一种利用谷氨酸离心母液生产γ-氨基丁酸的方法

摘要

本发明涉及一种γ-氨基丁酸的生产方法，包括以下步骤：(1)味精等电母液发酵：将乳酸菌菌株接种于等电结晶后的味精母液中，发酵得到γ-氨基丁酸发酵液；(2)除杂：将γ-氨基丁酸发酵液经过陶瓷膜过滤器，除去发酵液中较大的杂质微粒和菌体，并进行浓缩，加透析水进行透析，得陶瓷膜清液；(3）脱色及除小分子杂质：将步骤(2)得到的陶瓷膜清液通过纳滤膜进行过滤，再进行透析，得纳滤膜清液；(4)浓缩：将步骤(3)得到的纳滤透析清液进入反渗透膜进行浓缩，得到反渗透膜浓缩液，再干燥后得成品。该方法，将味精生产工艺过程中等电提取谷氨酸后的上清液进行资源化利用，生产γ-氨基丁酸，易于工业连续化、低能耗、产品纯度好。

权利要求

1.一种利用谷氨酸离心母液生产γ-氨基丁酸的的方法，包括以下步骤：(1) 味精等电母液发酵：将乳酸菌菌株接种于等电结晶后的味精母液中，发酵得到γ-氨基丁酸发酵液；(2) 除杂：将γ-氨基丁酸发酵液经过陶瓷膜过滤器，过滤浓缩后，得陶瓷膜清液；(3)脱色及除小分子杂质：将步骤(2)得到的陶瓷膜清液通过纳滤膜进行过滤，得纳滤膜清液；

(4) 浓缩：将步骤(3)得到的纳滤透析清液进入反渗透膜进行浓缩，得到反渗透膜浓缩液，再干燥后得成品；所述的步骤(2)中，陶瓷膜平均孔径是50nm，操作压力为0.3 MPa，膜面流速为4m/s，浓缩倍数为20倍，透析水量为浓缩液体积的3倍；所述的步骤(3)中，操作压力为1.5MPa，浓缩倍数为20倍，透析水量为浓缩液体积的3倍；所述的步骤(4)中，操作压力为3MPa，浓缩倍数为25倍；所述的步骤(2)中，在进行浓缩后，再加透析水进行透析；所述的步骤(3)中，在进行浓缩后，再加透析水进行透析；所述的透析步骤中，透析水量为浓缩液体积的3倍。

说明书

一种利用谷氨酸离心母液生产γ-氨基丁酸的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种γ-氨基丁酸的生产方法，尤其涉及一种基于膜过滤分离技术提纯味精母液发酵液中γ-氨基丁酸的方法，属于氨基酸生产领域。

背景技术

[0002] 味精又称味素L-谷氨酸一钠盐，带有一分子的结晶水，具有强烈的鲜味，是世界上用量最大的调味品。味精生产工艺过程中等电提取谷氨酸后的上清液称为等电母液，等电母液pH在3.0左右，母液中含有丰富的可利用成分，溶液中谷氨酸残留量还相当高，达3%～4%，有的甚至高达7%～9%。这样高含量的谷氨酸废液，如果直接排放将造成严重的资源浪费和环境污染。因此有必要对此废液进行综合治理，对废液中的谷氨酸进行回收利用可以减少废液中谷氨酸量。用此废液为原料生产γ-氨基丁酸，可对废液中的谷氨酸进行有效充分利用，变废为宝，既可减轻废液对环境的污染，又可实现资源化利用。

[0003] γ-氨基丁酸是一种广泛分布于动植物体内的非蛋白氨基酸，是一种重要的中枢神经系统抑制剂，对生物体生命活动的调节起着不可代替的作用，具有镇静安神、促进睡眠、增强记忆力、治疗癫痫、降低血压、控制哮喘、调节激素分泌、促进生殖、肾肝功能活化等多种生理活性。

[0004] 本发明是利用膜技术提纯味精母液中具有高附加值的γ-氨基丁酸，基于γ-氨基丁酸的提纯，目前已有一些报道。中国专利CN101928736A公布了一种γ-氨基丁酸的分离纯化工艺，该工艺将转化液通过离心或者过滤除去菌体，采用活性炭脱色后再经滤纸过滤、0.45μm滤膜抽滤，滤液经真空浓缩、结晶、洗涤、干燥之后制得γ-氨基丁酸。该工艺分离纯化步骤复杂，滤纸过滤以及0.45μm滤膜抽滤精度不高，不适于连续化操作以及工业化生产。王文研究了膜分离纯化技术在γ-氨基丁酸中的应用，采用中空纤维膜进行除杂，纳滤膜进行浓缩，该工艺只采用超滤除杂，导致产品纯度不高，并且膜污染严重，纳滤浓缩会透过有效成分，而本发明采用的陶瓷膜除杂可减轻膜污染，纳滤进一步除杂及脱色，更有效地去除其中的杂质，反渗透膜浓缩倍数更高。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种易于工业连续化、低能耗、产品纯度好的生产方法，将味精生产工艺过程中等电提取谷氨酸后的上清液进行资源化利用，生产γ-氨基丁酸。

[0006] 本发明的技术方案主要是利用基于膜分离技术，首先将含有氨基酸的上清液发酵后，通过膜分离技术，除杂、脱色、浓缩后制得γ-氨基丁酸。具体的技术方案是：一种利用谷氨酸离心母液生产γ-氨基丁酸的方法，包括如下步骤，

[0007] (1)味精等电母液发酵：将乳酸杆菌菌株接种于等电结晶后的味精母液中，发酵得到γ-氨基丁酸发酵液；

[0008] (2)除杂：将γ-氨基丁酸发酵液经过陶瓷膜过滤器，除去发酵液中较大的杂质微粒和菌体，并进行浓缩，得陶瓷膜清液；

[0009] (3）脱色及除小分子杂质：将步骤(2)得到的陶瓷膜清液通过纳滤膜进行过滤，对陶瓷膜清液进行浓缩，得纳滤膜清液；

[0010] (4)浓缩：将步骤(3)得到的纳滤透析清液进入反渗透膜进行浓缩，得到反渗透膜浓缩液，再干燥后得成品；

[0011] 在步骤(1)中，使用的乳酸杆菌菌株是活化过的。乳酸菌活化的可选工艺是：将乳酸菌溶解后接种于液体培养基上培养活化扩大培养，培养液经陶瓷膜将菌体的浓缩回收后，得到回收活化后的乳酸菌菌株；

[0012] 步骤(1)中，发酵的温度最好在30℃以下；

[0013] 步骤(2)中，陶瓷膜孔径范围为20～500nm，进一步优选地，膜孔径可以为40~200nm，最优选地，膜孔径可以为50nm。所述陶瓷膜的操作压力为0.1～0.5MPa，膜面流速为1~6m/s，优选地，陶瓷膜操作压力可以为0.2~0.4MPa，膜面流速可以为3~5m/s，进一步优选地，陶瓷膜操作压力可以为0.3MPa，膜面流速可以为4m/s。浓缩倍数为10～30倍，优选地，浓缩倍数可以为15~25倍，进一步优选地，浓缩倍数可以为20倍。操作温度最好为
20～40℃；

[0014] 步骤(2)中，在进行浓缩后，还可以加透析水进行透析，用于将有用的成份透析出来。透析水量为浓缩液体积的2~4倍，优选地，透析水量可以为浓缩液体积的3倍。

[0015] 步骤(3)中，纳滤膜的作用是脱除色素、短肽、多价阴阳离子及小分子杂质；截留分子量最好为300～800Da，温度最好为20～40℃，操作压力最好为0.8～2.5MPa，优选地，操作压力可以为1～2MPa，进一步优选地，操作压力可以为1.5MPa；浓缩倍数最好为10～30倍，优选地，浓缩倍数最好为15～25倍，进一步优选地，浓缩倍数可以为20倍；

[0016] 步骤(3)中，在进行浓缩后，还可以加透析水进行透析，用于将有用的成份透析出来。透析水量为浓缩液体积的2~4倍，优选地，透析水量可以为浓缩液体积的3倍。

[0017] 步骤(4)中，反渗透膜操作温度为20～40℃，操作压力为1.5～4.5MPa，优选地，操作压力可以为2～4MPa，进一步优选地，操作压力可以为3MPa。浓缩倍数为20～30倍，优选地，浓缩倍数可以为25倍。干燥过程可以采用真空干燥或者喷雾干燥。

[0018] 有益效果

[0019] 本发明涉及的从谷氨酸离心母液中生产γ-氨基丁酸的方法，与现有工艺技术相比，本发明的方法所具有以下优点：

[0020] 1.本发明以味精等电母液为原料，生产具有高附加值的γ-氨基丁酸，既减轻废液排放对环境造成的污染，又能实现资源化利用。

[0021] 2.本发明法采用陶瓷膜过滤，改变了常规发酵液处理采用的离心及压滤机压滤的方法，过滤清滤澄清透明，除菌效果大大高于离心、絮凝等方法，该方法具有操作简便、分离步骤少、选择性好的特点，在纯化发酵液的同时实现菌种回收，克服现有技术存在的收率不高、污水排量大及生产劳动强度大的缺陷，并使γ-氨基丁酸收率和质量显著提高。

[0022] 3.陶瓷膜具有良好的化学和机械性能，耐高温、耐酸碱、易于清洗维护，相比其它分离设备，提高了浓缩倍数，减少菌渣排放，同时过滤出的菌渣，经浓缩可做菌体蛋白。

[0023] 4.纳滤脱色比现有活性炭吸附脱色或者树脂吸附脱色效率高，并可以同时除去一些小分子杂质，能够显著提高滤液质量，使得产品纯度更高。反渗透膜浓缩与纳滤浓缩相比，可以更大程度得保留有效成分，并且比现有的蒸发浓缩能耗更低，浓缩倍数更高，效果更好。

[0024] 5.该工艺可连续运行并且运行时间长，运行费用低，设备紧凑，易于实现自动化，适合工业化大生产。

具体实施方式

[0025] 对照例

[0026] 乳酸杆菌菌液接种于培养基MRS中静置培养24h(1体积乳酸杆菌菌液：200体积培养基)，得种子培养液。然后将活化好的乳酸菌种子培养液扩大培养后进入陶瓷膜进行分离回收，陶瓷膜孔径为500nm，操作压力为0.1MPa，膜面流速为0.5m/s，浓缩后，将经过陶瓷膜分离回收后的菌株加入到味精等电结晶母液中，发酵得谷氨酸发酵液，发酵温度为20℃。

[0027] 发酵液经陶瓷膜去除大颗粒杂质和菌体，陶瓷膜孔径为50nm，操作压力为0.3MPa，膜面流速为4m/s，浓缩20倍后开始加水透析，透析水量为陶瓷膜浓缩液的3倍。

[0028] 透析后的清液进入纳滤膜进行浓缩，纳滤膜截留分子量为500，操作压力为1.5MPa，经过浓缩后，纳滤膜的浓液的外观偏黄色，将纳滤膜截留侧的浓液进行真空干燥，制得γ-氨基丁酸成品，经检测，所得的γ-氨基丁酸成品纯度是92%。

[0029] 实施例1

[0030] 乳酸杆菌菌液接种于培养基MRS中静置培养24h(1体积乳酸杆菌菌液：200体积培养基)，得种子培养液。然后将活化好的乳酸菌种子培养液扩大培养后进入陶瓷膜进行分离回收，陶瓷膜孔径为500nm，操作压力为0.1MPa，膜面流速为0.5m/s，浓缩后，将经过陶瓷膜分离回收后的菌株加入到味精等电结晶母液中，发酵得谷氨酸发酵液，发酵温度为20℃。

[0031] 发酵液经陶瓷膜去除大颗粒杂质和菌体，陶瓷膜孔径为50nm，操作压力为0.3MPa，膜面流速为4m/s，浓缩20倍后开始加水透析，透析水量为陶瓷膜浓缩液的3倍。

[0032] 透析后的清液进入纳滤膜进行脱色、短肽、多价阴阳离及小分子杂质，纳滤膜截留分子量为500，操作压力为1.5MPa，浓缩20倍后进行透析，透析水量为浓缩液的3倍，透析后的混合清液进入反渗透膜浓缩，压力为3MPa，反渗透膜的浓液无色透明，浓缩25倍后，浓缩液经真空干燥后制得γ-氨基丁酸成品，经检测，所得的γ-氨基丁酸成品纯度达到99%。经过能耗对比，实施例1中反渗透步骤和真空干燥步骤的用电量总和是对照例中真空干燥步骤用电量的87%，说明采用纳滤脱色加反渗透浓缩的工艺，可以有效地降低能耗。

[0033] 本实施例中，所得γ-氨基丁酸成品的纯度优于对照例。原因在于：由于对照例中只采用纳滤膜进行浓缩，γ-氨基丁酸和一部分杂质都被截留于浓液中，在经过真空干燥后，杂质会对γ-氨基丁酸的纯度产生影响。另外，如果增大纳滤膜的截留分子量让杂质透过的话，会导致一部分γ-氨基丁酸也会透过纳滤膜，而无法保留在浓液中，进而会影响γ-氨基丁酸成品的收率。而本工艺中，纳滤膜的作用是脱色，因此可以选取截留分子量较大一些的纳滤膜，保证杂质被截留，而较多的γ-氨基丁酸渗透通过纳滤膜，再用反渗透膜对这一部分γ-氨基丁酸进行截留，不仅保证了最终产品的收率，同样也减小了杂质混在成品中，进而提高了产品的纯度。

[0034] 实施例2

[0035] 乳酸杆菌活化方法同实施例1。然后将活化好的乳酸菌种子培养液扩大培养后进入陶瓷膜进行分离回收，陶瓷膜孔径为500nm，操作压力为0.1MPa，膜面流速为0.5m/s，浓缩后，将经过陶瓷膜分离回收后的菌株加入到味精等电结晶母液中，发酵得谷氨酸发酵液，发酵温度为20℃。

[0036] 发酵液经陶瓷膜去除大颗粒杂质和菌体，陶瓷膜孔径为20nm，操作压力为0.1MPa，膜面流速为1m/s，浓缩10倍后开始加水透析，透析水量为陶瓷膜浓缩液的3倍。

[0037] 透析后的清液进入纳滤膜进行脱色、短肽、多价阴阳离及小分子杂质，纳滤膜截留分子量为300，操作压力为0.8MPa，浓缩10倍后进行透析，透析水量为浓缩液的2倍，[0038] 透析后的混合清液进入反渗透膜浓缩，压力为1.5MPa，浓缩20倍后，浓缩液经真空干燥后制得γ-氨基丁酸成品，经检测，所得的γ-氨基丁酸成品纯度达到98%。

[0039] 实施例3

[0040] 乳酸杆菌活化方法同实施例1。然后将活化好的乳酸菌种子培养液扩大培养后进入陶瓷膜进行分离回收，陶瓷膜孔径为500nm，操作压力为0.1MPa，膜面流速为0.5m/s，浓缩后，将经过陶瓷膜分离回收后的菌株加入到味精等电结晶母液中，发酵得谷氨酸发酵液，发酵温度为20℃。

[0041] 发酵液经陶瓷膜去除大颗粒杂质和菌体，陶瓷膜孔径为500nm，操作压力为0.5MPa，膜面流速为6m/s，浓缩30倍后开始加水透析，透析水量为陶瓷膜浓缩液的4倍。

[0042] 透析后的清液进入纳滤膜进行脱色、短肽、多价阴阳离及小分子杂质，纳滤膜截留分子量为800，操作压力为2.5MPa，浓缩30倍后进行透析，透析水量为浓缩液的4倍，[0043] 透析后的混合清液进入反渗透膜浓缩，压力为4.5MPa，浓缩30倍后，浓缩液经真空干燥后制得γ-氨基丁酸成品，经检测，所得的γ-氨基丁酸成品纯度达到95%。

[0044] 实施例4

[0045] 乳酸杆菌活化方法同实施例1。然后将活化好的乳酸菌种子培养液扩大培养后进入陶瓷膜进行分离回收，陶瓷膜孔径为500nm，操作压力为0.1MPa，膜面流速为0.5m/s，浓缩后，将经过陶瓷膜分离回收后的菌株加入到味精等电结晶母液中，发酵得谷氨酸发酵液，发酵温度为20℃。

[0046] 发酵液经陶瓷膜去除大颗粒杂质和菌体，陶瓷膜孔径为40nm，操作压力为0.2MPa，膜面流速为3m/s，浓缩15倍后开始加水透析，透析水量为陶瓷膜浓缩液的2倍。

[0047] 透析后的清液进入纳滤膜进行脱色、短肽、多价阴阳离及小分子杂质，纳滤膜截留分子量为300，操作压力为1MPa，浓缩15倍后进行透析，透析水量为浓缩液的2倍，[0048] 透析后的混合清液进入反渗透膜浓缩，压力为2MPa，浓缩20倍后，浓缩液经真空干燥后制得γ-氨基丁酸成品，经检测，所得的γ-氨基丁酸成品纯度达到98%。

[0049] 实施例5

[0050] 乳酸杆菌活化方法同实施例1。然后将活化好的乳酸菌种子培养液扩大培养后进入陶瓷膜进行分离回收，陶瓷膜孔径为500nm，操作压力为0.1MPa，膜面流速为0.5m/s，浓缩后，将经过陶瓷膜分离回收后的菌株加入到味精等电结晶母液中，发酵得谷氨酸发酵液，发酵温度为20℃。

[0051] 发酵液经陶瓷膜去除大颗粒杂质和菌体，陶瓷膜孔径为200nm，操作压力为0.4MPa，膜面流速为5m/s，浓缩25倍后开始加水透析，透析水量为陶瓷膜浓缩液的3倍。

[0052] 透析后的清液进入纳滤膜进行脱色、短肽、多价阴阳离及小分子杂质，纳滤膜截留