一种l-瓜氨酸的制造方法
阅读说明：本技术 一种l-瓜氨酸的制造方法 (Method for preparing L-citrulline ) 是由 张礼 秦振华 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种L-瓜氨酸的制造方法,步骤1：将含有L-瓜氨酸的转化液经超滤膜过滤,得到含有L-瓜氨酸的超滤清液；步骤2：将超滤清液脱盐,获得透析清液；步骤3：将透析清液的pH调节至4.2-4.6,在透析清液中加入活性炭脱色；步骤4：将脱色液在真空度进行浓缩,浓缩至L-瓜氨酸的含量为60-70%的浓缩液；步骤5：将浓缩液冷却至10℃条件下,加入晶种,冷却结晶3-4h,抽滤得L-瓜氨酸的晶体；步骤6：将L-瓜氨酸的晶体进行真空干燥,得纯化的L-瓜氨酸产品。本发明采用的制备L-瓜氨酸的方法与传统化学合成法、酶法和微生物发酵法相比,过程控制较为简单,生产过程中不会产生大量的污染物质,对环境友好。(The invention discloses a method for preparing L-citrulline, which comprises the following steps: filtering the conversion solution containing the L-citrulline by an ultrafiltration membrane to obtain ultrafiltration clear solution containing the L-citrulline; step 2: desalting the ultrafiltration clear solution to obtain a dialysis clear solution; and step 3: adjusting pH of the dialyzed clear solution to 4.2-4.6, and adding activated carbon into the dialyzed clear solution for decolorization; and 4, step 4: concentrating the decolorized solution at vacuum degree to obtain a concentrated solution containing L-citrulline 60-70%; and 5: cooling the concentrated solution to 10 ℃, adding seed crystals, cooling and crystallizing for 3-4h, and performing suction filtration to obtain crystals of L-citrulline; step 6: and (3) carrying out vacuum drying on the crystals of the L-citrulline to obtain a purified L-citrulline product. Compared with the traditional chemical synthesis method, the enzyme method and the microbial fermentation method, the method for preparing the L-citrulline has the advantages of simpler process control, no generation of a large amount of pollutants in the production process and environmental friendliness.)
技术领域
本发明涉及生物工程技术领域，具体为一种L-瓜氨酸的制造方法。
背景技术
L-瓜氨酸（L-Citrulline），化学名称为L-(+)-2-氨基-5-脲戊酸，CAS No 372-75-8 分子式C6H13N3O3，分子量175.19，熔点为222℃，等电点为5.92，比旋光度为[α]D25=+24.5~+26.8°，白色结晶体或结晶粉末，有酸味，溶于水，不溶于乙醇和乙醚。L-瓜氨酸是一种α氨基酸，名字是由首先抽取出瓜氨酸的西瓜而来。
L-瓜氨酸是一种重要的非必需氨基酸，是尿素循环过程中的重要中间体，具有很多重要的生理功能如清除自由基、异体排斥效应指示剂、血管舒张作用、稳定血压以及诊断类风湿关节炎、抗氧化等；此外，它还有着非常显著的恢复精力和提高人体免疫力的作用。近年来L-瓜氨酸在食品、化妆品和药物等领域越来越来受到重视，具有广泛的开发应用前景。
目前，L-瓜氨酸的主要生产方法有化学合成法、酶法和微生物发酵法。
(1)化学法:是指碱性条件下水解L-精氨酸得L-瓜氨酸，过程控制比较困难，产品中含有旋光对映体D-瓜氨酸，影响产品质量，生产过程中产生大量废水，污染环境大。
(2)发酵法生产的难点在于受制于瓜氨酸代谢途径中的反馈抑制作用，导致单位体积L-瓜氨酸产率低，因此，从发酵液中提取L-瓜氨酸的成本较高，污水量大。发酵法的优点是成本低，产量高，产物的纯度高，在产品的生产过程中无有毒物质的产生，给产物后加工提供了方便。目前，对发酵法生产瓜氨酸研究最多的国家是日本，已经取得了一定的发酵水平。
(3)酶法：是指在精氨酸脱亚胺酶的作用下，L-精氨酸被转化为L-瓜氨酸，生产条件温和，不产生有毒物质，转化体系中杂质较少，提取工艺简单，污染少。该法是以专一性强、转化率高的微生物菌体细胞为催化剂，催化精氨酸脱亚胺基生成L-瓜氨酸。利用酶法合成瓜氨酸，大多采用一步酶促反应，因而可避免瓜氨酸全合成途径中复杂的反馈调节作用，使瓜氨酸可以积累到较高的浓度。采用固定化酶或者固定化细胞进行催化，进一步降低了后续分离纯化的难度。
然而，在酶转化液分离纯化L-瓜氨酸的过程中，由于精氨酸不能完全转化，且转化液中生成大量的铵盐副产物，对于产品纯度有一定影响。现有工艺提取过程复杂，步骤繁多，有的需要用到离子交换树脂进行产品分离，污水产生量较大，环保压力高。由于瓜氨酸在水相中的溶解度较大，因此结晶需要的温度较低，4℃左右，生产上对温度条件要求严苛，结晶收率偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种L-瓜氨酸的制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种L-瓜氨酸的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：超滤：将含有L-瓜氨酸的转化液经超滤膜过滤，去除转化液精氨酸脱亚胺酶回收利用，得到含有L-瓜氨酸的超滤清液，用少量纯水对超滤清液进行清洗；
步骤2：电渗析：将清洗后的L-瓜氨酸的超滤清液经电渗析处理一步脱盐和残留精氨酸，获得透析清液；
步骤3：活性炭脱色：将透析清液的pH调节至4.2-4.6，在透析清液中加入活性炭，脱色温度为50-60℃，脱色时间为25-35min，采用滤膜过滤得含有L-瓜氨酸的脱色液；
步骤4：浓缩：将脱色液在真空度≥0.095Mpa的条件下进行浓缩，浓缩温度为50-55℃，浓缩至L-瓜氨酸的含量为60-70%的浓缩液；
步骤5：结晶：将浓缩液冷却至10℃条件下，加入晶种，冷却结晶3-4h，抽滤得L-瓜氨酸的晶体；
步骤6：干燥：将L-瓜氨酸的晶体进行真空干燥，得纯化的L-瓜氨酸产品。
优选的，在步骤1中，超滤膜过滤时，过滤温度＜50℃，超滤膜的滤膜孔径3000-10000D。
优选的，在步骤2中，电渗析时电压为5V，在恒压条件下，电渗析的电流是变化的，电流的变化范围为0.1-1A，温度20-30℃，脱盐时淡水室的pH维持在5.8-6.0，终点淡水电导率1-5ms/cm。
优选的，在步骤3中，透析清液与活性炭的体积比为1:0.5-1%。
优选的，在步骤3中，过滤时采用0.22μm的滤膜。
优选的，在步骤5中，浓缩液与晶种的体积比为1:0.1-0.5%。
优选的，在步骤6中，真空干燥的温度为50-60℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用的制备L-瓜氨酸的方法与传统化学合成法、酶法和微生物发酵法相比，过程控制较为简单，生产过程中不会产生大量的污染物质，对环境友好；同时，生产过程不用乙醇，浓缩后在一定工艺条件下直接进行结晶，具有生产条件温和，浓缩时间短，产品纯度高，结晶收率高、产量高，生产成本低等优点。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种L-瓜氨酸的制造方法，包括以下：
实施例1：
L-瓜氨酸的新型提取工艺步骤以下：
1）超滤：将含有L-瓜氨酸的转化液经超滤膜过滤，去除转化液精氨酸脱亚胺酶（外购）回收利用，得到含有L-瓜氨酸的超滤清液，少量纯水清洗系统。超滤膜过滤条件：温度为10℃，孔径3000D；
2）电渗析：将L-瓜氨酸的微滤清液经电渗析处理一步脱盐，获得透析清液；电渗析条件：电压5V，电渗析设备在恒压条件下，电流是变化的过程，不是恒定，电流的变化范围为0.1-1A，温度20℃，淡水室pH维持5.8，终点淡水电导率1ms/cm；
3）活性炭脱色：将纳滤清液的pH调节至4.2，按体积比的0.5%加活性炭，脱色温度为50℃，脱色时间为25min；采用0.22μm滤膜过滤得含有L-瓜氨酸的脱色液；
4）浓缩结晶：将预浓缩液进行浓缩，真空度≥0.095Mpa，浓缩温度50℃，浓缩至L-瓜氨酸的含量为60%-70%的浓缩液；将浓缩液冷却至10℃条件下，加入晶种约0.1%，冷却结晶3h，抽滤得L-瓜氨酸的晶体；结晶母液回到电渗析循环回收；
5）干燥：L-瓜氨酸的晶体50℃真空干燥，得纯化的L-瓜氨酸产品。
实施例2：
L-瓜氨酸的新型提取工艺步骤以下：
1）超滤：将含有L-瓜氨酸的转化液经超滤膜过滤，去除转化液精氨酸脱亚胺酶（外购）回收利用，得到含有L-瓜氨酸的超滤清液，少量纯水清洗系统。超滤膜过滤条件：温度20℃，孔径5000D；
2）电渗析：将L-瓜氨酸的微滤清液经电渗析处理一步脱盐，获得透析清液；电渗析条件：电压5V，电渗析设备在恒压条件下，电流是变化的过程，不是恒定，电流的变化范围为0.1-1A，温度20℃，淡水室pH维持5.8，终点淡水电导率1ms/cm；
3）活性炭脱色：将纳滤清液的pH调节至4.5，按体积比的0.7%加活性炭，脱色温度为55℃，脱色时间为30min；采用0.22μm滤膜过滤得含有L-瓜氨酸的脱色液；
4）浓缩结晶：将预浓缩液进行浓缩，真空度≥0.096Mpa，浓缩温度50℃，浓缩至L-瓜氨酸的含量为60%-70%的浓缩液；将浓缩液冷却至10℃条件下，加入晶种约0.3%，冷却结晶3.5h，抽滤得L-瓜氨酸的晶体；结晶母液回到电渗析循环回收；
5）干燥：L-瓜氨酸的晶体55℃真空干燥，得纯化的L-瓜氨酸产品。
实施例3：
L-瓜氨酸的新型提取工艺步骤以下：
1）超滤：将含有L-瓜氨酸的转化液经超滤膜过滤，去除转化液精氨酸脱亚胺酶（外购）回收利用，得到含有L-瓜氨酸的超滤清液，少量纯水清洗系统。超滤膜过滤条件：温度40℃，孔径10000D；
2）电渗析：将L-瓜氨酸的微滤清液经电渗析处理一步脱盐，获得透析清液；电渗析条件：电压5V，电渗析设备在恒压条件下，电流是变化的过程，不是恒定，电流的变化范围为0.1-1A，温度20℃，淡水室pH维持5.8，终点淡水电导率1ms/cm；
3）活性炭脱色：将纳滤清液的pH调节4.6，按体积比的1%加活性炭，脱色温度为60℃，脱色时间为35min左右；采用0.22μm滤膜过滤得含有L-瓜氨酸的脱色液；
4）浓缩结晶：将预浓缩液进行浓缩，真空度≥0.098Mpa，浓缩温度55℃，浓缩至L-瓜氨酸的含量为60%-70%的浓缩液；将浓缩液冷却至10℃条件下，加入晶种约0.5%，冷却结晶4h，抽滤得L-瓜氨酸的晶体，结晶母液回到电渗析循环回收；
5）干燥：L-瓜氨酸的晶体60℃真空干燥，得纯化的L-瓜氨酸产品。
上述三个实施例中，超滤和电渗析的收率均达到99%，浓缩结晶的产品综合收率在90%以上，具有生产条件温和，浓缩时间短，产品纯度高，结晶收率高、产量高，生产成本低等优点。
使用方法
一种L-瓜氨酸的制造方法，包括以下步骤：
超滤：将含有L-瓜氨酸的转化液经超滤膜过滤，去除转化液精氨酸脱亚胺酶回收利用，得到含有L-瓜氨酸的超滤清液，用少量纯水对超滤清液进行清洗；
步骤2：电渗析：将清洗后的L-瓜氨酸的超滤清液经电渗析处理一步脱盐和残留精氨酸，获得透析清液；
步骤3：活性炭脱色：将透析清液的pH调节至4.2-4.6，在透析清液中加入活性炭，脱色温度为50-60℃，脱色时间为25-35min，采用滤膜过滤得含有L-瓜氨酸的脱色液；
步骤4：浓缩：将脱色液在真空度≥0.095Mpa的条件下进行浓缩，浓缩温度为50-55℃，浓缩至L-瓜氨酸的含量为60-70%的浓缩液；
步骤5：结晶：将浓缩液冷却至10℃条件下，加入晶种，冷却结晶3-4h，抽滤得L-瓜氨酸的晶体；
步骤6：干燥：将L-瓜氨酸的晶体进行真空干燥，得纯化的L-瓜氨酸产品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。