专利名称：一种从母液中提取l-丙氨酸的方法
技术领域：
本发明属于氨基酸生产技术领域，具体涉及一种从母液中提取L-丙氨酸的方法。
背景技术：
L-丙氨酸在食品和医药领域有着广泛的用途。在食品领域，L-丙氨酸具有很强的甜味，可作为甜味剂在食品中应用；L_丙氨酸的添加可明显提高食品及饮料中的蛋白质利用率，食用后能迅速恢复疲劳，振奋精神；L-丙氨酸具有独特的改善风味效果，它与其它氨基酸配合能加强食品、饮料风味；它还可以改善有机酸的酸味，添加后能使有机酸更接近天然果酸的酸味。在医药领域，L-丙氨酸是合成维生素B6和左氧氟沙星的重要原料；同时也是营养剂补糖氨基酸营养输液的主要成分，由L-丙氨酸组成的复合氨基酸注射液-《14 氨基酸注射液-800》是主治肝脑病新药，可治疗肝功能不全时氨基酸代谢紊乱，促使肝昏迷病人苏醒；L-丙氨酸还是一种很好的利尿药。目前L-丙氨酸的生产是以L-天门冬氨酸为原料，通过L-天冬氨酸-β-脱羧酶催化技术来生产，该工艺主要采用游离细胞法，即菌体培养液作为酶源，直接加底物L-天门冬氨酸转化反应。L-天冬氨酸-β -脱羧酶法工艺每生产I吨L-丙氨酸就会产生约O. 8 吨的反应母液，母液中含有约12%的L-丙氨酸，同时也含有大量的菌体、大小分子蛋白、以及色素等杂志，粘度很大，其中的L-丙氨酸难以提取回收。目前酶法生产L-丙氨酸的母液的处理主要采取母液直接浓缩法，该方法将母液直接蒸发，从而部分回收L-丙氨酸，蒸发后的母液直接排放。直接浓缩法的缺点有1)母液中L-丙氨酸的回收率低；2)浓缩后的浓缩液含有大量的L-丙氨酸、菌体和蛋白，直接排放后造成废水的COD严重超标，给环保处理带来巨大的压力；3)回收的L-丙氨酸品质差， 其中含有菌体蛋白和色素造成产品含量低、颜色深，必须经过精制才能合格。
发明内容
本发明的目的是解决从L-天冬氨酸-β -脱羧酶法生产L-丙氨酸的母液中回收提取L-丙氨酸的技术难题，提供一种产品收率高、产品品质高、绿色环保的母液提取L-丙氨酸的方法，以克服现有技术的不足。为了实现上述目的，本发明按照下述工艺步骤进行
(O预过滤将酶法生产L-丙氨酸的母液通过袋式过滤机，除去母液中大颗粒的晶体和异物，过滤介质的孔径为I 10 μ m ;
(2)超滤过滤将步骤(I)中的滤过液通过超滤膜，浓缩至滤液总量的5% 10%，加入 I I. 5倍浓缩液的水继续透析完全，最终得到超滤透析液和菌体蛋白，菌体蛋白经烘干后获得饲料蛋白，超滤的温度为30 60°C，工作压力进压为2 8bar，出压为I 7bar，压力差为I I. 5bar ；
(3)纳滤过滤将步骤(2)中的超滤透析液通过纳滤膜，浓缩至滤液总量的5%以下，加入I I. 5倍浓缩液的水继续透析完全，最终得到纳滤透析液和浓缩液，浓缩液经烘干后获得饲料蛋白，纳滤的温度为30 45°C，工作压力进压为8 25bar，出压为7 24bar，压力差为7· 5 Mbar ；
(4)脱色过滤将步骤(3)中的纳滤透析液升温，加入粉末活性炭脱色I 2h，然后用泵将液体泵入过滤机进行过滤除去活性炭，再经过精过滤器过滤，得到澄清的L-丙氨酸清液，脱色过滤条件为 温度60 80°C，活性炭添加量是液体总重量的O. I O. 5%,过滤机的工作压力< O. 4MPa，精过滤器过滤介质的孔径< O. 45 μ m ;
(5)浓缩结晶将步骤(4)中的L-丙氨酸清液通过真空浓缩至固形物含量为20% 60%，得到L-丙氨酸的浓缩液，浓缩过程中蒸出的蒸馏水用于生产回用，经离心分离后获得 L-丙氨酸结晶和结晶母液，L-丙氨酸结晶烘干后获得L-丙氨酸产品，结晶母液回收循环浓缩结晶，真空浓缩的条件为真空度-O. 05 -O. 09MPa，温度50 70°C。所述步骤(2)中的超滤膜为陶瓷、PAN、PVDF、PC、PES、PP或PE复合膜中的一种，其截留分子量为8000 300000MWC0。所述步骤(3)中的纳滤膜为PAN、PVDF、PC、PES、PP或PE复合膜中的一种，其截留分子量为600 1000MWC0。本发明在整个L-丙氨酸提取过程中实现了资源的有效利用，在获得高品质L-丙氨酸的同时产出了优质的饲料蛋白，浓缩过程中的蒸馏水用于生产回用，结晶后的母液循环浓缩提取，整个过程只有极少量的废水产生(膜再生过程中)，具有较高的社会和环保效益。本发明的实施不仅提高了产品的回收率、降低了生产成本，而且使L-丙氨酸的质量大大提闻。本发明与传统的直接浓缩法对比具有如下优点
1、采用超滤和纳滤除菌体，菌体蛋白回收量较高，可实现98%回收，无须加入助滤剂或絮凝剂，符合环保要求的同时获得了高品质的副产物高饲料蛋白；
2、采用纳滤去除色素、胶体、大分子物质和二价盐，膜的过滤精度高，提升了后序滤液质量，提高了产品结晶质量，膜过滤后收率提高，膜收率可达93%以上，且得到质量较好的滤液，滤液透光率达90%以上；
3、本发明L-丙氨酸的回收率和质量显著提高，回收率达到了86%以上，透光率大于 98%，而直接浓缩发的收率低于65%，透光率小于60% ；
4、本发明从源头上控制了高浓度废水的产生，只有膜再生阶段产生极少量的废水，且废水的COD含量低，降低了废水排放，减轻了环保压力，节能减排效果明显。总之，本发明提高了 L-丙氨酸的回收率，降低了提取的成本，提高了产品的质量，还可以高效回收菌体蛋白，减轻了环保压力，与传统的工艺相比，本发明具有显著的经济效益、社会效益和环保效益。
图I是本发明从母液中提取L-丙氨酸的工艺流程图，通过附图可以更好地说明本发明的工艺技术。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施例对本发明作详细描述。
实施例I
(O预过滤将2860Kg的L-天冬氨酸-β -脱羧酶法生产L-丙氨酸的母液通过孔径为5 μ m的袋式过滤机，除去结晶颗粒和异物；
(2)超滤过滤将步骤(I)中所得的滤液2845Kg通过超滤过滤，浓缩至滤液量246Kg，加入305Kg的水继续透析，最终得到超滤透析液2962Kg和188Kg菌体蛋白，透析液的透光率为72%，菌体蛋白经喷雾干燥后作为优质的饲料蛋白；超滤膜为截留分子量为100000 MWCO 的陶瓷膜，具体工艺条件为操作温度为50 60°C，流速为3 5m3/h，进压为3 4bar， 出压为Ibar,压力差为2 2. 5bar ；
(3)纳滤过滤将步骤(2)中所得的超滤透析液2962Kg通过纳滤过滤，浓缩至滤液量136Kg，加入176Kg的水继续透析，最终得到纳滤透析液3081Kg和97Kg菌体蛋白，透析液的透光率为92%，菌体蛋白经喷雾干燥后作为优质的饲料蛋白；纳滤膜为截留分子量为 1000MWC0的PVDF膜，具体工艺条件为操作温度为40°C，进压为8 12bar，出压为7 Ilbar,压力差为 7· 5 8· 5bar ；
(4)脱色过滤将步骤(3)中所得的纳滤透析液3081Kg升温到75°C，加入粉末活性炭10Kg，脱色I 2h，然后用泵将液体泵入垂直式叶滤机，在O. 15MPa压力下进行过滤除去活性炭，过滤完，加入350Kg的水洗涤滤层后用空气吹干滤饼，合并滤液，再经过孔径为
O.22 um的精过滤器过滤，得到澄清的L-丙氨酸清液3356Kg，清液的透光率为99. 1% ；
(5)浓缩结晶将步骤(4)中所得的L-丙氨酸清液3356Kg，在温度为60°C，真空度为-O. 07MPa下浓缩至固形物含量为40%，得到L-丙氨酸的浓缩液，浓缩过程中蒸出的蒸馏水用于超滤、纳滤及脱色过滤等工序的生产回用，经离心分离后获得L-丙氨酸结晶 246Kg (烘干重量)和结晶母液408Kg，结晶母液回收循环浓缩结晶。L-丙氨酸产品分析透光率=98. 8% (c=5，水)，比旋光度[a ]D2°=+14. 6° (c=10， 5N HCL)。实施例2
(O预过滤将3580Kg的L-天冬氨酸-β -脱羧酶法生产L-丙氨酸的母液通过孔径为8 μ m的袋式过滤机，除去结晶颗粒和异物；
(2)超滤过滤将步骤(I)中所得的滤液3548Kg通过超滤过滤，浓缩至滤液量316Kg， 加入425Kg实施例I中的蒸馏水继续透析，最终得到超滤透析液3731Kg和242Kg菌体蛋白，透析液的透光率为68%，菌体蛋白经喷雾干燥后作为优质的饲料蛋白；超滤膜为截留分子量为200000 MWCO的PVDF膜，具体工艺条件为操作温度为30 40°C，流速为3 5m3/ h,进压为2 4bar,出压为Ibar,压力差为2 3bar ；
(3)纳滤过滤将步骤(2)中所得的超滤透析液3731Kg通过纳滤过滤，浓缩至滤液量 173Kg，加入198Kg实施例I中的蒸馏水继续透析，最终得到纳滤透析液3785Kg和144Kg菌体蛋白，透析液的透光率为91%，菌体蛋白经喷雾干燥后作为优质的饲料蛋白；纳滤膜为截留分子量为800MWC0的PVDF膜，具体工艺条件为操作温度为40°C，进压为9 15bar，出压为8 14bar,压力差为8· 5 10. 5bar ；
(4)脱色过滤将步骤(3)中所得的纳滤透析液3785Kg升温到70°C，加入粉末活性炭 15Kg，脱色I 2h，然后用泵将液体泵入垂直式叶滤机，在O. 2MPa压力下进行过滤除去活性炭,过滤完,加入500Kg实施例I中的蒸馏水洗涤滤层后用空气吹干滤饼,合并滤液,再经过孔径为O. 45 μ m的精过滤器过滤，得到澄清的L-丙氨酸清液4227Kg，清液的透光率为 99. 0% ；
(5)浓缩结晶将步骤(4)中所得的L-丙氨酸清液4227Kg和实施例I中的结晶母液 408 Kg，在温度为65°C，真空度为-O. 08MPa下浓缩至固形物含量为50%，得到L-丙氨酸的浓缩液，浓缩过程中蒸出的蒸馏水用于超滤、纳滤及脱色过滤等工序的生产回用，经离心分离后获得L-丙氨酸结晶419Kg(烘干重量)和结晶母液476Kg，结晶母液回收循环浓缩结晶。L-丙氨酸产品分析透光率=99. 1% (c=5，水)，比旋光度[a ]D2°=+14. 5° (c=10， 5N HCL)。
权利要求
1.一种从母液中提取L-丙氨酸的方法，其特征是按照下述工艺步骤进行(O预过滤将酶法生产L-丙氨酸的母液通过袋式过滤机，除去母液中大颗粒的晶体和异物，过滤介质的孔径为I 10 μ m ;(2)超滤过滤将步骤(I)中的滤液通过超滤膜，浓缩至滤液总量的5% 10%，加入I I.5倍浓缩液的水继续透析完全，最终得到超滤透析液和菌体蛋白，菌体蛋白经烘干后获得饲料蛋白，超滤的温度为30 60°C,工作压力进压为2 8bar,出压为I 7bar,压力差为 2 7. 5bar ；(3)纳滤过滤将步骤(2)中的超滤透析液通过纳滤膜，浓缩至滤液总量的5%以下，加入I I. 5倍浓缩液的水继续透析完全，最终得到纳滤透析液和浓缩液，浓缩液经烘干后获得饲料蛋白，纳滤的温度为30 45°C，工作压力进压为8 25bar，出压为7 24bar，压力差为7· 5 Mbar ；(4)脱色过滤将步骤(3)中的纳滤透析液升温，加入粉末活性炭脱色I 2h，然后用泵将液体泵入过滤机进行过滤除去活性炭，再经过精过滤器过滤，得到澄清的L-丙氨酸清液，脱色过滤条件为 温度60 80°C，活性炭添加量是液体总重量的O. I O. 5%,过滤机的工作压力< O. 4MPa，精过滤器过滤介质的孔径< O. 45 μ m ;(5)浓缩结晶将步骤(4)中的L-丙氨酸清液通过真空浓缩至固形物含量为20% 60%，得到L-丙氨酸的浓缩液，浓缩过程中蒸出的蒸馏水用于生产回用，经离心分离后获得 L-丙氨酸结晶和结晶母液，L-丙氨酸结晶烘干后获得L-丙氨酸产品，结晶母液回收循环浓缩结晶，真空浓缩的条件为真空度-O. 05 -O. 09MPa，温度50 70°C。
2.根据权利要求I所述的一种从母液中提取L-丙氨酸的方法，其特征在于超滤膜为陶瓷、PAN、PVDF、PC、PES、PP或PE复合膜中的一种，其截留分子量为8000 300000MWC0。
3.根据权利要求I所述的一种从母液中提取L-丙氨酸的方法，其特征在于纳滤膜为 PAN、PVDF, PC、PES, PP或PE复合膜中的一种，其截留分子量为600 1000MWC0。
全文摘要
本发明公开了一种从L-天冬氨酸-β-脱羧酶法生产L-丙氨酸的母液中提取L-丙氨酸的方法，其特征是母液经过预过滤、超滤过滤、纳滤过滤、脱色过滤、浓缩结晶后获得优质的L-丙氨酸，结晶后的母液循环浓缩提取，浓缩过程蒸出的蒸馏水实现回用，超滤和纳滤截留的菌体蛋白烘干后可得优质饲料蛋白。本发明实现了资源的有效利用，在整个提取过程中只有极少量的废水产生，提高了产品的收率，高效地回收了菌体，减轻了环保的压力，与传统的提取工艺相比，本发明具有显著的经济效益、社会效益和环保效益。
文档编号C07C227/40GK102603548SQ20121004090
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者不公告发明人 申请人:蒋光玉