一种从发酵液中提取α-酮戊二酸的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发酵液提取技术领域，涉及一种从发酵液中提取α-酮戊二酸的方法。
【背景技术】
[0002]传统的提取工艺主要是通过膜过滤和上树脂柱来对α -酮戊二酸进行提取，但是当发酵液中含有与α-酮戊二酸类似物(如丙酮酸)时这种方法就不可行了。因为膜过滤和上树脂柱不能有效的分离丙酮酸副产物。本发明在提取过程中引入Ca(OH)2^A是利用α-酮戊二酸钙和丙酮酸钙的水溶性不同的特性来分离两种物质。此外，传统的提取工艺废液排放量较大，本发明主要针对废液的重复循环利用来降低废液的排放和提高产品的提取收率。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种从发酵液中提取α -酮戊二酸的方法，解决了现有技术中存在的提取α-酮戊二酸过程中副产物丙酮酸不能被有效分离以及废液高排放的问题。
[0004]本发明所采用的技术方案是，一种从发酵液中提取α -酮戊二酸的方法，具体按照以下步骤进行:
步骤一、α-酮戊二酸提取，
1.1、将含α -酮戊二酸的发酵液加热至60°C -70°c，用酸调pH值为2_4，经微滤膜除菌；然后经过超滤膜除杂脱色；微膜过滤得到的菌体浓浆再经过板框过滤，得到清液加入下批发酵液中提取α -酮戊二酸，菌体蛋白烘干；
1.2、向滤清液中加入Ca(OH)Ji α -酮戊二酸形成钙盐沉淀，过程中不停搅拌至溶液pH稳定在9，搅拌Ih后2000-2500rpm离心分离出α -酮戊二酸HCa(OH)2,离心清液用于清理设备以及膜系统；
1.3、向α酮戊二酸钙和Ca (OH) 2中加入H 2S04并不停搅拌，待pH值稳定在3时再搅拌Ih后尚七、分尚出CaSO4^几従；
1.4、将滤清液流入离子交换柱进行吸附，吸附流出液用Ca (OH) 2清液进行检测，检测有无α-酮戊二酸流出；前部分上柱流出液用于配制洗脱液，后部分上柱流出液重新上柱；用纯水先吸取柱子中的杂质，再用0.02Μ HCl洗脱，再用0.3Μ HCl洗脱，洗脱流速为0.5-1.5ν/ν.min进行洗脱，前部分洗脱液重新上柱，中间部分得到得到α _酮戊二酸高浓液，后部分洗脱液用于配制洗脱液；
1.5、洗脱液中加入占质量百分比1%的活性炭，60°C脱色30min，然后板框过滤；
1.6、α -酮戊二酸高浓液经过减压蒸发得到α -酮戊二酸晶体，离心分离得到α -酮戊二酸粗品；
1.7、精制:将α -酮戊二酸粗品用甲醇洗涤，α -酮戊二酸粗品与甲醇的体积为5:1，洗去杂质，离心去除甲醇得到α-酮戊二酸。
[0005]步骤二、废液回收利用，
废液为菌悬液、离心清液、母液，菌悬液为微滤膜、超滤膜过滤后剩余的发酵液，离心清液为步骤1.2离心得到的离心清液，母液为步骤1.6减压蒸发得到α -酮戊二酸晶体的母液；
菌悬液经板框过滤后，清液加入发酵液中继续提取，菌体蛋白经烘干作为饲料添加剂或饲料蛋白的原料；
离心清液用于清理设备如反应釜、管道和膜系统。
[0006]母液加入1.1步骤中超滤得到的滤清液中二次离子交换吸附。
[0007]进一步的，所述步骤1.1中，所用酸为工业硫酸或工业盐酸。
[0008]进一步的，所述步骤1.1中，微滤膜孔径为200nm的氧化锆膜、氧化铝膜或陶瓷膜，微滤条件??温度 60°C -70°C，压力 0.2MPa-0.35MPa，发酵液流速 60 L/m2.h-150L/m2.h ;所述超滤膜为卷式膜或中空纤维膜，截留分子量为6000-10000D，超滤条件:温度40°C -60°C,压力0.2MPa-0.35Mpa，发酵液流速50 L/m2.h-100L/m2.h ;所述菌体蛋白采用喷雾干燥机进行烘干，烘干温度为100°C _150°C，烘干时间为l_5s。
[0009]进一步的，所述步骤1.4中，离子交换柱中填充物为D301大孔弱碱型树脂，吸附温度为25-35°C，滤清液流速为1.0-2.5v/v.min。
[0010]进一步的，所述步骤1.6中，减压蒸发条件:温度80-90°C，真空度-0.06—-0.1Mpa ;离心分离的分离因数为2000-2500rpm，分离得到的晶体含水量为25_30wt%。
[0011]进一步的，所述步骤1.7中，甲醇为工业级别，浓度在95%以上。
[0012]本发明的有益效果是:在提取过程中引入Ca(OH)2^A是利用α -酮戊二酸钙和丙酮酸钙的水溶性不同的特性来分离两种物质；对提取过程中的废液进行重复循环来降低废液的排放和提高产品的提取收率。对丙酮酸副产物进行了有效的分离，产品显著质量提高；资源有效利用，解决了菌体蛋白和CaSO4副产物的利用价值；提取过程中产生的废液经处理或回收套用或用于制备复合肥、饲料添加剂及饲料蛋白。该方法资源全面有效综合利用，在提取α-酮戊二酸的同时对产生的废液进行回收利用，减少了资源浪费，基本实现废水的零排放，有效的回收了资源，减轻了环保压力。
【具体实施方式】
[0013]—种从发酵液中提取α -酮戊二酸的方法，在以谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)为菌种制得的发酵液中提取α -酮戊二酸的同时对产生的废液进行回收利用，步骤如下:
步骤一、α-酮戊二酸提取，
1.1、将含α -酮戊二酸的发酵液加热至60°C _70°C，用酸调pH值为2_4，经微滤膜除菌，这样即能够提高膜透过性又不会对膜系统造成损害；然后经过超滤膜除杂脱色，得到滤清液中蛋白含量明显降低，提高最终产品的质量；微膜过滤得到的菌体浓浆再经过板框过滤，得到清液加入下批发酵液中提取α -酮戊二酸，菌体蛋白烘干。
[0014]1.2、向滤清液中加入Ca(OH)Ji α -酮戊二酸形成钙盐沉淀，过程中不停搅拌至溶液PH稳定在9，pH稳定在9说明了 Ca (OH) 2和α -酮戊二酸完全反应且Ca (OH) 2没有过量，即提高产品收率又不浪费资源。搅拌Ih后2000-2500rpm离心分离出α-酮戊二酸钙、Ca (OH) 2，离心清液用于清理设备以及膜系统。
[0015]1.3、向α酮戊二酸钙和Ca (OH)2中加入H2SO4并不停搅拌，H #04置换α -酮戊二酸钙的Ca2+形成α酮戊二酸和CaSO 4沉淀，待pH值稳定在3时再搅拌Ih后离心分离出CaSOJX淀，CaSO 4沉淀烘干制备纯品。pH稳定在3说明了 H #04完全置换出了 α -酮戊二酸钙的Ca2+形成α酮戊二酸且H2SOj^有过量，即提高产品收率又不浪费资源。
[0016]1.4、将上述滤清液流入离子交换柱进行吸附，吸附流出液用Ca (OH) 2清液进行检测，检测有无α-酮戊二酸流出。当有α-酮戊二酸流出时说明树脂已吸附饱和。前部分上柱流出液用于配制洗脱液，后部分上柱流出液重新上柱；用纯水先吸取柱子中的杂质，再用0.02Μ HCl洗脱，再用0.3Μ HCl洗脱，洗脱流速为0.5-1.5 ν/ν.min进行洗脱，前部分洗脱液重新上柱，中间部分得到得到α -酮戊二酸高浓液，后部分洗脱液用于配制洗脱液。这样能充分利用各个阶段溶液的特性来减少水的利用和排放，极大的提高了废液的减排能力，对环境保护和污水处理都有极大的意义。
[0017]1.5、洗脱液中加入占质量百分比1%的活性炭，60°C脱色30min，然后板框过滤，脱色效果达到85%。
[0018]1.6、α -酮戊二酸高浓液经过减压蒸发得到α -酮戊二酸晶体，离心分离得到α-酮戊二酸粗品。此时温度过低会造成蒸发时间长对设备腐蚀较严重，温度过高会造成色素的二次生成，80-90 °C即能对保护设备又不会造成色素的二次生成。
[0019]1.7、精制:将α-酮戊二酸粗品用甲醇洗涤，α-酮戊二酸粗品与甲醇的体积为5:1，洗去杂质，离心去除甲醇得到α -酮戊二酸精品。
[0020]步骤二、废液回收利用，
废液为菌悬液、离心清液、母液，菌悬液为微滤膜、超滤膜过滤后剩余的发酵液，离心清液为步骤1.2离心得到的离心清液，母液为步骤1.6减压蒸发得到α -酮戊二酸晶体的母液。
[0021]菌悬液经板框过滤后，清液加入发酵液中继续提取，菌体蛋白经烘干作为饲料添加剂或饲料蛋白的原料；
离心清液用于清理设备如反应釜、管道和膜系统。
[0022]母液加入1.1步骤中超滤得到的滤清液中二次离子交换吸附。
[0023]其中，步骤1.1中，所用酸为工业硫酸或工业盐酸；微滤膜孔径为200nm的氧化错膜、氧化铝膜或陶瓷膜，微滤条件:温度60°C -70°C，压力0.2MPa-0.35MPa，发酵液流速60L/m2 *h-150L/m2 -h ;超滤膜为卷式膜或中空纤维膜，截留分子量为6000-10000D，超滤条件:温度40°C -60°C，压力0.2MPa-0.35Mpa，发酵液流速50 L/m2 *h-100L/m2 *h ;菌体蛋白采用喷雾干燥机进行烘干，烘干温度为100°C _150°C，烘干时间为l_5s。
[0024]步骤1.4中，离子交换柱中填充物为D301大孔弱碱型树脂，吸附温度为25_35°C，滤清液流速为1.0-2.5v/v.min ；
步骤1.6中，减压蒸发条件:温度80-90°C，真空度-0.06一-0.1MPa0离心分离的分离因数为2000-2500rpm，分离得到的晶体含水量为25_30wt%。
[0025]步骤1.7中，精制过程甲醇为工业级别，浓度在95%以上。
[0026]实施例1
将含α -酮戊二酸的发酵液加热至60°C，用工业硫酸调pH值为2，经孔径为200nm的氧化锆膜除菌，微滤条件:温度60°C，压力0.35MPa，发酵液流速60 L/m2.h ;然后经过卷式膜或中空纤维膜除杂脱色，截留分子量为6000-10000D，超滤条件:温度40°C，压力0.35Mpa，发酵液流速50 L/m2 -h ;微膜过滤得到的菌体浓浆再经过板框过滤，得到清液加入下批发酵液中提取α -酮戊二酸，菌体蛋白采用喷雾干燥剂烘干，烘干温度为100°C，烘干时间为5s。
[0027]向滤清液中加入Ca(OH)Ji α -酮戊二酸形成钙盐沉淀，过程中不停搅拌至溶液pH稳定在9，搅拌Ih后2000rpm离心分离出α -酮戊二酸|丐、Ca (OH) 2，离心清液用于清理设备以及膜系统。
[0028]向α酮戊二酸钙和Ca (OH) 2中加入H 2S04并不停搅拌，待pH值稳定在3时再搅拌Ih后尚;L.、分尚出CaSO4^几従ο
[0029]将滤清液流入离子交换柱进行吸附，吸附温度为25°C，滤清液流速为