專利名稱：由發(fā)酵液回收堿性氨基酸的方法Ⅱ的制作方法
由發(fā)酵液回收堿性氨基酸的方法II本發(fā)明涉及一種由產(chǎn)生堿性氨基酸的微生物菌林的發(fā)酵肉湯制備堿性 氨基酸的方法。堿性氨基酸如L-賴氨酸、L-組氨酸、L-精氨酸和L-鳥氨酸主要通過微 生物的發(fā)酵方法制備(如參見Axel Kleemann等人，"Amino acids", "UllmaniTs Encyclopedia of Industrial Chemistry", CD-ROM第5版，1997 年，Wiley-VCH及其中引入的文獻(xiàn)；Th. Hermann, J. Biotechnol. 104 (2003)， 155-172及其中引入的文獻(xiàn)；Pfefferle等人，Adv. Biochem. Eng./Biotechnology，巻79 (2003)， 59-112及其中引入的文獻(xiàn)，以及Atkinson 等人,Biochemical Engineering and Biotechnology Handbook (生化工禾呈和 生物技術(shù)手冊(cè))，第二版，Stockton Press, 1991年，第20章及其中引入的 文獻(xiàn))。在所述發(fā)酵方法的情形下，主要獲得除了從所用的微生物中產(chǎn)生的所 需堿性氨基酸和生物質(zhì)以外還包含多種副產(chǎn)物和雜質(zhì)如其它氬基酸、基質(zhì) (substrate)殘?jiān)?、鹽類、溶胞作用產(chǎn)物和其它副產(chǎn)物的含水發(fā)酵肉湯。由發(fā)酵肉湯制備堿性氨基酸，及它的純化經(jīng)常使用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換 劑進(jìn)行(例如參見Th. Hermann,見上；Atkinson等人，見上)。為此目的， 在除去微生物和其它不溶性組分(生物質(zhì))之前或之后，將含水發(fā)酵肉湯用 強(qiáng)酸例如硫酸酸化至pH低于2，以使得堿性氨基酸以二價(jià)陽(yáng)離子存在。然 后將酸化的含水肉湯通過脧基團(tuán)呈鹽形式，如鈉鹽或氨鹽形式的強(qiáng)酸性陽(yáng) 離子交換劑，結(jié)果是堿性氨基酸二價(jià)陽(yáng)離子被吸附到離子交換樹脂上。之 后，加載有堿性氛基酸的陽(yáng)離子交換劑通常用水洗滌以除去雜質(zhì)。然后堿 性氨基酸用稀釋的堿性水溶液例如氫氧化鈉溶液、氨水或含7K銨緩沖液處 理洗脫，同時(shí)再生陽(yáng)離子交換劑的鹽形式。由如此制得的洗出液，如果合 適的話，在酸化該洗出液后，將堿性M酸以傳統(tǒng)的方式如結(jié)晶進(jìn)行分離。當(dāng)然，當(dāng)陽(yáng)離子交換劑加載堿性M酸的二價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，流出的液體
(流出液)具有高的鹽濃度，因此也經(jīng)常稱作高密度廢水(HDWW)。而且如 果合適的話，隨后的洗滌步驟產(chǎn)生了大量的具有鹽加載的水(低密度廢水 (LDWW))。為了降低鹽加載，這些廢水必須進(jìn)行復(fù)雜的廢水處理?？蛇x擇 地，可將鹽廢水脫水且可將所得的濃縮液處理掉或用于其它用途。然而， 考慮到裝置和高的能量消耗，兩種措施都伴隨著額外的費(fèi)用，因此相當(dāng)大 的程度歸因于有發(fā)酵能力的JL^酸的制備成本。因此已經(jīng)不乏有嘗試以降 低通過在包含堿性氨基酸的發(fā)酵肉湯的陽(yáng)離子交換劑的后處理中產(chǎn)生的鹽 加載和廢水量。另一個(gè)缺點(diǎn)是在酸化時(shí)發(fā)生沉淀的形成，其中沉淀的形成可導(dǎo)致堵塞 陽(yáng)離子交換設(shè)備。而且，需要額外的洗滌步驟以由陽(yáng)離子交換材料除去雜 質(zhì)。US 4,714,767描述了一種通過多個(gè)串接的陽(yáng)離子交換柱的設(shè)備由含水 肉湯分離出堿性氛基酸的多級(jí)方法，其中將在加載第一個(gè)柱子時(shí)產(chǎn)生的流 出液的最后部分重新循環(huán)至隨后分離的加載操作。還提出將第一個(gè)柱子的 洗出液的最后部分重新循環(huán)至隨后分離的洗脫過程。以此方式，水量減少， 但鹽加載沒有減少。為了降低龐7JC量,Hsiao等人,Biotechnology and Bioengineering， 巻 49 (1996) ， 341-347提出向發(fā)酵培養(yǎng)基中再循環(huán)在陽(yáng)離子交換劑上產(chǎn)生的含 鹽流出液。結(jié)果是除了在發(fā)酵培養(yǎng)基中積聚通常在微生物代謝中作為副產(chǎn) 物形成的發(fā)酵抑制劑的風(fēng)險(xiǎn)以外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在此情形下，陽(yáng)離子交換劑的 結(jié)合能力降低，使得由降低廢水量實(shí)現(xiàn)的節(jié)省費(fèi)用被更大的陽(yáng)離子交換設(shè) 備的成本所消耗。為了降低在含賴氨酸的發(fā)酵肉湯的后處理中的鹽加載，I. Lee等人， Enzyme and Microbiol. Technol. 30 (2002)， 798-803提出4吏用離子排斥色 鐠法代替常用的陽(yáng)離子交換劑。為此，首先通過微量過濾法除去發(fā)酵肉湯 的固含量。將所得的含賴氨酸的含水肉湯調(diào)節(jié)到等電點(diǎn)(pH9.74)，然后使 其通過陽(yáng)離子交換劑。由于肉湯的離子組分沒有被吸收，因此這些組分在 流出液中被回收。然后將氨基酸用水洗脫。然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大于卯％的L-賴氨酸的高回收率只有在含賴氨酸的進(jìn)料速和通流速率都低時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。
因此盡管是更低的鹽加栽，但該實(shí)施方案是不經(jīng)濟(jì)的。因此本發(fā)明的目的是提供一種由產(chǎn)生堿性氨基酸的微生物菌林的發(fā)酵 肉湯制備堿性氛基酸的方法。該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)所述的缺點(diǎn)，尤其是 允許減少洗滌水和降低所產(chǎn)生鹽量，且同時(shí)能夠高效地進(jìn)行，即允許甚至 在高加載和流動(dòng)速率時(shí)的堿性氛基酸的高回收速率。令人吃驚地發(fā)現(xiàn)該目的通過如下一種方法實(shí)現(xiàn)，其中a) 用在水中于25。C下的pKa為2 5的酸將發(fā)酵肉湯酸化，和b) 通過用在步驟a)中獲得的肉湯連續(xù)加載呈鹽形式的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交 換劑的單級(jí)或多級(jí)串聯(lián)設(shè)備并用堿性洗脫液洗脫堿性氨基酸而從步 驟a)中獲得的含水肉湯中分離出堿性氨基酸。因此，本發(fā)明涉及在此處和權(quán)利要求書中給出的由產(chǎn)生堿性氨基酸的 微生物菌林的發(fā)酵肉湯制備堿性氣基酸的方法。本發(fā)明方法具有許多優(yōu)點(diǎn)首先，考慮到步驟a)中所選擇的酸，不會(huì) 發(fā)生明顯的可堵塞陽(yáng)離子交換劑并因而增加洗滌水需求的雜質(zhì)的沉淀。此 外，在本發(fā)明方法中產(chǎn)生的鹽量和因而廢水的鹽加載低于其中將陽(yáng)離子交 換劑用于由發(fā)酵肉湯分離出和制備堿性氨基酸的現(xiàn)有技術(shù)的方法。另外， 甚至在陽(yáng)離子交換劑的高加載和高通流速率時(shí)也能獲得通常大于95%的 堿性氨基酸的高產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明，在第一步中，發(fā)酵肉湯用在25°C的pKa為2~5、尤其 是3 4的酸酸化。不用說所用的酸是惰性的，即除質(zhì)子化作用之外，在待 分離的M酸中不會(huì)引起化學(xué)變化。合適的酸的實(shí)例包括磷酸，優(yōu)選具有1-6個(gè)碳原子的有機(jī)單羧酸，如 甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸，優(yōu)選具有2-6個(gè)碳原子的二羧酸，如草 酸、丙二酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸和山梨 酸，優(yōu)選具有1-3個(gè)氯基并具有至少1個(gè)如1、 2、 3或4個(gè)羥基的羥基羧 酸，如檸檬酸、乙醇酸和乳酸，以及這些酸的混合物。優(yōu)選該酸選自所述 有機(jī)羧酸和羥基羧酸。在本發(fā)明尤其優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述酸是曱酸。酸用量的選擇優(yōu)選應(yīng)使得肉湯中產(chǎn)生的pH為3.5~6.0,尤其是pH為 4.0-5.5。對(duì)于酸化而言，每千克發(fā)酵肉湯優(yōu)選使用0.05 2mol的酸，尤其
是0.1 1 mol的酸，特別是0.15~0.5 mol的酸。如果合適的話，在酸化之前或之后，部分或者主要量的微生物和如果 合適的話，存在于發(fā)酵肉湯中的其它固體可由發(fā)酵肉湯中分離出。原則上 分離這些組分不是必須的。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，不分離出 這些組分，陽(yáng)離子交換設(shè)備直接用酸化的含水肉湯加載。如果需要的話，微生物和其它固體組分的分離可通過包括餅式過濾和 深度過濾、交叉流過濾在內(nèi)的過濾，通過如超濾和孩i量過濾法的膜分離方 法，通過離心和潷析，通過使用旋液分離器的分離微生物的通常方式或以 其它方式進(jìn)行。在分離之前，已經(jīng)證實(shí)^f紋酵肉湯中的微生物失活(殺菌發(fā) 酵肉湯)是有用的，例如通過通常的巴氏殺菌方法如通過引入熱量和/或熱 蒸汽。為此，可使用傳統(tǒng)的熱交換器，例如殼管式熱交換器或板式熱交換 器。然后在步驟b)中，由步驟a)中獲得的含水肉湯，使用陽(yáng)離子交換設(shè)備 將堿性M酸分離出。根據(jù)本發(fā)明，步驟b)中的分離包括至少一個(gè)其中堿 性氨基酸被吸附到強(qiáng)酸性離子交換劑上的加載步驟，和至少一個(gè)其中堿性 氨基酸由離子交換劑上脫附的洗脫步驟。這些步驟可以述及的順序重復(fù)幾 次，且在這些步驟之間，可進(jìn)行用水的洗滌步驟。本發(fā)明方法使用的陽(yáng)離子交換設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)，如2、 3或4個(gè)串 接的級(jí)，后者通常呈包含一種或多種強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑作為固定相的離 子交換柱的形式。作為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑，原則上可考慮具有強(qiáng)酸性基團(tuán)，通常是磺 團(tuán)(Sulfonatgruppen)的所有離子交換樹脂。通常這些交換劑是經(jīng)?；?于聚苯乙烯的粒狀的、中度或重度交聯(lián)的有機(jī)聚合物，在該聚合物顆粒的 表面上具有多個(gè)強(qiáng)酸性基團(tuán)。酸基團(tuán)的平均數(shù)通常是1 4 meq/ml的離子交 換樹脂。離子交換顆粒的平均顆粒尺寸通常是0.1 lmm，取決于離子交換 設(shè)備的尺寸設(shè)計(jì)，更大和更小的顆粒尺寸也能夠是合適的。聚合物顆?？?以是例如凝膠狀或具有大孔的結(jié)構(gòu)體。所述的離子交換劑是已知的且一些可商購(gòu)用于純化氨基酸，例如購(gòu)自 Bayer Aktiengesellschaft的商品名為L(zhǎng)ewatit K或Lewatit S的產(chǎn)品，
如Lewatit K 2629、 Lewatit SI 10、 Lewatit SI 1 OH 、 Lewatit SI467、 Lewatit S1468、 Lewatit S2568, Lewatit S2568H;購(gòu)自Rohm & Haas 的Amberjet⑧、Amberlyst⑧或Amberlite⑧，如Amber jet 1200、 Amberjet 1500、 Amberlite 200、 Amberlite 250、 Amberlite IRV120、 Amberlite IR 120、 Amberlite IR 200C、 Amberlite CG 6000、 Amberlyst 119 Wet;購(gòu)自Dow Chemicals的Dowex ,力口 Dowex 50X1-100、 Dowex 50X2-100、 Dowex 50X2-200、 Dowex 50X2-400、 Dowex 50X4-100、 Dowex 50X4-200、 Dowex 50X4-400、 Dowex 50X8-100、 Dowex 50X8-200、 Dowex 50X8-400、 Dowex 40X1-100、 Dowex 40X1-100、 Dowex 40X1-100、 Dowex HCR-S、 Dowex HCR國(guó)W2、 Dowex MSC陽(yáng)l、 Dowex 650C、 Dowex G26、 Dowex 88、 Dowex Mo謂phere 88、 Dowex Monosphere 99K/320、 Dowex Mo畫phere 99K/350、 Dowex Monosphere 99Ca/320、 Dowex Marathon C、 Dowex 032、 Dowex 406、 Dowex 437、 Dowex C500ES、 Dowex XUS 43518、 Dowex XUS 40406.00;購(gòu)自Mitsubishi Corp.的Diaion ,如Diaion SKIB、 Diaion SKIBS、 Diaion SK104、 Diaion SK112、 Diaion SK116、 Diaion 1-3561、 Diaion 1-3565、 Diaion 1-3570、 Diaion 1-3573、 Diaion 1-3577、 Diaion 1-3581、 Duolite D 5427、 Duolite D 5552(有機(jī)基陽(yáng)離子交換劑)， 以及另外還有Adsorbosphere SCX、 Bakerbond SCX、 Partisi條SCX、 Spherisorb SCX、 Supelcosil LC3-SCX、 Ultralsil SCX和Zorbax 300scx(二氧化珪基陽(yáng)離子交換劑)。陽(yáng)離子交換設(shè)備可分批操作，于是具有一個(gè)或多個(gè)如2、 3或4個(gè)串接 的固定的離子交換固定床。它也可連續(xù)操作，于是通常具有5 50、尤其是 15~40個(gè)離子交換床，其可以是例如"真實(shí)移動(dòng)床"設(shè)備(參見K. Tekeuchi J. Chem. Eng. Japan 11 (1978， 216-220)、"連續(xù)循環(huán)環(huán)"設(shè)備(參見J.P. Martin, Discuss. Farraday Soc. 1949， 7)或者描述在例如US 2，985，589、 WO 01/72689和G.J. Rossiter等人Proceedings of AIChE Conference, Los Angeles, CA, 1991年11月，或者H.J. Van Walsem等人J. Biochtedmol. 59 (1997)， 127-123中的"模擬移動(dòng)床"設(shè)備中的組件。
在用待分離出的堿性氨基酸加載陽(yáng)離子交換劑之前，在離子交換設(shè)備 中包含的陽(yáng)離子交換材料呈其鹽形式，即陽(yáng)離子交換劑的強(qiáng)酸性基團(tuán)呈脫 質(zhì)子化形式并與相應(yīng)數(shù)量的陽(yáng)離子配合給出電荷中性。通常陽(yáng)離子是堿金屬陽(yáng)離子，尤其是鈉離子，或者特別優(yōu)選銨離子(NH4+)。為了用堿性氨基酸加載陽(yáng)離子交換劑，使酸化的含水肉湯以通常方式 通過陽(yáng)離子交換設(shè)備。該加載不僅可以下降方式進(jìn)行，而且也可以上升方 式進(jìn)行，優(yōu)選前者。加載優(yōu)選以0.1h-1 211-1的比流速進(jìn)行。加載優(yōu)選以 20~70°C、尤其是30~60°C的溫度進(jìn)行。通常選擇含水肉湯的用量以使得 存在于含水肉湯中的堿性M酸至少35%、尤其至少42%被吸附。含水肉 湯的量通常M體積量的0.8 2倍。取決于吸附程度，在陽(yáng)離子交換設(shè)備 的出口產(chǎn)生的流出液可仍然包含堿性氨基酸，以使得如果合適的話，在調(diào) 整pH后，可將流出液在隨后級(jí)通入離子交換劑。加載過程后可為洗滌步驟。為此，將水通過陽(yáng)離子交換i殳備。在該級(jí)， 洗滌水量通常是床體積的0.05-0.3倍。所得的洗滌水可包含少量的堿性氨 基酸且然后可與加載產(chǎn)生的流出液混合。與現(xiàn)有技術(shù)的方法比較，所述的 洗滌步驟不是必須的，使得本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案不包括洗滌步驟且 洗脫在加栽后直接進(jìn)行。在加載步驟或者如果合適的話進(jìn)行的洗滌步驟后為堿性氨基酸的洗 脫。為此將堿水溶液(洗脫劑)通過陽(yáng)離子交換設(shè)備。結(jié)果堿性氨基酸被解 吸和洗脫，陽(yáng)離子交換劑再生，即陽(yáng)離子交換劑的酸性基團(tuán)被轉(zhuǎn)化回鹽形 式。洗脫劑中的堿濃度通常是1~10%重量，尤其是2~8%重量。合適的堿 是例如氨、堿金屬氫氧化物和堿金屬碳酸鹽，優(yōu)選氫氧化鈉溶液，尤其優(yōu) 選氨。堿水溶液的量通常M體積量的0.5~3倍。關(guān)于溫度和流速，適用 對(duì)加載所述。洗脫不僅可以上升方式進(jìn)行，而且可以下降方式進(jìn)行。洗脫可以與加載同樣的方向進(jìn)行或者以與^目反的方向進(jìn)行。如果合適的話，洗脫后可進(jìn)行其它的洗滌步驟以除去存在的雜質(zhì)。為 此，將水通過陽(yáng)離子交換設(shè)備。該級(jí)的洗滌水量通常M體積的0.05~0.3 倍。洗滌步驟中產(chǎn)生的流出液作為低鹽加載的廢水進(jìn)料給通常的廢水處理 或者其它的后處理。
洗脫產(chǎn)生的洗出液以通常方式后處理以制備氨基酸。為此，通常將洗 出液如以傳統(tǒng)的蒸發(fā)器i殳備除去水而濃縮。
以上述方式，獲得濃縮的堿性氨基酸水溶液，由該溶液，將堿性M 酸以鹽酸鹽形式通過沉淀或結(jié)晶分離，例如在加入鹽酸后通過沉淀或結(jié)晶 分離。實(shí)現(xiàn)此目的的方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，且大量地描述在文獻(xiàn)中(如Hermann, T.氨基酸由棒桿菌的工業(yè)生產(chǎn)，J. of Biotechnology, 104(2003)， 155-172)。
濃縮中產(chǎn)生的含水濃縮液可丟棄或者再循環(huán)到該方法中。例如，可將 濃縮液再循環(huán)至在隨后的氨基酸分離中的堿性氨基酸的洗脫步驟中。為此 優(yōu)選的是，用堿水溶液洗脫后，將濃縮液通過陽(yáng)離子交換設(shè)備。所得的流 出液經(jīng)常仍然包含少量的堿性氨基酸并通常再循環(huán)至隨后的M酸分離的 洗脫中。
本發(fā)明方法原則上可用于所有堿性氛基酸的分離，尤其是天然氨基酸 如賴氨酸、鳥氨酸、組氨酸或精氨酸，尤其用于分離發(fā)酵產(chǎn)生的L-賴氨酸。發(fā)酵方法的類型還有用于產(chǎn)生氨基酸的微生物菌林的類型對(duì)本發(fā)明方 法不重要，因而本發(fā)明方法適于由任何所需發(fā)酵肉湯中分離堿性M酸。 通常而言，涉及這樣一類方法，其中將產(chǎn)生所需堿性氨基酸的微生物菌林 在發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，所述發(fā)酵培養(yǎng)基包含作為基質(zhì)(substrate)的至 少一種碳源如糖蜜和/或原糖，和氮源如氨或氨鹽如疏酸銨，還有如果合適 的話礦物和^:量元素。這些基質(zhì)組分可以本身使用或以復(fù)合混合物形式如 玉米漿使用。
微生物菌株的類型顯然取決于待制備的氨基酸類型。通常這些是超量 產(chǎn)生所需堿性氨基酸的菌林。在L-賴氨酸、鳥氨酸和組氨酸的情形下，這 些微生物菌林通常是棒桿菌(Cor戸W"cten'"附)或短桿菌(5"v幼"cteW"附)屬 的菌林，^口谷氨酸才奉桿菌(0/jwe6flcter/"附g/wto附f'cw/M)或丑rev幼acter/"附 /acto/er附e"似附，在精氨酸的情形下，是枯草芽孢桿菌(5a"7/附sn6說/s)或 Bi^v幼acteW"附/7"vw附的菌林，然而最近可4吏用其它種的菌林。
通常而言，發(fā)酵進(jìn)行至堿性M酸在發(fā)酵肉湯中的含量為50 200 g/L， 尤其是80-150 g/L。生物質(zhì)，即微生物(作為生物干物質(zhì)(Biotrockenmasse))
和生物來源的其它不溶組分(如葡萄糖源的纖維素纖維)的含量通常是3~7%重量。此外，發(fā)酵肉湯通常進(jìn)一步包含剩余量的基質(zhì)，如未消耗的糖 (通常小于40g/L)，還有發(fā)酵的副產(chǎn)物，如酸性或中性氨基酸，或其它堿 性M酸、肽等。PH經(jīng)常為刈至7.5,尤其是6.2 7.2。此外，發(fā)酵肉湯 通常進(jìn)一步包含剩余量的基質(zhì)，如未耗盡的糖(通常小于40g/L)，還有發(fā) 酵的副產(chǎn)物，如酸性或中性氣基酸，或其它堿性氛基酸、肽等。發(fā)酵方法可連續(xù)進(jìn)行，或者作為分批或者進(jìn)料分批(Fed-Batch)方法而 分批進(jìn)行。通常該方法涉及由進(jìn)料-分批方法制備的發(fā)酵肉湯，所述方法即 為，大多數(shù)基質(zhì)在發(fā)酵過程中供入到含微生物的肉湯中。所述方法和合適的微生物菌抹是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，如由本文開 頭所引用的現(xiàn)有技術(shù)(尤其參見Pfefferle等人和Th. Herrmann,見上)，還 有WO 95/16042、 WO 96/06180、 WO 96/16042、 WO 96/41042、 WO 01/09306、 EP-A 175309、 EP國(guó)A 327945、 EP-A 551614、 EP畫A 837134、 US 4346170、 US 5305576、 US 6025165、 US 6653454、 DE 253199、 GB 851396、 GB 849370和GB 1118719 (L-賴氨酸的制備)、EP-A 393708、 GB 1098348、 US 3668072、 US 3574061、 US 3532600、 US 2988489、 JP 2283290、 JP 57016696(L-鳥氨酸)、US 3902967、 US 4086137、 GB 2084566 (精氨酸)、 US 3875001和US 3902966(組氨酸)獲知。進(jìn)行和控制所述發(fā)酵的措施技術(shù)上對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟悉的并可在 相關(guān)文獻(xiàn)中找到，例如Storhas(參見如上)和J,E. Bailey等人，Biochemical Engineering Fundamentals,第2版，MacGraw-Hill 1986，第9章。本發(fā)明將通過下述表明本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案且不應(yīng)理解為限制 的實(shí)施例和比較例進(jìn)行描述。所用縮寫HDWW: 高密度廢水 LDWW:低密度廢水 ID: 內(nèi)徑 H: 高度Lys-HCl: L-賴氨酸單鹽酸鹽BV: 床體積(設(shè)備中陽(yáng)離子交換劑的體積)SV: 比流速(以1 BV/H表示的流動(dòng)速率)
所用材料所有試驗(yàn)使用以本身已知的方式通過谷氨酸棒桿菌(Cg/i/to/m'ci/附)發(fā) 酵制備的含L-賴氨酸的發(fā)酵肉湯進(jìn)行。發(fā)酵肉湯中Lys-HCl的含量為 110-130 g/L和生物質(zhì)的含量(以生物干物質(zhì)計(jì)算)為2.5~3.5%重量。鹽含 量為3 5%重量。
陽(yáng)離子交換設(shè)備在比較例1和實(shí)施例1和2中，在每種情形中陽(yáng)離子交換設(shè)備使用加 載有3000 mL的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂的尺寸為125 mm(ID)x495 mm(H) 的圓柱。作為陽(yáng)離子交換劑，使用平均顆粒尺寸為約0.6 mm的且總?cè)萘?>2meq/mL的凝膠型磺化交聯(lián)聚苯乙烯(購(gòu)自韓國(guó)Samyang Co. Ltd.的 DIAIONSKIB)。陽(yáng)離子交換設(shè)備在使用前用6重量％強(qiáng)度的氨水平衡。
在實(shí)施例3中，用作陽(yáng)離子交換設(shè)備的是SepTor中試裝置(30-6型， Toms液體分離，荷蘭)，其加栽有22.8L的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂。作為 陽(yáng)離子交換劑，使用具有的平均顆粒尺寸為約0.6mm的且總?cè)萘?>2meq/mL的凝膠型磺化交聯(lián)聚笨乙烯(購(gòu)自韓國(guó)Samyang Co. Ltd.的 DIAION SK1B)。比較例1將賴氨酸含量為12.5%重量和生物質(zhì)含量為3%重量的發(fā)酵肉湯每 100g該肉湯使用5.8g的濃硫酸酸化至pH為1.5。將5.5L的經(jīng)酸化的發(fā) 酵肉湯于45°C的溫度下以lh"的比流速由陽(yáng)離子交換設(shè)備的底部通過頂 部。存在于所通過肉湯中的賴氨酸量對(duì)應(yīng)于每升離子交換樹脂為210 g的 Lys-HCl。之后，將柱子用3.4L的水以2 h"的比流速?zèng)_洗。然后使柱子 流空。收集所得的流出液并測(cè)定其中的賴氨酸量。由此，計(jì)算吸附的賴氨 酸量，為每升樹脂為95.7 g。然后，為了洗脫L-賴氨酸，將6 L的3 w/v。/。強(qiáng)度的氨水以1 IT1的比 流速由陽(yáng)離子交換設(shè)備的頂部通過底部。測(cè)定洗出液的賴氨酸含量。由此，基于吸附的Lys-HCl，計(jì)算回收率， 為98%。實(shí)施例1將賴氨酸含量為12.5%重量和生物質(zhì)分?jǐn)?shù)為3%重量的發(fā)酵肉湯每 100g該肉湯使用1 g的87重量％強(qiáng)度的甲酸酸化至pH為4.1。將5.5 L 的經(jīng)酸化的發(fā)酵肉湯于45。C的溫度下以lh"的比流速由陽(yáng)離子交換設(shè)備 的頂部通過底部。所通過肉湯中的賴氨酸量對(duì)應(yīng)于每升離子交換樹脂為 210g的Lys-HCl。收集所得的流出液并測(cè)定其中的賴氨酸量。由此，計(jì)算 吸附的賴氨酸量，為每升樹脂為88.2g。然后，為了洗脫L-賴氨酸，將6 L的3 w/vy。強(qiáng)度的氨水以1 h"的比 流速由陽(yáng)離子交換設(shè)備的頂部通過底部。用0.7 L的水以1 h"的比流速?zèng)_ 洗柱子。收集洗出液并測(cè)定賴氨酸含量。由此，基于吸附的Lys-HCl，計(jì)算回 收率，為98%。不需要洗滌步驟。實(shí)施例2將賴氨酸含量為12.5%重量和生物質(zhì)分?jǐn)?shù)為3%重量的發(fā)酵肉湯每 100g該肉湯使用3g的87重量y。強(qiáng)度的甲酸酸化至pH為3.6,并通過離 心分離出細(xì)胞物質(zhì)。所得的肉湯包含<0.5%重量的細(xì)胞。將4L該發(fā)酵肉 湯于45。C的溫度下以lh"的比流速由陽(yáng)離子交換設(shè)備的頂部通過底部。 所通過肉湯中的賴氨酸量對(duì)應(yīng)于每升離子交換樹脂為170 g的Lys-HCl。 收集所得的流出液并測(cè)定賴氨酸量。由此，計(jì)算吸附的賴氨酸量，為每升 樹脂為107 g。然后，為了洗脫L-賴氨酸，將6L的6w/vV。強(qiáng)度的氨水溶液于45。C 的溫度下以1 h"的比流速由陽(yáng)離子交換設(shè)備的頂部通過底部。測(cè)定洗出液的賴氨酸含量。由此，基于吸附的Lys-HCl,計(jì)算回收率，
為95%。 實(shí)施例3將賴氨酸含量為12.5%重量和生物質(zhì)分?jǐn)?shù)為3%重量的發(fā)酵肉湯每 100 g該肉湯使用6 g的87重量％強(qiáng)度的甲酸酸化至pH為3.2,并通過離 心分離出細(xì)胞物質(zhì)。所得的肉湯包含<0.5%重量的細(xì)胞。將19.1L該含水 肉湯于45°C的溫度下以0.36 h"的比流速由陽(yáng)離子交換設(shè)備的頂部通過底 部。所通過肉湯中的賴氨酸量對(duì)應(yīng)于每升離子交換樹脂為105g的 Lys-HCl。收集所得的流出液并測(cè)定賴氨酸量。由此，計(jì)算吸附的賴氨酸 量，為每升樹脂為100 g。然后，為了洗滌脫L-賴氨酸，將45.6 L的6 w/v。/o強(qiáng)度的氨水溶液于 45。C的溫度下以0.36 h"的比流速由陽(yáng)離子交換設(shè)備的頂部通過底部。測(cè)定洗出液的賴氨酸含量。由此，基于吸附的Lys-HCl,計(jì)算回收率， 為95%。
權(quán)利要求
1、一種由產(chǎn)生堿性氨基酸的微生物菌株的發(fā)酵肉湯制備堿性氨基酸的方法，其包括如下步驟a)用在水中于25℃下的pKa為2～5的酸將發(fā)酵肉湯酸化，和b)通過用在步驟a)中獲得的肉湯連續(xù)加載呈鹽形式的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑的單級(jí)或多級(jí)串聯(lián)設(shè)備并用堿性洗脫液洗脫堿性氨基酸而由步驟a)中獲得的含水肉湯分離出堿性氨基酸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述酸選自有機(jī)羧酸和羥基羧酸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述酸是甲酸。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中為了酸化，每kg發(fā)酵肉湯使 用0.05~2 mol的酸。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述的發(fā)酵肉湯酸化至pH 為3.5 6.0。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述離子交換劑的酸基團(tuán)在 加載之前以鈉鹽和/或氨鹽基團(tuán)的形式存在。
7、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述的堿性氨基酸用氨水或 氬氧化鈉溶液或其混合物進(jìn)行洗脫。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述的堿性氨基酸是賴氨酸。
9、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，額外包括通過由洗出液中結(jié)晶分 離堿性M酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由產(chǎn)生堿性氨基酸的微生物菌株的發(fā)酵液回收堿性氨基酸的方法。根據(jù)所述方法a)用在水中于25℃下的pK_s為2～5的酸將所述發(fā)酵液酸化，和b)通過用在步驟a)中獲得的肉湯連續(xù)加載呈鹽形式的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑的單級(jí)或多級(jí)串聯(lián)設(shè)備并隨后用堿性洗脫液洗脫堿性氨基酸而由步驟a)中獲得的含水液體分離出堿性氨基酸。
文檔編號(hào)C12P13/04GK101160406SQ200680012555
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者J-S·崔, S·H·金, T-H·金 申請(qǐng)人:巴斯福股份公司