的纯度，就要采用多级离子交换柱串柱提取，这就导致了生产过程产生大量废水，并且消耗过多的离子交换树脂，增加成本。此外，利用离子交换法提取L-缬氨酸的提取率也较低，且废弃的截留液和母液易造成环境污染。以上种种因素，使得L-缬氨酸的制备工艺无法进一步提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种从L-缬氨酸发酵液中提取L-缬氨酸的方法，使得该方法能够提高L-缬氨酸的提取率和纯度。为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案—种从L-缬氨酸发酵液中提取L-缬氨酸的方法，包括步骤1、将L-缬氨酸发酵液微滤得到微滤滤清液和微滤截留液，调节微滤滤清液 PH值为6-8，然后用强酸性阳离子交换树脂吸附，接着再用弱碱性阴离子交换树脂吸附得到离子交换液；步骤2、将离子交换液于50_70°C下浓缩结晶至浓缩后体积为浓缩前体积的 1/8-1/6，离心获得L-缬氨酸粗结晶和第一母液；步骤3、将L-缬氨酸粗结晶用蒸馏水溶解，用分子量为800-1000D的纳滤膜纳滤， 获得纳滤滤清液和纳滤截留液；
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步骤4、调节纳滤截留液PH值为6-8，然后用强酸性阳离子交换树脂吸附，接着再用弱碱性阴离子交换树脂吸附得到离子交换液，离子交换液重复步骤2 ；纳滤滤清液脱色后于50-70°C下浓缩结晶至浓缩后体积为浓缩前体积的 1/8-1/6，离心获得L-缬氨酸成品和第二母液；步骤5、第二母液用分子量为SOO-IOOODa的纳滤膜纳滤，获得纳滤滤清液和纳滤截留液，重复步骤4。具体流程图参见图1。其中，L-缬氨酸发酵液是由工业上常用L-缬氨酸生产菌株与原料发酵后获得，步骤2和步骤4所述浓缩后体积均优选为浓缩前体积的1/7，所述脱色为加入占纳滤滤清液体积0. 5-0. 8%的药用粉状活性碳于50-70°C下搅拌40min。L-缬氨酸发酵液经生产菌株发酵完之后一般含有较多的金属阳离子、阴离子、丙氨酸和少量的其他杂质氨基酸。传统的离子交换法将发酵液PH值下调至低于L-缬氨酸等电点，使发酵液呈酸性环境，让L-缬氨酸带正电荷，利用强酸性阳离子交换树脂吸附L-缬氨酸，达到与其他氨基酸以及杂质分离的目的，然后通过洗脱液洗脱。虽然大部分氨基酸与L-缬氨酸性质差别较大，能够分离，但丙氨酸与L-缬氨酸性质相近，与树脂吸附能力同 L-缬氨酸相似，无法轻易分离，且一些阳离子杂质也易混入其中。本发明根据L-缬氨酸等电点为5. 96，将准备进行离子交换吸附的发酵液pH值调整到6-8，优选为7，使发酵液呈偏中性环境，在这一环境下强酸性阳离子树脂以及弱碱性阴离子树脂对L-缬氨酸吸附能力较弱，但对其他的无机盐和少量杂质氨基酸的吸附却较明显，能够除去除丙氨酸之外的绝大部分杂质。由于丙氨酸的溶解度是L-缬氨酸的2倍，且 L-缬氨酸溶解度随温度变化不明显，故在较高温度下通过浓缩结晶使丙氨酸和未除尽的其他氨基酸溶于溶液中，达到分离的目的。为了保证更高的纯度，本发明在利用纳滤技术后再次浓缩结晶进一步除去杂质。其中，步骤2和步骤4所述浓缩结晶的温度均优选为65°C，步骤1和步骤4所述pH值均优选调节为7。本领域技术人员公知浓缩结晶一般均在真空下进行，此外，本发明将发酵液先通过阳离子树脂吸附，而后再通过阴离子树脂吸附，是由于发酵液通过阳离子树脂吸附后PH 值下降呈酸性，有助于阴离子的吸附效果，更好的除去阴离子杂质。在进行吸附时，上液流速为每小时0.8-1.0倍阳离子树脂体积，阳离子树脂与阴离子树脂的体积比为5 8-10。其中，作为优选，所述强酸性阳离子交换树脂为在苯乙烯-二乙烯苯共聚体上带有磺酸基的阳离子交换树脂，如ClOO型强酸性阳离子交换树脂或732型强酸性阳离子交换树脂，其他如WA-2型强酸性阳离子树脂也可用于吸附；所述弱碱性阴离子交换树脂为聚丙烯酸系弱碱性树脂，如A830弱碱性阴离子交换树脂。针对传统工艺L-缬氨酸提取率较低的问题，本发明将纳滤截留液继续回送至离子交换吸附工序循环，将第二母液继续回送至纳滤工序循环，极大地减少了发酵液原料的损失，有利于提高L-缬氨酸的提取率。通过对比本发明技术方案和传统技术方案可知，传统技术方案是利用树脂吸附 L-缬氨酸，而本发明是利用树脂吸附杂质，而发酵液中L-缬氨酸占绝大部分，故可以推知在获得同样多的L-缬氨酸晶体的情况下，传统工艺必然需要使用较多的树脂，而本发明所述方法由于吸附的是占少数的杂质，树脂使用量较少。树脂使用量越多，需要还原树脂的清
4水就多，产生的废水就越多，因此，与传统工艺相比本发明所述方法能够减少废水排放量。除此之外，离子交换法对环境污染较大的还有微滤后的截留液和母液，其COD(化学耗氧量)较高。传统工艺往往不加处理即排放，即使处理也无法收到较好的效果。而本发明为了有效解决此问题，作为优选技术方案，还包括将步骤1获得的微滤截留液与步骤2 获得的第一母液混合、干燥，制成L-缬氨酸饲料。微滤截留液以及第一母液中含有丰富的菌体蛋白、无机盐和多种氨基酸，对于动物有良好的促生长作用，同时解决了微滤截留液和母液的污染问题，实现零排放的目的。在本发明所述方法与传统离子交换法的对比试验中，采用相同来源、体积的L-缬氨酸发酵液进行提取，结果显示本发明所述方法L-缬氨酸的提取率在65%左右，纯度经 HPLC检测高于98%，而传统离子交换法的L-缬氨酸提取率在60%左右，纯度经HPLC检测为95%左右。由以上技术方案可知，本发明改变传统离子交换吸附工艺直接吸附L-缬氨酸的方式，改为吸附杂质，继而通过二次浓缩结晶的方法提取L-缬氨酸，能够极大地提高L-缬氨酸产品的纯度和收率，减少废水量并可将所产生的废弃物用于制备饲料，避免环境污染。
图1所示为本发明所述从L-缬氨酸发酵液中提取L-缬氨酸的方法流程图。
具体实施例方式本发明公开了一种从L-缬氨酸发酵液中提取L-缬氨酸的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。下面结合实施例，进一步阐述本发明。实施例1 本发明所述方法提取L-缬氨酸1、提取方法取经L-缬氨酸发酵菌株发酵后的发酵液经0. 05-0. 1 μ m孔径陶瓷膜处理后得到8L微滤滤清液和微滤截留液(微滤截留液备用)，微滤滤清液调节pH值为6-7，然后以 13. 3ml/min的流速先过IL ClOO强酸性阳离子树脂，再过1. 6L A830弱碱性阴离子树脂。将经阴、阳离子树脂处理后的离子交换液于65°C下真空浓缩结晶，至浓缩后体积为浓缩前体积的1/7，降至常温后离心分离，得到L-缬氨酸粗结晶和第一母液(第一母液备用)，L-缬氨酸粗结晶折合成纯度为100%的缬氨酸为420g。取8. 4L蒸馏水于65°C时将上述粗结晶溶解，完全溶解后过分子量为IOOODa的纳滤膜，得到纳滤滤清液和纳滤截留液，纳滤截留液调节PH值为6-7后回送至离子交换吸附工序循环，纳滤滤清液取占其体积的0. 8%的药用粉状活性炭于65°C时搅拌40min脱色，抽滤，得到透光为99%的脱色液。将上述脱色液于65°C时真空浓缩结晶，至浓缩后体积为浓缩前体积的1/7，将所得的浓缩液于40-50°C下离心分离，得到L-缬氨酸成品和第二母液，第二母液回送至纳滤工序循环。将L-缬氨酸成品于60°C时烘干，所得成品质量为350g，检测结果符合USPM标准，产品收率为65 %，纯度经HPLC检测为99 %。2、产品收率与纯度的对比试验利用传统工艺提取取与1中相同来源和体积的L-缬氨酸发酵液，下调发酵液PH 值为酸性，经ClOO强酸性阳离子树脂吸附后，用氨水洗脱，洗脱液脱色后两次浓缩结晶，最后产品收率为59%，纯度经HPLC检测为95%。与本发明的产品收率和纯度相比，传统工艺提取的L-缬氨酸均不高，且色泽不如本发明所述方法提取L-缬氨酸洁白透亮，这是由于其中含有杂氨基酸所导致。3、L-缬氨酸饲料的制备将1中备用的微滤截留液和第一母液混合，喷雾干燥，得L-缬氨酸饲料产品，L-缬氨酸含量为40%左右。实施例2 本发明所述方法提取L-缬氨酸1、提取方法取经L-缬氨酸发酵菌株发酵后的发酵液经0. 05-0. 1 μ m孔径陶瓷膜处理后得到 60m3微滤滤清液和微滤截留液(微滤截留液备用)，微滤滤清液调节pH值为7-8，然后以 6ml/min的流速先过7. 5m3 732型强酸性阳离子树脂，再过13. 5m3 A830弱碱性阴离子树脂。将经阴、阳离子树脂处理后的离子交换液于50°C下真空浓缩结晶，至浓缩后体积为浓缩前体积的1/6，降至常温后离心分离，得到L-缬氨酸粗结晶和第一母液(第一母液备用)， L-缬氨酸粗结晶折合成纯度为100%的缬氨酸为31^kg。取64m3蒸馏水于50°C时将上述粗结晶溶解，完全溶解后过分子量为SOODa的纳滤膜，得到纳滤滤清液和纳滤截留液，纳滤截留液调节PH值为6-7后回送至离子交换吸附工序循环，纳滤滤清液取占其体积的0. 5%的药用粉状活性炭于65°C时搅拌40min脱色，抽滤，得到透光为99%的脱色液。将上述脱色液于50°C时真空浓缩结晶，至浓缩后体积为浓缩前体积的1/6，将所得的浓缩液于40-50°C下离心分离，得到L-缬氨酸成品和第二母液，第二母液回送至纳滤工序循环。将L-缬氨酸成品于60°C时烘干，所得成品质量为2651kg，检测结果符合USPM标准，产品收率为64%，纯度经HPLC检测为98%。2、产品收率与纯度的对比试验利用传统工艺提取取与1中相同来源和体积的L-缬氨酸发酵液，下调发酵液PH 值为酸性，经732型强酸性阳离子树脂吸附后，用氨水洗脱，洗脱液脱色后两次浓缩结晶， 最后产品收率为60 %，纯度经HPLC检测为96 %。与本发明的产品收率和纯度相比，传统工艺提取的L-缬氨酸均不高，且色泽不如本发明所述方法提取L-缬氨酸洁白透亮，这是由于其中含有杂氨基酸所导致。3、L-缬氨酸饲料的制备将1中备用的微滤截留液和第一母液混合，喷雾干燥，得L-缬氨酸饲料产品，L-缬氨酸含量为40%左右。实施例3 本发明所述方法提取L-缬氨酸
1、提取方法取经L-缬氨酸发酵菌株发酵后的发酵液经0. 05-0. 1 μ m孔径陶瓷膜处理后得到8L微滤滤清液和微滤截留液(微滤截留液备用)，微滤滤清液调节pH值为6-7，然后以 13. 3ml/min的流速先过IL WA-2型强酸性阳离子树脂，再过1. 6L A830弱碱性阴离子树脂。将经阴、阳离子树脂处理后的离子交换液于70°C下真空浓缩结晶，至浓缩后体积为浓缩前体积的1/8，降至常温后离心分离，得到L-缬氨酸粗结晶和第一母液(第一母液备用)， L-缬氨酸粗结晶折合成纯度为100%的缬氨酸为413g。取8. 4L蒸馏水于65°C时将上述粗结晶溶解，完全溶解后过分子量为IOOODa的纳滤膜，得到纳滤滤清液和纳滤截留液，纳滤截留液调节PH值为6-7后回送至离子交换吸附工序循环，纳滤滤清液取占其体积的0. 6%的药用粉状活性炭于65°C时搅拌40min脱色，抽滤，得到透光为99%的脱色液。将上述脱色液于70°C时真空浓缩结晶，至浓缩后体积为浓缩前体积的1/8，将所得的浓缩液于40-50°C下离心分离，得到L-缬氨酸成品和第二母液，第二母液回送至纳滤工序循环。将L-缬氨酸成品于60°C时烘干，所得成品质量为342g，检测结果符合USPM标准，产品收率为66 %，纯度经HPLC检测为99 %。2、产品收率与纯度的对比试验利用传统工艺提取取与1中相同来源和体积的L-缬氨酸发酵液，下调发酵液PH 值为酸性，经WA-2型强酸性阳离子树脂吸附后，用氨水洗脱，洗脱液脱色后两次浓缩结晶， 最后产品收率为58%，纯度经HPLC检测为94%。与本发明的产品收率和纯度相比，传统工艺提取的L-缬氨酸均不高，且色泽不如本发明所述方法提取L-缬氨酸洁白透亮，这是由于其中含有杂氨基酸所导致。3、L-缬氨酸饲料的制备将1中备用的微滤截留液和第一母液混合，喷雾干燥，得L-缬氨酸饲料产品，L-缬氨酸含量为40%左右。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种从L-缬氨酸发酵液中提取L-缬氨酸的方法，其特征在于，包括步骤1、将L-缬氨酸发酵液微滤得到微滤滤清液和微滤截留液，调节微滤滤清液pH值为6-8，然后用强酸性阳离子交换树脂吸附，接着再用弱碱性阴离子交换树脂吸附得到离子交换液；步骤2、将离子交换液于50-70°C下浓缩结晶至浓缩后体积为浓缩前体积的1/8-1/6， 离心获得L-缬氨酸粗结晶和第一母液；步骤3、将L-缬氨酸粗结晶用蒸馏水溶解，用分子量为800-1000D的纳滤膜纳滤，获得纳滤滤清液和纳滤截留液；步骤4、调节纳滤截留液pH值为6-8，然后用强酸性阳离子交换树脂吸附，接着再用弱碱性阴离子交换树脂吸附得到离子交换液，离子交换液重复步骤2 ；纳滤滤清液脱色后于50-70°C下浓缩结晶至浓缩后体积为浓缩前体积的1/8-1/6，离心获得L-缬氨酸成品和第二母液；步骤5、第二母液用分子量为SOO-IOOODa的纳滤膜纳滤，获得纳滤滤清液和纳滤截留液，重复步骤4。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂为在苯乙烯-二乙烯苯共聚体上带有磺酸基的阳离子交换树脂。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述在苯乙烯-二乙烯苯共聚体上带有磺酸基的阳离子交换树脂为ClOO型强酸性阳离子交换树脂或732型强酸性阳离子交换树脂。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述弱碱性阴离子交换树脂为聚丙烯酸系弱碱性树脂。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述聚丙烯酸系弱碱性树脂为A830弱碱性阴离子交换树脂。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2和步骤4所述浓缩结晶的温度均为 65 "C。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤1和步骤4所述pH值均调节为7。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2和步骤4所述浓缩后体积均为浓缩前体积的1/7。
9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述脱色为加入占纳滤滤清液体积 0. 5-0. 8%的药用粉状活性碳于50-70°C下搅拌40min。
10.根据权利要求1-9任意一项所述方法，其特征在于，还包括将步骤1获得的微滤截留液与步骤2获得的第一母液混合、干燥，制成L-缬氨酸饲料。
全文摘要
本发明涉及氨基酸提取工艺领域，公开了一种从L-缬氨酸发酵液中提取L-缬氨酸的方法。该方法将L-缬氨酸发酵液微滤，调节微滤滤清液pH值为中性先后经过阳、阴离子树脂吸附，一次浓缩结晶后纳滤，纳滤滤清液脱色后二次浓缩结晶即得。本发明还将工序中的纳滤截留液和二次母液分别回送至离子交换吸附工序和纳滤工序循环。本发明改变传统离子交换吸附工艺直接吸附L-缬氨酸的方式，改为吸附杂质，继而通过二次浓缩结晶的方法提取L-缬氨酸，能够极大地提高L-缬氨酸产品的纯度和收率，减少废水量并可将所产生的废弃物用于制备饲料，避免环境污染。
文档编号C07C229/08GK102432479SQ20111045672
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者刘康乐, 孟祥杰, 彭芳菊, 梁是森, 王海雷, 钟秀如, 龚华 申请人:梅花生物科技集团股份有限公司