本發(fā)明涉及提純方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用電滲析去除L-丙氨酸發(fā)酵料液中無機(jī)鹽的方法。

背景技術(shù)：

電滲析過程是電化學(xué)過程和滲析擴(kuò)散過程的結(jié)合，是分離過程中較為成熟的一項(xiàng)技術(shù)。電滲析是在外加直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性(即陽離子可以透過陽離子交換膜，陰離子可以透過陰離子交換膜)，使水中的陰、陽離子做定向運(yùn)動(陰、陽離子分別向陽極和陰極移動)從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品淡化、濃縮、精制或純化等目的。目前其在各種天然水淡化、海水濃縮制鹽、廢水處理以及食品醫(yī)療工業(yè)等行業(yè)中起著重要作用，也可以用于發(fā)酵物料的分離、精制和濃縮等工藝。

L-丙氨酸是一種白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，帶有甜味，易溶于水，在食品及醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的用途。目前，L-丙氨酸的生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法、生物酶法和微生物發(fā)酵法。其中前兩種方法都是經(jīng)過復(fù)雜的生物/化學(xué)催化完成的，污染重，分離提取成本高，不適合可持續(xù)生產(chǎn)的需要。近年來使用生物發(fā)酵法生產(chǎn)L-丙氨酸的研究越來越受到重視，微生物發(fā)酵法能夠?qū)崿F(xiàn)以可再生的生物質(zhì)資源為原料生產(chǎn)L-丙氨酸。其生產(chǎn)工藝簡單，只需在起始階段往發(fā)酵罐中投加葡萄糖和一定量的無機(jī)鹽，并接入少量的菌種。所用的原料簡單易得能夠使L-丙氨酸的生產(chǎn)成本保持在穩(wěn)定的水平，具有長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。目前存在的一個問題是發(fā)酵液中少量的無機(jī)鹽，如銨鹽、磷酸鹽、鈣鹽和鎂鹽等無機(jī)鹽會直接影響后續(xù)提取和精制過程，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的純度和品質(zhì)。如何有效去除L-丙氨酸發(fā)酵料液中銨鹽和磷酸鹽已經(jīng)成為影響高效生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的重要難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種去除L-丙氨酸發(fā)酵料液中無機(jī)鹽的方法。

本發(fā)明提供了如下方案：

一種去除L-丙氨酸發(fā)酵料液中無機(jī)鹽的方法，該方法包括：

將L-丙氨酸發(fā)酵料液通過截留分子量為10萬～100萬的膜進(jìn)行過濾，除去發(fā)酵液中的菌體及大分子蛋白，得到L-丙氨酸超濾清液；

通過淡水泵將所述L-丙氨酸超濾清液注入電透析裝置的淡水室內(nèi)，通過濃水泵將濃度為0.01～0.10％的Na₂SO₄溶液注入所述電透析裝置的濃水室內(nèi)，通過極水泵將濃度為1～8％的Na₂SO₄溶液注入所述電透析裝置的極水室內(nèi)；控制所述淡水泵、濃水泵以及極水泵各自注水流量，確保所述淡水室、濃水室以及極水室內(nèi)的壓力平衡；

將所述L-丙氨酸超濾清液在恒定的電流密度條件下電滲析處理至膜堆電壓穩(wěn)定在30～50V，L-丙氨酸發(fā)酵清液電導(dǎo)率為3000～10000μS/cm，L-丙氨酸損失率在8～12％時(shí)結(jié)束電滲析。

優(yōu)選的：所述過濾時(shí)壓力為0.15～0.80MPa，溫度為10～90℃。

優(yōu)選的：所述過濾時(shí)壓力為0.30～0.60MPa，溫度為30～60℃。

優(yōu)選的：所述L-丙氨酸超濾清液的pH為5.0～8.0。

優(yōu)選的：所述膜堆包括多組由陽離子交換膜和陰離子交換膜成對設(shè)置構(gòu)成的膜組，所述陽離子交換膜以及所述陰離子交換膜均為均相膜、異相膜和半均相膜中的一種。

優(yōu)選的：所述膜堆包括多組雙極膜，所述雙極膜為均相膜、異相膜和半均相膜中的一種。

優(yōu)選的：所述電滲析裝置的操作方式為間歇操作、半連續(xù)操作或連續(xù)操作中的一種。

優(yōu)選的：所述電滲析裝置的操作方式為連續(xù)操作。

優(yōu)選的：所述電滲析裝置工作過程中每平方膜對應(yīng)的濃水泵流量為500～2500L/h、淡水泵流量為500～2500L/h、極水泵流量為1000～3000L/h。

優(yōu)選的：所述電流密度為50～200A/m²。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

通過本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)一種去除L-丙氨酸發(fā)酵料液中無機(jī)鹽的方法，在一種實(shí)現(xiàn)方式下，該方法包括：將L-丙氨酸發(fā)酵料液通過截留分子量為10萬～100萬的膜進(jìn)行過濾，除去發(fā)酵液中的菌體及大分子蛋白，得到L-丙氨酸超濾清液；通過淡水泵將所述L-丙氨酸超濾清液注入電透析裝置的淡水室內(nèi)，通過濃水泵將濃度為0.01～0.10％的Na₂SO₄溶液注入所述電透析裝置的濃水室內(nèi)，通過極水泵將濃度為1～8％的Na₂SO₄溶液注入所述電透析裝置的極水室內(nèi)；控制所述淡水泵、濃水泵以及極水泵各自注水流量，確保所述淡水室、濃水室以及極水室內(nèi)的壓力平衡；將所述L-丙氨酸超濾清液在恒定的電流密度條件下電滲析處理至膜堆電壓穩(wěn)定在30～50V，L-丙氨酸發(fā)酵清液電導(dǎo)率為3000～10000μS/cm，L-丙氨酸損失率在8～12％時(shí)結(jié)束電滲析。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明通過電滲析工藝處理L-丙氨酸發(fā)酵液的能耗較低，處理至50％脫鹽率時(shí)，單位體積的直流電耗為5.95kwh/m3；

2、本發(fā)明的電滲析過程對L-丙氨酸發(fā)酵液中無機(jī)鹽的去除率大于80％，L-丙氨酸的純度可達(dá)98％，減輕了下游提取精制工藝的負(fù)擔(dān)；

3、本發(fā)明整個過程不用調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH，也不額外添加化學(xué)試劑，工藝控制簡單易行，處理過程也不產(chǎn)生固體廢渣，不會造成環(huán)境污染，是一種適宜推廣應(yīng)用的工藝方法。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本申請實(shí)施例提供了一種電滲析去除L-丙氨酸發(fā)酵料液中無機(jī)鹽的方法，采用電滲析處理發(fā)酵法生產(chǎn)L-丙氨酸工藝中的料液，能夠有效去除銨鹽、磷酸鹽、鈣鹽和鎂鹽等鹽分，從而提高L-丙氨酸產(chǎn)品純度和品質(zhì)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種去除L-丙氨酸發(fā)酵料液中無機(jī)鹽的方法，該方法包括：

將L-丙氨酸發(fā)酵料液通過截留分子量為10萬～100萬的膜進(jìn)行過濾，除去發(fā)酵液中的菌體及大分子蛋白，得到L-丙氨酸超濾清液；所述過濾時(shí)壓力為0.15～0.80MPa，溫度為10～90℃。進(jìn)一步的，所述過濾時(shí)壓力為0.30～0.60MPa，溫度為30～60℃。所述L-丙氨酸超濾清液的pH為5.0～8.0。

通過淡水泵將所述L-丙氨酸超濾清液注入電透析裝置的淡水室內(nèi)，通過濃水泵將濃度為0.01～0.10％的Na₂SO₄溶液注入所述電透析裝置的濃水室內(nèi)，通過極水泵將濃度為1～8％的Na₂SO₄溶液注入所述電透析裝置的極水室內(nèi)；控制所述淡水泵、濃水泵以及極水泵各自注水流量，確保所述淡水室、濃水室以及極水室內(nèi)的壓力平衡；所述電滲析裝置工作過程中每平方膜對應(yīng)的濃水泵流量為500～2500L/h，淡水泵流量為500～2500L/h，極水泵流量為1000～3000L/h。

將所述L-丙氨酸超濾清液在恒定的電流密度條件下電滲析處理至膜堆電壓穩(wěn)定在30～50V，L-丙氨酸發(fā)酵清液電導(dǎo)率為3000～10000μS/cm，L-丙氨酸損失率在8～12％時(shí)結(jié)束電滲析。所述膜堆包括多組由陽離子交換膜和陰離子交換膜成對設(shè)置構(gòu)成的膜組，所述陽離子交換膜以及所述陰離子交換膜均為均相膜、異相膜和半均相膜中的一種。進(jìn)一步的，所述膜堆包括多組雙極膜，所述雙極膜為均相膜、異相膜和半均相膜中的一種。所述電滲析裝置的操作方式為間歇操作、半連續(xù)操作或連續(xù)操作中的一種。所述電流密度為50～200A/m²。

下面通過具體實(shí)施例對本申請?zhí)峁┑姆桨缸鲈敿?xì)介紹：

實(shí)施例1

將200L L-丙氨酸發(fā)酵液通過截留分子量為100,000Da的陶瓷膜進(jìn)行超濾過濾，得到L-丙氨酸超濾清液。具體工藝條件為：超濾過濾操作壓力為0.15～0.80MPa，優(yōu)選為0.30～0.60MPa，操作溫度為10～60℃，優(yōu)選為30～60℃。L-丙氨酸發(fā)酵清液初始pH為6.88，電導(dǎo)率18643μS/cm，L-丙氨酸含量為13.48％，銨鹽含量為4029mg/L，磷酸鹽含量為2166mg/L，鈣鹽含量為1342mg/L，鎂鹽含量為1581mg/L。

取20L L-丙氨酸超濾清液作為淡化液注入淡水室內(nèi)，濃水室初始溶液為15L 0.05％Na₂SO₄溶液，極水室初始溶液為10L 2％Na₂SO₄溶液。啟動濃水泵、淡水泵和極水泵，調(diào)節(jié)濃、淡水流量為1300L/h，極水流量為1500L/h，并保持濃水室、淡水室和極水室壓力平衡；將超濾透析液在電流密度為120A/m2條件下電滲析處理至膜堆電壓穩(wěn)定在35V，脫鹽處理至電導(dǎo)率為3000～4000μS/cm；電滲析使用的膜堆由46對均相陰離子交換膜和均相陽離子交換膜組成，單對膜有效膜面積為0.051m²。

L-丙氨酸電滲析所得處理液分析：pH為6.42，電導(dǎo)率為3280μS/cm，為初始電導(dǎo)率的17.77％，L-丙氨酸含量為12.32％，丙氨酸收率為91.39％，銨鹽含量為545mg/L，磷酸鹽為332mg/L，鈣鹽含量為262mg/L，鎂鹽含量為284mg/L，脫鹽率為84.39％。

實(shí)施例2

將1000L L-丙氨酸發(fā)酵液通過截留分子量為100,000Da的陶瓷膜進(jìn)行超濾過濾，得到L-丙氨酸超濾清液。具體工藝條件為：超濾過濾操作壓力為0.15～0.80MPa，優(yōu)選為0.30～0.60MPa，操作溫度為10～680℃，優(yōu)選為30～60℃。L-丙氨酸超濾清液初始pH為6.53，電導(dǎo)率24320μS/cm，L-丙氨酸含量為17.43％，銨鹽含量為4722mg/L，磷酸鹽含量為2873mg/L，鈣鹽含量為2167mg/L，鎂鹽含量為2353mg/L。

取80L L-丙氨酸超濾清液作為淡化液，濃室初始溶液為100L 0.03％Na₂SO₄溶液，極室初始溶液為50L 1.6％Na₂SO₄溶液。啟動濃水泵、淡水泵和極水泵，調(diào)節(jié)濃、淡水流量為1500L/h，極水流量為1800L/h，并保持濃水室、淡水室和極水室壓力平衡；將超濾透析液在電流密度為150A/m²條件下電滲析處理至膜堆電壓穩(wěn)定在40V，脫鹽處理至電導(dǎo)率為3000～4000μS/cm；電滲析使用的膜堆由46對均相陰離子交換膜和均相陽離子交換膜組成，單對膜有效膜面積為0.051m²。

L-丙氨酸電滲析所得處理液分析：pH為5.73，電導(dǎo)率為3154μS/cm，為初始電導(dǎo)率的12.97％，L-丙氨酸含量為15.79％，丙氨酸收率為90.59％，銨鹽含量為548mg/L，磷酸鹽為348mg/L，鈣鹽含量為293mg/L，鎂鹽含量為309mg/L，脫鹽率為87.34％。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實(shí)體或者操作與另一個實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。