[发明专利]一种以工业规模提取聚谷氨酸的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于生物化工技术领域。更具体地，本发明涉及一种以工业规模提取聚谷氨酸的方法。

【背景技术】

微生物发酵法合成的γ-PGA（γ-polyglutamic acid,γ-PGA）是一种以α-氨基和γ-羧基经酰胺键缩合而成的高分子化合物，它的分子量是50000-2000000Da，聚合度为500-50000，γ-PGA的结构式如下：

γ-PGA具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性，降解产物为无公害的谷氨酸，是一种优良的环保型高分子材料，可作为保水剂、重金属离子吸附剂、絮凝剂、缓释剂以及药物载体等，在化妆品、环境保护、食品、医药、农业、沙漠治理等产业均有很大的商业价值和社会价值。从γ-PGA的发现至今仅有几十年的历史，对γ-PGA的研究及开发主要集中于产生菌的改良和基因研究，发酵过程研究和提取纯化过程研究，以及衍生物的生产和应用。但是，γ-PGA的开发研究尚处于实验室阶段，目前还没有一套规模化分离、纯化γ-PGA的成熟工艺。目前，γ-PGA的分离纯化主要存在两个技术难点：1）发酵液粘度高，细胞分离困难；2）发酵液成分复杂，提取成本高。从高粘度体系中提取聚谷氨酸是目前聚谷氨酸未能规模化应用的关键之一。在现有技术中，通过调节含有γ-PGA发酵液pH使其粘度下降，从而可以采用离心、微滤的方式进行菌体分离。例如CN 200910020224公开了一种聚谷氨酸提取新工艺，该工艺首先采用稀酸调发酵液pH至3.0-5.0以降低发酵液粘度，然后高速离心发酵液除去菌体，离心清液加酶进一步水解蛋白，高速离心除去不溶物，再调酸用超滤膜透析浓缩除去色素盐类等小分子杂质，随后用乙醇沉淀胶渣，最后用乙醇加盐提取胶体，进行固液分离，固体胶体用真空低温或真空冷冻干燥得到成品聚谷氨酸。CN 201010177020公开了一种γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的提取方法，特别是采用稀酸调pH3.0-5.0，过滤除菌，加入蛋白酶、溶菌酶除蛋白后，加入2-3倍体积的乙醇沉淀，经过滤后用蒸馏水溶解，经超滤膜过滤除杂、浓缩，再通过喷雾干燥得到γ-聚谷氨酸成品。

γ-PGA提取纯化多采用有机溶剂沉淀、膜分离法，尤其是需要得到纯度较高的γ-PGA时，需要采用超滤的方法。CN 200910097634公开了一种微生物发酵和膜分离技术耦合生产γ-聚谷氨酸的方法。该发明针对发酵过程中由于产物聚谷氨酸导致发酵液的粘度不断升高，严重影响发酵过程中的菌体生长和溶氧供应等难题，提出发酵与分离相耦合的方法，其步骤包括菌种活化，种子培养，发酵培养，微滤膜过滤，超滤浓缩和补料。采用此方法可以使发酵液黏度维持在较低水平，从而有利于增加发酵罐中的溶氧，降低产物的高黏度对菌体生长的抑制作用，提高γ-PGA的产量和发酵产率，降低了生产成本，并有利于发酵液的后处理和产物的精制。CN200910020221公开了一种聚谷氨酸提取新方法，即在一定PH、温度的发酵液中按比例添加溶菌酶、蛋白酶，作用一定时间除去发酵液中的菌体，然后加入适量的乙醇制成乳浊液并沉淀出胶渣，离心除去胶渣，再加入适量钠盐沉淀胶体同时分离色素、盐类等杂质，胶体再复水溶解，经超滤浓缩进一步脱盐、色素等小分子杂质，超滤浓缩液再加入乙醇析出胶体，多次置换高度乙醇降低胶体粘度，经离心分离乙醇后，真空烘干或冷冻烘干制的产品γ-PGA。

但是，上述γ-PGA提取的方法和工艺均集中于实验室小规模提取过程，尚未放大到以工业规模分离纯化γ-PGA的工艺过程中。为此，本发明人在总结与分析现有技术的基础上经过大量实验研究，终于完成了本发明。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种以工业规模提取聚谷氨酸的方法。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种以工业规模提取聚谷氨酸的方法。

该提取聚谷氨酸方法的步骤如下：

A、乙醇溶液提取

按照以千克计发酵液重量与以升计提取溶剂体积的比1:1-4，在持续搅拌下将乙醇水溶液加到含有γ-PGA的发酵液中进行γ-PGA提取；在乙醇水溶液添加结束后，停止搅拌，并静置至料液分层；然后，将上层溶液与沉淀物分离；

B、第一次脱水

按照步骤A)得到的沉淀物与乙醇水溶液的重量比1~3:1，往步骤A）得到的沉淀物中加入乙醇水溶液，并持续搅拌至沉淀物分散成絮状，再停止搅拌，静置至料液分层；然后，将上层溶液与沉淀物分离；

C、第二次脱水