專利名稱：異亮氨酸發(fā)酵液預(yù)分離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為異亮氨酸發(fā)酵液予分離技術(shù)，屬于氨基酸提取領(lǐng)域。
異亮氨酸是三個(gè)支鏈氨基酸之一，在人的生理代謝過程中有著重要的作用，是人體必不可缺少的氨基酸?，F(xiàn)在，它大量地應(yīng)用于輸液的配制。在工業(yè)上，多采用發(fā)酵法生產(chǎn)。
異亮氨酸發(fā)酵液是一種穩(wěn)定的乳狀膠體溶液，極為粘稠，外觀為黃棕色。其中除了主要含異亮氨酸之外，還含有纈氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、谷氨酸等雜酸。異亮氨酸的含量也隨菌種和發(fā)酵條件不同而有所不同，一般在12～35克/升間，伴生雜酸的含量要遠(yuǎn)低于這個(gè)值。此外，在發(fā)酵液中還含有銨、鈣、鎂、鉀、鐵等離子，以及色素和未耗盡的糖。其中以銨離子含量為最高，達(dá)0.3～0.5摩爾/升。發(fā)酵液中的固形物，主要由菌體組成，呈穩(wěn)定的膠體存在。破壞這種膠體溶液，分離出菌體是提取異亮氨酸的必要條件，這種予分離技術(shù)是提取異亮氨酸成敗的關(guān)鍵。經(jīng)過予分離后的溶液，應(yīng)該是一種較澄清的真溶液，這樣才能完成后續(xù)操作步驟。否則，將是不可能的。
在所見諸文獻(xiàn)中(4656，135U.S.P.和昭59-106295)均采用高速離心機(jī)進(jìn)行予分離，發(fā)酵液在高速離心力的作用下，將菌體以固體渣形式分出，而得到澄清溶液。這種辦法生產(chǎn)效率高，但設(shè)備價(jià)格較貴，動(dòng)力消耗也大。國(guó)內(nèi)有的工廠使用自然沉降法進(jìn)行予處理。即在發(fā)酵液中加入適量鹽酸或硫酸，使PH值調(diào)整到2左右。放置后菌渣沉于底部，分出清液，用酸水洗滌菌渣，分出清液，合并清液，再進(jìn)行后續(xù)步驟的處理。這種方法占用設(shè)備多，操作時(shí)間長(zhǎng)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，而且有些異亮氨酸發(fā)酵液的固形物含量很高，粘度很大，加酸調(diào)節(jié)也很難分出清液。用過濾法也可以除去發(fā)酵液中菌體，但必需引入類似于硅藻土、高嶺土、碳酸鈣等助濾材料，這些材料巨大的表面積，會(huì)造成異亮氨酸20～30%的吸附損失。
本發(fā)明的目的，即在于提供一種在保證異亮氨酸收率情況下的用離子交換樹脂予處理發(fā)酵液的方法。
本發(fā)明為一種用離子交換法對(duì)異亮氨酸發(fā)酵液進(jìn)行予處理的方法，采用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂充填于離子交換柱內(nèi)，在使用之前將該樹脂轉(zhuǎn)換成銨型或氫型，其特征在于用酸調(diào)節(jié)發(fā)酵液的PH值為0.5～5.5，在室溫～70℃間操作，然后將發(fā)酵液自離子交換柱的底部以S.V＝0.1～10%的空柱流速注入，發(fā)酵液中的菌體等非極性物質(zhì)便隨透過液從離子交換柱頂部溢出，異亮氨酸被離子交換樹脂吸附，然后，用水或微酸性水自柱底注入以洗滌離子交換柱，帶有菌體的洗滌液從柱頂溢出，用氨水加入離子交換柱內(nèi)，以溶出其中所吸附的異亮氨酸，收集氨水洗脫液，脫除其中游離氨而得到異亮氨酸溶液。也可以將從柱頂溢出的洗滌液注入另一組離子交換柱的底部，洗滌液帶出的異亮氨酸被吸收和截留，帶菌體的洗滌液從頂部溢出。所說的離子交換柱可以是一根，也可以是幾根串聯(lián)。所說的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂可以是大孔型，也可以是凝膠型，也可以是大孔型和凝膠型的混合物，也可以是不同牌號(hào)的凝膠型混合物。
本發(fā)明中所采用的離子交換樹脂為強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，其聚合度不限，無論是凝膠型還是大孔型均可使用，也可以將幾種樹脂按一定的體積比混合起來使用。如國(guó)產(chǎn)的001×8、001×7、001×4、001×2、D61、001×7×7等等。在國(guó)外也有類似相應(yīng)牌號(hào)如Amberlite公司的IR-120、IR-120B、200、200C;Dow公司的Dowex50-W、HCR-5、HCR-W、MSC-1和目本Diaion的SK-1B、SK-102、SK-103、SK-104、SK-110等等。為了經(jīng)濟(jì)起見，仍以選用較便宜的001×7為最好。
由于異亮氨酸發(fā)酵液極為粘稠，在離子交換以前，應(yīng)根據(jù)情況用適量水沖稀，以改善其流動(dòng)性能。提高吸附柱溫度，會(huì)有助于提高其吸附容量，改善其吸附柱性能，溫度過高會(huì)造成操作上的困難。發(fā)酵液需用鹽酸或硫酸調(diào)節(jié)PH值為0.5～5.5間。發(fā)酵液自前述離子交換樹脂組成的離子交換柱底部進(jìn)料，此柱可為單根柱，也可以是由幾根柱子串聯(lián)而成，發(fā)酵液進(jìn)液的空柱流速為S.V＝0.1～10%，流速過高，吸附效果差，流速過低，則操作時(shí)間過長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)，一般以空柱流速S.V＝1～3%為好。發(fā)酵液的進(jìn)料量應(yīng)當(dāng)是事先經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算好了的，它取決于發(fā)酵液中的組分、料液進(jìn)液速度和樹脂的容量等因素。在離子交換過程中，菌體、糖類等非極性物質(zhì)和大部分色素隨發(fā)酵液從柱頂部溢出，而氨基酸和其它金屬離子吸附于柱體上。將水或微酸性水，自柱底部注入，以洗滌柱體，或利用水的壓力及其它機(jī)械方法，將柱體內(nèi)樹脂攪動(dòng)，滯留于樹脂顆粒間的菌體便浮于柱子上部，此部分溶液可導(dǎo)入另外一根(也可由多根串接組成)同樣型號(hào)的離子交換柱，以截留回收其中的異亮氨酸;或者將此部分溶液排出柱外，分析其中異亮氨酸的含量，在可承受的情況下，將其丟棄;也可以回收，在流程中套用。吸附了異亮氨酸的離子交換柱，用氨水進(jìn)行洗脫，洗脫用氨水濃度不限，濃度太低，會(huì)使洗脫液流出峰不集中，操作時(shí)間過長(zhǎng)，一般應(yīng)不低于0.2N為宜。收集氨水洗脫液，使用薄膜濃縮設(shè)備，或其它減壓濃縮裝置，減壓蒸發(fā)，除去游離氨?；蛘哂猛ǔ５募訜嵩O(shè)備，在常壓下也很容易將氨蒸去，而得到微堿性的含異亮氨酸的溶液。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂柱，異亮氨酸發(fā)酵液帶菌體自柱底部上料，逆向水洗除菌渣。用氨水洗脫，蒸發(fā)脫氨制備溶液。在這種溶液中的菌體、殘?zhí)?、銨離子、重金屬和大部分色素均已基本除去。達(dá)到了異亮氨酸與原母液分離的目的。溶液外觀透光度大大提高，粘度下降，干擾離子減少，為后續(xù)異亮氨酸精制提供了條件，具有特殊的效果。特別是大量銨離子的去除，提高了制備柱的效率和異亮氨酸與其它雜酸的分離效果。
例1 采用001×7型強(qiáng)酸凝膠型陽離子交換樹脂柱(氫型)一根，柱直徑60毫米，柱高260毫米。離子交換柱在室溫下操作，將異亮氨酸濃度為12克/升的發(fā)酵液0.8升，用0.8升水稀釋，用鹽酸調(diào)節(jié)PH＝5.5，以S.V＝3%的空柱流速自柱底注入。再用相同體積的水自柱底注入，洗滌柱體內(nèi)的樹脂，柱頂溢流出的洗滌液棄去。自柱頂加入0.5N氨水，在柱底分部收集洗脫液，每瓶100毫升，第500毫升至1600毫升存異亮氨酸主組分。送薄膜蒸發(fā)器減壓脫氨，在真空度為700毫米汞柱下，收集異亮氨酸濃縮液，測(cè)定含量后，收率為94%。
例2 將例1中離子交換樹脂轉(zhuǎn)成銨型。將發(fā)酵液予調(diào)至PH＝0.5，進(jìn)入離子交換柱的空柱流速為S.V.＝10%，離子交換柱操作溫度為70℃，其它操作條件均同例1。所得異亮氨酸收率為50%。
例3 將例1中001×7型離子交換柱換為二根串聯(lián)。發(fā)酵液予先調(diào)至PH＝3，發(fā)酵液進(jìn)液空柱流速為S.V.＝0.1%。洗滌柱體的洗滌液改為酸性水(PH＝3)洗滌。其它操作條件同例1。所得異亮氨酸收率為95%。
例4 將例2中001×7離子交換柱換成二根串聯(lián)。發(fā)酵液予調(diào)PH＝1，發(fā)酵液進(jìn)入離子交換柱的空柱流速為S.V.＝5.3%。離子交換柱操作溫度為室溫。改用自柱頂加入0.2N氨水洗脫液洗脫。其它操作條件同例2。自柱底收集第2100毫升至3900毫升間的氨水洗脫液，經(jīng)減壓脫氨所獲異亮氨酸收率為90%。
例5 采用001×7×7強(qiáng)酸凝膠樹脂，使用前轉(zhuǎn)成氫型，柱徑60毫米，柱高260毫米，兩根串聯(lián)。離子交換柱操作溫度為室溫，將濃度為12克/升的異亮氨酸發(fā)酵液0.8升用鹽酸調(diào)PH＝2.5，再用相同體積的水稀釋。以S.V.＝3%的空柱流速自A柱底部進(jìn)料，自柱頂溢出，并棄去，再以同速自柱底注入相同體積的水洗滌柱體。洗滌液自柱頂流出后從B柱底進(jìn)入，自B柱頂部溢出后棄去。切斷A、B柱間的閥門。自A柱頂以S.V.＝3%的空柱流速添加0.5N的氨水，收集洗脫液，每100毫升為一份，第100～400毫升棄去，第500～600毫升為第一組份，第700～1200毫升為第二組份，第1300～1600毫升為第三組份。第一、三組份合并，共600毫升，含異亮氨酸1.2克，用以配制下次洗脫氨水，第二組份為高濃組份，含異亮氨酸7.94克，占全部異亮氨酸量的83%，經(jīng)用薄膜蒸發(fā)器減壓脫氨，得到PH＝9的異亮氨酸溶液。
例6 將例5中的離子交換樹脂轉(zhuǎn)成銨型。發(fā)酵液予調(diào)至PH＝1，且以S.V.＝1%的空柱流速進(jìn)行吸附。其它操作條件同例5。所獲得異亮氨酸收率為80%。
例7 采用001×7和大孔型D61型樹脂，按體積比1∶3的量共5升裝入柱徑為100毫米，柱高為1000毫米的柱體內(nèi)，轉(zhuǎn)成氫型。離子交換柱操作溫度為室溫。將濃度為12克/升的異亮氨酸發(fā)酵液4升用硫酸調(diào)PH＝2.5，用相同體積的水稀釋。以S.V.＝1%的空柱流速，自柱底進(jìn)料。再以相同的流速，自柱底部用水洗滌柱體，洗滌液自柱頂溢出，并棄去。分二次自柱底注入2.5N的氨水各5升，以溶出樹脂中的異亮氨酸。分次收集所得洗脫液，測(cè)定其中異亮氨酸的收率為92%。
例8 將例7中的離子交換樹脂換成兩種不同牌號(hào)的強(qiáng)酸凝膠陽離子交換樹脂001×7和001×7×7。其它操作條件同例7。收集所得溶液，測(cè)定其中異亮氨酸的收率為95%。
例9 將例7中的離子交換樹脂換成大孔型強(qiáng)酸陽離子交換樹脂D61。其它操作條件同例7。收集所得洗脫液，測(cè)定其中異亮氨酸的收率為90%。
例10 采用如例7所示的混合樹脂和相同尺寸的離子交換柱兩根，兩根串接。將與例7中相同濃度，PH＝1.5的異亮氨酸發(fā)酵液9升，以S.V.＝1.5%的空柱流速自柱底進(jìn)入離子交換柱吸附。再以相同的流速，用水自柱底洗滌柱體，洗滌液自柱頂溢出，并自另一根相同尺寸離子交換柱的底部進(jìn)入柱內(nèi)，通過該柱頂部排出。用2.5N的氨水各10升，按例7的方法溶出串聯(lián)柱體內(nèi)的異亮氨酸。分次收集所得洗脫液，測(cè)定其中異亮氨酸的含量，收率為90%。
(注)S.V.意義為空柱流速。如S.V.＝1%意即每分鐘流量為其樹脂體積的百分之一。
權(quán)利要求
1.一種用離子交換法對(duì)異亮氨酸發(fā)酵液進(jìn)行予處理的方法，采用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂充填于離子交換柱內(nèi)，在使用之前將該樹脂轉(zhuǎn)換成銨型或氫型，其特征在于用酸調(diào)節(jié)發(fā)酵液的PH值為0.5～5.5，在室溫～70℃間操作，然后將發(fā)酵液自離子交換柱的底部以S.V=0.1～10%的空柱流速注入，發(fā)酵液中的菌體等非極性物質(zhì)便隨透過液從離子交換柱頂部溢出，異亮氨酸被離子交換樹脂吸附，然后，用水或微酸性水自柱底注入以洗滌離子交換柱，帶有菌體的洗滌液從柱頂溢出，用氨水加入離子交換柱內(nèi)，以溶出其中所吸附的異亮氨酸，收集氨水洗脫液，脫除其中游離氨而得到異亮氨酸溶液。
2.按照權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于將所說的從柱頂溢出的洗滌液注入另一組離子交換柱的底部，洗滌液帶出的異亮氨酸被吸收和截留，帶菌體的洗滌液從頂部溢出。
3.按照權(quán)利要求1和2所說的方法，其特征在于所說的離子交換柱是一根。
4.按照權(quán)利要求1和2所說的方法，其特征在于所說的離子交換柱是幾根串聯(lián)而成。
5.按照權(quán)利要求1和2所說的方法，其特征在于所說的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為大孔型。
6.按照權(quán)利要求1和2所說的方法，其特征在于所說的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為凝膠型。
7.按照權(quán)利要求1和2所說的方法，其特征在于所說的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為大孔型和凝膠型的混合物。
8.按照權(quán)利要求1和2所說的方法，其特征在于所說的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為不同牌號(hào)的凝膠型混合物。
9.按照權(quán)利要求1和2所說的方法，其特征在于所說的空柱流速為S.V＝1～3%。
10.按照權(quán)利要求1和2所說的方法，其特征在于所說的氨水濃度不低于0.2N。
全文摘要
一種用離子交換法對(duì)異亮氨酸發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理的方法，屬于氨基酸提取領(lǐng)域。采用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂充填于離子交換柱內(nèi)，用酸調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值為0.5～5.5，然后將發(fā)酵液自離子交換柱的底部注入，發(fā)酵液中的菌體等非極性物質(zhì)從離子交換柱頂部溢出，異亮氨酸被吸附，再用水或微酸性水洗滌交換柱，最后加氨水入交換柱內(nèi)以溶出所吸附的異亮氨酸。本方法分離效果好，效率高。
文檔編號(hào)C12P13/06GK1069968SQ9110853
公開日1993年3月17日 申請(qǐng)日期1991年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月5日
發(fā)明者張德隆, 廖史書 申請(qǐng)人:清華大學(xué)