三级膜串联提取分离L-异亮氨酸的方法 【技术领域】
本发明属于氨基酸生产技术领域，具体涉及一种三级膜串联提取分离L-异亮氨酸的方法。
背景技术
L-异亮氨酸是三种支链氨基酸之一，因其特殊的结构和功能，在人类生命代谢中占有特别重要的地位。哺乳动物体自身不能合成L-异亮氨酸，所以，作为人体必需的8种氨基酸之一，成年人每天需要从外界摄取20mg/kg(体重)的L-异亮氨酸。L-异亮氨酸是合成人体激素、酶类的原料，具有促进蛋白质合成和抑制其分解的效果，能提高生长激素和胰岛素水平，有强化肝功能、恢复肌肉疲劳等作用。因此，在食品和医药行业具有广泛的应用及商业价值。同时，由于L-异亮氨酸和L-缬氨酸凝胶具有带正电的端基，是新型低分子量凝胶，不仅可以使纯水和含有无机酸或盐的水溶液成凝胶而且可以使有机溶剂和油成胶状，进而形成水凝胶，其在生物医药、组织工程、光化学、电化学、食品工业、化妆品等领域已被广泛运用。
微生物发酵法是目前生产L-异亮氨酸最主要的方法，在发酵过程中加入的物料不能完全被利用，因此在发酵结束时，发酵液中除主要产物外还有蛋白质、糖类物质、无机盐、菌体、色素等，从而导致L-异亮氨酸提取非常困难。L-异亮氨酸地提取常用的方法有离子交换法和溶剂萃取法，这些传统的方法存在劳动密集、能耗高、有机废水排量大、环境污染高的问题，其产品收率仅在50-60％左右。
在生产工艺中采用无相变、低能耗、环境好的膜分离技术从发酵液中分离纯化L-异亮氨酸，是氨基酸工业技术进步中一大突破。将超滤和纳滤膜分离技术应用于提取分离L-异亮氨酸已有先例，但是采用“微滤→超滤→反渗透”三级膜串联分离提取分离L-异亮氨酸的技术，还未见报道。
【发明内容】
本发明的目的是解决现有技术存在劳动密集、能耗高、有机废水排量大、环境污染严重和产品收率低的技术问题，提供一种三级膜串联提取分离L-异亮氨酸的方法。
为了实现上述目的，本发明按下述工艺步骤进行：
1)微滤过滤：将L-异亮氨酸发酵液通过微滤膜，微滤所用膜为陶瓷膜，孔径为0.02-1μm，操作温度为1-80℃，工作压力：进压为1-6bar，出压为1-3bar，微滤除去发酵液中的菌体和大分子蛋白物质，得到微滤透析液和高浓度菌体蛋白，菌体蛋白经烘干后作为优质菌体蛋白出售；
2)超滤过滤：将步骤1)所得的微滤透析液通过超滤膜，超滤所用膜选用PAN、PVDF、PC、PES、PP、PE复合膜中的一种，其截留分子量为2000-100000，操作温度为1-50℃，工作压力：进压为1-10bar，出压为1-6bar，过滤除去色素、胶体和大分子物质，得到超滤透析液和浓缩液，浓缩液经烘干处理后用来生产生物发酵肥；
3)反渗透浓缩：将步骤2)所得的超滤透析液通过反渗透膜，反渗透膜选用PAN、PVDF、PC、PES、PP、PE复合膜中的一种，截留标准：对NaCl截留率为95％以上，操作温度为1-50℃，工作压力：进压为1-40bar，出压为0.5-36bar，得到反渗透浓缩液和纯净水，纯净水直接回用于生产；
4)将步骤3)所得的反渗透浓缩液经过脱色、浓缩、结晶、离心后获得粗品，将所得粗品配制成饱和水溶液，再次经过脱色、浓缩、结晶、离心并同时用乙醇漂洗、干燥后获得优质L-异亮氨酸产品。
本发明利用三级膜串联技术提取分离L-异亮氨酸的方法，与现有技术相比具有以下优点：
1、膜设备占地面积小，可自动化控制和连续生产，大幅提高生产效率，操作及维护简单，工艺简化，操作简便，成本较低。
2、采用微滤除菌体，无需加入助滤剂或絮凝剂，符合环保要求的同时提高菌体蛋白副产物的品质，增加副产物经济效益。
3、采用超滤去除色素、胶体和大分子物质，膜的过滤精度高，膜过滤后L-异亮氨酸发酵液透光率达90％以上，杂质含量少，从而使产品收率以及质量大幅提高。
4、采用反渗透膜实现冷浓缩，避免高温下色素的再生；同时，过程中产生纯净水可直接回用于生产作为配料用水，节能减排效果显著。
5、本发明不使用离子交换工序，使用三级膜串联技术避免产生高浓度有机废水以及大量酸碱的使用，有效实现环境友好、绿色生产。
【具体实施方式】
下面通过对三级膜串联提取分离L-异亮氨酸的方法的具体实施例的详细描述进一步阐述本发明，但实施例不是对本发明的限制。
实施例
1)微滤过滤：将含量为1.57％的1900kg L-异亮氨酸发酵液通过微滤过滤，微滤过滤所用的膜材料是孔径为0.05μm的陶瓷膜，操作温度为50℃，进压为3bar，出压为1bar，得到300kg浓缩液和清液1600kg，将浓缩液加纯水600kg后微滤过滤，获得600kg洗脱液，发酵液滤前透光率为4.8％，将滤后清液和洗脱液合并即为微滤透析液2200kg，透光率为81.8％，滤后蛋白直接烘干，菌体蛋白收率为95％；
2)超滤过滤：将步骤1)所得微滤透析液2200kg通过超滤过滤，超滤所用的膜材料是截留分子量为30000的PVDF的超滤膜，操作温度为40℃，进压为7bar，出压为2bar，得到150kg超滤浓缩液和超滤透析液2350kg，超滤透析液其中包括洗脱液300kg，透析液的透光率为95.6％；
3)反渗透浓缩：将步骤2)所得超滤透析液2350kg通过反渗透浓缩，反渗透所用的膜材料是截留NaCl为95％的PVDF反渗透膜，操作温度为40℃，进压为18bar，出压为7bar，得到反渗透浓缩液900kg和1450kg的纯净水；
4)将步骤3)所得反渗透浓缩液经过脱色、浓缩、结晶、离心后获得L-异亮氨酸粗品，将所得粗品配制成饱和水溶液，再次经过脱色、浓缩、结晶、离心并同时用乙醇漂洗、干燥后获得优质L-异亮氨酸产品24.67Kg。
脱色、浓缩、结晶、离心、乙醇漂洗、烘干工序，属于氨基酸提纯常规工艺。
上述实施例其产品收率达82.7％。