一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法

摘要

本发明属于微生物发酵液后处理技术领域，尤其涉及一种L‑丙氨酸末道母液的纯化方法，该方法第一步调节母液的pH值至6‑8，过滤除去析出的固体杂质，得粗滤液，第二步对粗滤液进行微滤处理，得透滤液，第三步对透滤液进行色谱处理，色谱处理采用钙离子交换树脂，得产品料液，第四步，对产品料液进行浓缩，结晶，离心，干燥得到L‑丙氨酸产品；此种纯化方法能够去除母液中的大量杂质，L‑丙氨酸的收率能够达到90％，纯度高达95％，该方法能够提高L‑丙氨酸发酵生产工艺的收率，另外，经过纯化处理后排出的废水有机物含量低，对环境污染小。

权利要求

1.一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取L-丙氨酸末道母液，在50-70℃条件下调节pH值至6-8，析出固体杂质，过滤除去所述固体杂质得到L-丙氨酸粗滤液；

(2)将所述L-丙氨酸粗滤液进行微滤处理，得L-丙氨酸透过液和浓缩废液；所述微滤处理采用陶瓷膜，所述陶瓷膜的膜层材质为TiO2/ZrO2，孔径为40-60nm；

(3)将所述L-丙氨酸透过液通入色谱系统，进行色谱处理，收集产品料液；色谱处理使用的固定相为钙离子型交换树脂，流动相为水；

(4)将所述产品料液进行浓缩，结晶，固液分离，得到L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，将所述L-丙氨酸晶体烘干得L-丙氨酸成品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述L-丙氨酸末道母液中L-丙氨酸含量为

10％-20％。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述L-丙氨酸末道母液中L-丙氨酸含量为

14-16％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述陶瓷膜的孔径为50nm。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述微滤处理的方法为：将所述L-丙氨酸粗滤液过陶瓷膜，控制过滤温度50-60℃，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-

0.23MPa。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：当所述浓缩废液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的15％-20％时，加入相当于所述L-丙氨酸粗滤液体积10-15％的无离子水透析所述浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钙离子型交换树脂的颗粒粒径为0.2-

0.3mm。

8.根据权利要求1或6或7所述的方法，其特征在于，色谱处理的条件为：色谱柱温度55-

65℃，进料流量0.2-0.3BV/h，洗脱水流量1.0-1.5BV/h，出料量0.3-0.7BV/h，出废水量

1.15-1.35BV/h。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：色谱柱温度60℃，进料流量0.25BV/h，洗脱水流量1.5BV/h，出料量0.5BV/h，出废水量1.25BV/h。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，将产品料液浓缩至固含量为

55％-65％停止，然后降温至5-15℃结晶，结晶结束后，进行固液分离，即得。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：将产品料液浓缩至产品料液固含量为

60％停止，然后降温至10℃结晶，结晶结束后，进行固液分离，即得。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取L-丙氨酸末道母液，在50-70℃条件下调节pH值至6-8，析出固体杂质，过滤除去所述固体杂质得到L-丙氨酸粗滤液；

(2)将所述L-丙氨酸粗滤液过孔径为40-60nm的陶瓷膜，控制过滤温度50-60℃，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa，过滤结束后得L-丙氨酸透过液和浓缩废液；进一步的，当所述浓缩液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的15％-20％时，加入相当于所述L-丙氨酸粗滤液体积的10-15％的无离子水透析所述浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并；

(3)将所述L-丙氨酸透过液通入色谱柱，所述色谱柱的固定相为钙离子型交换树脂，流动相为水，控制色谱柱的温度55-65℃，进料流量0.2-0.3BV/h，洗脱水流量1.0-1.5BV/h，出料量0.3-0.7BV/h，出废水量1.15-1.35BV/h；

(4)将所述产品料液浓缩至固含量为55％-65％，在5-15℃条件下结晶，结晶后，进行固液分离，得L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，将所述L-丙氨酸晶体在55-65℃条件下烘干即得L-丙氨酸成品。

说明书

一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法

技术领域

[0001] 本发明属于发酵技术领域，尤其涉及一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法。

背景技术

[0002] L-丙氨酸(L-Alanine，以下简称L-Ala)，又名L-α-氨基丙酸，是一种非必需氨基酸。L-丙氨酸是一种非必需氨基酸，但却是人体血液中含量最高的氨基酸。它可为转氨酶提供氨基供体，在临床上常添加到输液中；在食品工业中，L-丙氨酸作为甜味剂和鲜味剂正越来越受到人们的欢迎和重视；在医药行业，L-丙氨酸是生产维生素B6及L-氨基丙醇的主要原料；另外，在高分子材料方面，近年来发现聚乳酸中添加L-丙氨酸可有效提高聚乳酸的性能。

[0003] 随着对L-丙氨酸的不断研究和开发，其在医药、食品等行业的应用不断扩大，并有日益增长的趋势。但对L-丙氨酸的开发较晚，80年代初才在日本工业化生产。我国在80年代末有小批量生产，工业化生产才刚刚起步。L-Ala的生产方法有蛋白质水解提取法、发酵法提取、酶转化法生产。由于发酵法生产L-丙氨酸的成本较低，且符合欧美国家绿色、健康的消费理念，具有广阔的市场前景。发酵法生产L-丙氨酸结束后，一般采用多次结晶的方式提纯L-丙氨酸，结晶废液中一般还含有部分L-丙氨酸，此外，结晶废液中的有机物(主要为L-丙氨酸，氨基酸，多肽等)较多，结晶废液直接排放不仅会损失部分未回收的L-丙氨酸，同时会对环境造成污染。因此，开发出一条对L-丙氨酸末道母液的处理方法，以提高L-丙氨酸的提取收率，降低环保压力，具有很大的现实意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，包括如下步骤：

[0005] (1)取L-丙氨酸末道母液，在50-70℃条件下调节pH值至6-8，析出固体杂质，过滤除去所述固体杂质得到L-丙氨酸粗滤液；

[0006] (2)将所述L-丙氨酸粗滤液进行微滤处理，得L-丙氨酸透过液和浓缩废液；

[0007] (3)将所述L-丙氨酸透过液通入色谱系统，进行色谱处理，收集产品料液；

[0008] (4)将所述产品料液进行浓缩，结晶，固液分离，得到L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，将所述L-丙氨酸晶体烘干得L-丙氨酸成品。

[0009] 本发明采用色谱分离技术从L-丙氨酸末道母液中回收L-丙氨酸，提高了L-丙氨酸的整体提取收率，降低了L-丙氨酸的生产成本。此外，由于L-丙氨酸末道母液中的L-丙氨酸被色谱系统分离、提纯并回收，所以从色谱系统中排出的废液中，有机物(主要为L-丙氨酸，以及一些微量的杂质氨基酸、多肽类)含量大大降低，大大减轻了环保压力。

[0010] 优选的，本发明涉及的纯化方法，尤其适用于处理L-丙氨酸含量为10％-20％的末道母液；进一步优选的，适用于处理L-丙氨酸含量为14％-16％的末道母液；再进一步优选的，适用于处理L-丙氨酸含量为14％-16％，透光率为0％，干物含量为40-45％的末道母液。

[0011] 优选的，微滤处理采用膜层材质为TiO2/ZrO2的陶瓷膜；进一步优选为，采用孔径为40-60nm，优选50nm的多通道式陶瓷膜元件。

[0012] 为了更好的实现分离，微滤过程中，控制过滤温度50-60℃，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa；进一步优选为，控制过滤温度55℃，进料压力0.23MPa，出料压力0.2MPa。

[0013] 为了提高L-丙氨酸的收率，微滤过程中，当所述浓缩废液的体 积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的15％-20％时，加入相当于所述L-丙氨酸粗滤液体积10-15％的无离子水透析所述浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并。

[0014] 为了最大限度的回收母液中的L-苯丙氨酸，色谱处理采用钙离子型交换树脂为固定相，水为流动相。钙离子型树脂具有与L-苯丙氨酸结合能力强的特点，在进行处理时，不仅其分离效果好，而且能够节约洗脱水的用量。优选的，采用颗粒粒径为0.2-0.3mm的树脂颗粒。进一步优选的，采用江苏苏青水处理工程集团公司的粒径0.2-0.3mm的DTF-01钙离子型树脂。

[0015] 为了提高色谱处理的分离效果，控制色谱柱温度55-65℃，进料流量0.2-0.3BV/h，洗脱水流量1.0-1.5BV/h，出料量0.3-0.7BV/h，出废水量1.15-1.35BV/h；进一步优选为，色谱柱温度60℃，进料流量0.25BV/h，洗脱水流量1.5BV/h，出料量0.5BV/h，出废水量1.25BV/h。

[0016] 本发明中，色谱分离的规模没有特殊限定，主要依据待处理料液的规模决定，例如处理量小时，可采用一根色谱柱进行分离；工业化较大规模处理时，可采用多根色谱柱串联的方式进行分离，例如9根，12根，24根等，多根色谱柱串联进行分离时，采用本领域常用的技术手段来确定进料入口，洗脱水入口，产品采出口和出废水口。

[0017] 为了提高结晶收率，步骤(4)中，将产品料液浓缩至固含量为55％-65％停止，然后降温至5-15℃结晶，结晶结束后，进行固液分离，得到L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，将所述L-丙氨酸晶体烘干即得L-丙氨酸成品。

[0018] 进一步优选的，将产品料液浓缩至固含量为60％停止，然后降温至10℃结晶。

[0019] 更进一步优选的，采用离心方法进行固液分离，并加入相当于L-丙氨酸结晶母液体积5％-10％，优选7％的无离子水洗晶。

[0020] 进一步的，在55-65℃，优选60℃条件下烘干晶体。

[0021] 本发明最优的方案为：一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，包括如下步骤：

[0022] (1)取L-丙氨酸末道母液，在50-70℃条件下调节pH值至6-8，析出固体杂质，过滤除去所述固体杂质得到L-丙氨酸粗滤液；

[0023] (2)将所述L-丙氨酸粗滤液过孔径为40-60nm的陶瓷膜，控制过滤温度50-60℃，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa，过滤结束后得L-丙氨酸透过液和浓缩废液；进一步的，当所述浓缩液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的15％-20％时，加入相当于所述L-丙氨酸粗滤液体积的10-15％的无离子水透析所述浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并；

[0024] (3)将所述L-丙氨酸透过液通入色谱柱，所述色谱柱的固定相为钙离子型交换树脂，流动相为水，控制色谱柱的温度55-65℃，进料流量0.2-0.3BV/h，洗脱水流量1.0-1.5BV/h，出料量0.3-0.7BV/h，出废水量1.15-1.35BV/h；

[0025] (4)将所述产品料液浓缩至固含量为55％-65％，在5-15℃条件下结晶，结晶后，进行固液分离，得L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，将所述L-丙氨酸晶体在55-65℃条件下烘干即得L-丙氨酸成品。

具体实施方式

[0026] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0027] 以下实施例中涉及到的L-丙氨酸末道母液是通过如下方法得到的：采用大肠杆菌菌种，接种到LB培养基，在32±2℃，pH＝6.5条件下进行发酵培养，培养结束后，将发酵液加热至60℃预处理，预处理后的发酵液经过超滤、纳滤得到高纯度L-丙氨酸纳滤液，纳滤液经过浓缩结晶得到L-丙氨酸成品及L-丙氨酸一母液，一母液再次浓缩结晶得到一母结晶晶体及二母液，以此类推，进行多次结晶。

[0028] 以下实施例中的色谱系统由9根色谱柱串联组成，每根色谱柱内的填充物均为江苏苏青水处理工程集团公司的DTF-01钙离子型树 脂，色谱分离时采用的流动相为水。

[0029] 以下实施例中涉及到的陶瓷膜为孔径50nm，膜层材质为TiO2/ZrO2的多通道陶瓷膜元件。

[0030] 实施例1

[0031] 一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，包括如下步骤：

[0032] (1)取20kg L-丙氨酸含量14.2％，干物含量41.5％，透光率0％的L-丙氨酸末道母液置于水浴锅中，在60℃条件下搅拌保温，流加氨水调节pH为6.0，料液中析出固体杂质，过滤除去固体杂质得到17.5kg L-丙氨酸粗滤液，其中，L-丙氨酸含量16.07％；干物含量35.71％；过滤收率99.1％；

[0033] (2)将17.5kg的L-丙氨酸粗滤液过陶瓷膜，控制过滤温度55℃，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa，过滤结束后得L-丙氨酸透过液和浓缩废液；微滤过程中，当浓缩液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的15％时，加入相当于L-丙氨酸粗滤液体积
10％的无离子水透析浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并；过滤结束，得到19.3kg L-丙氨酸透过液，其中L-丙氨酸含量14.43％，干物含量29.94％，过滤收率99％；

[0034] (3)将19.3kg L-丙氨酸透过液通入色谱系统，控制每根色谱柱的温度为60℃，进料流量0.25BV/h，洗脱水流量1.5BV/h，出料量0.5BV/h，出废水量1.25BV/h，得到产品料液38.6kg，其中L-丙氨酸含量6.62％，干物含量6.96％，收率91.73％；

[0035] (4)将38.6kg产品料液浓缩至产品料液干物含量为60％，然后降温至10℃结晶，结晶结束后，离心进行固液分离，得L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，进一步的，加入无离子水洗晶，加入的量为L-丙氨酸结晶母液体积的7％；

[0036] (5)将所述L-丙氨酸晶体在60℃条件下烘干得L-丙氨酸成品，成品质量2.43kg，收率95％，成品质量符合中国药典标准，所述L- 丙氨酸结晶母液混入步骤(2)中的L-丙氨酸透过液循环套用。

[0037] 实施例2

[0038] 一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，包括如下步骤：

[0039] (1)取20kg L-丙氨酸含量14.9％，纯度35.11％，干物含量42.44％，透光率0％的L-丙氨酸末道母液置于水浴锅中，在60℃条件下搅拌保温，流加氨水调节pH为7.0，料液中析出固体杂质，过滤除去固体杂质得到17.9kgL-丙氨酸粗滤液，其中，L-丙氨酸含量16.48％；干物含量36.22％；过滤收率99％；

[0040] (2)将17.5kg的L-丙氨酸粗滤液过孔径为50nm的陶瓷膜，微滤过程中，控制过滤温度55℃，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa，过滤结束后得L-丙氨酸透过液和浓缩液；进一步的，微滤过程中，当浓缩液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的20％时，加入相当于L-丙氨酸粗滤液体积15％的无离子水透析浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并；过滤结束，得到19.7kg L-丙氨酸透过液，其中L-丙氨酸含量14.82％，干物含量30.56％，过滤收率99％；

[0041] (3)将19.7kg L-丙氨酸透过液通入色谱系统，控制每根色谱柱的温度为60℃，进料流量0.25BV/h，洗脱水流量1.5BV/h，出料量0.5BV/h，出废水量1.25BV/h，得到产品料液39.4kg，其中L-丙氨酸含量6.74％，干物含量7.07％，收率91％；

[0042] (4)将38.6kg产品料液浓缩至产品料液干物含量为60％，然后降温至10℃结晶，结晶结束后，离心进行固液分离，得L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，进一步的，离心时加入无离子水洗晶，加入的量为L-丙氨酸结晶母液体积的7％；

[0043] (5)将所述L-丙氨酸晶体在60℃条件下烘干得L-丙氨酸成品，成品质量2.5kg，收率96.2％，成品质量符合中国药典标准，所述L-丙氨酸结晶母液混入步骤(2)中的L-丙氨酸透过液循环套用。

[0044] 实施例3

[0045] 一种L-丙氨酸末道母液的纯化方法，包括如下步骤：

[0046] (1)取20kg L-丙氨酸含量13.8％，干物含量40.84％，透光率0％的L-丙氨酸末道母液置于水浴锅中，在60℃条件下搅拌保温，流加氨水调节pH为7.5，料液中析出固体杂质，过滤除去固体杂质得到17.2kgL-丙氨酸粗滤液，其中，L-丙氨酸含量15.89％；干物含量35.62％；过滤收率99％；

[0047] (2)将17.2kg的L-丙氨酸粗滤液过孔径为50nm的陶瓷膜，微滤过程中，控制过滤温度55℃，进料压力0.2-0.25MPa，出料压力0.15-0.23MPa，过滤结束后得L-丙氨酸透过液和浓缩液；进一步的，微滤过程中，当浓缩液的体积为所述L-丙氨酸粗滤液体积的18％时，加入相当于L-丙氨酸粗滤液体积12％的无离子水透析浓缩废液，得透析液，将所述透析液与所述透过液合并；过滤结束，得到18.9kg L-丙氨酸透过液，其中L-丙氨酸含量13.87％，干物含量29.32％，过滤收率99％；

[0048] (3)将19.7kg L-丙氨酸透过液通入色谱系统，控制每根色谱柱的温度为60℃，进料流量0.25BV/h，洗脱水流量1.5BV/h，出料量0.5BV/h，出废水量1.25BV/h，得到产品料液37.8kg，其中L-丙氨酸含量6.72％，干物含量6.6％，L-丙氨酸纯度95％；收率，90.4％；

[0049] (4)将37.8kg产品料液浓缩至产品料液干物含量为60％，然后降温至10℃结晶，结晶结束后，离心进行固液分离，得L-丙氨酸晶体和L-丙氨酸结晶母液，进一步的，离心时加入无离子水洗晶，加入的量为L-丙氨酸结晶母液体积的7％；

[0050] (5)将所述L-丙氨酸晶体在60℃条件下烘干得L-丙氨酸成品，成品质量2.45kg，收率96.5％，成品质量符合中国药典标准，所述L-丙氨酸结晶母液混入步骤(2)中的L-丙氨酸透过液循环套用。

[0051] 虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发 明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。