專利名稱：一種谷氨酸發(fā)酵提取工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物發(fā)酵領(lǐng)域，具體涉及一種谷氨酸發(fā)酵提取工藝。
背景技術(shù)：
谷氨酸是世界上第一大氨基酸產(chǎn)品，產(chǎn)量為氨基酸總生產(chǎn)量的53%，是日用調(diào)味品的主體，同時作為重要原料廣泛應用于重要化學品、醫(yī)藥品、保健食品和其他氨基酸制品的生產(chǎn)中。1964年，我國應用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸獲得成功。迄今為止，國內(nèi)已全部采用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸。近十年來，國內(nèi)谷氨酸發(fā)酵行業(yè)不斷應用新技術(shù)創(chuàng)新發(fā)酵工藝，使谷氨酸發(fā)酵水平大幅度提高。但國內(nèi)采用溫敏強制發(fā)酵工藝生產(chǎn)L-谷氨酸的生產(chǎn)水平與國際同行業(yè)尚有差距。現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌主要是棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬中的細菌。這四個屬在細菌的分類系統(tǒng)中彼此比較接近。短桿菌屬隸屬于短桿菌科 (Brevikicteriaceae)，而棒狀桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬則都隸屬于棒狀桿菌科 (Corynebacteriaceae)。短桿菌科和棒狀桿菌科均屬于真細菌目中的革蘭氏染色陽性、無芽孢桿菌及有芽孢桿菌的一大類。國內(nèi)采用溫敏強制發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸工藝行業(yè)平均產(chǎn)酸水平在140g/L，平均轉(zhuǎn)化率為58%，單位消耗淀粉1. 45噸/噸谷氨酸；國外溫敏強制發(fā)酵工藝進行谷氨酸的強制發(fā)酵，產(chǎn)酸水平在180g/L左右，轉(zhuǎn)化率65%以上，單位消耗淀粉1. 25噸/噸谷氨酸。因此，急需開發(fā)新的溫敏強制發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸工藝。國內(nèi)谷氨酸工業(yè)的谷氨酸提取工藝，經(jīng)歷了從“一步冷凍等電工藝”向“冷凍等電加離子交換工藝”，以及“濃縮等電加轉(zhuǎn)晶工藝”演變的發(fā)展過程，目前，產(chǎn)業(yè)界谷氨酸提取工藝以冷凍等電加離子交換工藝為主，濃縮等電加轉(zhuǎn)晶工藝次之。冷凍等電加離子交換工藝與一步冷凍等電工藝比較，優(yōu)點是提取收率高，達 94-95%。缺點是物耗高，提取噸谷氨酸消耗液氨120Kg，硫酸850Kg ；成品谷氨酸中硫酸根離子含量高易超標；高濃度廢水排放量較發(fā)酵液體積增加60%左右，還額外產(chǎn)生30 40 噸C0Dcr3000 4000mg/L的中濃度樹脂洗滌水。濃縮等電加轉(zhuǎn)晶工藝未采用離子交換技術(shù)，優(yōu)點是硫酸、液氨消耗低，排放高濃廢水總量小。缺點是收率低，最高僅88% ；其次，帶菌濃縮后等電得到的結(jié)晶谷氨酸質(zhì)量差， 必須通過“轉(zhuǎn)晶”步驟以提高純度，增加了工藝步驟。在谷氨酸發(fā)酵行業(yè)快速發(fā)展的同時，也帶來了較大的環(huán)境污染問題，每年的CODcr 排放總量110萬噸，占全國總排放量的20%左右。因此，實現(xiàn)谷氨酸行業(yè)的清潔生產(chǎn)是發(fā)酵行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展的重中之重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)谷氨酸發(fā)酵提取工藝收率低、污染大的缺陷，提供一種谷氨酸發(fā)酵提取工藝，包含以下步驟步驟1 取谷氨酸生產(chǎn)菌的發(fā)酵液，用金屬膜進行微濾，濾液備用；步驟2 用濃硫酸調(diào)節(jié)濾液pH為3. 2 5. 0，加入活性炭進行脫色處理；步驟3 加硫酸調(diào)節(jié)pH為5. 4-5. 6后進行濃縮得到發(fā)酵濃縮液；步驟4 取步驟3所得發(fā)酵濃縮液降低溫度和PH值至晶核形成，投放谷氨酸晶種后加硫酸，至PH為3. 22-3. 27、溫度為45°C 士0. 5°C保持，使晶體析出；步驟5 將步驟4所得谷氨酸晶液經(jīng)拉冷降溫進行分離。作為優(yōu)選，步驟1所述金屬膜孔徑為40nm 80nm，截留分子量為1500 4000道爾頓。金屬膜進行微濾，可除去菌體蛋白等雜質(zhì)，澄清的濾液為谷氨酸發(fā)酵液；所述金屬膜采用金屬膜分離系統(tǒng)，其孔徑為40nm 80nm，截留分子量1500 4000MW，pH范圍0_14， 操作溫度為0-80°C，操作壓差為0. 1-1. OMPa0在具體實施例中，本發(fā)明提供溫度敏感型谷氨酸生產(chǎn)菌為菌株F-209，出發(fā)菌種為天津棒桿菌T613。本發(fā)明所述溫度敏感型谷氨酸生產(chǎn)菌的發(fā)酵條件為pH值7. 0-7. 2，培養(yǎng)基初糖濃度為80g/L，培養(yǎng)基殘?zhí)蔷S持濃度為20 30g/L，發(fā)酵初溫32°C -37°C。菌株CN1021的培養(yǎng)基配方為葡萄糖 80g/L,玉米漿 40mL/L, Κ2ΗΡ044· 5g/L，MgSO4 · 7H20 1. 5g/L，VB1400 μ g/ L, FeSO4 · 7H2030mg/L, MnSO4 · H2030mg/L，尿素 5. 5g/L。作為優(yōu)選，步驟2所述活性炭加入量為發(fā)酵液體積的0. -0.3%，脫色溫度為 30 70°C，時間為40-60分鐘。步驟3所述濃縮為濃縮至波美度為18 20Β ，優(yōu)選為三效濃縮。作為優(yōu)選，步驟4所述所述谷氨酸晶種為α -型谷氨酸晶種；晶種投放量是發(fā)酵濃縮液重量的0. 3% -0. 4%，投放晶種溫度在30°C -32°C。作為優(yōu)選，步驟5所述分離采用臥式螺旋卸料沉降離心機進行分離。在本發(fā)明的具體實施方式
中，所述拉冷降溫是將含析出α-型晶體的晶漿液送入等電拉冷罐，養(yǎng)晶降溫，即投入梯度降溫控制系統(tǒng)，每小時降低1.5-2°C，攪拌降溫控制時間夏季20 24hr、冬季18 20hr，出料溫度6 10°C。當溫度降至6 10°C時，采用臥式螺旋卸料沉降離心機對谷氨酸晶液進行分離。臥式螺旋卸料沉降離心機分離谷氨酸后產(chǎn)生的清母液，可直接經(jīng)步驟1處理循環(huán)使用，或經(jīng)四效濃縮后，加入硫酸進行水解，轉(zhuǎn)化成合格的水解液，水解液經(jīng)板框壓濾機過濾后，得到過濾好的濾清水解液，可循環(huán)用于等電流加工藝。本發(fā)明吸取國內(nèi)提取技術(shù)及高濃廢水治理技術(shù)的優(yōu)點而擯棄其缺點，實現(xiàn)高收率、高質(zhì)量、低物耗及資源綜合利用等優(yōu)勢的集成，構(gòu)建了谷氨酸提取無廢低耗工藝，實現(xiàn)了 L-谷氨酸的清潔生產(chǎn)，本發(fā)明所述工藝谷氨酸提取總收率> 93 %，成本低，不消耗離子交換所需的硫酸和液氨，未額外產(chǎn)生工藝廢水。


圖1示本發(fā)明所述谷氨酸發(fā)酵提取工藝的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種谷氨酸發(fā)酵提取工藝，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當改進工藝參數(shù)實現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應用已經(jīng)通過較佳實施例進行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應用進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)和應用本發(fā)明技術(shù)。按照本發(fā)明，所述的谷氨酸發(fā)酵提取工藝如圖1所示，包含以下步驟步驟1 取谷氨酸生產(chǎn)菌的發(fā)酵液，用金屬膜進行微濾，濾液備用；步驟2 用濃硫酸調(diào)節(jié)濾液pH為3. 2 5. 0，加入活性炭進行脫色處理；步驟3 加硫酸調(diào)節(jié)pH為5. 4-5. 6后濃縮得到發(fā)酵濃縮液；步驟4 取步驟3所得發(fā)酵濃縮液降低溫度和PH值至晶核形成，投放谷氨酸晶種后加硫酸，至PH為3. 22-3. 27，溫度為45°C 士0. 5°C保持使晶體析出；步驟5 將步驟4所得谷氨酸晶液經(jīng)拉冷降溫進行分離得到谷氨酸晶體。由于谷氨酸生產(chǎn)菌菌體細胞小，難于沉降，離心法能耗大，操作繁雜，速度慢，投資大。膜分離技術(shù)是近年來發(fā)展較快的一門新興高效分離技術(shù)，在分離、濃縮和純化生物活性物質(zhì)方面得到了廣泛的應用。在具體實施例中，步驟1所述金屬膜孔徑為40nm 80nm，截留分子量為1500 4000道爾頓。金屬膜進行微濾，可除去菌體蛋白等雜質(zhì)，得到澄清的谷氨酸發(fā)酵液和菌體濃縮液，菌體濃縮液可加入適量水后繼續(xù)過濾，混入發(fā)酵液中循環(huán)使用；所述金屬膜采用金屬膜分離系統(tǒng)，其孔徑為40nm 80nm，截留分子量1500 4000MW。在具體實施例中，步驟2所述活性炭加入量為谷氨酸發(fā)酵液體積的0. ；脫色溫度為30 70°C，時間為40-60分鐘。在具體實施例中，步驟3所述濃縮為濃縮至波美度為18 20Β ，優(yōu)選為三效濃縮。按照本發(fā)明，步驟4所述所述谷氨酸晶種為α -型谷氨酸晶種；所述晶種重量是發(fā)酵濃縮液的0. 3%，投放晶種溫度在30°C -32°C。本發(fā)明步驟5所述拉冷降溫是將含析出α -型晶體的晶漿液送入拉冷罐，養(yǎng)晶降溫，即投入梯度降溫控制系統(tǒng)，每小時降低1. 5-20C，當溫度降至6 10°C時，再把經(jīng)降溫后谷氨酸液進行分離，等電拉冷罐梯度降溫控制溫降1 1. 5°C /h，攪拌降溫控制時間夏季20 Mhr、冬季18 20hr，出料溫度6 10°C。臥式螺旋卸料沉降離心機，簡稱臥螺分離機，是利用離心沉降原理分離懸浮液中固液相的設備，它主要用于完成固液相有密度差的懸浮液的固相脫水，液相澄清，粒度分級，濃縮等工藝過程。在重力場中，在裝有輕、重兩種液體以及固相顆粒的混合液的容器中， 由于重力作用，靜置一段時間后，會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，比重最大的固體顆粒會下沉到容器最底部，最上面為輕相液體，在二者之間是重相液體。當混合液體進入離心機轉(zhuǎn)鼓并隨轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)起來后，這個分層過程由于離心力場的作用，會比在重力場作用下的過程大幾千倍的速度加快進行，分離因數(shù)就是重力加速度的倍數(shù)，一般不大于3000G。在本發(fā)明的具體實施例中，臥式螺旋卸料沉降離心機進料流量9 13m/h，固液比 28 32%，溫度6 10°C。作為優(yōu)選，拉冷降溫分離谷氨酸后產(chǎn)生的清母液或直接經(jīng)步驟1處理循環(huán)使用，或經(jīng)四效濃縮后，加入硫酸進行水解，轉(zhuǎn)化成合格的水解液，水解液經(jīng)板框壓濾機過濾后， 得到過濾好的濾清水解液，可替代硫酸循環(huán)用于等電流加工藝。下面結(jié)合實施例，進一步詳細闡述本發(fā)明實施例1 谷氨酸生產(chǎn)菌發(fā)酵選谷氨酸溫度敏感型菌株F_209(出發(fā)菌種為天津棒桿菌T6i;3)正常發(fā)酵，發(fā)酵條件為PH值7. 0-7. 2，培養(yǎng)基初糖濃度為80g/L，培養(yǎng)基殘?zhí)蔷S持濃度為20 30g/L，發(fā)酵初溫 32°C -37 °C。所述溫度敏感型谷氨酸生產(chǎn)菌的培養(yǎng)基配方為葡萄糖80g/L，玉米漿40mL/L， Κ2ΗΡ044· 5g/L, MgSO4 · 7Η201· 5g/L, VB1400 μ g/L, FeSO4 · 7H20 30mg/L, MnSO4 · H2030mg/L，尿素 5. 5g/L。實施例2 膜過濾分離菌體、脫色、濃縮處理取谷氨酸生產(chǎn)菌的發(fā)酵液用金屬膜進行膜過濾，所述金屬膜孔徑為40nm 80nm， 截留分子量為1500 4000道爾頓。金屬膜進行微濾，可除去菌體蛋白等雜質(zhì)，得到澄清的谷氨酸發(fā)酵液和菌體濃縮液，菌體濃縮液可加入適量水后繼續(xù)過濾，混入發(fā)酵液中循環(huán)使用；所述金屬膜采用金屬膜分離系統(tǒng)，其PH范圍0-14，操作溫度為0-80°C，操作壓差為0. 1-1. OMPa0將過濾后得到的谷氨酸發(fā)酵液用濃硫酸調(diào)節(jié)pH為3. 2 5. 0，加入活性炭進行脫色處理；所述活性炭加入量為谷氨酸發(fā)酵液體積的0. 1% ；脫色溫度為30 70°C，時間為 40-60分鐘。取經(jīng)膜過濾、脫色處理的發(fā)酵液用加硫酸調(diào)節(jié)pH為5. 4-5. 6后進行濃縮，得到波美度為18 20Β 的發(fā)酵濃縮液，所述濃縮優(yōu)選為三效濃縮。實施例3 等電流加步驟等電流加工藝是一邊連續(xù)流加發(fā)酵濃縮液，一邊流加硫酸，使溶液處于飽和狀態(tài)析出晶體的一個連續(xù)過程。取經(jīng)膜過濾、脫色、濃縮處理的發(fā)酵液放入連續(xù)等電罐內(nèi)，當料液至下層攪拌時開攪拌，同時打開降溫閥當液位達到一定時開始緩慢中和，PH值和溫度緩慢下降，隨著pH的變化，不斷觀察晶核形成情況，當發(fā)現(xiàn)液體里有晶核生成時，立即投放一定量的晶種，晶種必須α -型，加晶種重量是料液的0. 3%，加晶種溫度控制在30°C左右，加晶種后放慢加酸速度。溫度隨PH值變化而變化，但不能回升，起晶到一定數(shù)量新晶體后，停止加酸，開始育晶，育晶2小時后繼續(xù)加酸降溫至終點pH3. 22 3. 27。底料做好后，開始進發(fā)酵濃縮液流加硫酸，溫度慢慢回升(流量控制在6-8m3/h，溫度每小時0. 7-l°C，一直流加硫酸至溫度要求值45°C 士0. 5°C保持不變，流量控制8-lOm3/ h，pH值始終保持3. 22 3. 27，使溶液處于飽和狀態(tài)析出晶體。實施例4 拉冷分離步驟將實施例3中從連續(xù)等電罐底部析出谷氨酸晶液經(jīng)拉冷降溫進行分離。所述拉冷降溫是將含析出α-型晶體的晶漿液送入等電拉冷罐，養(yǎng)晶降溫，即投入梯度降溫控制系統(tǒng)，每小時降低1. 5-2°C，攪拌降溫控制時間夏季20 24hr、冬季18 20hr，出料溫度 6 10°C。當溫度降至6 10°C時，采用臥式螺旋卸料沉降離心機對谷氨酸晶液進行分離， 臥式螺旋卸料沉降離心機進料流量9 13m3/h，固液比28 32%，出料溫度6 10°C，得到谷氨酸晶體。臥式螺旋卸料沉降離心機分離谷氨酸后產(chǎn)生的清母液，經(jīng)四效濃縮后，加入硫酸進行水解，轉(zhuǎn)化成合格的水解液，水解液經(jīng)板框壓濾機過濾后，得到過濾好的濾清水解液， 可循環(huán)用于等電流加工藝。實施例5 本發(fā)明所述谷氨酸發(fā)酵提取工藝與現(xiàn)有工藝對比表1、技術(shù)指標對比
指標新工藝國內(nèi)平均水平國際平均水平谷氨酸酸產(chǎn)率％18. 114. 018. 0糖酸轉(zhuǎn)化率％6558. 065. 0淀粉單耗t/t (谷氨酸)1. 251. 451. 25表2、技術(shù)指標對比
指標新工藝國內(nèi)平均水平國際平均水平耗水量m3/t (谷氨酸)0. 8106耗電量kwh/t (谷氨酸)400520400耗汽量m3/t (谷氨酸)2. 632. 6氮污廢水m3/t (谷氨酸)0140實施例6 本發(fā)明所述谷氨酸發(fā)酵提取工藝與現(xiàn)有的濃縮等電轉(zhuǎn)晶生產(chǎn)工藝對比本項目以1噸發(fā)酵液理論谷氨酸為提取對象，因提取收率不同導致谷氨酸產(chǎn)量和輔料消耗不同，最終表現(xiàn)為生產(chǎn)成本變動。本發(fā)明所述谷氨酸發(fā)酵提取工藝與濃縮等電工藝的收率、消耗及生產(chǎn)成本差異見表3。表3、兩種提取工藝的技術(shù)指標、物耗及經(jīng)濟分析
項目單價元“屯本發(fā)明所述工藝濃縮等電工藝差值金額 (元)谷氨酸提取收率/93%88%5%/谷氨酸精制收率/125% *125%0%/谷氨酸產(chǎn)量80001.1631.10.063504硫酸消耗13500.420.450.034權(quán)利要求
1.一種谷氨酸發(fā)酵提取工藝，其特征在于，包含以下步驟步驟1 取谷氨酸生產(chǎn)菌的發(fā)酵液，用金屬膜進行微濾，濾液備用；步驟2 用濃硫酸調(diào)節(jié)濾液PH為3. 2 5. 0，加入活性炭進行脫色處理；步驟3 加硫酸調(diào)節(jié)pH為5. 4-5. 6后進行濃縮得到發(fā)酵濃縮液；步驟4 取步驟3所得發(fā)酵濃縮液降低溫度和pH值至晶核形成，投放谷氨酸晶種后加硫酸，至PH為3. 22-3. 27、溫度為45°C 士0. 5°C保持，使晶體析出；步驟5 將步驟4所得谷氨酸晶液經(jīng)拉冷降溫進行分離得到谷氨酸晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟1所述金屬膜孔徑為40nm 80nm， 截留分子量為1500 4000道爾頓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟2所述活性炭加入量為谷氨酸發(fā)酵液體積的 0. -0.3%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟2所述脫色溫度為30 70°C，時間為40-60分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟3所述發(fā)酵濃縮液為波美度為18 20Be。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟4所述所述谷氨酸晶種為α-型谷氨酸晶種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟4所述晶種投放量是發(fā)酵濃縮液重量的 0. 3% -0. 4%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟4所述投放晶種溫度在30°C-320C0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟5所述分離采用臥式螺旋卸料沉降離心機進行分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物發(fā)酵領(lǐng)域，具體公開了一種谷氨酸發(fā)酵提取工藝，所述工藝包含以下步驟取谷氨酸生產(chǎn)菌的發(fā)酵液，用金屬膜進行微濾，濾液備用；用濃硫酸調(diào)節(jié)濾液pH為3.2～5.0，加入活性炭進行脫色處理；加硫酸調(diào)節(jié)pH為5.4-5.6后濃縮得到發(fā)酵濃縮液；降低發(fā)酵濃縮液溫度和pH值至晶核形成，投放晶種后加硫酸，保持pH為3.22-3.27、溫度為45℃±0.5℃，析出α-型晶體；將所得谷氨酸晶液經(jīng)拉冷降溫進行分離得到谷氨酸晶體。本發(fā)明所述工藝谷氨酸提取總收率≥93％，不消耗離子交換所需的硫酸和液氨，也無額外產(chǎn)生的工藝廢水，成本低，實現(xiàn)高收率、高質(zhì)量、低物耗及資源綜合利用的集成。
文檔編號C07C229/24GK102372645SQ201010251229
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者何君, 劉增超, 劉森芝, 王愛軍 申請人:梅花生物科技集團股份有限公司