專利名稱：一種提取酸性氨基酸的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從酸性氨基酸發(fā)酵液中提取氨基酸的新方法。
本發(fā)明所稱酸性氨基酸主要包括谷氨酸和天冬氨酸。
本說明書中所稱的發(fā)酵液為酸性氨基酸發(fā)酵液，主要包括谷氨酸發(fā)酵液和天冬氨酸發(fā)酵液。
目前從發(fā)酵液中提取酸性氨基酸的方法有鹽酸鹽法、鋅鹽法、等電結(jié)晶法、等電結(jié)晶離子交換法，其中后兩者較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。經(jīng)檢索，與本發(fā)明相關(guān)的專利有(1)USP3325539號(hào)專利和JP285537號(hào)專利，其核心均為發(fā)酵液全部經(jīng)過強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂回收氨基酸;
(2)JP419135號(hào)專利，其內(nèi)容為發(fā)酵液以弱酸性陽離子交換樹脂脫氨，然后以強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換谷氨酸;
(3)JP257063號(hào)專利，其核心是以弱堿性陰離子交換樹脂從發(fā)酵液中吸附谷氨酸;
(4)B.P.1201823號(hào)專利，其核心是離子交換法從等電結(jié)晶母液中回收氨基酸，用新鮮發(fā)酵液直接洗脫，谷氨酸的平均收率達(dá)86.7%;
(5)CN1031527A號(hào)專利，其實(shí)質(zhì)是用氨型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂吸附等電母液中的谷氨酸。
等電結(jié)晶法提取谷氨酸一般需將發(fā)酵液冷卻到4℃左右，PH調(diào)整到3.2等電結(jié)晶，結(jié)晶收率為70～80%。該法設(shè)備投資小，但能耗大，收率低。
傳統(tǒng)的等電結(jié)晶-離子交換法提取谷氨酸是將含谷氨酸的發(fā)酵液在常溫下進(jìn)行等電結(jié)晶，剩余的含量在1.3%左右的谷氨酸結(jié)晶母液用氫型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換，NaOH或NH4OH洗脫，樹脂用鹽酸再生，恢復(fù)至氫型，水洗，再重新上柱交換谷氨酸。該法雖然可提高總收率到85%左右，但需耗大量的酸、堿及熱水和樹脂，大大提高了生產(chǎn)成本，因而也不利于大規(guī)模推廣使用。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)行方法的不足，提供一種既收率高，又能耗小，且離子柱不用堿洗脫，效益顯著的酸性氨基酸提取新方法-雙循環(huán)法。
本發(fā)明的工藝過程如附圖
所示，其中T1為第1組脫色柱，用于發(fā)酵液的初步脫色;R為弱酸性陽離子柱組，用來去除脫色液中的無機(jī)陽離子;G為等電結(jié)晶罐;X為電滲析裝置;T2為第Ⅱ組脫色柱，用來對(duì)結(jié)晶母液進(jìn)一步脫色;Q1為第Ⅰ組強(qiáng)酸性陽離子柱，用來除盡殘余無機(jī)陽離子;Q2為第Ⅱ組強(qiáng)酸性陽離子柱，用于回收酸性氨基酸;D為多分部貯存洗脫液容器，一般由3-12個(gè)組成;K為控制開關(guān)。
上述的兩組脫色柱T1、T2、弱酸性陽離子柱R和兩組強(qiáng)酸性陽離子柱Q1、Q2，每組均由2～4個(gè)同類柱共同組成;脫色柱T1、T2的脫色材料可以是顆?；钚蕴炕蛎撋珮渲?第Ⅱ組脫色柱T2和第Ⅰ組強(qiáng)酸性陽離子柱Q1依次置于結(jié)晶罐G和回收酸性氨基酸的第Ⅱ組強(qiáng)酸性陽離子交換柱Q2之間。
將經(jīng)過絮凝離心預(yù)除過菌體的發(fā)酵液，或未經(jīng)處理的帶菌發(fā)酵液，注入第Ⅰ組脫色柱T1初步脫色，得到脫色液。脫色液經(jīng)過弱酸性陽離子交換柱R將大部分無機(jī)陽離子除掉，使流入結(jié)晶罐G的發(fā)酵液PH值在3-5之間;此發(fā)酵液再與經(jīng)第Ⅱ組強(qiáng)酸陽離子柱Q2洗脫的、含高濃度酸性氨基酸、低濃度強(qiáng)酸的頭段洗脫液混合，調(diào)節(jié)開關(guān)流量使混合液中的PH值達(dá)到等電結(jié)晶點(diǎn)時(shí)即在等電結(jié)晶罐G中結(jié)晶。這一結(jié)晶過程可以是連續(xù)等電結(jié)晶也可以是分批等電結(jié)晶。結(jié)晶母液經(jīng)第Ⅱ組脫色柱T2脫色后，進(jìn)入第Ⅰ組強(qiáng)酸性陽離子柱Q1進(jìn)一步除去殘余無機(jī)陽離子，然后進(jìn)入第Ⅱ組強(qiáng)酸性陽離子柱Q2用氫型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換吸附酸性氨基酸。
當(dāng)交換樹脂被氨基酸飽和時(shí)，用多分部容器中的洗脫液洗脫并在中段補(bǔ)加強(qiáng)酸，在尾段補(bǔ)加水，當(dāng)樹脂用水洗至PH值1-7后，即可重新上柱進(jìn)行第二次交換。在每一循環(huán)的洗脫液中，頭段強(qiáng)酸濃度低，氨基酸濃度高，直接排入等電結(jié)晶罐G中，中尾段則排入一組貯液容器D中分段保存。在中段酸濃度降低處的容器中補(bǔ)加強(qiáng)酸到約含強(qiáng)酸1-6N，在后部容器中對(duì)尾段洗脫液補(bǔ)加水后用于下一輪交換-洗脫循環(huán)。由此在Q2與D之間形成了雙循環(huán)法的第一個(gè)循環(huán)。
將洗脫被氨基酸飽和的樹脂時(shí)流出的含有低濃度強(qiáng)酸、高濃度氨基酸的頭段洗脫液在等電結(jié)晶罐G中與經(jīng)弱酸陽離子柱組R預(yù)除過無機(jī)陽離子的發(fā)酵液中和至等電結(jié)晶點(diǎn)時(shí)結(jié)晶;結(jié)晶母液再經(jīng)第Ⅱ組脫色柱T2、第Ⅰ組強(qiáng)酸性陽離子柱Q1進(jìn)入第Ⅱ組強(qiáng)酸性陽離子柱用氫型強(qiáng)酸性陽離子樹脂交換后，用強(qiáng)酸進(jìn)行洗脫，頭段洗脫液再直接返回等電結(jié)晶罐G中用于中和發(fā)酵液。由此在結(jié)晶罐G與第組強(qiáng)酸性陽離子柱Q2之間形成了雙循環(huán)法的第二個(gè)循環(huán)。
等電結(jié)晶母液經(jīng)過上述第Ⅱ組強(qiáng)酸性陽離子交換柱Q2交換回收酸性氨基酸后，流出PH值在1～2的廢酸液，可將它引入預(yù)除無機(jī)陽離子的弱酸性陽離子柱R對(duì)其進(jìn)行再生。
當(dāng)弱酸性陽離子柱R流出的發(fā)酵液PH值上升至5+0.5時(shí)，用水洗、廢酸洗，然后用少量強(qiáng)酸再生。含部分酸性氨基酸的水洗液流入第二根弱酸性陽離子柱，水洗至第一根柱無氨基酸時(shí)，分離第一根柱，第一根柱轉(zhuǎn)入用強(qiáng)酸性陽離子柱Q2流出的廢酸液洗后，再用少量強(qiáng)酸洗脫再生。
待第Ⅰ組強(qiáng)酸性陽離子柱Q1充分被無機(jī)陽離子飽和后，用水洗凈酸性氨基酸，分離柱子，用強(qiáng)酸再生。
用電滲析器X將第Ⅰ組強(qiáng)酸陽離子柱Q1流出的頭段洗脫鹽液和弱酸性陽離子柱R下來的洗脫鹽液電滲析為強(qiáng)酸和堿，其中強(qiáng)酸用于再生弱酸柱R，堿用于洗脫脫色柱T1和T2。
如果為了減少設(shè)備投資，可以用未經(jīng)處理的帶菌發(fā)酵液直接上柱，并可進(jìn)一步省略脫色柱T1和T2。為避免菌體堵塞柱體，所有柱體一律用逆上柱方法從柱下方注入發(fā)酵液或洗脫液，進(jìn)樣完成后用清水漂去菌體即可。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于使用本方法較之目前常用的等電結(jié)晶-離子交換法，生產(chǎn)成本大大降低，總體效率大大提高。由于預(yù)除了無機(jī)陽離子，強(qiáng)酸性陽離子柱的效率大為提高，單位體積樹脂的酸性氨基酸吸附量可提高一倍以上;同時(shí)離子柱不再用堿洗脫，而直接用強(qiáng)酸洗脫，最后只用少量水洗至PH值為1-7即可用于第二次交換，使洗脫和再生一步完成，與原工藝的堿洗脫-水洗-酸再生-水洗-上柱相比，周期大大縮短，成本大大降低;另外，所用洗脫液是循環(huán)使用，強(qiáng)酸濃度是低-高-低漸變，因而樹脂破碎損失可大量減少。
本發(fā)明可使酸性氨基酸的總收率達(dá)95%左右，高于國(guó)內(nèi)外水平。，國(guó)內(nèi)大廠采用等電結(jié)晶-離子交換法的總收率為78-85%，英國(guó)專利的總收率為86.7%。
采用本發(fā)明的強(qiáng)酸用量比傳統(tǒng)的等電結(jié)晶法少約10%。這是因?yàn)槿跛彡栯x子柱R的再生效率極高，可用第Ⅱ組強(qiáng)酸陽離子柱Q2排放的廢酸液初步再生，加之本發(fā)明采取了循環(huán)洗脫方法，基本無酸的排放浪費(fèi)。若用電滲析法回收一部分酸堿，則所用酸量還能降低許多。
本發(fā)明無強(qiáng)酸強(qiáng)堿排放，對(duì)環(huán)境沒有污染。
權(quán)利要求
1.一種通過等電結(jié)晶-離子交換從酸性氨基酸發(fā)酵液中提取酸性氨基酸的新方法，其特征是采用了以下雙循環(huán)方法(1)在強(qiáng)酸性陽離子柱Q2中用氫型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換等電結(jié)晶母液，當(dāng)該樹脂被氨基酸飽和后用強(qiáng)酸液洗脫，然后再用水洗至樹脂的PH值為1-7時(shí)，即可重新上柱用于第二次交換；而頭段洗脫液直接排入等電結(jié)晶罐G中，中端和尾段洗脫液則分段保存在多個(gè)貯存容器D內(nèi)，在中段洗脫液中補(bǔ)充強(qiáng)酸，在尾段洗脫液中補(bǔ)加水后依次進(jìn)入下一輪被氨基酸飽和的強(qiáng)酸性陽離子柱Q2，再次用來洗脫被酸性氨基酸飽和的交換樹脂。(2)將上述頭段洗脫液與預(yù)除過無機(jī)陽離子的發(fā)酵液在等電結(jié)晶罐G中進(jìn)行常溫等電結(jié)晶；結(jié)晶母液則流入強(qiáng)酸性陽離子柱Q2中用氫型強(qiáng)酸性陽離子樹脂交換后進(jìn)行洗脫，其頭段洗脫液再直接送入等電結(jié)罐晶G用于下次發(fā)酵液進(jìn)行等電結(jié)晶。
2.依照權(quán)利要求1所述的提取酸性氨基酸的雙循環(huán)方法，其特征在于將回收酸性氨基酸的強(qiáng)酸性陽離子柱Q2中排出的PH值為1～2的廢酸液，用于再生預(yù)除無機(jī)陽離子的弱酸性陽離子柱R。
3.依照權(quán)利要求1所述的提取酸性氨基酸的雙循環(huán)方法，其特征在于結(jié)晶母液在流向強(qiáng)酸性陽離子柱Q2過程中，依次被一組由活性炭或吸附樹脂組成的脫色柱T2進(jìn)行脫色和一組強(qiáng)酸性陽離子柱Q1進(jìn)一步去除無機(jī)陽離子后，再進(jìn)入回收酸性氨基酸的強(qiáng)酸性陽離子柱Q2中進(jìn)行交換。
4.依照權(quán)利要求1，2，3所述的提取酸性氨基酸的雙循環(huán)法，其特征在于弱酸性陽離子柱R、脫色柱T1和T2、進(jìn)一步去除無機(jī)陽離子的強(qiáng)酸性陽離子柱Q1及回收酸性氨基酸的強(qiáng)酸性陽離子柱Q2，都是由2-4個(gè)同類柱為一組組成的。
全文摘要
一種適于工業(yè)生產(chǎn)提取酸性氨基酸的雙循環(huán)方法，主要包括結(jié)晶母液用氫型強(qiáng)酸性陽離子樹脂交換。并用強(qiáng)酸和水洗脫，洗脫液的頭段進(jìn)入結(jié)晶罐與預(yù)除過無機(jī)陽離子的發(fā)酵液中和，進(jìn)行常溫等電結(jié)晶，結(jié)晶母液再用氫型強(qiáng)酸性陽離子樹脂交換；洗脫液的中段和尾段分別補(bǔ)充強(qiáng)酸和水，并存于多個(gè)容器內(nèi)備下一循環(huán)洗脫上柱用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有收率高、能耗小、離子柱不用堿洗脫和生產(chǎn)成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12P13/04GK1092404SQ93102819
公開日1994年9月21日 申請(qǐng)日期1993年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月15日
發(fā)明者吳健, 戴桂馥 申請(qǐng)人:河南省基礎(chǔ)及應(yīng)用科學(xué)研究所, 鄭州大學(xué)