[发明专利]L-色氨酸分离纯化的一种工艺

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，涉及一种从发酵液中分离纯化L-色氨酸的方法。

背景技术

色氨酸是人体内8种必需氨基酸之一，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11.4g/L(25℃)，溶于稀酸或稀碱，在碱中稳定，在强酸中分解，微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚，对人和动物的生长发育、新陈代谢其重要的作用，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。根据联合国粮农组织测算，世界市场L-色氨酸年需求量约为120万吨以上，截止2009年，全球L-色氨酸产能水平在15000吨以上，随着蛋氨酸、赖氨酸的大量应用，L-色氨酸的市场需求旺盛。

目前生产L-色氨酸的方法主要有：1)有机合成法，该法以天然吲哚为原料，经曼里奇反应进行氨烷基化，然后酯化水解得到产物，该方法生产成本较高；2)天然物质提取法，该方法是对含有L-色氨酸的物质进行水解，由于L-色氨酸本身在蛋白质及谷物植物中含量不高，无法实现工业化生产；3)酶转化法，利用吲哚为前提的酶法合成L-色氨酸是较有效的工业生产方法，但生产成本偏高；4)发酵法，利用葡萄糖蜜为原料，利用优良的L-色氨酸生产菌发酵来生产L-色氨酸。

从原材料的来源和成本的因素考虑，发酵法制取L-色氨酸更具有竞争优势。和其他生物工程产品一样，L-色氨酸在生产成本的构成中，分离纯化等下游工序的成本占有相当大的比例。因此，如何采取有效措施提高其收率，是目前需要进一步研究解决的问题。

L-色氨酸的传统发酵生产方法主要是采用离子交换法和结晶沉淀法对含氨基酸的料液进行分离和浓缩，而这些方法生产时间较长，只能间歇生产，且生产成本较高，因此改进现有技术及开发新技术势在必行。

膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变化，节能、体积小、可拆分等特点，使膜广泛应用在发酵、制药、植物提取、化工、水处理工艺过程及环保行业中。反胶团萃取法是一种新型、高效的生物活性物质分离技术，其突出优点是：(1)有很高的萃取率和反萃取率并且有选择性；(2)分离和浓缩同时进行，过程简单；(3)溶剂可反复使用，成本低；(4)易于放大和实现工业化生产。采用反胶束萃取技术可对氨基酸的分离实现连续生产，成本相对较低，优于传统方法，在工业化生产方面应用潜力巨大。本发明将膜分离技术和反胶团萃取技术综合运用于分离纯化L-色氨酸，为L-色氨酸的工业化规模生产提供了技术基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的从发酵液中分离纯化L-色氨酸的工艺，以解决现有技术上存在的问题。本发明具有工艺条件温和、操作简单、便于连续化运行、成本较低、收率高等特点，获得的L-色氨酸产品纯度高，满足企业标准要求。

本发明提供一种从发酵液中分离纯化色氨酸的工艺，包括以下步骤：

(1)发酵液前处理：L-色氨酸发酵液稀释1～2倍，搅拌加热到40～80℃，以孔径为0.05～0.2μm滤膜进行微滤，除去发酵液中的菌体；滤出液经过截留分子量为1000的超滤膜，除去蛋白、大分子杂质和色素；最后用工业盐酸调节pH为2.0～2.5，往滤出液添加KCl或NaCl将离子强度调为0.10～0.15M，作为萃取水相；

(2)制备反胶团溶液：以丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT)为表面活性剂，异辛烷为有机溶剂，配制反胶团体系的浓度为40～80mmol/L；

(3)多级逆流萃取：将已进行前处理的发酵滤出液打入多级逆流萃取器，进行三级逆流萃取，有机相∶水相＝1∶1～1∶5，混合时间为15～45min，之后以2500rpm转速离心分离两相，操作温度为15～25℃，取上层有机相溶液；

(4)配制反萃取水相溶液：配置pH为10～11、离子浓度为1.0～1.5mol/L的KCl溶液或NaCl溶液。

(5)多级逆流反萃取：将步骤(3)中获得的萃取相(有机相)打入多级逆流萃取器，进行三级逆流反萃取，有机相∶水相＝1∶1～5∶1，混合时间为15～45min，以转速2500rpm离心分离两相，操作温度为15～25℃，取下层富集L-色氨酸的水相溶液，而有机溶剂回收利用。

(6)纳滤：取步骤(5)中获得的下层水相调pH值至5.8～6.2，进行二次纳滤，一级纳滤截留分子量为300～400，除去残留的表面活性剂AOT，滤出液进行二级纳滤，截留分子量为150，除去小分子盐类。