專利名稱：離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及一種離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，用于從色氨酸發(fā)酵液中直接提取色氨酸。
背景技術(shù)：
色氨酸即2-氨基-3-吲哚基丙酸，是一種芳香族、雜環(huán)、非極性α氨基酸。于1902 年由Hokinst首先從酪蛋白中分離獲得，有L型和D型同分異構(gòu)體，還有消旋體DL-色氨酸。 色氨酸是動物維持生長必需的氨基酸，參與體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成與代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)。天然存在的只有L-色氨酸，D-色氨酸則主要存在于微生物和綠色植物中，動物中存在較少。目前色氨酸的生產(chǎn)多采用基因工程大腸桿菌或產(chǎn)谷氨酸桿菌，發(fā)酵培養(yǎng)基為可溶性無機鹽和一些有機酸、葡萄糖及酵母浸出粉。提取工藝為發(fā)酵液至發(fā)酵終點后經(jīng)加溫滅活，調(diào)PH值，如US4335209、US5300651、US5776740所述，再進行過濾以去除其中的一些固體不溶物如菌絲體、不溶性蛋白等獲得澄清濾液，濾液用離子交換樹脂處理后經(jīng)進一步處理得產(chǎn)品?，F(xiàn)有工藝具有以下缺點和問題(1)由于大腸桿菌及不溶蛋白顆粒小、粘度大， 使用板框壓濾需加一定量助濾劑和絮凝劑，所得濾渣不易處理，其中所含大量蛋白不能重復利用，作為肥料使用時又易使土壤板結(jié)，固體廢棄物處理難度大；(2)若使用較為昂貴的陶瓷膜過濾，由于發(fā)酵液中菌體顆粒小，需要使用孔徑小于0. 2微米的陶瓷膜，這種規(guī)格的陶瓷膜在使用中，很容易受菌絲體、生物質(zhì)蛋白的污染堵塞，生產(chǎn)過程中不得不經(jīng)常停機洗膜，堿洗、水洗、清洗劑洗等，不僅消耗大量試劑，而且過濾時間漫長，收率低；(3)通常發(fā)酵液中色氨酸在水中的溶解度低，色氨酸含量超過23 25克/升就會逐漸形成顆粒狀結(jié)晶， 一旦形成就會大大延長過濾提取過程，需要大量的水進行長時間的頂洗，否則會導致過濾收率降低，甚至低于90%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，解決色氨酸發(fā)酵液傳統(tǒng)提取過程中因使用板框或陶瓷膜過濾所帶來的操作工藝復雜、過濾時間長、效果差、動力成本高的技術(shù)問題；同時，對吸附廢液進行除菌渣收集后可以重復利用，節(jié)約用水。本發(fā)明的目的是以如下方式實現(xiàn)的將含有色氨酸的發(fā)酵液經(jīng)滅活、調(diào)酸PH值為 3 4的預處理后，按發(fā)酵液中含有的色氨酸對應(yīng)每20克的量加入0. 8 1. 5升上批次分離廢菌渣后的清液混合均勻后得到稀釋后的發(fā)酵液，然后進入離子交換樹脂柱中進行循環(huán)交換吸附，當流出離子交換樹脂柱的發(fā)酵液中色氨酸的含量達到或低于目標設(shè)定值時，發(fā)酵液不再循環(huán)提取而作為廢液進行統(tǒng)一收集，除去廢菌渣獲得清液；利用上批次除去廢菌渣后的清液清洗離子交換樹脂，離子交換樹脂洗清后經(jīng)過氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液經(jīng)過進一步的純化處理得到成品色氨酸。稀釋后的發(fā)酵液由下至上進入離子交換樹脂柱中進行循環(huán)吸附。
在進行循環(huán)吸附色氨酸的過程中，控制發(fā)酵液流量使樹脂呈流化狀態(tài)。流出離子交換樹脂柱的發(fā)酵液中色氨酸的目標設(shè)定值為色氨酸含量0. 5克/升。 用離子交換樹脂柱進行循環(huán)交換吸附后，發(fā)酵液中色氨酸濃度逐漸降低，規(guī)定目標設(shè)定值的目的是從經(jīng)濟角度考慮，因為繼續(xù)吸附會增加成 本，所以該值并不是提取方法的必須條件，可以根據(jù)具體生產(chǎn)情況而定。收集后的吸附廢液通過離心或壓濾方法除去廢菌渣，所得清液轉(zhuǎn)入貯罐中準備分次套用，分別用于稀釋發(fā)酵液和清洗吸附結(jié)束的離子交換樹脂柱，以節(jié)約大量的清洗用水。在用清液清洗離子交換樹脂過程中，間隔壓入空氣引起樹脂震動，使粘附的蛋白從離子交換樹脂上洗去，防止結(jié)塊，提高洗滌效果。離子交換樹脂的裝填量不大于離子交換樹脂柱有效容積的50%，使離子交換樹脂吸附過程中保持流化狀態(tài)不粘結(jié)。本發(fā)明用離子交換樹脂直接吸附提取發(fā)酵液中的色氨酸，工藝簡單，收率高，成本低；吸附廢液可以重復利用，節(jié)約用水。
具體實施例方式實施例1
將經(jīng)過滅活，調(diào)酸至PH為3. 1，實測色氨酸含量為20克/升的發(fā)酵液1000升加入發(fā)酵液貯罐中，再加入1000升上一批離心分離后的清液，混合均勻后，由下至上通入離子交換樹脂柱，離子交換樹脂柱直徑0. 4米，柱高4. 78米，裝填樹脂300升，控制發(fā)酵液流速3. 0 立方米/小時，使樹脂保持流化狀態(tài)，發(fā)酵液通過循環(huán)中間罐在離子交換樹脂柱中進行循環(huán)交換吸附，對流出離子交換樹脂柱的發(fā)酵液進行定期檢測，最后一次實測色氨酸含量為 0. 46克/升，停止循環(huán)，開始收集吸附廢液，吸附廢液經(jīng)離心，除菌渣，得到的清液打入清液貯罐準備下一批使用。吸附廢液收集結(jié)束后，由清液貯罐向離子交換樹脂柱打入1000升清液對樹脂柱進行洗滌，洗滌液直接排入污水處理系統(tǒng)進行環(huán)保處理，整個過程約3小時，收率95. 4%，樹脂洗清后經(jīng)過氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液經(jīng)過進一步純化處理得到成品色氨酸。實施例2
取經(jīng)過滅活、調(diào)酸至PH值為3. 3的色氨酸發(fā)酵液1000升加入發(fā)酵液貯罐中，實測色氨酸含量23克/升，再加入1250升上一批離心分離后的清液，混合均勻后，由下至上通入離子交換樹脂柱，離子交換樹脂柱直徑0. 5米，柱高3. 06米，裝填樹脂300升?？刂瓢l(fā)酵液流速4. 7立方米/小時，使樹脂保持流化狀態(tài)。發(fā)酵液通過循環(huán)中間罐在離子交換樹脂柱中進行循環(huán)交換吸附，對流出離子交換樹脂柱的發(fā)酵液進行定期檢測，當其流出液中色氨酸含量降低至0. 41克/升時停止循環(huán)，開始收集吸附廢液，吸附廢液經(jīng)離心，除渣，得到的清液打入清液貯罐準備下一批使用。吸附廢液收集結(jié)束后，由清液貯罐向樹脂柱打入1250升清液對樹脂柱進行洗滌，洗滌液直接排入污水處理系統(tǒng)進行環(huán)保處理，整個過程約4. 0小時， 收率96. 0%。樹脂洗清后經(jīng)過氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液經(jīng)過進一步的純化處理得到成品色氨酸。實施例3
經(jīng)過滅活、調(diào)酸至PH3. 5的發(fā)酵液1000升加入發(fā)酵液貯罐中，實測色氨酸含量25克/升，再加入1250升上一批離心分離后的清液，混合均勻后，由下至上通入離子交換樹脂柱， 離子交換樹脂柱直徑0. 6米，柱高2. 12米，裝填樹脂300升，控制發(fā)酵液流速7. 8立方米/ 小時，使樹脂保持流化狀態(tài)。發(fā)酵液通過循環(huán)中間罐在離子交換樹脂柱中進行循環(huán)交換吸附，對流出離子交換樹脂柱的發(fā)酵液進行定期檢測，當其流出液中色氨酸含量降低至0. 48 克/升時停止循環(huán)，開始收集吸附廢液，吸附廢液經(jīng)離心，除菌渣，得到的清液打回清液貯罐準備下一批使用。吸附廢液收集結(jié)束后，由清液貯罐向離子交換樹脂柱打入1250升清液對樹脂柱進行洗滌，洗滌液直接排入污水處理管道，整個過程約4. 2小時，收率95. 7%。洗滌結(jié)束后，經(jīng)過氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液經(jīng)過進一步的純化處理得到成品色氨酸。
權(quán)利要求
1.一種離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，其特征在于含色氨酸的發(fā)酵液經(jīng)滅活、調(diào)酸至PH值為3 4的預處理后，按發(fā)酵液中含有的色氨酸對應(yīng)每20克的量加入0. 8 1. 5升上批次分離廢菌渣后的清液混合均勻后得到稀釋后的發(fā)酵液，然后進入離子交換樹脂柱中進行循環(huán)交換吸附，當流出離子交換樹脂柱的發(fā)酵液中色氨酸的含量達到或低于目標設(shè)定值時，發(fā)酵液不再循環(huán)提取而作為廢液進行統(tǒng)一收集，除去廢菌渣獲得清液；利用上批次除去廢菌渣后的清液清洗離子交換樹脂，離子交換樹脂洗清后經(jīng)過氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液經(jīng)過進一步的純化處理得到成品色氨酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，其特征在于稀釋后的發(fā)酵液由下至上進入離子交換樹脂柱中進行循環(huán)吸附。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，其特征在于在進行循環(huán)吸附色氨酸的過程中，控制發(fā)酵液流量使樹脂呈流化狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，其特征在于流出離子交換樹脂柱的發(fā)酵液中色氨酸的目標設(shè)定值為色氨酸含量0. 5克/升。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，其特征在于收集后的吸附廢液通過離心或壓濾方法除去廢菌渣，所得清液轉(zhuǎn)入貯罐中準備分次套用，分別用于稀釋發(fā)酵液和清洗吸附結(jié)束的離子交換樹脂柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，其特征在于在用清液清洗離子交換樹脂過程中，間隔壓入空氣引起樹脂震動，使粘附的蛋白從離子交換樹脂上洗去。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，其特征在于離子交換樹脂的裝填量不大于離子交換樹脂柱有效容積的50%。
全文摘要
一種離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中色氨酸的方法，將含有色氨酸的發(fā)酵液經(jīng)滅活、調(diào)酸至pH值為3～4的預處理后，按發(fā)酵液中含有的色氨酸對應(yīng)每20克的量加入0.8～1.5升上批次分離廢菌渣后的清液混合均勻后得到稀釋后的發(fā)酵液，然后進入離子交換樹脂柱中進行循環(huán)交換吸附，當流出離子交換樹脂柱的發(fā)酵液中色氨酸的含量達到或低于目標設(shè)定值時，發(fā)酵液不再循環(huán)提取而作為廢液進行統(tǒng)一收集，除去廢菌渣獲得清液；利用上批次除去廢菌渣后的清液清洗離子交換樹脂，離子交換樹脂洗清后經(jīng)過氨水解析，得到富集色氨酸的解析液，解析液經(jīng)過進一步的純化處理得到成品色氨酸。本發(fā)明用離子交換樹脂直接提取發(fā)酵液中的色氨酸，工藝簡單，收率高，成本低；吸附廢液可以重復利用，節(jié)約用水。
文檔編號C07D209/20GK102344403SQ20111022777
公開日2012年2月8日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者于傳軍, 張憲生, 朱維忠, 馬冉, 魏強民 申請人:山東魯抗生物制造有限公司