一种高堆积密度的l-缬氨酸及其制备方法和其应用
阅读说明：本技术 一种高堆积密度的l-缬氨酸及其制备方法和其应用 (High-bulk-density L-valine and preparation method and application thereof ) 是由 马祥亮 刘树蓬 刘磊 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高堆积密度的L-缬氨酸及其制备方法和其应用,包括下述步骤,向待纯化的L-缬氨酸溶液中加入式Ⅰ所示结构的助晶剂,将其均匀混合后,浓缩,析晶,分离,收集固体,干燥,即得,其中,R含有一个羧基。本发明制得了高堆积密度的L-缬氨酸晶体,显著提高了L-缬氨酸的质量和收率,降低其成本。(The invention relates toA process for preparing high-stacking-density L-valine includes such steps as adding crystallizing aid with structure shown in formula I to L-valine solution to be purified, mixing, concentrating, crystallizing, separating, collecting solid, drying, wherein R contains a carboxyl group. The invention prepares the L-valine crystal with high bulk density, obviously improves the quality and yield of the L-valine and reduces the cost thereof.)
技术领域
本发明属于生物化学领域，具体涉及一种高堆积密度的L-缬氨酸及其制备方法和其应用。
背景技术
微生物发酵法生产L-缬氨酸具有生物基原料、高效率转化、反应温和、环保经济等优点，而被行业广泛运用。CN110643547A公开了一种产L-缬氨酸的黄色短杆菌及利用该菌生产L-缬氨酸的方法。但现有方法制得的缬氨酸晶体堆积密度低，纯度低、不利于生产、包装和运输，且存在成本高等缺陷。为此，需要开发更为高效的L-缬氨酸结晶纯化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的L-缬氨酸纯化方法，包括下述步骤，向待纯化的L-缬氨酸溶液中加入式Ⅰ所示结构的助晶剂，将其均匀混合后，浓缩，析晶，分离，收集固体，干燥，即得，
其中，R含有一个羧基。
本发明的优选技术方案中，R至少含有两个以上的直链亚甲基结构。
本发明的优选技术方案中，所述待纯化的L-缬氨酸溶液选自经前处理后制得的L-缬氨酸发酵清液、待纯化的L-缬氨酸固体配制而成的溶液的任一种。
本发明的优选技术方案中，所述前处理包括除菌、除盐、除杂酸、浓缩步骤。
本发明的优选技术方案中，所述待纯化的L-缬氨酸溶液浓度可为任意浓度，只要通过向其中添加助晶剂进行结晶操作，制得L-缬氨酸结晶颗粒即可。
本发明的优选技术方案中，所述待纯化的L-缬氨酸溶液浓度≥40g/L，优选≥50g/L，还优选≥60g/L。
本发明的优选技术方案中，所述助晶剂选自天门冬氨酸、己二酸、谷氨酸中的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中，所述助晶剂为天门冬氨酸，优选为L-天门冬氨酸。
本发明的优选技术方案中，所述助晶剂为谷氨酸，优选为L-谷氨酸。
本发明的优选技术方案中，所述助晶剂为己二酸，优选为L-2-氨基己二酸。
本发明的优选技术方案中，所述助晶剂：L-缬氨酸的摩尔比为1:270-1:70，还优选为1:250-1:120。
本发明的优选技术方案中，所述待纯化的L-缬氨酸溶液pH3.0-5.0，还优选为3.5-4.5。
本发明的优选技术方案中，调节溶液pH所用的酸选自盐酸、磷酸、醋酸任一种或其组合。
本发明的优选方案中，调节待纯化的L-缬氨酸溶液pH所用的酸浓度为0.5-6mol/L，更优选为1-4mol/L。
本发明的优选技术方案中，所述浓缩选自真空浓缩、减压浓缩、薄膜浓缩、常压浓缩的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中，所述浓缩温度为40-90℃，优选为50-70℃，最优选为55-65℃。
本发明的优选技术方案中，所述浓缩液选自L-缬氨酸的饱和溶液、L-缬氨酸的过饱和溶液的任一种。
本发明的优选技术方案中，所述浓缩液的沉降比不低于60％，最优选不低于80％。
本发明的优选技术方案中，将制得的浓缩液自然降温至常温，优选静置析晶1-8小时，更优选静置析晶2-5小时。
本发明的优选技术方案中，所述析晶为冷却析晶，优选为冷却静置析晶，更优选为梯度降温静置析晶。
本发明的优选技术方案中，所述梯度降温的降温次数不少于2次。
本发明的优选技术方案中，所述梯度降温的第一次降温条件为，结晶体系在0.5-3h降温至35-55℃，保温1-10h；优选在1.0-2.5h降温至40-50℃，保温2-5h。
本发明的优选技术方案中，所述梯度降温的第二次降温条件为，结晶体系在0.5-24h降温至5-35℃，保温0.5-4h；优选在1.0-2.5h降温至10-30℃，保温1-12h；更优选为1.2-2.0h降温至15-25℃，保温1.5-6h。
本发明的优选技术方案中，所述降温选自自然冷却降温、强制冷却降温的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中，所述强制冷却降温采用冷却介质对结晶体系实现强制降温。
本发明的优选技术方案中，所述冷却介质选自冷凝水、冰水、乙醇、乙二醇的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中，所述分离选自过滤、离心、膜处理的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中，将分离所得的浓缩母液与待纯化的L-缬氨酸溶液均匀混合后，加入所需量的助晶剂后再次浓缩，制得L-缬氨酸晶体，其中，所述浓缩母液与处理过后的发酵清液的体积比为1：3-1：5。
本发明的优选技术方案中，将分离所得的浓缩母液再次浓缩至沉降比为50-60％后，静置结晶，制得本发明的L-缬氨酸晶体。
本发明的优选技术方案中，将分离所得浓缩母液再次浓缩次数不少于2次。
本发明的优选技术方案中，将收集固体经洗涤处理后干燥，优选所述洗涤所用溶剂为水。
本发明的优选技术方案中，所述干燥选自真空干燥、减压干燥、常压干燥、喷雾干燥、沸腾干燥的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中，所述干燥温度为25-80℃，优选为35-70℃，更优选为40-60℃。
本发明的优选技术方案中，制得的L-缬氨酸晶体的堆积密度≥0.60g/mL，优选≥0.80g/mL。
本发明的优选技术方案中，制得的L-缬氨酸晶体的纯度不低于99.0％，优选不低于99.5％，更优选不低于99.7％。
本发明的优选技术方案中，制得的L-缬氨酸晶体的含水量不超过0.13％，优选不超过0.19％。
本发明的另一目的在于提供一种高堆积密度的L-缬氨酸晶体，所述晶体的堆积密度≥0.60g/mL，优选为≥0.75g/mL。
本发明的优选技术方案中，所述L-缬氨酸晶体的纯度≥99.0％，优选≥99.5％，更优选≥99.7％。
本发明的优选技术方案中，制得的L-缬氨酸晶体的含水量不超过0.13％，优选不超过0.19％。
本发明的另一目的在于提供本发明的L-缬氨酸晶体用于制备食品、食品添加剂、药品、医药中间体、医药原料、营养增补剂、氨基酸类药、饲料、饲料添加剂的任一种中的应用。
本发明的优选技术方案中，所述饲料选自鸡饲料、鸭饲料、鹅饲料、猪饲料、鱼饲料的任一种。
本发明的优选技术方案中，所述饲料添加剂选自鸡饲料添加剂、鸭饲料添加剂、鹅饲料添加剂、猪饲料添加剂、鱼饲料添加剂的任一种。
除非另有说明，本发明涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本发明涉及液体与固体之间的百分比时，所述百分比为体积/重量百分比；本发明涉及固体与液体之间的百分比时，所述百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。
除非另有说明，本发明采用下述方法检测L-缬氨酸的堆积密度、L-缬氨酸的纯度、L-缬氨酸的含水量及吸湿性：
1.L-缬氨酸晶体的堆积密度检测方法为：采用粉体振实密度仪XF-20检测，振幅为3–30mm，振实250次。
2.L-缬氨酸晶体的纯度检测方法为：采用文献1(何晨光等，用高效液相色谱定量分析分支链氨基酸，生物技术通讯，2009年第20卷第4期)公开的高效液相色谱法检测。
3.L-缬氨酸的含水量及吸湿性检测方法：采用文献2(曾令平等，颗粒调味料吸湿原理及吸湿性测定方法的研究，中国调味品，2009年第4期)公开的方法检测。
4.L-缬氨酸的晶体形态采用显微镜观察。
5.L-缬氨酸溶液的沉降比：将浓缩后的L-缬氨酸溶液静置分层后，所得沉淀占浓缩液总体积的百分比。
与现有技术相比，本发明具有下述有益技术效果：
1、本发明在待纯化的L-缬氨酸溶液中添加助晶剂，通过优化其结晶纯化条件，制得了高堆积密度、高纯度、低含水量的L-缬氨酸晶体，显著提高了L-缬氨酸的质量和收率，降低其成本。
2、本发明的纯化方法具有操作简便，显著缩短生产周期并显著降低其成本，且具有绿色环保、能耗少、利于工业化生产等优点。
附图说明
图1对比例1制得的L-缬氨酸鳞片状晶体外观图；
图2实施例5制得的L-缬氨酸颗粒状晶体外观图；
图3实施例5制得的L-缬氨酸颗粒状晶体显微镜像图。
具体实施方式
以下参照实施例说明本发明，但本发明不局限于实施例。
参考例1待纯化的L-缬氨酸发酵清液的制备
参考例1所述的待纯化的L-缬氨酸溶液为待纯化的L-缬氨酸发酵清液，其制备方法包括下述步骤：
(1)收取在安徽华恒生物科技股份有限公司车间发酵法制得的L-缬氨酸发酵液3m3，加入浓硫酸调节发酵液pH至5.5，在搅拌条件下，加入相当于发酵液重量4％的聚合氯化铝，搅拌15分钟后，自然静置30分钟，当有大量絮状物产生并开始沉降时，再次开启搅拌，加入预先准备好的0.15％阳离子聚丙烯酰胺，继续搅拌20分钟，自然静置2小时，待溶液分层后，分离出上清液；
(2)在上清液中加入相当于上清液重量1.0％的硅藻土，持续搅拌30分钟，再通过板框压滤机压滤处理，收集过滤清液；
(3)向过滤清液中加入1.0％活性炭，在60℃下搅拌脱色45分钟，再次使用板框压滤机进行压滤处理，得到第二次过滤清液；
(4)将第二次过滤清液打入到工艺色谱柱中，除去发酵液中无机盐和部分杂酸，得到L-缬氨酸清液，工艺色谱柱的处理温度为30℃；
(5)使用纳滤膜(规格为截留分子量800道尔顿)除去L-缬氨酸清液中剩余的小分子杂质和有机色素，制得浓度为49.7g/L的待纯化的L-缬氨酸发酵清液。
对比例1和实施例1-5 L-缬氨酸结晶的纯化方法
对比例1和实施例1-5所述的L-缬氨酸结晶的纯化方法，包括下述步骤：
量取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸发酵清液6000ml，将均分成六等份，将其分别用作对比例1和实施例1-5的待纯化L-缬氨酸溶液(见表1)。
在对比例1和实施例1-5的待纯化L-缬氨酸溶液加入浓硫酸，调节其pH为4，按照表1分别加入助晶剂，搅拌，混合均匀后，在65℃条件下，将混合溶液真空浓缩至沉降比为75％，自然降温至常温，静置3h，离心分离晶体，洗涤，干燥，即得L-缬氨酸晶体。
按照本发明所述的方法检测实施例1-5和对比例1制得的L-缬氨酸晶体的外观、纯度和堆积密度。结果见表1。
表1
试验例1 L-缬氨酸结晶的含水量检测
按照本发明所述的方法检测实施例5和对比例1制得的L-缬氨酸晶体的含水量。结果见表2。
表2
参考例2待纯化的L-缬氨酸发酵清液的制备
参考例2所述的待纯化的L-缬氨酸溶液为待纯化的L-缬氨酸发酵清液，其制备方法包括下述步骤：
(1)收取在安徽华恒生物科技股份有限公司车间发酵法制得的L-缬氨酸发酵液3m3，加入浓硫酸调节发酵液pH至5.5，在搅拌条件下，加入相当于发酵液重量4％的聚合氯化铝，搅拌15分钟后，自然静置30分钟，当有大量絮状物产生并开始沉降时，再次开启搅拌，加入预先准备好的0.15％阳离子聚丙烯酰胺，继续搅拌20分钟，自然静置2小时，待溶液分层后，分离出上清液；
(2)在上清液中加入相当于上清液重量1.0％的硅藻土，持续搅拌30分钟，再通过板框压滤机压滤处理，收集过滤清液；
(3)向过滤清液中加入1.0％活性炭，在60℃下搅拌脱色45分钟，再次使用板框压滤机进行压滤处理，得到第二次过滤清液；
(4)将第二次过滤清液打入到工艺色谱柱中，除去发酵液中无机盐和部分杂酸，得到L-缬氨酸清液，工艺色谱柱的处理温度为30℃；
(5)使用纳滤膜(规格为截留分子量800道尔顿)除去L-缬氨酸清液中剩余的小分子杂质和有机色素，制得浓度为56.8g/L的待纯化的L-缬氨酸发酵清液。
实施例6-14 L-缬氨酸结晶的纯化方法
实施例6-14所述的L-缬氨酸结晶的纯化方法，包括下述步骤：
量取参考例2制得的待纯化的L-缬氨酸发酵清液9000ml，将均分成九等份，将其分别用作实施例6-14的待纯化L-缬氨酸溶液(见表3)。
按照表3调节待纯化的L-缬氨酸溶液pH和添加L-2-氨基己二酸后，搅拌，均匀混合后，在65℃条件下，将混合溶液真空浓缩至至沉降比为80％，自然降温至常温，静置3h，离心分离晶体，洗涤，干燥，即得L-缬氨酸晶体。
按照本发明所述的方法检测实施例6-14制得的L-缬氨酸晶体的外观、纯度和堆积密度。结果见表3。
表3
以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求保护的范围。