一种发酵法制备l-色氨酸的工艺
阅读说明：本技术 一种发酵法制备l-色氨酸的工艺 (Process for preparing L-tryptophan by fermentation method ) 是由 张宗华 冯世红 崔小红 边恩来 王飞 杨晓芳 王奎智 于 2020-11-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于氨基酸发酵技术领域,公开了一种发酵法制备L-色氨酸的工艺,该工艺包括如下步骤：步骤1)菌株发酵,步骤2)陶瓷膜过滤,步骤3)色谱分离,步骤4)脱色,步骤5)蒸发浓缩,步骤6)结晶、离心及烘干。本发明发酵法制备L-色氨酸的工艺,其生产过程简洁高效,更加便于操作和维护,发酵生产效率较高,可用于工业的连续性生产。(The invention belongs to the technical field of amino acid fermentation, and discloses a process for preparing L-tryptophan by a fermentation method, which comprises the following steps: step 1) strain fermentation, step 2) ceramic membrane filtration, step 3) chromatographic separation, step 4) decolorization, step 5) evaporation concentration, and step 6) crystallization, centrifugation and drying. The process for preparing the L-tryptophan by the fermentation method has the advantages of simple and efficient production process, more convenient operation and maintenance and higher fermentation production efficiency, and can be used for industrial continuous production.)
技术领域
本发明属于氨基酸发酵领域，具体涉及到一种发酵法制备L-色氨酸的工艺。
背景技术
L-色氨酸又名α-氨基吲哚基丙酸，分子式:C11H12N2O2，它是人体重要的神经递质-5-羟色胺的前体，是人体的必需氨基酸之一，可用于孕妇营养补剂和乳幼儿特殊奶粉，也可作为安神药，调节精神节律、改善睡眠。
L-色氨酸的生产最早主要是依靠化学合成法和蛋白质水解法制造。近年来还出现了直接发酵法和化学合成法，直接发酵法和转化法相结合生产色氨酸的研究。随着对微生物法生产色氨酸的研究的不断发展，人们开始利用微生物法发酵生产色氨酸，现已走向实用并且处于主导地位。微生物法大体可分为微生物发酵法和酶促转化法。微生物发酵法具有原料价格低廉，工艺控制简单，产品质量可靠等优点。但随着发酵工业的快速发展，发酵法生产L-色氨酸对培养基营养成分和发酵调控的合理性提出了更高的要求。优良的L-色氨酸生产菌株、合理的培养基组成和适当的发酵调控策略有利于提高L-色氨酸的产酸水平。本公司之前制备L-色氨酸的工艺，包括：菌株发酵-微滤膜过滤-脱色-树脂吸附-蒸发、结晶和干燥。该方法采用的发酵方式，提高了产酸效率，但是存在发酵工艺相对复杂，发酵参数难以控制等问题。针对上述缺陷，继续对菌株发酵和提取条件进行了改进和优化。
发明内容
为解决上述问题，克服现有技术的不足之处，本发明提供了一种发酵法制备L-色氨酸的工艺。本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种发酵法制备L-色氨酸的工艺，其包括如下步骤：步骤1）菌株发酵，步骤2）陶瓷膜过滤，步骤3）色谱分离，步骤4）脱色，步骤5）蒸发浓缩，步骤6）结晶、离心及烘干。
具体的所述方法包括如下步骤：
步骤1）菌株发酵：以10%的接种量将产L-色氨酸大肠杆菌种子液接入发酵培养基中，培养温度33-37℃，通过风量、搅拌转速、罐压和流加糖控制溶氧量10-50%，通过流加液氨维持罐内系统PH在6.5-7.2之间，流加消泡剂消泡；当发酵至24H时，将营养液流加进罐内，维持罐内糖浓度为0.5-1g/L，直至发酵结束，总发酵时间为50小时，得到L-色氨酸发酵液；
步骤2）陶瓷膜过滤：将L-色氨酸发酵液经加热升温，通过陶瓷膜过滤，经预循环、过滤除菌体蛋白，收集滤液；
步骤3）色谱分离：离心母液经色谱分离过程后进入脱色；
步骤4）脱色：步骤3）所得料液加入活性炭进行脱色，待滤液透光率达到一定值后抽滤获得脱色液；
步骤5）蒸发浓缩：将脱色清液打入双效蒸发器，开启蒸汽进行蒸发浓缩，达到一定浓度后即可连续出料到结晶罐待离心；
步骤6）结晶、离心及烘干：双效蒸发液连续出料至结晶罐后，启动离心机，放料离心分离，加水洗去晶体表明母液色素，再进行一段时间，确保色氨酸固液分离彻底，湿晶体装入料车等待烘干。
优选的，所述步骤1）中，所述发酵培养基（150m³/350m³）：葡萄糖20g/L、硫酸镁6.8g/L、磷酸二氢钾3g/L、硫酸铵2.4g/L、硫酸亚铁15mg/L、酵母膏4g/L、柠檬酸1.6g/L；消前PH为6.6，灭菌要求温度为115℃，时间为15min；控制溶氧时风量为9000m³/hr，罐压为0.03MPa。
优选的，所述步骤2）中，所述陶瓷膜截留分子量为50nm，工作压力：0.3MPa，工作温度：58-62℃，PH：3.5-3.8。
优选的，所述步骤3）中，色谱分离过程中，母液温度58-62℃，PH：2.7-3.0，含量：19-21g/L。
优选的，所述步骤4）中，采用活性炭脱色时温度：60-65℃，透光率＞20。
优选的，所述步骤5）中，蒸发器控制参数：一效温度60-85℃，二效真空度≥0.085MPa，温度65-85℃，出料含量220g/L，双效料液浓度达到9%-10%时即可出料。
优选的，所述步骤6）中，当温度＜30℃，PH 5.8-6.1时，即可放料离心分离。
本发明的技术方案具有以下突出的优点及独特性：
1、本发明采用的陶瓷膜具有分离效率高，化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等特点。
2、本发明采用的活性炭脱色具有表面积大，吸附能力强，过滤速度快，脱色纯度高等优点。
3、本发明采用的双效蒸发器有利于节省加热蒸汽的消耗量，提高蒸汽的利用率，从而提高经济效益，且后效蒸发室的压强比前效低，使得溶液在双效间的输送可利用蒸发器的压强差和温度差，而不需要用泵输送，操作简单方便。
4、本发明大大提高了L-色氨酸的成品收率和纯度，有利于工业化，实现了利益的最大化和对环境污染的最小化。
具体实施方式
本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种发酵法制备L-色氨酸的工艺，其包括如下步骤：
步骤1）菌株发酵：以10%的接种量将产L-色氨酸大肠杆菌（E.coliTRTH）种子液接入发酵培养基中，培养温度36℃，通过风量、搅拌转速、罐压和流加糖控制溶氧量20%，通过流加液氨维持罐内系统PH在6.8，流加消泡剂消泡；当发酵至24H时，将浓度为500g/L的葡萄糖溶液流加进罐内，维持罐内糖浓度为0.5-1g/L，直至发酵结束，总发酵时间为50小时，得到L-色氨酸发酵液，经检测，L-色氨酸含量为48.9g/L；发酵培养基（150m³/350m³）：葡萄糖20g/L、硫酸镁6.8g/L、磷酸二氢钾3g/L、硫酸铵2.4g/L、硫酸亚铁15mg/L、酵母膏4g/L、柠檬酸1.6g/L；消前PH为6.6，灭菌要求温度为115℃，时间为15min；控制溶氧时风量为9000m³/hr，罐压为0.03MPa。
步骤2）陶瓷膜过滤：将L-色氨酸发酵液经加热升温，通过陶瓷膜过滤，经预循环、过滤除菌体蛋白，收集滤液；陶瓷膜截留分子量为50nm，工作压力：0.3MPa，工作温度：58-62℃，PH：3.5-3.8。
步骤3）色谱分离：离心母液经色谱分离过程后进入脱色；色谱分离过程中，母液温度58-62℃，PH：2.7-3.0。
步骤4）脱色：步骤3）所得料液加入活性炭进行脱色，待滤液透光率达到一定值后抽滤获得脱色液；采用活性炭脱色时温度：60-65℃，透光率＞20。
步骤5）蒸发浓缩：将脱色清液打入双效蒸发器，开启蒸汽进行蒸发浓缩3倍，连续出料到结晶罐待离心；蒸发器控制参数：一效温度60-85℃，二效真空度≥0.085MPa，温度65-85℃，出料含量220g/L，双效料液浓度达到9%-10%时即可出料。
步骤6）结晶、离心及烘干：双效蒸发液连续出料至结晶罐后，启动离心机，放料离心分离，加水洗去晶体表明母液色素，再进行一段时间，确保色氨酸固液分离彻底，湿晶体装入料车等待烘干；当温度＜30℃，PH 5.8-6.1时，即可放料离心分离。
实施例2
一种发酵法制备L-色氨酸的工艺，其包括如下步骤：
步骤1）菌株发酵：以10%的接种量将产L-色氨酸大肠杆菌（E.coliTRTH）种子液接入发酵培养基中，培养温度35℃，通过风量、搅拌转速、罐压和流加糖控制溶氧量30%，通过流加液氨维持罐内系统PH在6.9，流加消泡剂消泡；当发酵至24H时，将浓度为500g/L的葡萄糖溶液流加进罐内，维持罐内糖浓度为0.5-1g/L，直至发酵结束，总发酵时间为50小时，得到L-色氨酸发酵液，经检测，L-色氨酸含量为48.9g/L；发酵培养基（150m³/350m³）：葡萄糖20g/L、硫酸镁6.8g/L、磷酸二氢钾3g/L、硫酸铵2.4g/L、硫酸亚铁15mg/L、酵母膏4g/L、柠檬酸1.6g/L；消前PH为6.6，灭菌要求温度为115℃，时间为15min；控制溶氧时风量为9000m³/hr，罐压为0.03MPa。
步骤2）陶瓷膜过滤：将L-色氨酸发酵液经加热升温，通过陶瓷膜过滤，经预循环、过滤除菌体蛋白，收集滤液；陶瓷膜截留分子量为50nm，工作压力：0.3MPa，工作温度：58-62℃，PH：3.5-3.8。
步骤3）色谱分离：离心母液经色谱分离过程后进入脱色；色谱分离过程中，母液温度58-62℃，PH：2.7-3.0，含量：19-21g/L。
步骤4）脱色：步骤3）所得料液加入活性炭进行脱色，待滤液透光率达到一定值后抽滤获得脱色液；采用活性炭脱色时温度：60-65℃，透光率＞20。
步骤5）蒸发浓缩：将脱色清液打入双效蒸发器，开启蒸汽进行蒸发浓缩2倍后即可连续出料到结晶罐待离心；蒸发器控制参数：一效温度60-85℃，二效真空度≥0.085MPa，温度65-85℃，出料含量220g/L，双效料液浓度达到9%-10%时即可出料。
步骤6）结晶、离心及烘干：双效蒸发液连续出料至结晶罐后，启动离心机，放料离心分离，加水洗去晶体表明母液色素，再进行一段时间，确保色氨酸固液分离彻底，湿晶体装入料车等待烘干；当温度＜30℃，PH 5.8-6.1时，即可放料离心分离。
本发明发酵法制备L-色氨酸的工艺，其生产过程简洁易操作，更加便于维护和保养，发酵生产效率较高，可适用于工业中大规模的连续性生产。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了介绍，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，这对本领域技术人员而言应该很明确，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明保护的范围。
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