一種精氨酸精制工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種精氨酸精制工藝。本提取工藝采用陶瓷膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板框過濾，提高了濾液質(zhì)量；采用膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子交換分離技術(shù)，提高了料液質(zhì)量和透過，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；采用膜濃縮技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的減壓濃縮技術(shù)，減少了對產(chǎn)品的破壞，降低了能耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。通過本發(fā)明制備方法，成品對于發(fā)酵液來說總收率能達到87%以上（相對于除去菌體的凈精氨酸含量計算），成品一次合格率達到99.9%。
【專利說明】一種精氨酸精制工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氨基酸生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種精氨酸精制工藝。
【背景技術(shù)】 [0002]精氨酸在醫(yī)藥、營養(yǎng)保健、食品等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，需求量大，被稱之為氨基酸中最重要的品種之一。L-精氨酸是生物體尿素循環(huán)的重要中間代謝產(chǎn)物，所有的機體組織都利用L-精氨酸合成細胞漿蛋白和核蛋白。在生理活性方面，除了與生長激素、胰島素、胰高血糖素等激素誘導(dǎo)有關(guān)外，近年來，又作為血管舒張因子而引起關(guān)注，有望成為營養(yǎng)療法的新材料。由于L-精氨酸不僅擁有重要的科學研究、實際生產(chǎn)及應(yīng)用價值，同時L-精氨酸在生理功能重要性的作用，而且現(xiàn)在國內(nèi)傳統(tǒng)生產(chǎn)方法依舊污染嚴重、產(chǎn)能產(chǎn)值較低，因此，經(jīng)國務(wù)院和全國人大代表批準，發(fā)酵法生產(chǎn)精氨酸列入國家“十一五”重點攻關(guān)科技項目。
[0003]目前國內(nèi)主要依靠蛋白質(zhì)水解法來生產(chǎn)精氨酸，該法操作費時、收率低，工藝穩(wěn)定性不好且環(huán)境污染嚴重，不適于大規(guī)模生產(chǎn)。國外特別是歐盟國家十分強調(diào)非動物來源性(non-animal)，使得毛發(fā)水解精氨酸產(chǎn)品受到很大發(fā)展限制。因此，建立我國發(fā)酵法生產(chǎn)精氨酸工業(yè)十分緊迫，也有良好發(fā)展前景。
[0004]精氨酸提取主要有兩種生產(chǎn)工藝:即蛋白質(zhì)水解提取工藝；生物發(fā)酵工藝。生物發(fā)酵工藝中發(fā)酵液中含有大量的有機和無機雜質(zhì)，傳統(tǒng)的后提取處理工藝對產(chǎn)品質(zhì)量沒有保障，而且費工費時。現(xiàn)有技術(shù)提取時采用了板框過濾，時間長，收率低，損失大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種精氨酸精制工藝。本提取工藝采用陶瓷膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板框過濾，提高了濾液質(zhì)量；采用膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子交換分離技術(shù)，提高了料液質(zhì)量和透過，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；采用膜濃縮技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的減壓濃縮技術(shù)，減少了對產(chǎn)品的破壞，降低了能耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。通過本發(fā)明制備方法，成品對于發(fā)酵液來說總收率能達到87%以上(相對于除去菌體的凈精氨酸含量計算)，成品一次合格率達到99.9%。
[0006]本發(fā)明的一種精氨酸精制工藝技術(shù)方案為，包括發(fā)酵液的制備和提取精制步驟，其中發(fā)酵液的制備采用黃色短桿菌MQA121。
[0007]MQA121菌株在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，地址:北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號，郵編:100101，其保藏編號是=CGMCC N0.8392，菌種的拉丁文^mBrevibacterium /Lara?,參據(jù)的微生物(株):MQA121,保藏日期是2013年10月25曰。
[0008]本發(fā)明所述的MQA121菌株特征為:產(chǎn)酸能力強、糖酸轉(zhuǎn)化率高、性能穩(wěn)定。
[0009]發(fā)酵液的制備包括下述的步驟:
(I)斜面培養(yǎng):將MQA121菌種接入滅菌的斜面培養(yǎng)基，在26°C培養(yǎng)，20-28小時得到斜面菌種；(2)搖瓶菌種:將培養(yǎng)好的斜面菌種接入搖瓶滅菌種子培養(yǎng)基26°C培養(yǎng)16-20小時得到搖瓶種子液；
(3)一級種子培養(yǎng):將培養(yǎng)好的搖瓶種子液接入滅菌的一級種子培養(yǎng)基，26°C培養(yǎng)12-16小時得一級種液；
(4)二級種子培養(yǎng):將培養(yǎng)好的一級種子液接入滅菌過的二級種子培養(yǎng)基26°C培養(yǎng)3-5小時得二級種子液；
(5)將培養(yǎng)好的二級種子液接種到滅菌的發(fā)酵培養(yǎng)基中，發(fā)酵過程補加按重量百分比的 5% 葡萄糖和玉米漿 3.5-5.0%、(NH4) 2S042.5-4.0%、KH2PO40.3-0.6%、K2HPO4.3H200.3-0.6%，通入無菌風，采用氨水控制pH值7.2，在26°C條件下，經(jīng)過66-72小時培養(yǎng)得到含精氨酸產(chǎn)品的發(fā)酵液。
[0010]步驟(1)中斜面培養(yǎng)基包括按重量百分比的:葡萄糖2.5-5.0%、(NH4) 2S042.0-4.5%、KH2PO40.3-0.5%、K2HPO4.3Η200.3-0.6%、MgSO4.7Η200.05-0.10%、FeSO4.7Η20 0.002-0.006%、MnSO4.H2O0.002-0.006%,瓊脂粉 2.0%, ρΗ7.0~7.6。
[0011]搖瓶種子培養(yǎng)基、一級種子培養(yǎng)基、二級種子培養(yǎng)基以及發(fā)酵培養(yǎng)基配方為:初糖濃度 13.5%,尿素 2.0%,玉米漿 CSL3.0%, (NH4) S044.5%。
[0012]步驟(5)中氨水體積濃度為1:1。
[0013]發(fā)酵產(chǎn)品提取精制包括以下步驟:(1)發(fā)酵液預(yù)處理；(2)絮凝、脫色、預(yù)濃縮；
(3)濃縮、結(jié)晶；(4)離心得成品。
[0014]具體為:
(I)發(fā)酵液預(yù)處理利用陶瓷膜設(shè)備除去發(fā)酵液中的生產(chǎn)菌和大分子蛋白。陶瓷膜孔徑80-600nm，操作壓差 0.20-0.32MPa，膜面流速 5m/s，擬穩(wěn)定通量 80_155L/m2.h。
[0015]發(fā)酵液直接經(jīng)過陶瓷膜循環(huán)過濾，過程采用循環(huán)水為循環(huán)料液降溫，循環(huán)料液溫度控制在60°C以下，濃縮液加入反滲透水清洗出殘留的產(chǎn)品。過濾時間為12小時，濾清液含量為70-80g/L，濾液澄清、透明，預(yù)處理收率為87%。經(jīng)過陶瓷膜后，清液含菌量< 0.2%。
[0016](2)絮凝、脫色，預(yù)濃縮將步驟(1)中得到的濾清液以樹脂I倍體積/小時的流速流過弱酸性陽離子樹脂吸附產(chǎn)品，用2倍樹脂體積的2.0-3.0N氨水，以I倍樹脂體積的流速洗脫得到洗脫液；洗脫液通過通徑為800分子量的納濾膜設(shè)備循環(huán)脫色，過程使用循環(huán)水降溫控制循環(huán)料液溫度低于60°C，用反滲透水清洗濃縮液至產(chǎn)品含量低于0.2%，得到透光為80%以上，含量為6%的納濾濃縮液；納濾清液升溫至75°C，80rpm攪拌狀態(tài)下加入1%活性炭脫色，保溫45分鐘，當清液透光率達到92%以上后經(jīng)脫碳機除去活性炭得到脫色清液，脫色清液經(jīng)過反滲透循環(huán)，用循環(huán)水降溫控制循環(huán)料液溫度低于60°C，濃縮液含量達到14-18%后得到反滲透濃縮液；反滲透濃縮液以I倍樹脂體積/小時的流速流經(jīng)經(jīng)過弱堿性陰離子樹脂得到含量為13%透光率100%的陰離子樹脂交換液。
[0017](3)濃縮、結(jié)晶將陰離子交換液吸入濃縮結(jié)晶罐，在-0.08Mpa、料液溫度控制在55-60°C、攪拌轉(zhuǎn)速為80rpm的條件下將陰離子交換液濃縮至料液含量達到85%，降低轉(zhuǎn)速至60rpm，用-5°C冰水將料液降溫至5°C養(yǎng)晶8小時。
[0018](4)成品將養(yǎng)好晶的結(jié)晶液以2000rpm轉(zhuǎn)速的全自動出料離心機將結(jié)晶和母液分離，用75%的酒精清洗結(jié)晶得到濕品，濕品經(jīng)雙錐干燥在真空度-0.08Mpa，溫度80°C條件下烘干5小時得到含水量0.5%以下的干品，干品在環(huán)境為溫度22°C—28°C，濕度≤50%，無菌條件下包裝得成品。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于，本提取工藝采用陶瓷膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板框過濾，提高了濾液質(zhì)量，減少了占地面積，提高了產(chǎn)品收率，降低了勞動強度。
[0020]采用膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子交換分離技術(shù)，降低了樹脂用量，提高了料液質(zhì)量和透過，減少了活性炭用量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
[0021]采用膜濃縮技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的減壓濃縮技術(shù)，減少了對產(chǎn)品的破壞，降低了能耗，提
高了產(chǎn)品質(zhì)量。
[0022]最后，通過本發(fā)明制備方法，成品對于發(fā)酵液來說總收率能達到87%以上(相對于除去菌體的凈精氨酸含量計算)，成品一次合格率達到99.9%，而傳統(tǒng)工藝只能達到50%的總收率，一次合格率只有97%。
[0023]【具體實施方式】:
為了更好地理解本發(fā)明，下面用具體實例來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明并不局限于此。
[0024]實施例1
本發(fā)明的一種精氨酸精制工藝，包括發(fā)酵液的制備和提取精制步驟，其中發(fā)酵液的制備采用黃色短桿菌MQA12 1。
[0025]MQA121菌株在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，地址:北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號，郵編:100101，其保藏編號是=CGMCC N0.8392，菌種的拉丁文^mBrevibacterium /Lara?,參據(jù)的微生物(株):MQA121,保藏日期是2013年10月25曰。
[0026]本發(fā)明所述的MQA121菌株特征為:產(chǎn)酸能力強、糖酸轉(zhuǎn)化率高、性能穩(wěn)定。
[0027]發(fā)酵液的制備包括下述的步驟:
Cl)斜面培養(yǎng):將MQA121菌種接入滅菌的斜面培養(yǎng)基(配方葡萄糖2.5-5.0%、(NH4) 2S042.0-4.5%、KH2PO40.3-0.5%、K2HPO4.3Η200.3-0.6%、MgSO4.7Η200.05-0.10%、FeSO4.7Η20 0.002-0.006%、MnSO4.H2O0.002-0.006%,瓊脂粉 2.0%, ρΗ7.0~7.6。)，在 26°C培養(yǎng)，20-28小時得到斜面菌種；
(2)搖瓶菌種:將培養(yǎng)好的斜面菌種接入搖瓶滅菌種子培養(yǎng)基26°C培養(yǎng)16-20小時得到搖瓶種子液；
(3)一級種子培養(yǎng):將培養(yǎng)好的搖瓶種子液接入滅菌的一級種子培養(yǎng)基，26°C培養(yǎng)12-16小時得一級種液；
(4)二級種子培養(yǎng):將培養(yǎng)好的一級種子液接入滅菌過的二級種子培養(yǎng)基26°C培養(yǎng)
3-5小時得二級種子液；
(5)將培養(yǎng)好的二級種子液接種到滅菌的發(fā)酵培養(yǎng)基中，發(fā)酵過程補加含量為 100% 葡萄糖和營養(yǎng)物質(zhì)(玉米漿 3.5-5.0%、(NH4) 2S042.5-4.0%、KH2PO40.3-0.6%、K2HPO4.3H200.3-0.6%)，通入無菌風，采用氨水(1:1體積濃度)控制pH值7.2，在26°C條件下，經(jīng)過66-72小時培養(yǎng)得到含精氨酸產(chǎn)品的發(fā)酵液。
[0028]搖瓶種子培養(yǎng)基、一級種子培養(yǎng)基、二級種子培養(yǎng)基以及發(fā)酵培養(yǎng)基配方為:初糖濃度 13.5%,尿素 2.0%,玉米漿 CSL3.0%, (NH4) S044.5%。
[0029]發(fā)酵產(chǎn)品提取精制包括以下步驟:(I)發(fā)酵液預(yù)處理；(2)絮凝、脫色、預(yù)濃縮；(3)濃縮、結(jié)晶；(4)離心得成品。
[0030]具體為:
(I)發(fā)酵液預(yù)處理利用陶瓷膜設(shè)備除去發(fā)酵液中的生產(chǎn)菌和大分子蛋白。陶瓷膜孔徑80-600nm，操作壓差 0.20-0.32MPa，膜面流速 5m/s，擬穩(wěn)定通量 80_155L/m2.h。
[0031]發(fā)酵液直接經(jīng)過陶瓷膜循環(huán)過濾，過程采用循環(huán)水為循環(huán)料液降溫，循環(huán)料液溫度控制在60°C以下，濃縮液加入反滲透水清洗出殘留的產(chǎn)品。過濾時間為12小時，濾清液含量為70-80g/L，濾液澄清、透明，預(yù)處理收率為87%。經(jīng)過陶瓷膜后，清液含菌量< 0.2%。
[0032](2)絮凝、脫色，預(yù)濃縮將步驟(1)中得到的濾清液以樹脂I倍體積/小時的流速流過弱酸性陽離子樹脂D113 (上海勁凱樹脂有限公司)吸附產(chǎn)品，用2倍樹脂體積的
2.0-3.0N氨水，以I倍樹脂體積的流速洗脫得到洗脫液；洗脫液通過通徑為800分子量的納濾膜設(shè)備循環(huán)脫色，過程使用循環(huán)水降溫控制循環(huán)料液溫度低于60°C，用反滲透水清洗濃縮液至產(chǎn)品含量低于0.2%，得到透光為80%以上，含量為6%的納濾濃縮液；納濾清液升溫至75V，80rpm攪拌狀態(tài)下加入1%活性炭脫色，保溫45分鐘，當清液透光率達到92%以上后經(jīng)脫碳機除去活性炭得到脫色清液，脫色清液經(jīng)過反滲透循環(huán)，用循環(huán)水降溫控制循環(huán)料液溫度低于60°C，濃縮液含量達到14-18%后得到反滲透濃縮液；反滲透濃縮液以I倍樹脂體積/小時的流速流經(jīng)經(jīng)過弱堿性陰離子樹脂D535 (上海華震科技有限公司)得到含量為13%透光率100%的陰離子樹脂交換液。
[0033](3)濃縮、結(jié)晶將陰離子交換液吸入濃縮結(jié)晶罐，在-0.08Mpa、料液溫度控制在55-60°C、攪拌轉(zhuǎn)速為80rpm的條件下將陰離子交換液濃縮至料液含量達到85%，降低轉(zhuǎn)速至60rpm，用_5°C冰水將料液降溫至5°C養(yǎng)晶8小時。
[0034](4)成品將養(yǎng)好晶的結(jié)晶液以2000rpm轉(zhuǎn)速的全自動出料離心機將結(jié)晶和母液分離，用75%的酒精清洗結(jié)晶得到濕品，濕品經(jīng)雙錐干燥在真空度-0.08Mpa,溫度80°C條件下烘干5小時得到含水量0.5%以下的干品，干品在環(huán)境為溫度22°C—28°C，濕度≤50%，無菌條件下包裝得成品。
[0035]本發(fā)明的優(yōu)點在于，本提取工藝采用陶瓷膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板框過濾，提高了濾液質(zhì)量，減少了占地面積，提高了產(chǎn)品收率，降低了勞動強度。
[0036]采用膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子交換分離技術(shù)，降低了樹脂用量，提高了料液質(zhì)量和透過，減少了活性炭用量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
[0037]采用膜濃縮技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的減壓濃縮技術(shù)，減少了對產(chǎn)品的破壞，降低了能耗，提
高了產(chǎn)品質(zhì)量。
[0038]最后， 通過本發(fā)明制備方法，成品對于發(fā)酵液來說總收率能達到87%以上(相對于除去菌體的凈精氨酸含量計算)，成品一次合格率達到99.9%，而傳統(tǒng)工藝只能達到50%的總收率，一次合格率只有97%。
[0039]陶瓷膜對精氨酸發(fā)酵液具有良好地除菌效果，除菌效果如表1所示:
表1
【權(quán)利要求】
1.一種精氨酸精制工藝，其特征在于，包括發(fā)酵液的制備和提取精制步驟，其中發(fā)酵液的制備采用黃色短桿菌MQA121，其中發(fā)酵液制備包括(1)斜面培養(yǎng)，(2)搖瓶菌種，(3) —級種子培養(yǎng)，(4) 二級種子培養(yǎng)，(5)發(fā)酵；提取精制步驟包括(1)發(fā)酵液預(yù)處理；(2)絮凝、脫色、預(yù)濃縮；(3)濃縮、結(jié)晶；(4)離心得成品步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精氨酸精制工藝，其特征在于，發(fā)酵液的制備具體為: (1)斜面培養(yǎng):將MQA121菌種接入滅菌的斜面培養(yǎng)基，在26°C培養(yǎng)，20-28小時得到斜面菌種； (2)搖瓶菌種:將培養(yǎng)好的斜面菌種接入搖瓶滅菌種子培養(yǎng)基26°C培養(yǎng)16-20小時得到搖瓶種子液； (3)一級種子培養(yǎng):將培養(yǎng)好的搖瓶種子液接入滅菌的一級種子培養(yǎng)基，26°C培養(yǎng)12-16小時得一級種液； (4)二級種子培養(yǎng):將培養(yǎng)好的一級種子液接入滅菌過的二級種子培養(yǎng)基26°C培養(yǎng)3-5小時得二級種子液； (5)將培養(yǎng)好的二級種子液接種到滅菌的發(fā)酵培養(yǎng)基中，發(fā)酵過程補加按重量百分比的 5% 葡萄糖和玉米漿 3.5-5.0%、(NH4) 2S042.5-4.0%、KH2PO40.3-0.6%、K2HPO4.3H200.3-0.6%，通入無菌風，采用氨水控制pH值7.2，在26°C條件下，經(jīng)過66-72小時培養(yǎng)得到含精氨酸產(chǎn)品的發(fā)酵液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種精氨酸精制工藝，其特征在于，步驟(1)中斜面培養(yǎng)基包括按重量百分比的:葡萄糖2.5-5.0%、(NH4) 2S042.0-4.5%、KH2PO40.3-0.5%、K2HPO4.3H200.3-0.6%、MgSO4.7H200.05-0.10%、FeSO4.7H20 0.002-0.006%、MnSO4.H2O0.002-0.006%,瓊脂粉 2.0%, ρΗ7.0~7.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種精氨酸精制工藝，其特征在于，搖瓶種子培養(yǎng)基、一級種子培養(yǎng)基、二級種子培養(yǎng)基以及發(fā)酵培養(yǎng)基配方為:初糖濃度13.5%，尿素2.0%，玉米漿CSL3.0%, (NH4) S044.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種精氨酸精制工藝，其特征在于，步驟(5)中氨水體積濃度為 1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精氨酸精制工藝，其特征在于，發(fā)酵產(chǎn)品提取精制步驟①具體為:利用陶瓷膜設(shè)備除去發(fā)酵液中的生產(chǎn)菌和大分子蛋白，陶瓷膜孔徑80-600nm，操作壓差0.20-0.32MPa，膜面流速5m/s，擬穩(wěn)定通量80_155L/m2.h ； 發(fā)酵液直接經(jīng)過陶瓷膜循環(huán)過濾，過程采用循環(huán)水為循環(huán)料液降溫，循環(huán)料液溫度控制在60°C以下，濃縮液加入反滲透水清洗出殘留的產(chǎn)品，過濾時間為12小時得濾清液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種精氨酸精制工藝，其特征在于，發(fā)酵產(chǎn)品提取精制步驟②具體為:將步驟①中得到的濾清液以樹脂I倍體積/小時的流速流過弱酸性陽離子樹脂吸附產(chǎn)品，用2倍樹脂體積的2.0-3.0N氨水，以I倍樹脂體積的流速洗脫得到洗脫液；洗脫液通過通徑為800分子量的納濾膜設(shè)備循環(huán)脫色，過程使用循環(huán)水降溫控制循環(huán)料液溫度低于60°C，用反滲透水清洗濃縮液至產(chǎn)品含量低于0.2%，得到透光為80%以上，含量為6%的納濾濃縮液；納濾清液升溫至75°C，80rpm攪拌狀態(tài)下加入1%活性炭脫色，保溫45分鐘，當清液透光率達到92%以上后經(jīng)脫碳機除去活性炭得到脫色清液，脫色清液經(jīng)過反滲透循環(huán)，用循環(huán)水降溫控制循環(huán)料液溫度低于60°C，濃縮液含量達到14-18%后得到反滲透濃縮液；反滲透濃縮液以I倍樹脂體積/小時的流速流經(jīng)經(jīng)過弱堿性陰離子樹脂得到含量為13%透光率100%的陰離子樹脂交換液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種精氨酸精制工藝，其特征在于，發(fā)酵產(chǎn)品提取精制步驟③具體為:將陰離子交換液吸入濃縮結(jié)晶罐，在-0.08Mpa、料液溫度控制在55-60°C、攪拌轉(zhuǎn)速為80rpm的條件下將陰離子交換液濃縮至料液含量達到85%,降低轉(zhuǎn)速至60rpm,用-5°C冰水將料液降溫至5°C養(yǎng)晶8小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種精氨酸精制工藝，其特征在于，發(fā)酵產(chǎn)品提取精制步驟④具體為:將養(yǎng)好晶的結(jié)晶液以2000rpm轉(zhuǎn)速的全自動出料離心機將結(jié)晶和母液分離，用75%的酒精清洗結(jié)晶得到濕品，濕品經(jīng)雙錐干燥在真空度-0.08Mpa，溫度80°C條件下烘干5小時得到含水量0.5%以下的干品，干品在環(huán)境為溫度22°C—28°C，濕度≤50%，無菌條件下包裝得成品。
【文檔編號】C12R1/13GK103695489SQ201310721132
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】高法民, 高樹營, 王威 申請人:山東民強生物科技股份有限公司