專利名稱：一種利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中提取分離l-異亮氨酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種L-異亮氨酸的提取分離方法，尤其涉及一種利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從L-異亮氨酸發(fā)酵液中除去無機鹽的分離提取的方法，屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
L-異亮氨酸作為支鏈氨基酸之一，系人體必須氨基酸，具有多種生理功能。因其特殊的結(jié)構(gòu)和功能，在人類生命代謝中占有重要的地位，主要用以配制復(fù)合氨基酸輸液、合成多肽藥物和食品抗氧化劑等，尤其是在醫(yī)學(xué)研究和治療中的作用，日益受到重視。它在血腦屏障、肝昏迷、慢性肝硬化以及腎功能衰竭的治療，先天性代謝缺陷病的膳食治療，敗血癥及術(shù)后糖尿病患者的治療，加快外科創(chuàng)傷愈合，腫瘤患者的營養(yǎng)支持治療中應(yīng)用廣泛。因此，在醫(yī)藥和食品行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用及商業(yè)價值。以發(fā)酵法生產(chǎn)L-異亮氨酸具有原料成本低、反應(yīng)條件溫和、容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，是目前生產(chǎn)L-異亮氨酸最主要的方法。氨基酸發(fā)酵液是培養(yǎng)基經(jīng)過液體發(fā)酵產(chǎn)生的，其中包括產(chǎn)品、副產(chǎn)品，培養(yǎng)基殘留物、菌體等物質(zhì)。發(fā)酵產(chǎn)物的分離與提取在生產(chǎn)中占有重要位置，生產(chǎn)中要把氨基酸發(fā)酵液中菌體、膠體懸浮物、無機鹽從產(chǎn)品中脫除。目前，L-異亮氨酸的提取傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝普遍采用離子交換工藝，通過離子交換技術(shù)去除發(fā)酵液中的無機鹽。該工藝的一般過程為發(fā)酵液過濾除去菌體、離子交換通過吸附洗脫過程分離氨基酸，采用該工藝從發(fā)酵液中分離提取L-異亮氨酸存在以下問題一是采用過濾的方法去除菌體，由于菌體細小，通常菌體去除不徹底；二是L-異亮氨酸發(fā)酵液色值比較高，普通活性炭脫色不完全并且用量大，影響產(chǎn)品質(zhì)量和收率；三是L-異亮氨酸發(fā)酵液中雜質(zhì)成分多、含量高，直接使用離子交換法處理，樹脂污染嚴重，容易引起樹脂結(jié)構(gòu)破環(huán)而失去再生能力，增加了運行成本，同時高含量的離子性物質(zhì)會使樹脂快速飽和，增加樹脂再生次數(shù)，造成污水排放量大等問題。上述L-異亮氨酸提取工藝是二十世紀八十年代建立起來的。隨著生化分離技術(shù)的進步，各種先進的分離設(shè)備和工藝在生產(chǎn)中發(fā)揮越來越大的作用，特別是膜分離技術(shù)和電滲析除鹽技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使各種生化分離工藝大為改觀。膜分離技術(shù)用于發(fā)酵產(chǎn)品的分離精制已有成功的先例，但利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中分離提取L-異亮氨酸，還未見報道。電滲析電驅(qū)動膜分離器是一種利用膜的選擇透過性對水中的物質(zhì)進行分離而達到脫鹽、濃縮等預(yù)期目的的一種膜分離設(shè)備。電滲析器的主要部件為陰、陽離子交換膜、隔板與電極三部分。隔板構(gòu)成的隔室為液體流過經(jīng)過的通道。物料經(jīng)過的隔室為脫鹽室，濃水經(jīng)過的隔室為濃縮室。在直流電場的作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，陽離子透過陽膜，陰離子透過陰膜，脫鹽室的離子向濃縮室遷移，濃縮室的離子由于膜的選擇透過性而無法向脫鹽室遷移。這樣淡室的離子濃度逐漸降低，相應(yīng)的濃室的離子濃度相應(yīng)逐漸升高，即把物料的鹽分脫除，達到分離濃縮的目的。其中由電滲析得到的濃室溶液可用于發(fā)酵培養(yǎng)基無機鹽循環(huán)使用，節(jié)約了原材料。工藝說明氨基酸發(fā)酵液經(jīng)調(diào)整至等電點，然后通過電滲析電驅(qū)動膜淡水室脫鹽，使溶液得到純化。溶液經(jīng)原料泵送入離子膜組成的電滲析電驅(qū)動膜分離器，在直流電場力的作用下定向運動，陽離子向陰極下移動，陰離子向陽極下移動。溶液在直流電場下分別將鈉離子、氯離子等帶電荷離子遷移出去，原L-異亮氨酸發(fā)酵液電導(dǎo)率15000 50000 μ S/cm，調(diào)節(jié)pH 5. O 7. 5，10_40°C。經(jīng)電滲析電驅(qū)動膜處理后除鹽清液的電導(dǎo)率在1000 μ S/cm以下，損失率約在5%以下。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有離子交換技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中除鹽分離提取L-異亮氨酸的方法，該方法具有條件溫和、操作簡便、分離步驟少、選擇性好的特點，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的收率不高、污水排量大及生產(chǎn)強度大的缺點，并且使L-異亮氨酸的收率和質(zhì)量顯著提高。本發(fā)明提供的利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中分離提取L-異亮氨酸的基本步驟是首先將發(fā)酵液通過截留分子量10萬-100萬的超濾膜，徹底去除發(fā)酵液中的菌體，得到L-異亮氨酸發(fā)酵清液。得到的發(fā)酵清液經(jīng)連續(xù)電滲析設(shè)備分離無機鹽，再用分子量為100-3000的納濾膜去除色素和小分子蛋白等雜質(zhì)。得到的澄清淡黃色的L-異亮氨酸溶液，經(jīng)過RO反滲透膜預(yù)濃縮、結(jié)晶等步驟制得粗品，粗品經(jīng)精制后得到高純度的L-異亮氨酸產(chǎn)品。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種利用膜分離與電滲析除鹽組合技術(shù)從發(fā)酵液中分離提取L-異亮氨酸的方法，具體由以下步驟組成
(O發(fā)酵液除菌體將L-異亮氨酸發(fā)酵液通過截留分子量10萬-100萬的超濾膜，徹底去除發(fā)酵液中的菌體，得到L-異亮氨酸發(fā)酵清液，操作壓力為O. 15-0. 8MPa，操作溫度為10-60°C，透析水量以體積百分比計占發(fā)酵液進料體積的10%-90% ；
(2)電滲析除鹽將步驟(I)得到的L-異亮氨酸發(fā)酵清液，其電導(dǎo)率15000 50000 μ S/cm，調(diào)整至等電點pH 5. O 7. 5，然后通過電滲析電驅(qū)動膜淡室脫鹽，使溶液得到純化。操作溫度為10-40°C，濃室加水量O. 5-4倍發(fā)酵清液料液體積，淡室電導(dǎo)率與濃室保持電導(dǎo)率小于20倍；溶液經(jīng)原料泵送入離子膜組成的電滲析電驅(qū)動膜分離器，在直流電場力的作用下定向運動，陽離子向陰極下移動，陰離子向陽極下移動。溶液在直流電場下分別將無機鹽等帶電荷離子從淡室遷移出去，當原料液除鹽率大于90%時，即可進入下一工序。其中由電滲析得到的濃室鹽水可用于發(fā)酵培養(yǎng)基無機鹽循環(huán)使用。原L-異亮氨酸發(fā)酵液電導(dǎo)率15000 50000 μ S/cm，常溫。經(jīng)電滲析電驅(qū)動膜處理后除鹽清液的電導(dǎo)率1000 μ S/cm以下，損失率在5%以下。(3)除鹽清液除小分子蛋白及色素等雜質(zhì)將步驟(2)得到的除鹽清液用截留分子量為100-3000的納濾膜去除色素和小分子蛋白等雜質(zhì)，得到澄清無色的L-異亮氨酸溶液。操作壓力為O. 5-3. OMPa，操作溫度為10_60°C，透析水量以體積百分比計占除鹽清液進料體積的10%-90% ；(4)發(fā)酵液RO膜預(yù)濃縮將步驟(3)得到澄清無色的L-異亮氨酸溶液通過反滲透膜濃縮，得到固含物為4%-9%的濃縮料液，操作壓力為O. 5-3MPa，操作溫度為10_60°C，滲出純水用于生產(chǎn)工藝用水；
(5)以常規(guī)方法進行濃縮、結(jié)晶得到L-異亮氨酸粗品。上述步驟(I)所述的濾膜孔徑優(yōu)選為截留分子量30萬-80萬，操作壓力優(yōu)選O. 15-0. 5MPa，操作溫度優(yōu)選20-30 °C，透析水量以體積百分比占發(fā)酵液進料體積的10%-90%。上述步驟(2)所述的電滲析電驅(qū)動膜分離器，操作溫度優(yōu)選20_40°C，濃室加水量O. 5-2倍發(fā)酵清液料液體積，淡室電導(dǎo)率與濃室保持電導(dǎo)率小于20倍；經(jīng)電滲析電驅(qū)動膜處理后除鹽清液的電導(dǎo)率1000 μ S/cm以下，損失率在5%以下。上述步驟(3)所述的納濾膜分子量優(yōu)選300-1000，操作壓力優(yōu)選O. 5-2. 5MPa，操 作溫度優(yōu)選20-40°C，透析水量以體積百分比計占除鹽清液進料體積優(yōu)選10%-50%。上述步驟(4)所述的RO膜，操作壓力優(yōu)選O. 5-2. 5MPa，操作溫度優(yōu)選20_40°C，濃縮料液的固含物為4%-9%，滲出純水用于生產(chǎn)工藝用水。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明涉及的從發(fā)酵液中除鹽分離提取L-異亮氨酸的方法，首次將電滲析技術(shù)引入發(fā)酵法生產(chǎn)L-異亮氨酸的分離提取，并根據(jù)發(fā)酵液中雜質(zhì)的粒度分布建立了一套多級連續(xù)電滲析除鹽體系，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的收率不高、污水排放量大及生產(chǎn)強度高的缺陷，使L-異亮氨酸的收率和質(zhì)量顯著提高，生產(chǎn)成本降低。與現(xiàn)有離子交換提取工藝技術(shù)相比，利用本發(fā)明的方法所具有的優(yōu)越性如下
I、本發(fā)明采用超濾膜過濾去除發(fā)酵液中的菌體，改變了常規(guī)壓濾機過濾的方法。經(jīng)超濾膜過濾去除菌體徹底，過濾清液澄清透明，并能去除大分子蛋白，除菌效果大大高于過濾法。2、本發(fā)明采用膜分離技術(shù)使L-異亮氨酸發(fā)酵液中的雜質(zhì)和色素含量大大降低，表現(xiàn)為料液透光率提高，減少了離交后離子交換液再活性炭脫色工序。3、電滲析除鹽技術(shù)替代了離子交換的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，工藝用水量比較
電滲析最大用水量主要為濃室所需稀釋用水，至多為料液用水的4倍。離子交換用水為離子交換再生、洗脫過程形成的大量廢水，約占料液體積10倍。同時通過電滲析處理得到的濃室鹽水回用于發(fā)酵培養(yǎng)基的無機鹽配料，產(chǎn)品的純度比傳統(tǒng)離子交換提取工藝的純度明顯提高。因此電滲析除鹽工藝發(fā)揮了清潔生產(chǎn)的功效。


圖I電滲析原理圖。
具體實施例方式實施例I
L-異亮氨酸發(fā)酵液4L經(jīng)過截留分子量20萬超濾膜過濾去除菌體，操作壓力O. 3MPa，溫度30°C，透析水量1L，濾液徹底去除菌體。然后經(jīng)6L的組合式電滲析膜設(shè)備，溫度30°C，得到除鹽L-異亮氨酸清液。除鹽清液經(jīng)過截留分子量為500的納濾膜過濾去除小分子蛋白和色素等雜質(zhì)，操作壓力I. 2MPa，溫度30°C，透析水量3L，然后經(jīng)過RO反滲透膜預(yù)濃縮。結(jié)果見下表I。電滲析電驅(qū)動膜分離器原液電導(dǎo)率21500 μ S/cm 除鹽清液電導(dǎo)率500 μ S/cm
脫鹽率97. 7%
表I
權(quán)利要求
1.一種利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中提取分離L-異亮氨酸的方法，其特征在于由以下步驟組成 (1)發(fā)酵液除菌體將L-異亮氨酸發(fā)酵液通過截留分子量10萬-100萬的超濾膜，徹底去除發(fā)酵液中的菌體，得到L-異亮氨酸發(fā)酵清液，操作壓力為0. 15-0. 8MPa，操作溫度為10-60°C，透析水量以體積百分比計占發(fā)酵液進料體積的10%-90% ； (2)電滲析除鹽將步驟(I)得到的L-異亮氨酸發(fā)酵清液，其電導(dǎo)率15000 50000 y S/cm，調(diào)整至等電點pH 5. 0 7. 5，過電滲析電驅(qū)動膜料液膜分離器裝置，操作溫度為10-40°C，濃室加水量0. 5-4倍發(fā)酵清液料液體積，淡室電導(dǎo)率與濃室保持電導(dǎo)率小于20倍；經(jīng)電滲析電驅(qū)動膜處理后所得除鹽清液的電導(dǎo)率為IOOOil S/cm以下，損失率在5%以下； (3)除鹽清液除小分子蛋白及色素雜質(zhì)將步驟(2)得到的除鹽清液用截留分子量為100-3000的納濾膜去除小分子蛋白及色素雜質(zhì)，得到澄清無色的L-異亮氨酸溶液，操作壓力為0. 5-3. OMPa，操作溫度為10-60°c，透析水量以體積百分比計占除鹽清液進料體積的10%-90% ； (4)發(fā)酵液反滲透膜預(yù)濃縮將步驟(3)得到的澄清無色的L-異亮氨酸溶液通過反滲透膜濃縮，得到固含物為4%-9%的濃縮料液，操作壓力為0. 5-3MPa，操作溫度為10_60°C，滲出純水用于生產(chǎn)工藝用水； (5)以常規(guī)方法進行濃縮、結(jié)晶得到L-異亮氨酸粗品。
2.如權(quán)利要求I所述的利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中提取分離L-異亮氨酸的方法，其特征在于，步驟(I)所述的截留分子量30萬-80萬的超濾膜，操作壓力優(yōu)選0. 15-0. 5MPa，操作溫度優(yōu)選20-30°C，透析水量以體積百分比計占發(fā)酵液進料體積的10%-90%。
3.如權(quán)利要求I所述的一種膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中提取分離L-異亮氨酸的方法，其特征在于，步驟(2)所述的電滲析電驅(qū)動膜料液膜分離器裝置，原L-異亮氨酸發(fā)酵清液電導(dǎo)率15000 50000ii S/cm，pH :5. 0 7. 5，過電滲析電驅(qū)動膜料液膜分離器裝置，操作溫度優(yōu)選20-40°C，濃室加水量優(yōu)選0. 5-2倍發(fā)酵清液料液體積，淡室電導(dǎo)率與濃室保持電導(dǎo)率小于20倍；經(jīng)電滲析電驅(qū)動膜處理后除鹽清液的電導(dǎo)率IOOOii S/cm以下，損失率在5%以下。
4.如權(quán)利要求I所述的一種膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中提取分離L-異亮氨酸的方法，其特征在于，步驟(3)所述的納濾膜截留分子量優(yōu)選300-1000，操作壓力優(yōu)選0.5-2. 5MPa，操作溫度優(yōu)選20_40°C，透析水量以體積百分比計占除鹽清液進料體積優(yōu)選10%-50%。
5.如權(quán)利要求I所述的一種利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中提取分離L-異亮氨酸的方法，其特征在于，步驟(4)所述RO反滲透膜，操作壓力優(yōu)選為0. 5-2. 5MPa，操作溫度優(yōu)選為20-40°C，得到濃縮料液的固含物為4%-9%，滲出純水用于生產(chǎn)工藝用水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用膜分離與電滲析組合技術(shù)從發(fā)酵液中除鹽的提取分離L-異亮氨酸的方法，屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明步驟為(1)發(fā)酵液除菌體；(2)發(fā)酵清液過電滲析除去無機鹽；(3)除鹽清液除小分子雜質(zhì)；(4)發(fā)酵液反滲透膜預(yù)濃縮；(5)發(fā)酵液濃縮結(jié)晶。本發(fā)明方法具有條件溫和、操作簡便、分離步驟少、選擇性好的特點，克服了現(xiàn)有離子交換技術(shù)存在的收率不高、污水排量大及生產(chǎn)強度大的缺點，并且使L-異亮氨酸的收率和質(zhì)量顯著提高。
文檔編號C07C229/08GK102757355SQ20121026056
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者寧健飛, 蔡立明 申請人:無錫晶海氨基酸有限公司