[发明专利]生物法制备γ-氨基丁酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备γ-氨基丁酸的方法。

背景技术

γ-氨基丁酸（Gamma-aminobutyric acid，GABA），又称氨酪酸，是一种天然存在的非蛋白质组成氨基酸，广泛分布于原核和真核生物中。γ-氨基丁酸是哺乳动物中枢神经系统的抑制性传递物质，具有镇静神经、促进睡眠、降低血压、健脑益智、延缓衰老、健肝利肾等重要的生理功能。

至今为止，γ-氨基丁酸的制备方法主要有化学合成法和生物法两种。常见的化学合成方法是如以吡咯烷酮作为原料，经氢氧化钙、碳酸氢铵水解制得γ-氨基丁酸。化学合成法成本较高，得率较低，并且在生产工艺中使用危险溶剂，甚至是强腐蚀、有毒溶剂。因此，化学合成法制备的γ-氨基丁酸很难在食品工厂实现，制品也不能被认为是一种天然食品添加剂。生物法相比较来说是一种既安全、成本又低的方法。根据最新专利报道，生物法生产γ-氨基丁酸的菌种有（1）天然原始菌株，包括短乳杆菌（专利号 ZL 200510049187.5）、曲霉（公开号 CN 101302480 B）、植物乳杆菌（公开号 CN 101928679 A）、乳酸菌（公开号 CN 1243101 C）或天然食材富集（公开号 CN 1840672 A）；（2）重组菌：大肠杆菌（公开号 CN 1298860 C）、谷氨酸棒杆菌（公开号 CN 101945997 A）（3）诱变菌株： 短乳杆菌（公开号 CN 102174449 A）。现有方法中，γ-氨基丁酸多产生于发酵液中，由于发酵液成分复杂，下游分离纯化过程繁琐，目标产物的浓度也较低，这些因素限制了国内工业化生产，而关于制备高纯度γ-氨基丁酸更是鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法简便、易操作，效果好的生物法制备γ-氨基丁酸的方法。

本发明的技术解决方案是：

一种生物法制备γ-氨基丁酸的方法，其特征是：包括下列步骤：

（1）菌体制备：

在培养基中添加1-30g/L的谷氨酸钠作为诱导剂，进行诱导产酶，接入产胞内谷氨酸脱羧酶的菌株进行培养；培养条件为：培养温度25～35℃，发酵过程中通过补加碱液进行pH控制，使发酵液pH维持在4.5-7.0范围内，培养时间8～24小时；培养结束后得到菌液；

（2）陶瓷膜过滤收集菌体：将步骤（1）得到的菌液经过陶瓷膜过滤收集菌体，膜孔径为0.05-1μm，得到菌体；

（3）生产γ-氨基丁酸：

配制0.01-0.5mol/L pH3-7的缓冲液，加入10-100g/L菌体细胞，分批加入底物谷氨酸钠，添加浓度为0-30g/L，在反应温度为28-40℃的条件下，通过再次发酵来生产γ-氨基丁酸，发酵时间为10-50h；发酵结束后，通过离心收集清液；

（4）将步骤（3）得到的清液经金属微米膜过滤器进一步除去菌体细胞，得到清液；

（5）脱色：先将步骤（4）得到的清液pH调至7.0-8.0，然后通过颗粒活性炭柱进行脱色处理，收集清液；

（6）电渗析：采用电渗析去除杂质，控制料液pH为7.0-8.0，在电导率下降至≤1000μs/cm时，停止循环，收集γ-氨基丁酸清液；

（7）将步骤（6）得到的γ-氨基丁酸清液，制成γ-氨基丁酸粉剂产品或γ-氨基丁酸晶体产品。

所述制成γ-氨基丁酸粉剂产品的方法依次包括下列步骤：

（a）真空浓缩：采用三效板式蒸发器进行浓缩，待料液浓缩至γ-氨基丁酸含量为≥80g/L时，停止浓缩，收集浓缩液；

（b）喷雾干燥：在浓缩液中添加麦芽糊精或淀粉，调节固形物质量含量为5-50%，进行喷雾干燥，制得质量含量为20-50%的γ-氨基丁酸粉剂产品。

所述制成γ-氨基丁酸晶体产品的方法是：将步骤（6）得到的γ-氨基丁酸清液，经过离子交换树脂处理；然后将料液pH调至γ-氨基丁酸等电点，通过降温结晶，得到γ-氨基丁酸晶体产品。

步骤（1）所述产胞内谷氨酸脱羧酶的菌株为乳酸菌或希氏乳杆菌。

步骤（1）所使用的培养基的组成及以g/L计的含量为：

葡萄糖10-30，酵母膏 5-30，蛋白胨.5-30，乙酸钠0.5-5，磷酸氢二钠或磷酸氢二钾0.05-10，硫酸镁0.05-10，硫酸锰0.05-1，PPE聚醚消泡剂0.1-3。

所述离子交换树脂先选用阴离子交换树脂，以去除残留的底物谷氨酸钠，再经过酸性阳离子交换树脂，对γ-氨基丁酸进行吸附、洗脱处理。