專利名稱：全膜提取纈氨酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纈氨酸生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全膜提取纈氨酸的方法，即 一種采用全膜技術(shù)來分離純化纈氨酸發(fā)酵液的新工藝。
背景技術(shù)：
L-纈氨酸作為支鏈氨基酸之一，系人與動物自身不能合成而必須依賴外源供給 的八大必需氨基酸之一，具有多種生理功能。L-纈氨酸是合成蛋白質(zhì)的素材，也可以作為生 物體的能源以及作為生物體成分的前體，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而日益受到重視，隨著對纈氨酸研究的不 斷深入，其在食品和飼料工業(yè)中的應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，L-纈氨酸在醫(yī)藥、食品 和飼料工業(yè)中有著巨大的潛在巿場。
據(jù)報(bào)導(dǎo)，世界氨基酸年總產(chǎn)量約為200萬噸，藥用輸液氨基酸年需求大約6000呻，其中 L-纈氨酸為400P屯。目前L-纈氨酸的生產(chǎn)主要以日本為主，國內(nèi)尚無大批量生產(chǎn)廠家。我國L-纈氨酸的年產(chǎn)總量不到2000噸，而醫(yī)藥級L-纈氨酸絕大部分依靠進(jìn)口，每年消耗大量外匯。 目前，L-纈氨酸的生產(chǎn)方法有提取法、合成法、發(fā)酵法。
1) 提取法主要是將蛋白質(zhì)例如大豆蛋白等進(jìn)行水解，然后將鹽酸加入含有纈氨酸的 水溶液中以生成并沉淀出纈氨酸-鹽酸鹽晶體，重復(fù)該操作，該方法分離效率較高，提取操作 簡單，生產(chǎn)周期短，但是成本很高，而且纈氨酸-鹽酸鹽晶體在水中的溶解度非常高，使纈氨 酸的收率降低[Japanese Laid-Open Patent Application(Kokai) No. 16,450/1981]，該方法很難以在 工業(yè)化生產(chǎn)中得到大的推廣。
2) 合成法目前有很多種合成法，但是生產(chǎn)成本高，反應(yīng)復(fù)雜，步驟多，副產(chǎn)物多， 因此，也很難嫁接于工業(yè)化大生產(chǎn)。
3) 發(fā)酵法利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)L-纈氨酸具有原料成本低、反應(yīng)條件溫和及實(shí)現(xiàn)大 規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法，因此，目前發(fā)酵法生產(chǎn)L-纈氨酸得到了國內(nèi) 外學(xué)者的廣泛關(guān)注。1999年中囯藥科大學(xué)微生物教研室的徐旭東，以乳糖發(fā)酵短桿菌 (Brevibacteriumlactofermentum)XT-4為出發(fā)菌株，釆用NTG誘變處理，獲得一株積累L-纈氨酸 的突變菌株A15(a-TAr+a-ABr),該菌株搖瓶產(chǎn)酸26.42g/L,條件優(yōu)化后，可以達(dá)到33.1g/L。 國外曾對發(fā)酵法所用L-纈氨酸優(yōu)良生產(chǎn)菌的誘變育種和代謝調(diào)控作了一些研究，而國內(nèi)尚處 于研究與小規(guī)模生產(chǎn)階段，生產(chǎn)水平和產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足巿場需求。
全膜法(Complete Membrane Technology, CMT)，是圍繞先進(jìn)的膜科技而提出的全新的工藝設(shè)計(jì)理念，主要是將不同的膜工藝有機(jī)地組合在一起。目前，國內(nèi)外主要將全膜法應(yīng)用于 廢水處理， 一般以常規(guī)水源或經(jīng)生化、過濾等常規(guī)處理后的生物發(fā)酵液為進(jìn)水，采用"微濾、 超濾、納濾、反滲透"四種膜分離的技術(shù)的組合工藝，分別作為除菌體、除蛋白、除色素、 脫鹽等目的，以達(dá)到高效去除污染物以及深度脫鹽目的。
全膜法高效提取纈氨酸綠色新工藝即在整個(gè)纈氨酸的提取工藝過程中，全部采用膜組件 來完成的一種新技術(shù)新工藝，將全膜法應(yīng)用于氨基酸提取的概念為國內(nèi)外首創(chuàng)。
隨著近年來膜技術(shù)在國內(nèi)外得到廣泛的推廣，并且膜成本在不斷的下降，膜分離純化技 術(shù)應(yīng)用到纈氨酸提取過程中將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用膜技術(shù)不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量，還能 減少廢水的排放，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自動化控制和清潔生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，還能改善工人的 工作環(huán)境，提高工作效率。目前國內(nèi)外膜技術(shù)的應(yīng)用多釆用單一膜運(yùn)行，解決某一具體問題, 并沒有形成一種全膜法提取纈氨酸的工藝
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在生產(chǎn)成高、廢水排放多、工作效率等技術(shù)問題, 提供一種全膜提取纈氨酸的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明按下述工藝步驟進(jìn)行
1) 微濾膜過濾將纈氨酸發(fā)酵液通過微濾膜，得到發(fā)酵液的微濾透析液和菌體蛋白，菌 體蛋白經(jīng)烘干后作為優(yōu)質(zhì)菌體蛋白出售，附加值高，微濾搡作溫度40-9(TC，工作壓力 進(jìn)壓為3 - 8bar,出壓為2-7bar,壓力差為2.5 - 7.5 bar;
2) 超濾膜過濾將步驟l)中的微濾透析液通過超濾膜，得到超濾透析液和濃縮液，濃 縮液經(jīng)烘干后用來生產(chǎn)飼料蛋白，價(jià)格不菲，可實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的高值化利用，超濾操作溫度 30- 50°C,工作壓力進(jìn)壓為5-32bar，出壓為4-30bar,壓力差為4.5 - 31 bar;
3) 反滲透膜濃縮將步驟2)中的超濾透析液通過反滲透膜，得到反滲透濃縮液和純凈 水，純凈水直接回用于生產(chǎn)，反滲透膜濃縮溫度30-5(TC,工作壓力進(jìn)壓為11-50bar, 出壓為10-49bar,壓力差為10.5-49bar;
4) 濃縮結(jié)晶將步驟3)中的反滲透濃縮液通過真空濃縮至纈氨酸含量為2545%,然 后降至室溫，離心得到纈氨酸粗品；將粗品配制成濃度為5_8%的溶液，用針劑活性炭脫色， 加炭量為0.5-3.0%;然后再次濃縮至纈氨酸含量25-40%,然后降至室溫，離心得到纈氨酸 粗品；將粗品配制成濃度為5-8%的溶液，用針劑活性炭脫色，加炭量為0.1-1.0%;然后濃 縮至纈氨酸含量20-35%,然后降至室溫，離心、干燥得到纈氨酸產(chǎn)品；以上脫色條件為 pH5.5-7.5,溫度50-80°C,時(shí)間0.5-3h,脫色后料液透光>99%;
5) 膜的再生微濾膜再生用的酸為1-2%硝酸，堿為1-2%液堿；超濾膜和反滲透膜再生用的酸為0.5-1%鹽酸，堿為0.5-1%液堿；將堿洗水和酸洗水中和后合并中間的洗膜 軟水進(jìn)入反滲透，得到濃縮鹽和純凈水，濃縮鹽經(jīng)烘干制成粗鹽回用生產(chǎn)，純凈水回用于生
產(chǎn)。 ，
所述步驟l)中的微濾膜，為陶瓷材質(zhì)微濾膜，其截留分子量為8000-500000MWCO，
孔徑0.05-10nm;步驟2 )中的超濾膜為PAN、 PVDF、 PC、 PES、 PP、 PE復(fù)合膜中的一
種，其截留分子量為300 - 5000MWCO,孔徑5 - 100nm;步驟3 )中的反滲透膜為PAN、PVDF、
PC、 PES、 PP、 PE復(fù)合膜中的一種，最優(yōu)選的是對NaCl截留率為95。/。以上的PVDF復(fù)合膜。
本發(fā)明中的"全膜法，，主要由三種膜分離技術(shù)組成，即微濾膜MF (Micro-Filtration)、 超濾膜UF (Ultre filtratioan )和反滲透膜RO (Reverse Osmosis),主要通過整合多級膜的優(yōu)勢 將纈氨酸發(fā)酵液制備成滿足要求的優(yōu)質(zhì)纈氨酸結(jié)晶母液。
本發(fā)明主要得到了下述三種產(chǎn)品'.
高純度優(yōu)質(zhì)菌體蛋白、飼料蛋白和高品質(zhì)纈氨酸。
本發(fā)明可以將纈氨酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物進(jìn)行資源化利用，而且節(jié)能減排，因此為 纈氨酸產(chǎn)品的高效提取提供了一種新的綠色工藝。 該發(fā)明工藝具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)
1、 實(shí)現(xiàn)了料液冷濃縮，大量節(jié)省成本，無需板框、真空等裝置，配套成本低，濃縮過程 減少蒸汽消耗，操作方便，勞動強(qiáng)度??；
2、 膜設(shè)備占地面積小，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，大幅提高生產(chǎn)效率，操作及維護(hù)簡單，同 時(shí)工藝簡化，可以提高產(chǎn)品收率；
3、 采用微濾除菌體，菌體蛋白可實(shí)現(xiàn)98%@收，比傳統(tǒng)工藝中氣浮法提取蛋白高20%, 無需加入助濾劑或絮凝劑，符合環(huán)保要求的同時(shí)提高了菌體蛋白副產(chǎn)物的品質(zhì)，增加了副產(chǎn) 物的價(jià)值，高值化明顯；
4、 采用超濾去除色素、膠體和大分子物質(zhì)，膜的過濾精度高，提升后序纈氨酸濾液質(zhì)量， 利于纈氨酸提取，提高產(chǎn)品品質(zhì)；通過控制洗水量，膜過濾后收率提高且得到質(zhì)量較好的濾 液，濾液透光達(dá)90%以上；
5、 釆用反滲透法濃縮超濾透析液，實(shí)現(xiàn)冷濃縮，對后序的濃縮節(jié)約了大量蒸汽，而且過 程中產(chǎn)生純凈水可直接回用于生產(chǎn)作為配料用水，節(jié)能減排效果顯著，同時(shí)可提高產(chǎn)品濃度；
6、 膜過濾后料液透光較高，操作不受溫度的影響，對熱敏性物質(zhì)沒破壞，收率高、質(zhì)量 好，不發(fā)生相變，可以較好地保存產(chǎn)品性質(zhì)，同時(shí)具有快速、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)；7、 整個(gè)膜再生階段各種膜洗水綜合處理，幾乎無廢水的排放，真正實(shí)現(xiàn)綠色制造，達(dá)到
閉路循環(huán)；
8、 與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明徹底淘汰了離子交換工序，節(jié)省大量酸堿，避免高濃度廢水 的產(chǎn)生。
本發(fā)明大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，減少了廢水的排放，提高了工作效率， 在整個(gè)纈氨酸的提取工藝過程中實(shí)現(xiàn)了自動化控制和清潔生產(chǎn)，是一種全部采用膜組件來完 成的一種新技術(shù)新工藝。同時(shí)，在膜的再生整個(gè)過程中綜合利用酸、堿洗水，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降 耗的目的。
總之，采用"全膜法"可將澄清與除菌一步完成，所得濾液清澈透亮，為后提取工序創(chuàng) 造良好條件，同時(shí)大幅節(jié)約酸、堿及水的用量，而且提高了產(chǎn)品收率，還可以高效回收菌體， 減輕環(huán)保壓力，與傳統(tǒng)的工藝相比，全膜法提取工藝的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面， 一是 成本的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，因此，本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)保效益。


附圖是本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例本發(fā)明是一種基于全膜技術(shù)的纈氨酸提取方法，是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)實(shí) 現(xiàn)的，按下述工藝步驟進(jìn)行
1、 微濾過濾將1350kg纈氨酸發(fā)酵液通過微濾過濾，得到120kg濃縮液和微濾透析液 1530kg，其中包括300kg洗脫液，發(fā)酵液濾前透光為4.8%，微濾后液為90.7%,洗脫液透光 為88%，將濾后液和洗脫液合并即為微濾透析液，透光率為89.8%，微濾后的料液澄清透明， 無可見懸浮物，透光度在89%以上，對蛋白質(zhì)及大顆粒懸浮物截留效果較好，對有效物質(zhì)纈 氨酸基本沒有截留作用，濾后蛋白直接烘干就是優(yōu)質(zhì)蛋白飼料，而且菌體蛋白可實(shí)現(xiàn)98.2% 回收，比傳統(tǒng)工藝中氣浮法提取蛋白高20%,無須加入助濾劑或絮凝劑，符合環(huán)保要求的同 時(shí)提高了菌體蛋白副產(chǎn)物的品質(zhì)，經(jīng)干燥后可直接作為優(yōu)質(zhì)菌體蛋白伺料，高值化明顯，微 濾過濾所用的膜材料是孔徑為50nm的陶瓷膜，具體工藝條件是操作溫度為50-6(TC,流 速為20-30m3/h,進(jìn)壓為3陽4bar,出壓為lbar,壓力差為2-2.5bar;
2、 超濾過濾將步驟l中所得微濾透析液1530kg，通過超濾過濾得140kg超濾濃縮液 和超濾透析液1790kg (其中包括洗脫液400kg),濾前透光為88%,濾后液為90.7%,洗脫液 透光為91%，將濾后液和洗脫液合并即為超濾透析液，透光為91%,超濾所用的膜材料是截 留分子量為3000MWCO的PVDF的超濾膜，其工藝條件是操作溫度為WC，進(jìn)壓為7-8bar, 出壓為6-7bar,壓力差為6.5-7.5bar流速30-40m3/h,濾后料液澄清透明，透光在90%以上，濾后濃縮液可以烘干后作為蛋白飼料出售，蛋白回收率可達(dá)99.1%，價(jià)值高；
3、 反滲透濃縮將步驟2中所得超濾透析液1790kg，通過反滲透過濾得反滲透濃縮液 470Kg和1320Kg的純凈水，純凈水可直接回用生產(chǎn)，反滲透所用的膜材料是截留NaCl為97 %的PVDF反滲透膜，工作條件是搡作溫度為操作溫度為4(TC,進(jìn)壓為22bar，出壓為 20-21bar,壓力差為20.5-21.5bar，，流速30-40m3/h，采用反滲透濃縮超濾透析液，實(shí)現(xiàn)了冷 濃縮，對后序的濃縮節(jié)約了大量蒸汽，而且過程中產(chǎn)生純凈水可直接回用于生產(chǎn)作為配料用 水，節(jié)能減排效果顯著；
4、 濃縮結(jié)晶將步驟3反滲透所得的反滲透濃縮液360kg通過真空濃縮至纈氨酸含量為 35%,然后降至室溫，離心得到纈氨酸粗品；將粗品配制成濃度為7%的溶液，采用767型 針劑活性炭脫色，加炭量為2.0%,脫色條件為pH5.5-7.5，溫度50-8(TC,時(shí)間0.5-3h， 脫色后料液透光>99%,然后再次濃縮至纈氨酸含量30%,然后降至室溫，離心得到纈氨酸 粗品；將粗品配制成濃度為7%的溶液，采用767型針劑活性炭脫色，加炭量為0.5%，脫色 條件為pH5.5-7.5,溫度50-80°C,時(shí)間0.5-3h,脫色后料液透光> 99.5 %然后濃縮至纈氨 酸含量25%,然后降至室溫，離心、干燥得到符合醫(yī)藥級要求纈氨酸產(chǎn)品；
4、膜再生將微濾和超濾再生所用的酸洗水、堿洗水和定量的軟水混合進(jìn)入反滲透得 10 %反滲透濃縮液和90 %純水回用生產(chǎn)，最后再用定量的軟水循環(huán)運(yùn)行30min沖洗反滲透膜 即可，所得的純水回用生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1、一種全膜提取纈氨酸的方法，其特征是按下述工藝步驟進(jìn)行1)微濾膜過濾將纈氨酸發(fā)酵液通過微濾膜，得到發(fā)酵液的微濾透析液和菌體蛋白，微濾操作溫度40-90℃，工作壓力進(jìn)壓為3-8bar，出壓為2-7bar，壓力差為2.5-7.5bar；2)超濾膜過濾將步驟1)中的微濾透析液通過超濾膜，得到超濾透析液和濃縮液，超濾操作溫度30-50℃，工作壓力進(jìn)壓為5-32bar，出壓為4-30bar，壓力差為4.5-31bar；3)反滲透膜濃縮將步驟2)中的超濾透析液通過反滲透膜，得到反滲透濃縮液和純凈水，純凈水直接回用于生產(chǎn)，反滲透膜濃縮溫度30-50℃，工作壓力進(jìn)壓為11-50bar，出壓為10-49bar，壓力差為10.5-49bar；4)濃縮結(jié)晶將步驟3)中的反滲透濃縮液通過真空濃縮至纈氨酸含量為25-45％，然后降至室溫，離心得到纈氨酸粗品；將粗品配制成濃度為5-8％的溶液，用針劑活性炭脫色，加炭量為0.5-3.0％；然后再次濃縮至纈氨酸含量25-40％，然后降至室溫，離心得到纈氨酸粗品；將粗品配制成濃度為5-8％的溶液，用針劑活性炭脫色，加炭量為0.1-1.0％；然后濃縮至纈氨酸含量20-35％，然后降至室溫，離心、干燥得到纈氨酸產(chǎn)品；以上脫色條件為pH5.5-7.5，溫度50-80℃，時(shí)間0.5-3h，脫色后料液透光≥99％；5)膜的再生微濾膜再生用的酸為1-2％硝酸，堿為1-2％液堿；超濾膜和反滲透膜再生用的酸為0.5-1％鹽酸，堿為0.5-1％液堿；將堿洗水和酸洗水中和后合并中間的洗膜軟水進(jìn)入反滲透，得到濃縮鹽和純凈水，濃縮鹽經(jīng)烘干制成粗鹽回用生產(chǎn)，純凈水回用于生產(chǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全膜提取纈氨酸的方法，其特征是所述步驟l)中的微濾膜， 為陶瓷材質(zhì)微濾膜，其截留分子量為8000-500000MWCO，孔徑0.05 - lO(am;步驟2 )中的 超濾膜為PAN、PVDF、PC、PES、 PP、PE復(fù)合膜中的一種，其截留分子量為300- 5000MWCO， 孔徑5-100nm;步驟3 )中的反滲透膜為PAN、 PVDF、 PC、 PES、 PP、 PE復(fù)合膜中的一 種，最優(yōu)選的是對NaCl截留率為95%以上的PVDF復(fù)合膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全膜提取纈氨酸的方法，屬于纈氨酸生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，其要點(diǎn)是纈氨酸發(fā)酵液通過微濾膜過濾，得到發(fā)酵液的微濾透析液和菌體蛋白；再經(jīng)超濾膜顧慮，得到超濾透析液和濃縮液，濃縮液經(jīng)烘干后用來生產(chǎn)飼料蛋白；然后再經(jīng)反滲透膜濃縮，得到反滲透濃縮液和純凈水，純凈水直接回用于生產(chǎn)；最后經(jīng)濃縮結(jié)晶得到纈氨酸產(chǎn)品。本發(fā)明大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，減少了廢水的排放，提高了工作效率，在整個(gè)纈氨酸的提取工藝過程中實(shí)現(xiàn)了自動化控制和清潔生產(chǎn)，是一種全部采用膜組件來完成的一種新技術(shù)新工藝。同時(shí)，在膜的再生整個(gè)過程中綜合利用酸、堿洗水，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。
文檔編號C07C227/00GK101434553SQ20081015968
公開日2009年5月20日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者鑫 包, 麗 周, 徐國華, 林永賢, 王文風(fēng), 白紅兵 申請人:山東阜豐生物科技開發(fā)有限公司