[发明专利]电渗析法分离提取全细胞催化液中的戊二胺的方法

说明书

本发明提供了电渗析分离提取全细胞催化液中的1,5‑戊二胺的方法，将全细胞催化液中的上清液加入双极膜电渗析设备的盐槽中电渗析，得碱槽溶液。与现有技术相比，在戊二胺生产过程中不需要加入强碱置换出游离戊二胺，并且不会产生相应的固体废渣。该方法不仅降低了辅料成本，还解决了固体废渣排放的问题，在工业化生产中具有极高的应用价值。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及生物法生产戊二胺的分离提 取方法。

背景技术

1,5-戊二胺(1,5-Pentanediamine)，又名尸胺(Cadaverine)、1,5-二氨基戊烷(1,5-Diaminopentane)，与二元酸可聚合成高分子聚酰胺材料(即尼龙)。全球每年 生产约700万吨聚酰胺材料，消耗大量石化资源，因此生物法合成聚酰胺的重要 组成单体—1,5-戊二胺具有重要的经济学和生态学意义。

全细胞催化法以赖氨酸为底物，利用菌体细胞中的赖氨酸脱羧酶催化产生戊 二胺。目前，赖氨酸作为大宗氨基酸品种之一，其产能严重过剩，利润率极低。 因此，开发高效的以赖氨酸为底物的戊二胺生物催化的生产方法，不但可以开发 新型生物基材料市场，还可以推进氨基酸发酵产业的转型升级。

关于从发酵液/全细胞催化液中分离提取戊二胺的现有技术，可以列举以下的 报道。专利US7189543B2公布了直接从催化液中制备戊二胺己二酸盐晶体的方 法。使用己二酸中和全细胞催化过程中产生的戊二胺，获得pH为6.0的戊二胺 己二酸盐溶液；去除戊二胺催化液中的细胞，活性炭脱色后浓缩至盐含量为 70-77％，降温得到戊二胺己二酸盐晶体，用于尼龙聚合。专利(US2010/0292429A1, CN101981202A和EP1482055A1)和文献(Metabolic Engineering,2014,25:113– 123)公开了应用丁醇萃取法从发酵液中分离提取戊二胺。在戊二胺发酵液中加 入氢氧化钠，高温回流裂解发酵液中的副产物后，使用丁醇多次萃取获得含有戊 二胺的有机相，蒸出有机相中的低沸点溶剂得到高沸点的戊二胺，进一步精馏获 得高纯度的戊二胺。目前公开的戊二胺分离提取的现有技术中，析晶法得到戊二 胺羧酸盐的收率低，并且残存赖氨酸等杂质，难以进一步精制，所得到的戊二胺 羧酸盐用作聚酰胺树脂膜材料时产生鱼眼等表面外观缺陷，并影响注射成型的流 动性(CN101578256A)。萃取和蒸馏法首先需要在发酵液或全细胞催化液中加 入强碱，如氢氧化钠，置换出游离的戊二胺，才可以进一步萃取或蒸馏出戊二胺。 该方法需要消耗大量的碱，并且与发酵液或全细胞催化液中的酸根离子产生相应 的盐，形成大量的固体废渣，不利于戊二胺的大规模工业化生产。

发明内容

本发明提供的1,5-戊二胺分离提取方法，与现有技术相比，在戊二胺生产过 程中不需要加入强碱置换出游离戊二胺，并且不会产生相应的固体废渣。该方法 不仅降低了辅料成本，还解决了固体废渣排放的问题，在工业化生产中具有极高 的应用价值。

具体而言，本发明的方法包括：

(1)培养表达赖氨酸脱羧酶的细胞，获得包含1,5-戊二胺的催化液；和

(2)提取步骤(1)获得的催化液中的1,5-戊二胺。

优选在本发明的方法的步骤(1)中，所述细胞是过表达赖氨酸脱羧酶的细 胞，优选是赖氨酸脱羧酶基因表达增强(如，通过替换赖氨酸脱羧酶基因的启动 子为强启动子(如，T7启动子)而表达增强)的细胞。

也优选在本发明的方法的步骤(1)中，所述细胞是细菌细胞，优选是大肠 杆菌细胞，如大肠杆菌BL21(DE3)。

另外优选在本发明的方法的步骤(1)中，所述细菌以赖氨酸盐为底物，通 过赖氨酸脱羧酶催化而产生1,5-戊二胺。

优选在本发明的方法中，步骤(2)包括：

(21)分离(如，离心或过滤)出发酵液中的清液，去除菌体细胞和沉淀物；