專(zhuān)利名稱(chēng)：一種從發(fā)酵液分離色氨酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從發(fā)酵液分離色氨酸的方法，屬氨基酸的分離提取技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
色氨酸是人體內(nèi)8種必需氨基酸之一，由Holcinst于1902年首先從酪蛋白中水解分離獲得，為a-氨基 -p-吲哚丙酸，有L-型和D-型兩種同分異構(gòu)體。L-色氨酸又稱(chēng)為L(zhǎng)-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C H12N202，分子量204.23，為白色或略帶黃色葉片狀結(jié)晶或粉末，水中溶解度 U4克(25'C)，溶于稀酸或稀堿，在堿中穩(wěn)定，強(qiáng)酸中分解，微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚，對(duì)人和動(dòng) 物的生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝起重要的作用，被稱(chēng)為第二必需氨基酸，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和飼料等方面。 在生物體內(nèi)，從色氨酸出發(fā)可合成5-羥基色胺等激素以及色素、生物堿、輔酶、植物激素等生理活性物質(zhì)， 可預(yù)防和治療糙皮病，同時(shí)具有消除精神緊張、改善睡眠效果等功效。色氨酸代謝失凋會(huì)引起糖尿病和神 經(jīng)錯(cuò)亂，因此在醫(yī)學(xué)上被用作氨基酸注射液和復(fù)合氨基酸制劑。另外，由丁色氨酸是一些植物蛋白中比較 缺乏的氨基酸，用它強(qiáng)化食品和做飼料添加劑對(duì)提高植物蛋白質(zhì)的利用率具有重要的作用，它是繼蛋氨酸 和賴(lài)氨酸之后的第三大飼料添加氨基酸。
目前，國(guó)內(nèi)外報(bào)道的生產(chǎn)色氨酸的方法主要有蛋白水解提取法、化學(xué)合成法、微生物發(fā)酵法和酶促轉(zhuǎn) 化法四種，其中微生物發(fā)酵法是目前普遍采用的工業(yè)生產(chǎn)方法。
自發(fā)酵液中分離提取色氨酸，通常采用離子交換方法，將除去菌體的發(fā)酵液在特定的pH條件下上柱， 讓色氨酸吸附在離子交換柱上，隨后用去離子水對(duì)離子交換柱充分洗條，除去雜質(zhì)，然后用洗脫液將色氨 酸從離子交換柱上洗脫，得到色氨酸溶液，再經(jīng)過(guò)結(jié)晶和干燥，得到色氨酸產(chǎn)品。該方法存在以下缺陷 ①耗水量大，酸堿用量大，污染重；②色氨酸易氧化，收率不穩(wěn)定；③粗色氨酸雜質(zhì)多、色澤深，影響精 制收率及產(chǎn)品質(zhì)量。
能夠克服這些缺陷，避免使用離子交換的工藝，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)任何報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明發(fā)明了一種從發(fā)酵液分離色氨酸的方法。較為獨(dú)特的是，它充分考慮了即不影響色氨酸的得率 和品質(zhì)，又能夠大幅減少生產(chǎn)用水的耗用量和廢水排量，對(duì)色氨酸等氨基酸生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展的意義， 在不影響色氨酸的得率和品質(zhì)的前提下，將微孔過(guò)濾除菌體、膜分離除膠體蛋白和色素等大分子有機(jī)物質(zhì)、 電滲析除無(wú)機(jī)鹽、及反滲透濃縮等技術(shù)融為一體，形成了一條全新的自發(fā)酵液分離色氨酸技術(shù)。這對(duì)于氨 基酸工業(yè)的發(fā)展而言是至關(guān)重要的。
按照本發(fā)明進(jìn)行操作，色氨酸的收率可提高至90o/。以上，廢水排放量與傳統(tǒng)的離子交換法相比可降低 85%以上，色氨酸產(chǎn)品的質(zhì)量也大為提高，含量可達(dá)到99%以上。
具體來(lái)說(shuō)，首先，我們發(fā)現(xiàn)除去菌體后的除菌過(guò)濾液可以經(jīng)納濾或超濾處理，對(duì)其中所含有的膠體、 蛋白、色素等大分子有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行徹底的截流，除菌過(guò)濾液可被濃縮20倍以上，使其中的固形物含量達(dá) 到10%以上，而不會(huì)造成膜的杜塞，得到品質(zhì)極佳透過(guò)液-色氨酸清液。由此奠定有機(jī)雜質(zhì)膜法去除的基 礎(chǔ)。
其次，我們發(fā)現(xiàn)電滲析脫鹽技術(shù)和反滲透濃縮技術(shù)，經(jīng)過(guò)精心的組合，可以達(dá)到無(wú)機(jī)鹽的連續(xù)去除與 色氨酸的連續(xù)濃縮的效果。
我們發(fā)現(xiàn)，除菌過(guò)濾應(yīng)當(dāng)在pH 1.5-7.0，溫度為0 100。C,最好是40 80。C，的條件下進(jìn)行。所采用的 過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)當(dāng)為孔徑為100-450 nm的微孔濾膜，膜材料可以是陶瓷等無(wú)機(jī)膜，也可以是聚醋酸纖維、聚 砜、聚四氟乙烯等有機(jī)膜，膜組件的構(gòu)型可以是管式膜、巻式膜、平板膜或中空纖維膜。初級(jí)膜分離應(yīng)當(dāng) 在pH 1.5-7.0，溫度為0~100°C，最好是40~80°<:，的條件下進(jìn)行。所采用的膜為截流分子量應(yīng)當(dāng)為300-500 Da的納濾膜或2(K50kDa的超濾膜，最好是納濾膜，膜材料可以是陶瓷等無(wú)機(jī)膜，也可以是聚醋酸纖維、 聚砜、聚四氟乙烯等有機(jī)膜，膜組件的構(gòu)型可以是管式膜、巻式膜、平板膜或中空纖維膜。電滲析應(yīng)當(dāng)在 pH 5.89-5.90,溫度為0 100。C，最好是40 80。C,的條件下進(jìn)行。反滲透膜濃縮應(yīng)當(dāng)在pH 5.89-5.90，溫度為0~100°C，最好是40~80°C，的條件下進(jìn)行。所采用的膜為反滲透膜，膜組件的構(gòu)型可以是管式膜、 巻式膜、平板膜或中空纖維膜。結(jié)晶應(yīng)當(dāng)在pH 5.89-5.90，溫度為0 10。C,最好是0 5。C,的條件下進(jìn)行。 結(jié)晶與母液的分離方式可以是過(guò)濾、離心或抽濾。結(jié)晶的干燥方式可以是氣流干燥、滾筒干燥或真空干燥。
具體實(shí)施例方式
下面的實(shí)例將具體說(shuō)明本發(fā)明的操作方法，但不能作為對(duì)本發(fā)明的限定。 實(shí)例一
色氨酸含量3.16%， pH值4.5,殘?zhí)?.8%, NH4+0.5mol/L的色氨酸發(fā)酵液300L，在65。C下，用220 nm聚醋酸纖維微孔濾膜過(guò)濾，得到色氨酸含量3.16yo的濾液298L,濾渣2.0kg。濾液在相同的溫度和pH 條件下用截流分子量為20 kDa的中空纖維超濾膜超濾濃縮，得到固形物含量為10%的超濾濃縮液13 L， 和色氨酸含量3.16%的超濾透過(guò)液285 L。將超濾透過(guò)液的pH值調(diào)至5.90，然后在85°C下用電滲析與巻 式反滲透膜組合裝置進(jìn)行脫鹽、濃縮處理，得到色氨酸含量6.3%的反滲透濃縮液142 L。將反滲透濃縮液 在30min內(nèi)冷卻至4。C,然后保溫靜置過(guò)夜，讓色氨酸晶體析出，經(jīng)真空抽濾，真空千燥，得到色氨酸固 體7.9kg。經(jīng)HPLC檢驗(yàn)，其色氨酸含量達(dá)到99%。
實(shí)例二
色氨酸含量3.81%， pH值4.6，殘?zhí)?.8%， NH4+0.5 mol/L的色氨酸發(fā)酵液500L，在65。C下，用100 nm聚醋酸纖維微孔濾膜過(guò)濾，得到色氨酸含量3.81。/。的濾液498L,濾渣2.0kg。濾液在相同的溫度和pH 條件下用截流分子量為300 Da的巻式納濾膜濃縮，得到固形物含量為12%的濃縮液21 L，和色氨酸含量 3.81%的透過(guò)液486 L。將透過(guò)液的pH值調(diào)至5.89，然后在90°C下用電滲析與巻式反滲透膜組合裝置進(jìn) 行脫鹽、濃縮處理，得到色氮酸含量6.3%的反滲透濃縮液294 L。將反滲透濃縮液在30 min內(nèi)冷卻至4°C， 然后保溫靜置過(guò)夜，讓色氨酸晶體析出，經(jīng)離心，收集晶體，真空干燥，得到色氨酸固體16.3 kg。經(jīng)HPLC 檢驗(yàn)，其色氨酸含量達(dá)到99%。
權(quán)利要求
1.一種從發(fā)酵液分離色氨酸的方法。該工藝由下列步驟組成1)對(duì)含有色氨酸的發(fā)酵液進(jìn)行除菌過(guò)濾，得到除菌過(guò)濾液；2)對(duì)所得到的除菌過(guò)濾液進(jìn)行初級(jí)膜分離，除去除菌過(guò)濾液中所含有的蛋白、色素等雜質(zhì)，得到色氨酸清液；3)對(duì)所得到的色氨酸清液進(jìn)行電滲析脫鹽處理，除去色氨酸清液中所含有的無(wú)機(jī)鹽等雜質(zhì)，得到色氨酸電滲析液；4)對(duì)所得到的色氨酸電滲析液進(jìn)行反滲透膜濃縮，得到色氨酸電滲析濃縮液；5)對(duì)色氨酸電滲析濃縮液進(jìn)行結(jié)晶處理，然后將結(jié)晶與母液分離、干燥，得到色氨酸粗結(jié)晶固體；6)所得到的母液與色氨酸電滲析液合并，循環(huán)回用。
2. 如權(quán)利要求1所述的從發(fā)酵液分離色氨酸的方法，其特征在于除菌過(guò)濾在pH 1.5~7.0，溫度為0~100°C, 最好是40 80。C，的條件下進(jìn)行。所采用的過(guò)濾介質(zhì)為孔徑為100~450 nm的微孔濾膜，膜材料可以 是陶瓷等無(wú)機(jī)膜，也可以是聚醋酸纖維、聚砜、聚四氟乙烯等有機(jī)膜，膜組件的構(gòu)型可以是管式膜、 巻式膜、平板膜或中空纖維膜。
3. 如權(quán)利要求1所述的從發(fā)酵液分離色氨酸的方法，其特征在于初級(jí)膜分離在pH 1.5-7.0，溫度為 0~100°C，最好是40 80。C,的條件下進(jìn)行。所采用的膜為截流分子量為300 500Da的納濾膜或20 50 kDa的超濾膜，膜材料可以是陶瓷等無(wú)機(jī)膜，也可以是聚醋酸纖維、聚砜、聚四氟乙烯等有機(jī)膜，膜 組件的構(gòu)型可以是管式膜、巻式膜、平板膜或中空纖維膜。
4. 如權(quán)利要求1所述的從發(fā)酵液分離色氨酸的方法，其特征在于電滲析在pH 5.89~5.90，溫度為0~100°C， 最好是40 80。C，的條件下進(jìn)行。
5. 如權(quán)利要求1所述的從發(fā)酵液分離色氨酸的方法，其特征在于反滲透膜濃縮在pH 5.89~5.90，溫度為 0400°C，最好是40~80°(:，的條件下進(jìn)行。所采用的膜為反滲透膜，膜組件的構(gòu)型可以是管式膜、巻 式膜、平板膜或中空纖維膜。
6. 如權(quán)利要求1所述的從發(fā)酵液分離色氨酸的方法，其特征在于結(jié)晶在pH5.89 5.90，溫度為0~10°C， 最好是0 5。C,的條件下進(jìn)行。
7. 如權(quán)利要求1所述的從發(fā)酵液分離色氨酸的方法，其特征在于結(jié)晶與母液的分離方式可以是過(guò)濾、離 心或抽濾。
8. 如權(quán)利要求1所述的從發(fā)酵液分離色氨酸的方法，其特征在于結(jié)晶的干燥方式可以是氣流干燥、滾筒 干燥或真空干燥。
全文摘要
本發(fā)明屬氨基酸的分離提取技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種從發(fā)酵液分離色氨酸的方法。本發(fā)明將微孔過(guò)濾除菌體、膜分離除膠體蛋白和色素等大分子有機(jī)物質(zhì)、電滲析除無(wú)機(jī)鹽、及反滲透濃縮等技術(shù)融為一體，創(chuàng)造一項(xiàng)全新的自發(fā)酵液分離色氨酸技術(shù)。按照本發(fā)明進(jìn)行操作，色氨酸的收率可提高至90％以上，廢水排放量與傳統(tǒng)的離子交換法相比可降低85％以上，色氨酸產(chǎn)品的質(zhì)量也大為提高，含量可達(dá)到99％以上。
文檔編號(hào)C07D209/20GK101492408SQ200910024690
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者姜?jiǎng)?guó), 徐曉敏, 湯魯宏, 沈春梅, 爽 邱, 陳劍慧, 韓勤更 申請(qǐng)人:江蘇賽奧生化有限公司;江南大學(xué)