一种从发酵液分离色氨酸的方法.pdf

本发明属氨基酸的分离提取技术领域。具体涉及一种从发酵液分离色氨酸的方法。本发明将微孔过滤除菌体、膜分离除胶体蛋白和色素等大分子有机物质、电渗析除无机盐、及反渗透浓缩等技术融为一体，创造一项全新的自发酵液分离色氨酸技术。按照本发明进行操作，色氨酸的收率可提高至90％以上，废水排放量与传统的离子交换法相比可降低85％以上，色氨酸产品的质量也大为提高，含量可达到99％以上。

1.  一种从发酵液分离色氨酸的方法。该工艺由下列步骤组成：
1)对含有色氨酸的发酵液进行除菌过滤，得到除菌过滤液；
2)对所得到的除菌过滤液进行初级膜分离，除去除菌过滤液中所含有的蛋白、色素等杂质，得到色氨酸清液；
3)对所得到的色氨酸清液进行电渗析脱盐处理，除去色氨酸清液中所含有的无机盐等杂质，得到色氨酸电渗析液；
4)对所得到的色氨酸电渗析液进行反渗透膜浓缩，得到色氨酸电渗析浓缩液；
5)对色氨酸电渗析浓缩液进行结晶处理，然后将结晶与母液分离、干燥，得到色氨酸粗结晶固体；
6)所得到的母液与色氨酸电渗析液合并，循环回用。

2.  如权利要求1所述的从发酵液分离色氨酸的方法，其特征在于除菌过滤在pH 1.5～7.0，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的过滤介质为孔径为100～450nm的微孔滤膜，膜材料可以是陶瓷等无机膜，也可以是聚醋酸纤维、聚砜、聚四氟乙烯等有机膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。

3.  如权利要求1所述的从发酵液分离色氨酸的方法，其特征在于初级膜分离在pH 1.5～7.0，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的膜为截流分子量为300～500Da的纳滤膜或20～50kDa的超滤膜，膜材料可以是陶瓷等无机膜，也可以是聚醋酸纤维、聚砜、聚四氟乙烯等有机膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。

4.  如权利要求1所述的从发酵液分离色氨酸的方法，其特征在于电渗析在pH 5.89～5.90，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。

5.  如权利要求1所述的从发酵液分离色氨酸的方法，其特征在于反渗透膜浓缩在pH 5.89～5.90，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的膜为反渗透膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。

6.  如权利要求1所述的从发酵液分离色氨酸的方法，其特征在于结晶在pH 5.89～5.90，温度为0～10℃，最好是0～5℃，的条件下进行。

7.  如权利要求1所述的从发酵液分离色氨酸的方法，其特征在于结晶与母液的分离方式可以是过滤、离心或抽滤。

8.  如权利要求1所述的从发酵液分离色氨酸的方法，其特征在于结晶的干燥方式可以是气流干燥、滚筒干燥或真空干燥。

一种从发酵液分离色氨酸的方法
技术领域
本发明涉及一种从发酵液分离色氨酸的方法，属氨基酸的分离提取技术领域。
背景技术
色氨酸是人体内8种必需氨基酸之一，由Hokinst于1902年首先从酪蛋白中水解分离获得，为α-氨基-β-吲哚丙酸，有L-型和D-型两种同分异构体。L-色氨酸又称为L-胰化蛋白酶氨基酸，是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸，分子式C₁₁H₁₂N₂O₂，分子量204.23，为白色或略带黄色叶片状结晶或粉末，水中溶解度1.14克(25℃)，溶于稀酸或稀碱，在碱中稳定，强酸中分解，微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚，对人和动物的生长发育、新陈代谢起重要的作用，被称为第二必需氨基酸，广泛应用于医药、食品和饲料等方面。在生物体内，从色氨酸出发可合成5-羟基色胺等激素以及色素、生物碱、辅酶、植物激素等生理活性物质，可预防和治疗糙皮病，同时具有消除精神紧张、改善睡眠效果等功效。色氨酸代谢失凋会引起糖尿病和神经错乱，因此在医学上被用作氨基酸注射液和复合氨基酸制剂。另外，由于色氨酸是一些植物蛋白中比较缺乏的氨基酸，用它强化食品和做饲料添加剂对提高植物蛋白质的利用率具有重要的作用，它是继蛋氨酸和赖氨酸之后的第三大饲料添加氨基酸。
目前，国内外报道的生产色氨酸的方法主要有蛋白水解提取法、化学合成法、微生物发酵法和酶促转化法四种，其中微生物发酵法是目前普遍采用的工业生产方法。
自发酵液中分离提取色氨酸，通常采用离子交换方法，将除去菌体的发酵液在特定的pH条件下上柱，让色氨酸吸附在离子交换柱上，随后用去离子水对离子交换柱充分洗涤，除去杂质，然后用洗脱液将色氨酸从离子交换柱上洗脱，得到色氨酸溶液，再经过结晶和干燥，得到色氨酸产品。该方法存在以下缺陷：①耗水量大，酸碱用量大，污染重；②色氨酸易氧化，收率不稳定；③粗色氨酸杂质多、色泽深，影响精制收率及产品质量。
能够克服这些缺陷，避免使用离子交换的工艺，国内外尚未见任何报道。
发明内容
本发明发明了一种从发酵液分离色氨酸的方法。较为独特的是，它充分考虑了即不影响色氨酸的得率和品质，又能够大幅减少生产用水的耗用量和废水排放量，对色氨酸等氨基酸生产的可持续发展的意义，在不影响色氨酸的得率和品质的前提下，将微孔过滤除菌体、膜分离除胶体蛋白和色素等大分子有机物质、电渗析除无机盐、及反渗透浓缩等技术融为一体，形成了一条全新的自发酵液分离色氨酸技术。这对于氨基酸工业的发展而言是至关重要的。
按照本发明进行操作，色氨酸的收率可提高至90％以上，废水排放量与传统的离子交换法相比可降低85％以上，色氨酸产品的质量也大为提高，含量可达到99％以上。
具体来说，首先，我们发现除去菌体后的除菌过滤液可以经纳滤或超滤处理，对其中所含有的胶体、蛋白、色素等大分子有机物质进行彻底的截流，除菌过滤液可被浓缩20倍以上，使其中的固形物含量达到10％以上，而不会造成膜的杜塞，得到品质极佳透过液-色氨酸清液。由此奠定有机杂质膜法去除的基础。
其次，我们发现电渗析脱盐技术和反渗透浓缩技术，经过精心的组合，可以达到无机盐的连续去除与色氨酸的连续浓缩的效果。
我们发现，除菌过滤应当在pH 1.5～7.0，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的过滤介质应当为孔径为100～450nm的微孔滤膜，膜材料可以是陶瓷等无机膜，也可以是聚醋酸纤维、聚砜、聚四氟乙烯等有机膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。初级膜分离应当在pH 1.5～7.0，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的膜为截流分子量应当为300～500Da的纳滤膜或20～50kDa的超滤膜，最好是纳滤膜，膜材料可以是陶瓷等无机膜，也可以是聚醋酸纤维、聚砜、聚四氟乙烯等有机膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。电渗析应当在pH 5.89～5.90，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。反渗透膜浓缩应当在pH 5.89～5.90，温度为0～100℃，最好是40～80℃，的条件下进行。所采用的膜为反渗透膜，膜组件的构型可以是管式膜、卷式膜、平板膜或中空纤维膜。结晶应当在pH 5.89～5.90，温度为0～10℃，最好是0～5℃，的条件下进行。结晶与母液的分离方式可以是过滤、离心或抽滤。结晶的干燥方式可以是气流干燥、滚筒干燥或真空干燥。
具体实施方式
下面的实例将具体说明本发明的操作方法，但不能作为对本发明的限定。
实例一
色氨酸含量3.16％，pH值4.5，残糖0.8％，NH₄⁺0.5mol/L的色氨酸发酵液300L，在65℃下，用220nm聚醋酸纤维微孔滤膜过滤，得到色氨酸含量3.16％的滤液298L，滤渣2.0kg。滤液在相同的温度和pH条件下用截流分子量为20kDa的中空纤维超滤膜超滤浓缩，得到固形物含量为10％的超滤浓缩液13L，和色氨酸含量3.16％的超滤透过液285L。将超滤透过液的pH值调至5.90，然后在85℃下用电渗析与卷式反渗透膜组合装置进行脱盐、浓缩处理，得到色氨酸含量6.3％的反渗透浓缩液142L。将反渗透浓缩液在30min内冷却至4℃，然后保温静置过夜，让色氨酸晶体析出，经真空抽滤，真空干燥，得到色氨酸固体7.9kg。经HPLC检验，其色氨酸含量达到99％。
实例二
色氨酸含量3.81％，pH值4.6，残糖0.8％，NH₄⁺0.5mol/L的色氨酸发酵液500L，在65℃下，用100nm聚醋酸纤维微孔滤膜过滤，得到色氨酸含量3.81％的滤液498L，滤渣2.0kg。滤液在相同的温度和pH条件下用截流分子量为300Da的卷式纳滤膜浓缩，得到固形物含量为12％的浓缩液21L，和色氨酸含量3.81％的透过液486L。将透过液的pH值调至5.89，然后在90℃下用电渗析与卷式反渗透膜组合装置进行脱盐、浓缩处理，得到色氨酸含量6.3％的反渗透浓缩液294L。将反渗透浓缩液在30min内冷却至4℃，然后保温静置过夜，让色氨酸晶体析出，经离心，收集晶体，真空干燥，得到色氨酸固体16.3kg。经HPLC检验，其色氨酸含量达到99％。