[发明专利]一种利用有机膜分离提取发酵液中L-色氨酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及L-色氨酸的提取方法，具体涉及一种利用有机膜分离提取发酵液中L-色氨酸的方法。

背景技术

L-色氨酸学名β-吲哚基丙氨酸，化学名L-2-氨基-3-吲哚基丙酸，别名L-胰化蛋白氨基酸，L-氨基吲哚丙酸，分子式C11H1202N2，相对分子质量204.21。L-色氨酸(L-Tryptophan)是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸。L-色氨酸是人体和动物生命活动中八种必需的氨基酸之一，它以游离态或结合态存在于生物体之中。对人和动物的生长发育、新陈代谢起着重要的作用，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。

目前，L-色氨酸生产主要以发酵法生产为主，以微生物直接发酵法生产L-色氨酸，在国外已形成一定规模的工业生产能力。该法具有原料成本低，来源广泛，产品纯度高，反应条件温和等优点，易于工业化生产。近年来，L-色氨酸作为必需氨基酸，价格一直较高，L-色氨酸更希望有廉价高效的生产及提取方法，以便推进L-色氨酸的应用。和其他生物工程产品一样，色氨酸工业生产也常常会受到生产成本的制约，而在生产成本的构成中，分离提取等下游工程的成本占有相当的比例。因此，研究L-色氨酸提取方法具有重要的理论意义和实用价值。

微生物发酵液中往往存在着大量的菌体、杂蛋白和胶体颗粒等物质，这些物质的存在使产物收率和结晶质量下降。因此，在进行分离前必须先将其除去。传统的方式是先将发酵液进行絮凝或离心去除菌体，然后通过离子交换及活性炭脱色，进而以蒸发和等电结晶步骤获得产品。在此过程中由于离子交换法使用大量的氨水进行洗脱，致使废水中大量NH₃-N的产生，造成严重的环境污染。

膜分离技术是近年来发展较快的一门新兴高效分离技术。目前膜分离技术以其在常温下操作无相态变化、分离精度高、选择性强、污染小等优点，逐步取代絮凝法、离心法成为分离提取发酵液中产物的主要方法。目前经常使用的膜过滤方法为有机膜过滤、无机膜过滤和金属膜过滤。L-色氨酸作为典型的发酵产品，其发酵液中亦存在菌丝体、蛋白质(包括可溶性蛋白)和悬浮的固体颗粒。利用金属超滤膜分离系统可有效除杂，简化生产工艺流程，降低生产成本。

针对目前色氨酸发酵液中大分子蛋白含量高、目的产物浓度大的料液特性，本发明采用有机微滤-超滤膜分离系统错流过滤去除发酵液中的菌体、大部分蛋白和部分色素，具有以下特点：(1)有机膜微滤和超滤膜组件材质相同，降低物料性质的改变对膜过滤性能的影响，适用性强，有利于行业推广；与膜套件全部采用胀焊连接，杜绝渗漏的可能；(2)力学强度高；(3)耐酸碱，不易水解；(4)耐污染清洗容易；(5)设备系统占地面积小。

发明内容

本发明的主要目的是解决现有分离提取方法提取L-色氨酸存在的分离成本高和蛋白去除率低的问题，提供一种利用有机膜分离技术从发酵液中分离提取L-色氨酸的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种利用有机膜分离技术分离提取L-色氨酸的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)将L-色氨酸发酵液的活菌灭活后，调节pH值至6.0-7.0，然后进入有机微滤-超滤膜分离系统进行膜过滤，发酵液先进入微滤-超滤系统料罐进行微滤，微滤后的滤液加至储料罐进行超滤，得到澄清的L-色氨酸发酵液；

(2)将步骤(1)超滤后的L-色氨酸发酵液的pH值调节至4.0～6.0，然后加入活性炭进行脱色，其中，每100ml发酵液中活性炭的加入量为0.5g-2g，脱色温度为15-80℃，脱色温度为15-80℃；

(3)将步骤(2)脱色后的L-色氨酸发酵液进行减压蒸发，浓缩体积至原液的20％～50％，至有结晶析出时停止蒸发；

(4)将步骤(3)浓缩液的pH值调至3.0-6.0，让其自然结晶，结晶结束后，将析出的晶体过滤、洗涤得到L-色氨酸晶体和母液；

(5)将步骤(4)所得的晶体溶于蒸馏水中，得到浓度为10～20％L-色氨酸水溶液，再加入等体积的95％的乙醇溶液，搅拌均匀后，养晶0-20h制得L-色氨酸晶体；

(6)上述步骤(4)中得到的母液重复步骤(2)、(3)、(4)，得到L-色氨酸晶体和二次母液，所得晶体重复步骤(5)处理，得精制L-色氨酸结晶；二次母液与膜过滤后的发酵液混合循环使用。