專利名稱：一種從發(fā)酵液中提取l-色氨酸的綜合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從發(fā)酵液中提取L-色氨酸的方法，具體涉及一種從谷氨酸棒桿 菌發(fā)酵得到的發(fā)酵液中提取L-色氨酸并對提取過程中所產(chǎn)生的廢液進行回收利用的綜合 方法。
背景技術(shù)：
L-色氨酸是食品和醫(yī)藥產(chǎn)品的重要氨基酸，它的用途十分廣泛，目前，發(fā)酵法生產(chǎn) L-色氨酸已是先進的生產(chǎn)工藝。從L-色氨酸發(fā)酵液中提取精制L-色氨酸一般進行粗制、 精制和分離三個工藝過程，每次提取過程均會產(chǎn)生廢液，這些廢液中含有色素、雜質(zhì)、L-色 氨酸、大量N、P、K及有機成分，直接排放會造成浪費而且污染環(huán)境?，F(xiàn)在對提取后的廢液一 般都沒有進行科學(xué)合理的再次綜合利用，這是現(xiàn)行發(fā)酵法生產(chǎn)L-色氨酸的一個弊端。在環(huán) 保意識逐漸增強的情況下，科學(xué)有效的處理廢液、對有效成分進行回收處理是L-色氨酸生 產(chǎn)行業(yè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述的不足，提供了一種從發(fā)酵液中提取L-色氨酸的綜合方法，該方 法在提取L-色氨酸的同時對產(chǎn)生的廢液進行回收利用，基本實現(xiàn)廢水的零排放，有效的回 收了資源，減輕了環(huán)保壓力。本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的
本發(fā)明的關(guān)鍵是即能很好的提取L-色氨酸，又能使產(chǎn)生的廢液回收再利用，減少了資 源浪費，達(dá)到了發(fā)酵液的綜合處理和廢液的循環(huán)再用。一種從發(fā)酵液中提取L-色氨酸的綜合方法，其特征是在以谷氨酸棒桿菌 (Corynebacterium glutamicum)為菌種制得的發(fā)酵液中提取L-色氨酸的同時對產(chǎn)生的廢 液進行回收利用，發(fā)酵液中L-色氨酸的含量在38-40g/L之間，步驟如下
一、L-色氨酸提取
(1)粗制
1. 1將L-色氨酸發(fā)酵液加熱至60°C-70°C，用酸調(diào)pH值為2-4，經(jīng)微濾膜除菌、超濾膜 除雜脫色，得濾清液；
1. 2將上述濾清液流入離子交換柱進行吸附，然后用洗脫劑進行洗脫，得L-色氨酸高 濃液；
1. 3 L-色氨酸高濃液經(jīng)反滲透膜脫水濃縮、減壓蒸發(fā)濃縮后，得到L-色氨酸料液； 1. 4 L-色氨酸料液在0°C _4°C、pH 5. 8-6. 0下結(jié)晶10h_12h，然后經(jīng)離心分離得初級 L-色氨酸晶體；(反滲透與減壓蒸發(fā)濃縮的母液主要成分為水和蒸餾水，用于前道膜透析 水和溶晶水以及清洗水等)
(2)精制將初級L-色氨酸晶體重新溶解，配成30g/L-50g/L的L-色氨酸溶液，然后 將L-色氨酸溶液用超濾膜脫色除雜得濾清液、在0°C _4°C攪拌結(jié)晶10h-12h得精級L-色
4氨酸晶體；
(3)分離將精級L-色氨酸晶體離心分離、干燥得L-色氨酸產(chǎn)品； 二、廢液回收利用
所述廢液為菌懸液、一次母液、二次母液和三次母液；其中，菌懸液為微濾膜、超濾膜過 濾后剩余的發(fā)酵液，一次母液為分離初級L-色氨酸晶體所得的上層料液，二次母液為精制 過程中超濾膜脫色除雜剩余的溶液，三次母液為分離L-色氨酸產(chǎn)品所得的上層液；上述廢 液分別進行以下回收處理
菌懸液經(jīng)烘干作為飼料添加劑或飼料蛋白的原料；
一次母液經(jīng)反滲透膜濃縮處理進入步驟a中的發(fā)酵液中循環(huán)套用；
二次母液作為微濾膜透析水循環(huán)套用；
三次母液通過下述方法的至少一種循環(huán)套用①作為粗品L-色氨酸晶體的溶解水；② 作為微濾膜的透析水；③作為超濾膜的透析水。上述步驟1. 1中，所用酸為工業(yè)硫酸或工業(yè)鹽酸；微濾膜為氧化鋯膜、氧化鋁膜或 陶瓷膜，孔徑為0. 15-0. 35um，優(yōu)選微濾條件溫度60°C _70°C，壓力0. 2MPa-0. 35Mpa，發(fā)酵 液流速60 L/m2 .h-150L/m2-h ；超濾膜為卷式膜或中空纖維膜，截留分子量為8_10萬D，優(yōu) 選截留分子量為10萬D的卷式膜，超濾條件溫度40°C -60°C，壓力0. 2MPa-0. 35Mpa，發(fā)酵 液流速50 L/m2 · h-100L/m2 · h。微濾條件優(yōu)選溫度60°C，壓力0. 25Mpa，發(fā)酵液流速100 L/m2 · h-120L/m2 · h ；超濾條件優(yōu)選溫度50°C，壓力0. 25Mpa，發(fā)酵液流速60_80L/m2 · h。上述步驟1. 2中，離子交換柱中填充物為強酸性陽離子交換樹脂，優(yōu)選磺酸型的 強酸性離子交換樹脂或001 X 7強酸性陽離子交換樹脂，吸附溫度為25-35°C，濾清液流速 為1. 0-2. 5v/v · min ；洗脫所用洗脫劑為2-3mol/L的氨水或0. 5-1. 5mol/L氫氧化鈉溶液， 洗脫流速為0. 5-1. 5 ν/ν · min。優(yōu)選條件吸附溫度為30°C，濾清液流速為1. 5-2. Ov/ ν · min ；洗脫所用洗脫劑為2-3mol/L的氨水，洗脫流速為1. 0-1. 2v/v · min。上述步驟1. 3中，反滲透膜醋酸纖維素膜或聚酰胺復(fù)合膜(孔徑大于5埃)，截留分 子量小于等于100，脫水濃縮條件壓力0. 5-0. 6MPa，溫度50-60°C ；減壓蒸發(fā)濃縮條件溫 度70-90°C，真空度-0. 06 -0. IMPa0脫水濃縮條件優(yōu)選壓力0. 55MPa，溫度55°C ；減壓 蒸發(fā)濃縮條件優(yōu)選溫度80°C，真空度-0. OSMPa0上述精制過程中，超濾膜截留分子量為4000-6000D，優(yōu)選截留分子量為5000D的 卷式膜，脫色除雜條件溫度40°C _60°C，壓力0. 2MPa-0. 35Mpa，流速50 L/m2 -h-80L/m2 -h0 優(yōu)選的，超濾膜脫色除雜條件溫度60°C，壓力0. 3Mpa，流速60_70L/m2 · h。上述分離過程中，精級L-色氨酸晶體在70°c-80°c、真空度-0.06 Mpa -0. 1 Mpa 的條件下干燥2-4h，得L-色氨酸產(chǎn)品。優(yōu)選的，晶體在75°C、真空度-0.08 Mpa的條件下 干燥2-4h，得L-色氨酸產(chǎn)品。上述廢液處理過程中，各種廢液的具體處理方法為
菌懸液采用噴霧干燥機進行烘干作為飼料添加劑或飼料蛋白的原料，烘干溫度為 IOO0C -150°C，烘干時間為 1-5S。一次母液中含有大量N、P、K等元素及有機質(zhì)，用反滲透膜除水濃縮得L-色氨酸含 量為15 30g/L的濃縮液；一次母液進入反滲透膜的溫度為50-60°C，流速為80 150L/ τα · h，膜壓力為 0. 5Mpa-0. 6MPa。
進一步的，上述一次母液以5次為一個循環(huán)周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經(jīng) 濃縮進入發(fā)酵液循環(huán)套用，第5n+5次的一次母液經(jīng)處理得復(fù)合肥，η為整數(shù)；復(fù)合肥的制備 過程為
a.將第5n+5次的一次母液在溫度70°C_80°C、真空壓力為-0. 06Mpa -0. IMpa的條 件下蒸發(fā)濃縮5-6倍，得濃縮液；
b.將濃縮液在溫度80°C_85°C、真空壓力為一0.06Mpa -0. IMpa的條件下連續(xù)結(jié)晶， 得無機鹽晶體；
c.將上述結(jié)晶后的濃縮液進行離心分離，得無機鹽晶體，然后在90-110°C、轉(zhuǎn)速為 8 20 r/min的條件下烘干至無機鹽晶體水分為8 10wt% ；
d.將烘干的無機鹽晶體進行造粒得復(fù)合肥，復(fù)合肥中包括硫酸銨及其他N、P、K有機質(zhì)。上述復(fù)合肥制備方法中，步驟c中，離心分離的分離因數(shù)為2000-2500，分離得到 的無機鹽晶體含水量為25 30wt% ；步驟d所得復(fù)合肥的粒度為1. 5 2. 5mm。L-色氨酸提取過程中經(jīng)超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃縮液作為二次母液， 其體積較小，色素、雜質(zhì)較多，L-色氨酸含量5g/L-20g/L，可全部作為微濾膜透析水再利用。經(jīng)精品結(jié)晶罐攪拌降溫結(jié)晶后，將用離心機分離時獲得的三次母液體積大，色素、 雜質(zhì)非常少，L-色氨酸含量2g/L-5g/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾膜、超濾膜透析水 再利用。本發(fā)明的優(yōu)點是①充分綜合利用將L-色氨酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢液循環(huán)利用， 符合綠色環(huán)保新理念，凈化了環(huán)境，促進了生態(tài)平衡；②資源全面有效綜合利用，在L-色氨 酸生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，派生了飼料添加劑、飼料蛋白和生物復(fù)合肥附加產(chǎn)品，減少了資源浪費； ③綜合循環(huán)工藝合理、可行，降低了生產(chǎn)成本。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步闡述，應(yīng)該明白的是，下述說明僅是為 了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限制。本發(fā)明所述發(fā)酵液為谷氨酸棒桿菌為菌種所得的發(fā)酵液，L-色氨酸含量在 38-40g/L 之間。實施例1
①將L-色氨酸發(fā)酵液(L-色氨酸含量38.6g/L)送入提取儲料罐，加熱至70°C，用工業(yè) 硫酸調(diào)PH值為4，經(jīng)微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 22um的 陶瓷膜，微濾控制溫度70°C，壓力0. 25Mpa，流速90 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量為10 萬D的卷式膜，超濾濾控制溫度50°C，壓力0. 30Mpa,流速80L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充001X7強酸性陽離子交換樹脂，在30°C流速為 1. 8ν/ν ·π η進行吸附，吸附后用2. 5mol/L的氨水進行洗脫，洗脫流速控制在1. Ov/v -min, 得到L-色氨酸高濃液。③L-色氨酸高濃液經(jīng)反滲透膜脫水濃縮(反滲透膜為截留分子量< IOOD的醋酸 纖維素膜，壓力0. 5MPa，溫度50°C)、減壓蒸發(fā)濃縮后(溫度80°C，真空度-0. 08MPa)，得到L-色氨酸料液。④L-色氨酸料液送入結(jié)晶罐攪拌降溫至0°C、調(diào)PH為6. 0、時間IOh后獲晶體，將 結(jié)晶料液離心分離，得初級L-色氨酸晶體；
⑤將初級L-色氨酸晶體重新溶解，并配置含量達(dá)到40g/L的L-色氨酸溶液使其充分 溶解；將充分溶解后的初級L-色氨酸晶體經(jīng)超濾膜進行脫色、除雜后送入精品L-色氨酸結(jié) 晶罐攪伴降溫至0°C，結(jié)晶時間12h，獲得精級L-色氨酸晶體；超濾膜為超濾膜截留分子量 為5000D的卷式膜，溫度60°C，壓力0. 30Mpa，流速80L/m2. h ；
⑥將精級L-色氨酸晶體用離心機分離，然后在溫度80°C、真空度-0.OSMpa的條件下進 行真空干燥機烘干3小時，最后粉碎、包裝，檢測產(chǎn)品純度為99. 2%獲合格L-色氨酸產(chǎn)品， 收率77. 2%ο所得廢液的回收處理過程如下
菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可 制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為100°c，烘干時間為1-5S。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經(jīng)粗品結(jié)晶罐內(nèi)攪拌降溫結(jié)晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達(dá)20g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發(fā)酵液混合進行內(nèi)循環(huán)工藝；反滲透膜工藝的溫度60°C、壓力 0. 5Mpa、流速80 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環(huán)周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經(jīng) 上述步驟濃縮后進入發(fā)酵液循環(huán)套用，第5n+5次的一次母液經(jīng)處理得復(fù)合肥，η為整數(shù)；復(fù) 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經(jīng)多效蒸發(fā)器在溫度80°C、真空壓力為一
0.OSMpa條件下濃縮5倍；再將濃縮液送入連續(xù)結(jié)晶器在溫度85°C、真空壓力為-0. OSMpa 條件下連續(xù)結(jié)晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續(xù)式錐籃離心機進行分離，分離因數(shù) 2000，水分28% ；然后用管束烘干機在100°C、轉(zhuǎn)速10 r/min條件下烘干到水分10% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度2. 0mm，最后獲得硫酸銨等生物復(fù)合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經(jīng)超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質(zhì)較多，L-色氨酸含量12g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經(jīng)精品結(jié)晶罐攪拌降溫結(jié)晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質(zhì)非常少，L-色氨酸含量4. Og/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。實施例2
①將L-色氨酸發(fā)酵液(L-色氨酸含量39.2g/L)送入提取儲料罐，加熱至60°C，用工業(yè) 鹽酸調(diào)PH值為2，經(jīng)微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 15-0. 2um 的氧化鋯膜，微濾控制溫度60°C，壓力0. 35Mpa，流速150 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量 為8萬D的中空纖維膜，超濾濾控制溫度60°C，壓力0. 20Mpa,流速50L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充磺酸型的強酸性離子交換樹脂，在25°C流速為
1.Ον/ν ·π η進行吸附，吸附后用2. Omol/L的氨水進行洗脫，洗脫流速控制在1. 5v/v -min, 得到L-色氨酸高濃液。③L-色氨酸高濃液經(jīng)反滲透膜脫水濃縮(反滲透膜為截留分子量< 100D的醋 酸纖維素膜或聚酰胺復(fù)合膜，壓力0. 6MPa,溫度60°C )、減壓蒸發(fā)濃縮后(溫度90°C，真空
7度-0. 06MPa)，得到L-色氨酸料液。④L-色氨酸料液送入結(jié)晶罐攪拌降溫至4°C、調(diào)PH為5. 8、時間12h后獲晶體，將 結(jié)晶料液離心分離，得初級L-色氨酸晶體；
⑤將初級L-色氨酸晶體重新溶解，并配置含量達(dá)到30g/L的L-色氨酸溶液使其充分 溶解；將充分溶解后的初級L-色氨酸晶體經(jīng)超濾膜進行脫色、除雜后送入精品L-色氨酸結(jié) 晶罐攪伴降溫至4°C，結(jié)晶時間10h，獲得精級L-色氨酸晶體；超濾膜為超濾膜截留分子量 為4000D的卷式膜，溫度40°C，壓力0. 2Mpa，流速50L/m2· h ；
⑥將精級L-色氨酸晶體用離心機分離，然后在溫度70°C、真空度-0.06Mpa的條件下進 行真空干燥機烘干4小時，最后粉碎、包裝，檢測產(chǎn)品純度為99. 3%獲合格L-色氨酸產(chǎn)品， 收率77. 8%ο所得廢液的回收處理過程如下
菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可 制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為150°C，烘干時間為l_5s。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經(jīng)粗品結(jié)晶罐內(nèi)攪拌降溫結(jié)晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達(dá)30g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發(fā)酵液混合進行內(nèi)循環(huán)工藝；反滲透膜工藝的溫度55°C、壓力 0. 6Mpa、流速150 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環(huán)周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經(jīng) 上述步驟濃縮后進入發(fā)酵液循環(huán)套用，第5n+5次的一次母液經(jīng)處理得復(fù)合肥，η為整數(shù)；復(fù) 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經(jīng)多效蒸發(fā)器在溫度70°C、真空壓力為一 0. 06Mpa條件下濃縮6倍；再將濃縮液送入連續(xù)結(jié)晶器在溫度80°C、真空壓力為-0. IMpa 條件下連續(xù)結(jié)晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續(xù)式錐籃離心機進行分離，分離因數(shù) 2000，水分30% ；然后用管束烘干機在100°C、轉(zhuǎn)速8 r/min條件下烘干到水分10% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度2. 5mm，最后獲得硫酸銨等生物復(fù)合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經(jīng)超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質(zhì)較多，L-色氨酸含量20g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經(jīng)精品結(jié)晶罐攪拌降溫結(jié)晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質(zhì)非常少，L-色氨酸含量2. Og/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。實施例3
①將L-色氨酸發(fā)酵液(L-色氨酸含量39.5g/L)送入提取儲料罐，加熱至65°C，用工業(yè) 鹽酸調(diào)PH值為3，經(jīng)微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 3-0. 35um 的氧化鋁膜，微濾控制溫度60°C，壓力0. 2Mpa，流速60 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量為 10萬D的中空纖維膜，超濾濾控制溫度40°C，壓力0. 35Mpa，流速100L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充磺酸型的強酸性離子交換樹脂，在35°C流速為 2. 5v/V · min進行吸附，吸附后用0. 5mol/L的氫氧化鈉溶液進行洗脫，洗脫流速控制在 0. 5v/V · min，得到L-色氨酸高濃液。③L-色氨酸高濃液經(jīng)反滲透膜脫水濃縮(反滲透膜為截留分子量< 100D的聚 酰胺復(fù)合膜，孔徑大于5埃，壓力0. 55MPa，溫度55°C )、減壓蒸發(fā)濃縮后(溫度70°C，真空
8度-0. IMPa)，得到L-色氨酸料液。④L-色氨酸料液送入結(jié)晶罐攪拌降溫至2°C、調(diào)PH為5. 8、時間12h后獲晶體，將 結(jié)晶料液離心分離，得初級L-色氨酸晶體；
⑤將初級L-色氨酸晶體重新溶解，并配置含量達(dá)到50g/L的L-色氨酸溶液使其充分 溶解；將充分溶解后的初級L-色氨酸晶體經(jīng)超濾膜進行脫色、除雜后送入精品L-色氨酸結(jié) 晶罐攪伴降溫至0°C，結(jié)晶時間12h，獲得精級L-色氨酸晶體；超濾膜為超濾膜截留分子量 為6000D的卷式膜，溫度50°C，壓力0. 35Mpa，流速60L/m2. h ；
⑥將精級L-色氨酸晶體用離心機分離，然后在溫度75°C、真空度-0.IMpa的條件下進 行真空干燥機烘干2小時，最后粉碎、包裝，檢測產(chǎn)品純度為99. 1%獲合格L-色氨酸產(chǎn)品， 收率76. 9%ο所得廢液的回收處理過程如下
菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可 制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為120°C，烘干時間為l_5s。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經(jīng)粗品結(jié)晶罐內(nèi)攪拌降溫結(jié)晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達(dá)15g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發(fā)酵液混合進行內(nèi)循環(huán)工藝；反滲透膜工藝的溫度50°C、壓力 0. 6Mpa、流速120 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環(huán)周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經(jīng) 上述步驟濃縮后進入發(fā)酵液循環(huán)套用，第5n+5次的一次母液經(jīng)處理得復(fù)合肥，η為整數(shù)；復(fù) 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經(jīng)多效蒸發(fā)器在溫度75°C、真空壓力為一
0.IMpa條件下濃縮6倍；再將濃縮液送入連續(xù)結(jié)晶器在溫度85°C、真空壓力為-0. 06Mpa 條件下連續(xù)結(jié)晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續(xù)式錐籃離心機進行分離，分離因數(shù) 2000，水分25% ；然后用管束烘干機在100°C、轉(zhuǎn)速20 r/min條件下烘干到水分8% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度1. 5mm，最后獲得硫酸銨等生物復(fù)合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經(jīng)超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質(zhì)較多，L-色氨酸含量5g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經(jīng)精品結(jié)晶罐攪拌降溫結(jié)晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質(zhì)非常少，L-色氨酸含量5. Og/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。實施例4
①將L-色氨酸發(fā)酵液(L-色氨酸含量40.Og/L)送入提取儲料罐，加熱至70°C，用工業(yè) 硫酸調(diào)PH值為4，經(jīng)微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 22um的陶 瓷膜，微濾控制溫度60°C，壓力0. 25Mpa，流速120 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量為10 萬D的卷式膜，超濾濾控制溫度50°C，壓力0. 25Mpa,流速60L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充001X7強酸性陽離子交換樹脂，在30°C流速為
1.5v/V ·π η進行吸附，吸附后用3. Omol/L的氨水進行洗脫，洗脫流速控制在1. 2v/V -min, 得到L-色氨酸高濃液。③L-色氨酸高濃液經(jīng)反滲透膜脫水濃縮(反滲透膜為截留分子量< 100D的聚酰 胺復(fù)合膜，壓力0. 55MPa，溫度55°C)、減壓蒸發(fā)濃縮后(溫度80°C，真空度-0. 08MPa)，得到L-色氨酸料液。④L-色氨酸料液送入結(jié)晶罐攪拌降溫至0°C、調(diào)PH為6. 0、時間IOh后獲晶體，將 結(jié)晶料液離心分離，得初級L-色氨酸晶體；
⑤將初級L-色氨酸晶體重新溶解，并配置含量達(dá)到40g/L的L-色氨酸溶液使其充分 溶解；將充分溶解后的初級L-色氨酸晶體經(jīng)超濾膜進行脫色、除雜后送入精品L-色氨酸結(jié) 晶罐攪伴降溫至0°C，結(jié)晶時間12h，獲得精級L-色氨酸晶體；超濾膜為超濾膜截留分子量 為5000D的卷式膜，溫度60°C，壓力0. 30Mpa，流速70L/m2. h ；
⑥將精級L-色氨酸晶體用離心機分離，然后在溫度75°C、真空度-0.OSMpa的條件下進 行真空干燥機烘干3小時，最后粉碎、包裝，檢測產(chǎn)品純度為99. 7%獲合格L-色氨酸產(chǎn)品， 收率78. 9%ο所得廢液的回收處理過程如下
菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可 制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為130°C，烘干時間為l_5s。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經(jīng)粗品結(jié)晶罐內(nèi)攪拌降溫結(jié)晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達(dá)20g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發(fā)酵液混合進行內(nèi)循環(huán)工藝；反滲透膜工藝的溫度60°C、壓力 0. 5Mpa、流速90 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環(huán)周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經(jīng) 上述步驟濃縮后進入發(fā)酵液循環(huán)套用，第5n+5次的一次母液經(jīng)處理得復(fù)合肥，η為整數(shù)；復(fù) 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經(jīng)多效蒸發(fā)器在溫度80°C、真空壓力為一
0.OSMpa條件下濃縮5倍；再將濃縮液送入連續(xù)結(jié)晶器在溫度85°C、真空壓力為-0. OSMpa 條件下連續(xù)結(jié)晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續(xù)式錐籃離心機進行分離，分離因數(shù) 2500，水分28% ；然后用管束烘干機在90°C、轉(zhuǎn)速10 r/min條件下烘干到水分10% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度2. 0mm，最后獲得硫酸銨等生物復(fù)合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經(jīng)超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質(zhì)較多，L-色氨酸含量10g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經(jīng)精品結(jié)晶罐攪拌降溫結(jié)晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質(zhì)非常少，L-色氨酸含量3. 8g/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。實施例5
①將L-色氨酸發(fā)酵液(L-色氨酸含量39.6g/L)送入提取儲料罐，加熱至70°C，用工業(yè) 硫酸調(diào)PH值為4，經(jīng)微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 22um的陶 瓷膜，微濾控制溫度60°C，壓力0. 25Mpa，流速100 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量為10 萬D的卷式膜，超濾濾控制溫度50°C，壓力0. 25Mpa,流速60L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充001X7強酸性陽離子交換樹脂，在30°C流速為 2. Ov/V · min進行吸附，吸附后用1. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液進行洗脫，洗脫流速控制在
1.2v/V · min，得到L-色氨酸高濃液。其他，同實施例2。所得L-色氨酸產(chǎn)品純度為99. 5%，收率79. 5%。菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為120°C，烘干時間為l_5s。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經(jīng)粗品結(jié)晶罐內(nèi)攪拌降溫結(jié)晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達(dá)20g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發(fā)酵液混合進行內(nèi)循環(huán)工藝；反滲透膜工藝的溫度60°C、壓力 0. 5Mpa、流速120 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環(huán)周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經(jīng) 上述步驟濃縮后進入發(fā)酵液循環(huán)套用，第5n+5次的一次母液經(jīng)處理得復(fù)合肥，η為整數(shù)；復(fù) 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經(jīng)多效蒸發(fā)器在溫度80°C、真空壓力為一 0. OSMpa條件下濃縮5倍；再將濃縮液送入連續(xù)結(jié)晶器在溫度80°C、真空壓力為-0. OSMpa 條件下連續(xù)結(jié)晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續(xù)式錐籃離心機進行分離，分離因數(shù) 2200，水分28% ；然后用管束烘干機在110°C、轉(zhuǎn)速15 r/min條件下烘干到水分9% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度2. 2mm，最后獲得硫酸銨等生物復(fù)合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經(jīng)超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質(zhì)較多，L-色氨酸含量5g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經(jīng)精品結(jié)晶罐攪拌降溫結(jié)晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質(zhì)非常少，L-色氨酸含量5g/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。
1權(quán)利要求
1.一種從發(fā)酵液中提取L 色氨酸的綜合方法，其特征是在以谷氨酸棒桿菌(Corynebacterium glutamicum)為菌種制得的發(fā)酵液中提取L 色氨酸的同時對產(chǎn)生的廢液進行回收利用,步驟如下 一、L 色氨酸提取(1)粗制1.1 將L 色氨酸發(fā)酵液加熱至60℃ 70℃，用酸調(diào)pH值為2 4，經(jīng)微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色，得濾清液； 1.2 將上述濾清液流入離子交換柱進行吸附，然后用洗脫劑進行洗脫，得L 色氨酸高濃液； 1.3 L 色氨酸高濃液經(jīng)反滲透膜脫水濃縮、減壓蒸發(fā)濃縮后，得到L 色氨酸料液；1.4 L 色氨酸料液在0℃ 4℃、pH 5.8 6.0下結(jié)晶10h 12h，然后經(jīng)離心分離得初級L 色氨酸晶體； (2)精制將初級L 色氨酸晶體重新溶解，配成30g/L 50g/L的L 色氨酸溶液，然后將L 色氨酸溶液用超濾膜脫色除雜得濾清液、在0℃ 4℃攪拌結(jié)晶10h 12h得精級L 色氨酸晶體； (3)分離將精級L 色氨酸晶體離心分離、干燥得L 色氨酸產(chǎn)品； 二、廢液回收利用所述廢液為菌懸液、一次母液、二次母液和三次母液；其中，菌懸液為微濾膜、超濾膜過濾后剩余的發(fā)酵液，一次母液為離心分離初級L 色氨酸晶體時所得的上層料液，二次母液為精制過程中超濾膜脫色除雜剩余的溶液，三次母液為離心分離L 色氨酸產(chǎn)品時所得的上層液；上述廢液分別進行以下回收處理菌懸液經(jīng)烘干作為飼料添加劑或飼料蛋白的原料；一次母液經(jīng)反滲透膜濃縮處理進入步驟a中的發(fā)酵液中循環(huán)套用；二次母液作為微濾膜透析水循環(huán)套用；三次母液通過下述方法的至少一種循環(huán)套用①作為粗品L 色氨酸晶體的溶解水；②作為微濾膜的透析水；③作為超濾膜的透析水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合方法，其特征是菌懸液采用噴霧干燥機進行烘干，烘干 溫度為100°C _150°C，烘干時間為l_5s ；—次母液用反滲透膜除水濃縮得L-色氨酸含量為 15-30g/L的濃縮液；一次母液進入反滲透膜的溫度為50-60°C，流速為80_150L/m2 *h，膜壓 力為 0. 5Mpa-0. 6MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合方法，其特征是步驟1.1中，所用酸為工業(yè)硫酸或工業(yè) 鹽酸；微濾膜孔徑為0. 15-0. 35um，微濾條件溫度60°C _70°C，壓力0. 2MPa-0. 35Mpa，發(fā)酵 液流速60 L/m2 -h-150L/m2 -h ；超濾膜截留分子量為8_10萬D，超濾條件溫度40°C _60°C， 壓力 0. 2MPa-0. 35Mpa,發(fā)酵液流速 50 L/m2 · h-100L/m2 · h ；步驟1. 2中，離子交換柱中填充物為強酸性陽離子交換樹脂，吸附溫度為25-35°C，濾 清液流速為1. 0-2. 5v/v · min ；洗脫所用洗脫劑為2-3mol/L的氨水或0. 5-1. 5mol/L氫氧 化鈉溶液，洗脫流速為0. 5-1. 5 ν/ν · min ；步驟1. 3中，反滲透膜截留分子量小于等于100，脫水濃縮條件壓力0. 5-0. 6MPa，溫度 50-600C ；減壓蒸發(fā)濃縮條件溫度70-90°C，真空度-0. 06 -0. IMPa0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合方法，其特征是精制過程中，超濾膜截留分子量為 4000-6000D，脫色除雜條件溫度 40°C _60°C，壓力 0. 2MPa_0. 35Mpa，流速 50 L/m2 *h-80L/ m2 -h ；分離過程中，精級L-色氨酸晶體在70°C _80°C、真空度-0. 06 Mpa -0. 1 Mpa的條 件下干燥2-4h，得L-色氨酸產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的綜合方法，其特征是一次母液以5次為一個循環(huán)周期，第 5n+l 5n+4次的一次母液經(jīng)濃縮進入發(fā)酵液循環(huán)套用，第5n+5次的一次母液經(jīng)處理得復(fù) 合肥，η為整數(shù)；復(fù)合肥的制備過程為a.將第5n+5次的一次母液在溫度70°C_80°C、真空壓力為-0. 06Mpa -0. IMpa的條 件下蒸發(fā)濃縮5-6倍，得濃縮液；b.將濃縮液在溫度80°C_85°C、真空壓力為一0.06Mpa -0. IMpa的條件下連續(xù)結(jié)晶， 得無機鹽晶體；c.將上述結(jié)晶后的濃縮液進行離心分離，得無機鹽晶體，然后在90-110°C、轉(zhuǎn)速為 8-20 r/min的條件下烘干至無機鹽晶體水分為8_10wt% ；d.將烘干的無機鹽晶體進行造粒得復(fù)合肥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的綜合方法，其特征是步驟c中，離心分離的分離因數(shù) 為2000-2500，分離得到的無機鹽晶體含水量為25-30wt%;步驟d所得復(fù)合肥的粒度為 1. 5-2. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是步驟1.1中，微濾膜為氧化鋯膜、氧化 鋁膜或陶瓷膜，微濾條件溫度60°C，壓力0. 25Mpa,發(fā)酵液流速100 L/m2 · h_120L/m2 · h ； 超濾膜為卷式膜或中空纖維膜，超濾條件溫度50°C，壓力0. 25Mpa，發(fā)酵液流速60-80L/ m2 · h ；步驟1.2中，離子交換柱中填充物為磺酸型的強酸性離子交換樹脂，吸附溫度為 30°C，濾清液流速為1. 5-2. Ov/v · min ；洗脫所用洗脫劑為2-3mol/L的氨水，洗脫流速為 1. 0-1. 2v/v · min ；步驟1. 3中，反滲透膜為醋酸纖維素膜或聚酰胺復(fù)合膜，脫水濃縮條件壓力0. 55MPa, 溫度55°C ；減壓蒸發(fā)濃縮條件溫度80°C，真空度-0. 08MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征是精制過程中，超濾膜為卷式膜或中空纖 維膜，脫色除雜條件溫度60°C，壓力0. 3Mpa，流速60_70L/m2 · h ；分離過程中，精級L-色 氨酸晶體在75°C、真空度-0. 08 Mpa的條件下干燥2_4h，得L-色氨酸產(chǎn)品。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的制備方法，其特征是步驟1.1中，微濾膜為孔徑為 0. 22um的陶瓷膜，超濾膜為截留分子量為10萬D的卷式膜；步驟1. 2中，離子交換柱中填 充物為001X7強酸性陽離子交換樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或8所述的生產(chǎn)方法，其特征是精制過程中，超濾膜為截留分子 量為5000D的卷式膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從發(fā)酵液中提取L-色氨酸的綜合方法，在以谷氨酸棒桿菌為菌種制得的發(fā)酵液中提取L-色氨酸的同時對產(chǎn)生的廢液進行回收利用,步驟包括L-色氨酸的提取和廢液的回收利用，提取過程中產(chǎn)生的廢液經(jīng)處理或回收套用或用于制備復(fù)合肥、飼料添加劑及飼料蛋白。該方法資源全面有效綜合利用，在提取L-色氨酸的同時對產(chǎn)生的廢液進行回收利用，減少了資源浪費，基本實現(xiàn)廢水的零排放，有效的回收了資源，減輕了環(huán)保壓力。
文檔編號C05F5/00GK101914054SQ20101027065
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者馮志彬, 張華 , 王東陽, 蔡傳康, 閆汝東 申請人:王東陽;蔡傳康;閆汝東;馮志彬;張華