專利名稱：流加等電結(jié)晶與離子交換耦合的提取谷氨酸新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流加等電結(jié)晶與離子交換耦合的提取谷氨酸新工藝，屬生物發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域。
我國(guó)是一個(gè)味精生產(chǎn)大國(guó)。它一般用淀粉或糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸后制成鈉鹽得食用味精，其谷氨酸在發(fā)酵液中濃度分別可達(dá)6-7%(淀粉)和10%以上(糖蜜)。谷氨酸從發(fā)酵液中分離的方法一般有鹽酸鹽法、鋅鹽法、等電點(diǎn)結(jié)晶法、離子交換法、等電點(diǎn)結(jié)晶-離子交換法等。目前我國(guó)從節(jié)約酸堿耗、降低廢水量和環(huán)境保護(hù)觀點(diǎn)出發(fā)，多采用低溫等電點(diǎn)結(jié)晶法。其收率在70-75%之間。此法的缺點(diǎn)是能耗大、收率低。因?yàn)檫€有25-30%的谷氨酸被廢棄掉。另外如果原始谷氨酸濃度過(guò)高，則在結(jié)晶過(guò)程中極易產(chǎn)生β型晶體，造成谷氨酸收率急劇下降。過(guò)去曾對(duì)等電點(diǎn)結(jié)晶-離子交換法進(jìn)行過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，但由于其離子交換部分試劑消耗量大、廢水量多、洗脫時(shí)用堿須加溫而樹(shù)脂損耗量大等原因，廠家多持不定態(tài)度。1988年天津大學(xué)發(fā)表專利“從等電點(diǎn)結(jié)晶母液中回收谷氨酸的新工藝”，專利申請(qǐng)?zhí)枮?8103158，其特點(diǎn)是用銨型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在常溫下從等電點(diǎn)結(jié)晶母液中回收谷氨酸，使谷氨酸收率達(dá)到95%。但此專利因用調(diào)整過(guò)的等電點(diǎn)結(jié)晶母液或調(diào)整過(guò)的發(fā)酵液母液洗脫谷氨酸飽和的樹(shù)脂，洗脫液中谷氨酸濃度過(guò)高，如在原柱內(nèi)洗脫會(huì)造成“結(jié)柱”現(xiàn)象。因此不得不采用把樹(shù)脂轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的洗脫柱中進(jìn)行流態(tài)化洗脫和用清水洗滌洗脫后的樹(shù)脂，因而操作仍嫌麻煩，且有額外廢水產(chǎn)生。在樹(shù)脂轉(zhuǎn)移過(guò)程中也不可避免地會(huì)造成樹(shù)脂的損傷和損失。
本發(fā)明的目的是提出一種流加等電結(jié)晶與離子交換耦合的提取谷氨酸新工藝，其特點(diǎn)是等電點(diǎn)結(jié)晶在接近常溫下連續(xù)進(jìn)行。原始料液中谷氨酸濃度在6-10%和更高范圍內(nèi)都不會(huì)產(chǎn)生β型結(jié)晶。所產(chǎn)生的谷氨酸α晶體顆粒大，沉降速度快，因而單位設(shè)備容積處理料液量大?？捎糜?jì)算機(jī)或手動(dòng)穩(wěn)定地控制結(jié)晶pH值。本新工藝離子交換部分的特點(diǎn)是選用強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，其吸附容量大，價(jià)格便宜，樹(shù)脂質(zhì)量穩(wěn)定。料液可帶菌體上柱操作。吸附和洗脫之間不用洗滌。從而簡(jiǎn)化了提取工藝，節(jié)省試劑，減少?gòu)U液，降低成本。
本發(fā)明的內(nèi)容是一種流加等電結(jié)晶與離子交換耦合的提取谷氨酸新工藝，該工藝包括以下各步驟(1)在含有α型谷氨酸微晶體的結(jié)晶器中，加入谷氨酸發(fā)酵液和酸液，發(fā)酵液與酸液的流量比例為使混合液體的pH值在3.0～3.5之間，在30～50轉(zhuǎn)/分的攪拌轉(zhuǎn)速下進(jìn)行連續(xù)等電點(diǎn)結(jié)晶，料液在結(jié)晶器中停留6小時(shí)以上后流入沉降池進(jìn)行固液分離，固體部分為谷氨酸結(jié)晶，經(jīng)離心機(jī)甩干后，干燥成產(chǎn)品。
(2)將上述第一步固液分離后得到的帶菌體的結(jié)晶母液，用硫酸調(diào)pH值至1.5～2.0，然后用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附，吸附飽和后的樹(shù)脂用洗脫液洗脫，洗脫液為離子交換殘液和上一循環(huán)洗脫后的后流分液，離子交換洗脫液的pH值用氨水調(diào)至8～10。
(3)上述樹(shù)脂洗脫后的洗脫流出液按所含谷氨酸濃度的不同分為三個(gè)流分前流分(谷氨酸濃度接近于結(jié)晶母液中的濃度)用作下一循環(huán)吸附，中流分(含高濃度的谷氨酸)返回上述第一步，進(jìn)行等電點(diǎn)結(jié)晶，后流分(含低濃度谷氨酸)作為下一循環(huán)的洗脫液;洗脫后的離子交換樹(shù)脂用于下一循環(huán)的谷氨酸吸附。
本發(fā)明的效果是，提取過(guò)程中不產(chǎn)生除發(fā)酵母液以外的其它廢水。由于在常溫下進(jìn)行離子交換的吸附和洗脫，從而大量節(jié)能。本發(fā)明為高效益新工藝，流加等電結(jié)晶與離子交換的直接耦合、離交樹(shù)脂不必洗滌和用本工藝所產(chǎn)生的廢液配制洗脫液，從而簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)省了試劑，減少了廢液。而谷氨酸的總收率可達(dá)95%以上。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的工藝過(guò)程。圖1中，1是谷氨酸發(fā)酵液儲(chǔ)液槽，2是酸槽，3是谷氨酸連續(xù)結(jié)晶器，4是固液分離池，5是離子交換料液槽，6-1至6-5共5根為離子交換柱，7是洗脫液槽。本發(fā)明的工藝全過(guò)程為發(fā)酵母液在儲(chǔ)液槽1內(nèi)降溫至20℃，然后和在酸槽2內(nèi)的硫酸以一定的比例輸送到連續(xù)結(jié)晶器3內(nèi)。連續(xù)結(jié)晶器3內(nèi)的pH值保持在3.0-3.2之間，溫度也維持在10℃左右。所生成的晶漿從溢流口流到固液分離池4的一端，上清液從另一端流進(jìn)離交料液槽5內(nèi)。而沉降出的稠晶漿從固液分離池的另一端流進(jìn)甩干離心機(jī)。甩干后的固體經(jīng)干燥粉碎后包裝成產(chǎn)品。離心機(jī)分離出的液體以及從固液分離池4流出的上清液匯集到離子交換料液槽5，用硫酸調(diào)pH值等于1.5后進(jìn)入離子交換柱進(jìn)行谷氨酸吸附。離子交換柱6(共五根串聯(lián)成環(huán)形系統(tǒng))內(nèi)裝有強(qiáng)酸型離子交換樹(shù)脂。吸附后的離子交換流出液排放供生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白或其它用。被谷氨酸按序吸附飽和后的離子交換柱從吸附循環(huán)斷開(kāi)進(jìn)行谷氨酸洗脫。洗脫液在槽7內(nèi)配制。它是收集洗脫流出液的后流分和部分離子交換殘液加氨水調(diào)pH值為9.0后使用。洗脫流出液，如前所述，可根據(jù)其谷氨酸含量不同分成三個(gè)流分，分別輸送到各自的儲(chǔ)槽內(nèi)。待被洗脫離交柱的流出液pH值上升到9.0時(shí)，停止洗脫。并將此柱串回到吸附循環(huán)系統(tǒng)中作為最后一柱，然后再進(jìn)行下一柱的洗脫。依此循環(huán)下去做到連續(xù)結(jié)晶、連續(xù)吸附、逐個(gè)洗脫的提取谷氨酸閉路流程。
本發(fā)明的工藝過(guò)程參數(shù)分別為等電點(diǎn)結(jié)晶過(guò)程料液及酸液的比例保證連續(xù)等電點(diǎn)結(jié)晶槽pH值在3.0-3.2之間;
等電點(diǎn)結(jié)晶晶液溫度保持10～20℃;
料液流速保證晶體在結(jié)晶器內(nèi)的停留時(shí)間在6小時(shí)以上;
料液中谷氨酸濃度可在5%-12%之間，pH值為6-7之間;
進(jìn)料溫度保持在室溫;
銨離子的濃度為5-10克/升;
從結(jié)晶器中溢流出的晶漿在固液分離池內(nèi)分離，分離池的尺寸保證晶漿在池內(nèi)的停留時(shí)間為4小時(shí)以上。
連續(xù)離子交換吸附谷氨酸過(guò)程吸附料液的酸度為pH1.5-2.0;所用的酸可為硫酸或鹽酸;
銨離子濃度為5-10克/升;
吸附的進(jìn)料表觀流速為2.0米/小時(shí);
吸附時(shí)不用除菌。
離子交換柱洗脫過(guò)程將離子交換尾液或離子交換洗脫后的后流分液用氨水調(diào)節(jié)pH值為9.0后作為洗脫液;
洗脫液中谷氨酸濃度應(yīng)小于10克/升;
洗脫采用在原柱中反上柱進(jìn)行;
洗脫時(shí)帶菌體操作。洗脫前不進(jìn)行水洗滌;
洗脫液溫度為常溫;
洗脫液表觀流速1.5-2.0米/小時(shí);洗脫至柱流出液pH值等于9.0時(shí)為止。
吸附用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可為732，D001，D61或742。
本發(fā)明的實(shí)施例如下
實(shí)施例1初始谷氨酸濃度為9.92%的帶菌發(fā)酵液和1∶1稀釋的濃硫酸連續(xù)流加到具有蛇形冷卻管的等電結(jié)晶器內(nèi)。等電結(jié)晶器內(nèi)用計(jì)算機(jī)控制pH值及溫度分別為3.2和10℃。雙層漿式攪拌漿以50轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行攪拌。晶體在結(jié)晶罐內(nèi)的停留時(shí)間為5.2小時(shí)。溢流出的晶漿在沉降池內(nèi)進(jìn)行液固自然分離。上清液和從晶體甩干機(jī)流出的離心液合并后用作后續(xù)離子交換提取谷氨酸。等電點(diǎn)連續(xù)結(jié)晶部分谷氨酸收率為83.8%，上清液中谷氨酸濃度為16.1%克/升，谷氨酸純度為93.7%，主晶粒主要分布在0.2mm左右。
將強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂裝于五根Φ4×100厘米串聯(lián)離子交換柱內(nèi)。五根柱的樹(shù)脂總床高度為3.85米。發(fā)酵液經(jīng)等電點(diǎn)結(jié)晶提取谷氨酸后的結(jié)晶母液中含谷氨酸21.1克/升，銨離子濃度為9.84克/升，pH3.2。將此料液用硫酸調(diào)pH為1.5后以3.65米/時(shí)的線速度反上柱進(jìn)行吸附。待第一柱飽和后用含0.3克/升谷氨酸和15克/升銨的吸附貧液用氨水調(diào)pH為9.0后進(jìn)行洗脫。洗脫結(jié)果得前流分0.79升，含谷氨酸14.2克/升。高流分1.15升，谷氨酸濃度32.0克/升。后流分1.02升，含谷氨酸5.5克/升。谷氨酸的洗脫收率達(dá)97.5%，谷氨酸總收率達(dá)95%。
實(shí)施例2等電結(jié)晶和離子交換設(shè)備及其操作方法都同例1，但初始發(fā)酵液中谷氨酸濃度為8.32%經(jīng)連續(xù)等電結(jié)晶提取后，谷氨酸的收率為82.4%，上清液中谷氨酸的濃度為15.4克/升。谷氨酸的純度達(dá)95.1%。主晶粒仍分布在0.2mm左右。上述等電結(jié)晶甩干離心液經(jīng)調(diào)pH后進(jìn)入離子交換。谷氨酸的離子交換吸附率為99.2%，洗脫率為91.3%。離交部分谷氨酸收率為98.3%。
實(shí)施例3等電結(jié)晶和離子交換設(shè)備及其操作方法都同例1，但初始發(fā)酵液中谷氨酸濃度為6.10%經(jīng)連續(xù)等電結(jié)晶提取后，谷氨酸的收率為74.9%，上清液中谷氨酸的濃度為16.0克/升。谷氨酸的純度達(dá)94.4%。主晶粒仍分布在0.2mm左右。上述等電結(jié)晶甩干離心液經(jīng)調(diào)pH后進(jìn)入離子交換。谷氨酸的離子交換吸附率為98.2%，洗脫率為90.0%。離交部分谷氨酸收率為97.0%。
權(quán)利要求
1.一種流加等電結(jié)晶與離子交換耦合的提取谷氨酸新工藝，其特征在于該工藝包括以下各步驟(1)在含有α型谷氨酸微晶體的結(jié)晶器中，加入谷氨酸發(fā)酵液和酸液，發(fā)酵液與酸液的流量比例為使混合液體的pH值在3.0～3.5之間，在30～50轉(zhuǎn)/分的攪拌轉(zhuǎn)速下進(jìn)行連續(xù)等電點(diǎn)結(jié)晶，料液在結(jié)晶器中停留6小時(shí)以上后流入沉降池進(jìn)行固液分離，固體部分為谷氨酸結(jié)晶，經(jīng)離心機(jī)甩干后，干燥成產(chǎn)品；(2)將上述第一步固液分離后得到的帶菌體的結(jié)晶母液，用酸液調(diào)pH值至1.5～2.0，然后用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附，吸附飽和后的樹(shù)脂用洗脫液洗脫，洗脫液為離子交換殘液和上一循環(huán)洗脫后的后流分液，離子交換洗脫液的pH值用氨水調(diào)至8～10；(3)上述樹(shù)脂洗脫后的洗脫流出液按所含谷氨酸濃度的不同分為三個(gè)流分前流分(谷氨酸濃度接近于結(jié)晶母液中的濃度)用作下一循環(huán)吸附，中流分(含高濃度的谷氨酸)返回上述第一步，進(jìn)行等電點(diǎn)結(jié)晶，后流分(含低濃度谷氨酸)作為下一循環(huán)的洗脫液；洗脫后的離子交換樹(shù)脂用于下一循環(huán)的谷氨酸吸附。
2.如權(quán)利要求1所述的提取工藝，其特征在于其中所述的酸液為硫酸或鹽酸。
3.如權(quán)利要求1所述的提取工藝，其特征在于其中第一步的等電點(diǎn)結(jié)晶溫度為10～20℃。
4.如權(quán)利要求1所述的提取工藝，其特征在于其中所述的第二步中，吸附用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為732，D001，D61或742中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流加等電結(jié)晶與離子交換耦合的提取谷氨酸新工藝，本發(fā)明應(yīng)用流加連續(xù)等電結(jié)晶工藝從谷氨酸發(fā)酵液中提取谷氨酸。用硫酸調(diào)節(jié)等電點(diǎn)，所得谷氨酸晶型為α型。其收率可達(dá)75—80％。結(jié)晶后母液中谷氨酸用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附，飽和樹(shù)脂用離子交換廢液調(diào)pH至9.0后原地洗脫，不會(huì)造成“結(jié)柱”現(xiàn)象。離子交換段谷氨酸收率達(dá)95％。等電點(diǎn)結(jié)晶及離子交換兩段谷氨酸總收率達(dá)95％以上。
文檔編號(hào)C07C227/42GK1103063SQ9410144
公開(kāi)日1995年5月31日 申請(qǐng)日期1994年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月25日
發(fā)明者叢進(jìn)陽(yáng), 沈金玉, 曹竹安, 劉瑞芝 申請(qǐng)人:清華大學(xué)