專利名稱：一種從發酵液中提取l-色氨酸的綜合方法
技術領域：
本發明涉及一種從發酵液中提取L-色氨酸的方法，具體涉及一種從谷氨酸棒桿 菌發酵得到的發酵液中提取L-色氨酸并對提取過程中所產生的廢液進行回收利用的綜合 方法。
背景技術：
L-色氨酸是食品和醫藥產品的重要氨基酸，它的用途十分廣泛，目前，發酵法生產 L-色氨酸已是先進的生產工藝。從L-色氨酸發酵液中提取精制L-色氨酸一般進行粗制、 精制和分離三個工藝過程，每次提取過程均會產生廢液，這些廢液中含有色素、雜質、L-色 氨酸、大量N、P、K及有機成分，直接排放會造成浪費而且污染環境。現在對提取后的廢液一 般都沒有進行科學合理的再次綜合利用，這是現行發酵法生產L-色氨酸的一個弊端。在環 保意識逐漸增強的情況下，科學有效的處理廢液、對有效成分進行回收處理是L-色氨酸生 產行業亟待解決的問題。
發明內容
本發明針對上述的不足，提供了一種從發酵液中提取L-色氨酸的綜合方法，該方 法在提取L-色氨酸的同時對產生的廢液進行回收利用，基本實現廢水的零排放，有效的回 收了資源，減輕了環保壓力。本發明是通過以下措施實現的
本發明的關鍵是即能很好的提取L-色氨酸，又能使產生的廢液回收再利用，減少了資 源浪費，達到了發酵液的綜合處理和廢液的循環再用。一種從發酵液中提取L-色氨酸的綜合方法，其特征是在以谷氨酸棒桿菌 (Corynebacterium glutamicum)為菌種制得的發酵液中提取L-色氨酸的同時對產生的廢 液進行回收利用，發酵液中L-色氨酸的含量在38-40g/L之間，步驟如下
一、L-色氨酸提取
(1)粗制
1. 1將L-色氨酸發酵液加熱至60°C-70°C，用酸調pH值為2-4，經微濾膜除菌、超濾膜 除雜脫色，得濾清液；
1. 2將上述濾清液流入離子交換柱進行吸附，然后用洗脫劑進行洗脫，得L-色氨酸高 濃液；
1. 3 L-色氨酸高濃液經反滲透膜脫水濃縮、減壓蒸發濃縮后，得到L-色氨酸料液； 1. 4 L-色氨酸料液在0°C _4°C、pH 5. 8-6. 0下結晶10h_12h，然后經離心分離得初級 L-色氨酸晶體；(反滲透與減壓蒸發濃縮的母液主要成分為水和蒸餾水，用于前道膜透析 水和溶晶水以及清洗水等)
(2)精制將初級L-色氨酸晶體重新溶解，配成30g/L-50g/L的L-色氨酸溶液，然后 將L-色氨酸溶液用超濾膜脫色除雜得濾清液、在0°C _4°C攪拌結晶10h-12h得精級L-色
4氨酸晶體；
(3)分離將精級L-色氨酸晶體離心分離、干燥得L-色氨酸產品； 二、廢液回收利用
所述廢液為菌懸液、一次母液、二次母液和三次母液；其中，菌懸液為微濾膜、超濾膜過 濾后剩余的發酵液，一次母液為分離初級L-色氨酸晶體所得的上層料液，二次母液為精制 過程中超濾膜脫色除雜剩余的溶液，三次母液為分離L-色氨酸產品所得的上層液；上述廢 液分別進行以下回收處理
菌懸液經烘干作為飼料添加劑或飼料蛋白的原料；
一次母液經反滲透膜濃縮處理進入步驟a中的發酵液中循環套用；
二次母液作為微濾膜透析水循環套用；
三次母液通過下述方法的至少一種循環套用①作為粗品L-色氨酸晶體的溶解水；② 作為微濾膜的透析水；③作為超濾膜的透析水。上述步驟1. 1中，所用酸為工業硫酸或工業鹽酸；微濾膜為氧化鋯膜、氧化鋁膜或 陶瓷膜，孔徑為0. 15-0. 35um，優選微濾條件溫度60°C _70°C，壓力0. 2MPa-0. 35Mpa，發酵 液流速60 L/m2 .h-150L/m2-h ；超濾膜為卷式膜或中空纖維膜，截留分子量為8_10萬D，優 選截留分子量為10萬D的卷式膜，超濾條件溫度40°C -60°C，壓力0. 2MPa-0. 35Mpa，發酵 液流速50 L/m2 · h-100L/m2 · h。微濾條件優選溫度60°C，壓力0. 25Mpa，發酵液流速100 L/m2 · h-120L/m2 · h ；超濾條件優選溫度50°C，壓力0. 25Mpa，發酵液流速60_80L/m2 · h。上述步驟1. 2中，離子交換柱中填充物為強酸性陽離子交換樹脂，優選磺酸型的 強酸性離子交換樹脂或001 X 7強酸性陽離子交換樹脂，吸附溫度為25-35°C，濾清液流速 為1. 0-2. 5v/v · min ；洗脫所用洗脫劑為2-3mol/L的氨水或0. 5-1. 5mol/L氫氧化鈉溶液， 洗脫流速為0. 5-1. 5 ν/ν · min。優選條件吸附溫度為30°C，濾清液流速為1. 5-2. Ov/ ν · min ；洗脫所用洗脫劑為2-3mol/L的氨水，洗脫流速為1. 0-1. 2v/v · min。上述步驟1. 3中，反滲透膜醋酸纖維素膜或聚酰胺復合膜(孔徑大于5埃)，截留分 子量小于等于100，脫水濃縮條件壓力0. 5-0. 6MPa，溫度50-60°C ；減壓蒸發濃縮條件溫 度70-90°C，真空度-0. 06 -0. IMPa0脫水濃縮條件優選壓力0. 55MPa，溫度55°C ；減壓 蒸發濃縮條件優選溫度80°C，真空度-0. OSMPa0上述精制過程中，超濾膜截留分子量為4000-6000D，優選截留分子量為5000D的 卷式膜，脫色除雜條件溫度40°C _60°C，壓力0. 2MPa-0. 35Mpa，流速50 L/m2 -h-80L/m2 -h0 優選的，超濾膜脫色除雜條件溫度60°C，壓力0. 3Mpa，流速60_70L/m2 · h。上述分離過程中，精級L-色氨酸晶體在70°c-80°c、真空度-0.06 Mpa -0. 1 Mpa 的條件下干燥2-4h，得L-色氨酸產品。優選的，晶體在75°C、真空度-0.08 Mpa的條件下 干燥2-4h，得L-色氨酸產品。上述廢液處理過程中，各種廢液的具體處理方法為
菌懸液采用噴霧干燥機進行烘干作為飼料添加劑或飼料蛋白的原料，烘干溫度為 IOO0C -150°C，烘干時間為 1-5S。一次母液中含有大量N、P、K等元素及有機質，用反滲透膜除水濃縮得L-色氨酸含 量為15 30g/L的濃縮液；一次母液進入反滲透膜的溫度為50-60°C，流速為80 150L/ τα · h，膜壓力為 0. 5Mpa-0. 6MPa。
進一步的，上述一次母液以5次為一個循環周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經 濃縮進入發酵液循環套用，第5n+5次的一次母液經處理得復合肥，η為整數；復合肥的制備 過程為
a.將第5n+5次的一次母液在溫度70°C_80°C、真空壓力為-0. 06Mpa -0. IMpa的條 件下蒸發濃縮5-6倍，得濃縮液；
b.將濃縮液在溫度80°C_85°C、真空壓力為一0.06Mpa -0. IMpa的條件下連續結晶， 得無機鹽晶體；
c.將上述結晶后的濃縮液進行離心分離，得無機鹽晶體，然后在90-110°C、轉速為 8 20 r/min的條件下烘干至無機鹽晶體水分為8 10wt% ；
d.將烘干的無機鹽晶體進行造粒得復合肥，復合肥中包括硫酸銨及其他N、P、K有機質。上述復合肥制備方法中，步驟c中，離心分離的分離因數為2000-2500，分離得到 的無機鹽晶體含水量為25 30wt% ；步驟d所得復合肥的粒度為1. 5 2. 5mm。L-色氨酸提取過程中經超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃縮液作為二次母液， 其體積較小，色素、雜質較多，L-色氨酸含量5g/L-20g/L，可全部作為微濾膜透析水再利用。經精品結晶罐攪拌降溫結晶后，將用離心機分離時獲得的三次母液體積大，色素、 雜質非常少，L-色氨酸含量2g/L-5g/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾膜、超濾膜透析水 再利用。本發明的優點是①充分綜合利用將L-色氨酸生產過程中產生的廢液循環利用， 符合綠色環保新理念，凈化了環境，促進了生態平衡；②資源全面有效綜合利用，在L-色氨 酸生產的基礎上，派生了飼料添加劑、飼料蛋白和生物復合肥附加產品，減少了資源浪費； ③綜合循環工藝合理、可行，降低了生產成本。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明進行進一步闡述，應該明白的是，下述說明僅是為 了解釋本發明，并不對其內容進行限制。本發明所述發酵液為谷氨酸棒桿菌為菌種所得的發酵液，L-色氨酸含量在 38-40g/L 之間。實施例1
①將L-色氨酸發酵液(L-色氨酸含量38.6g/L)送入提取儲料罐，加熱至70°C，用工業 硫酸調PH值為4，經微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 22um的 陶瓷膜，微濾控制溫度70°C，壓力0. 25Mpa，流速90 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量為10 萬D的卷式膜，超濾濾控制溫度50°C，壓力0. 30Mpa,流速80L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充001X7強酸性陽離子交換樹脂，在30°C流速為 1. 8ν/ν ·π η進行吸附，吸附后用2. 5mol/L的氨水進行洗脫，洗脫流速控制在1. Ov/v -min, 得到L-色氨酸高濃液。③L-色氨酸高濃液經反滲透膜脫水濃縮(反滲透膜為截留分子量< IOOD的醋酸 纖維素膜，壓力0. 5MPa，溫度50°C)、減壓蒸發濃縮后(溫度80°C，真空度-0. 08MPa)，得到L-色氨酸料液。④L-色氨酸料液送入結晶罐攪拌降溫至0°C、調PH為6. 0、時間IOh后獲晶體，將 結晶料液離心分離，得初級L-色氨酸晶體；
⑤將初級L-色氨酸晶體重新溶解，并配置含量達到40g/L的L-色氨酸溶液使其充分 溶解；將充分溶解后的初級L-色氨酸晶體經超濾膜進行脫色、除雜后送入精品L-色氨酸結 晶罐攪伴降溫至0°C，結晶時間12h，獲得精級L-色氨酸晶體；超濾膜為超濾膜截留分子量 為5000D的卷式膜，溫度60°C，壓力0. 30Mpa，流速80L/m2. h ；
⑥將精級L-色氨酸晶體用離心機分離，然后在溫度80°C、真空度-0.OSMpa的條件下進 行真空干燥機烘干3小時，最后粉碎、包裝，檢測產品純度為99. 2%獲合格L-色氨酸產品， 收率77. 2%ο所得廢液的回收處理過程如下
菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可 制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為100°c，烘干時間為1-5S。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經粗品結晶罐內攪拌降溫結晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達20g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發酵液混合進行內循環工藝；反滲透膜工藝的溫度60°C、壓力 0. 5Mpa、流速80 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經 上述步驟濃縮后進入發酵液循環套用，第5n+5次的一次母液經處理得復合肥，η為整數；復 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經多效蒸發器在溫度80°C、真空壓力為一
0.OSMpa條件下濃縮5倍；再將濃縮液送入連續結晶器在溫度85°C、真空壓力為-0. OSMpa 條件下連續結晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續式錐籃離心機進行分離，分離因數 2000，水分28% ；然后用管束烘干機在100°C、轉速10 r/min條件下烘干到水分10% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度2. 0mm，最后獲得硫酸銨等生物復合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質較多，L-色氨酸含量12g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經精品結晶罐攪拌降溫結晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質非常少，L-色氨酸含量4. Og/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。實施例2
①將L-色氨酸發酵液(L-色氨酸含量39.2g/L)送入提取儲料罐，加熱至60°C，用工業 鹽酸調PH值為2，經微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 15-0. 2um 的氧化鋯膜，微濾控制溫度60°C，壓力0. 35Mpa，流速150 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量 為8萬D的中空纖維膜，超濾濾控制溫度60°C，壓力0. 20Mpa,流速50L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充磺酸型的強酸性離子交換樹脂，在25°C流速為
1.Ον/ν ·π η進行吸附，吸附后用2. Omol/L的氨水進行洗脫，洗脫流速控制在1. 5v/v -min, 得到L-色氨酸高濃液。③L-色氨酸高濃液經反滲透膜脫水濃縮(反滲透膜為截留分子量< 100D的醋 酸纖維素膜或聚酰胺復合膜，壓力0. 6MPa,溫度60°C )、減壓蒸發濃縮后(溫度90°C，真空
7度-0. 06MPa)，得到L-色氨酸料液。④L-色氨酸料液送入結晶罐攪拌降溫至4°C、調PH為5. 8、時間12h后獲晶體，將 結晶料液離心分離，得初級L-色氨酸晶體；
⑤將初級L-色氨酸晶體重新溶解，并配置含量達到30g/L的L-色氨酸溶液使其充分 溶解；將充分溶解后的初級L-色氨酸晶體經超濾膜進行脫色、除雜后送入精品L-色氨酸結 晶罐攪伴降溫至4°C，結晶時間10h，獲得精級L-色氨酸晶體；超濾膜為超濾膜截留分子量 為4000D的卷式膜，溫度40°C，壓力0. 2Mpa，流速50L/m2· h ；
⑥將精級L-色氨酸晶體用離心機分離，然后在溫度70°C、真空度-0.06Mpa的條件下進 行真空干燥機烘干4小時，最后粉碎、包裝，檢測產品純度為99. 3%獲合格L-色氨酸產品， 收率77. 8%ο所得廢液的回收處理過程如下
菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可 制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為150°C，烘干時間為l_5s。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經粗品結晶罐內攪拌降溫結晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達30g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發酵液混合進行內循環工藝；反滲透膜工藝的溫度55°C、壓力 0. 6Mpa、流速150 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經 上述步驟濃縮后進入發酵液循環套用，第5n+5次的一次母液經處理得復合肥，η為整數；復 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經多效蒸發器在溫度70°C、真空壓力為一 0. 06Mpa條件下濃縮6倍；再將濃縮液送入連續結晶器在溫度80°C、真空壓力為-0. IMpa 條件下連續結晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續式錐籃離心機進行分離，分離因數 2000，水分30% ；然后用管束烘干機在100°C、轉速8 r/min條件下烘干到水分10% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度2. 5mm，最后獲得硫酸銨等生物復合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質較多，L-色氨酸含量20g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經精品結晶罐攪拌降溫結晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質非常少，L-色氨酸含量2. Og/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。實施例3
①將L-色氨酸發酵液(L-色氨酸含量39.5g/L)送入提取儲料罐，加熱至65°C，用工業 鹽酸調PH值為3，經微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 3-0. 35um 的氧化鋁膜，微濾控制溫度60°C，壓力0. 2Mpa，流速60 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量為 10萬D的中空纖維膜，超濾濾控制溫度40°C，壓力0. 35Mpa，流速100L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充磺酸型的強酸性離子交換樹脂，在35°C流速為 2. 5v/V · min進行吸附，吸附后用0. 5mol/L的氫氧化鈉溶液進行洗脫，洗脫流速控制在 0. 5v/V · min，得到L-色氨酸高濃液。③L-色氨酸高濃液經反滲透膜脫水濃縮(反滲透膜為截留分子量< 100D的聚 酰胺復合膜，孔徑大于5埃，壓力0. 55MPa，溫度55°C )、減壓蒸發濃縮后(溫度70°C，真空
8度-0. IMPa)，得到L-色氨酸料液。④L-色氨酸料液送入結晶罐攪拌降溫至2°C、調PH為5. 8、時間12h后獲晶體，將 結晶料液離心分離，得初級L-色氨酸晶體；
⑤將初級L-色氨酸晶體重新溶解，并配置含量達到50g/L的L-色氨酸溶液使其充分 溶解；將充分溶解后的初級L-色氨酸晶體經超濾膜進行脫色、除雜后送入精品L-色氨酸結 晶罐攪伴降溫至0°C，結晶時間12h，獲得精級L-色氨酸晶體；超濾膜為超濾膜截留分子量 為6000D的卷式膜，溫度50°C，壓力0. 35Mpa，流速60L/m2. h ；
⑥將精級L-色氨酸晶體用離心機分離，然后在溫度75°C、真空度-0.IMpa的條件下進 行真空干燥機烘干2小時，最后粉碎、包裝，檢測產品純度為99. 1%獲合格L-色氨酸產品， 收率76. 9%ο所得廢液的回收處理過程如下
菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可 制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為120°C，烘干時間為l_5s。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經粗品結晶罐內攪拌降溫結晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達15g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發酵液混合進行內循環工藝；反滲透膜工藝的溫度50°C、壓力 0. 6Mpa、流速120 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經 上述步驟濃縮后進入發酵液循環套用，第5n+5次的一次母液經處理得復合肥，η為整數；復 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經多效蒸發器在溫度75°C、真空壓力為一
0.IMpa條件下濃縮6倍；再將濃縮液送入連續結晶器在溫度85°C、真空壓力為-0. 06Mpa 條件下連續結晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續式錐籃離心機進行分離，分離因數 2000，水分25% ；然后用管束烘干機在100°C、轉速20 r/min條件下烘干到水分8% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度1. 5mm，最后獲得硫酸銨等生物復合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質較多，L-色氨酸含量5g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經精品結晶罐攪拌降溫結晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質非常少，L-色氨酸含量5. Og/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。實施例4
①將L-色氨酸發酵液(L-色氨酸含量40.Og/L)送入提取儲料罐，加熱至70°C，用工業 硫酸調PH值為4，經微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 22um的陶 瓷膜，微濾控制溫度60°C，壓力0. 25Mpa，流速120 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量為10 萬D的卷式膜，超濾濾控制溫度50°C，壓力0. 25Mpa,流速60L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充001X7強酸性陽離子交換樹脂，在30°C流速為
1.5v/V ·π η進行吸附，吸附后用3. Omol/L的氨水進行洗脫，洗脫流速控制在1. 2v/V -min, 得到L-色氨酸高濃液。③L-色氨酸高濃液經反滲透膜脫水濃縮(反滲透膜為截留分子量< 100D的聚酰 胺復合膜，壓力0. 55MPa，溫度55°C)、減壓蒸發濃縮后(溫度80°C，真空度-0. 08MPa)，得到L-色氨酸料液。④L-色氨酸料液送入結晶罐攪拌降溫至0°C、調PH為6. 0、時間IOh后獲晶體，將 結晶料液離心分離，得初級L-色氨酸晶體；
⑤將初級L-色氨酸晶體重新溶解，并配置含量達到40g/L的L-色氨酸溶液使其充分 溶解；將充分溶解后的初級L-色氨酸晶體經超濾膜進行脫色、除雜后送入精品L-色氨酸結 晶罐攪伴降溫至0°C，結晶時間12h，獲得精級L-色氨酸晶體；超濾膜為超濾膜截留分子量 為5000D的卷式膜，溫度60°C，壓力0. 30Mpa，流速70L/m2. h ；
⑥將精級L-色氨酸晶體用離心機分離，然后在溫度75°C、真空度-0.OSMpa的條件下進 行真空干燥機烘干3小時，最后粉碎、包裝，檢測產品純度為99. 7%獲合格L-色氨酸產品， 收率78. 9%ο所得廢液的回收處理過程如下
菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可 制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為130°C，烘干時間為l_5s。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經粗品結晶罐內攪拌降溫結晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達20g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發酵液混合進行內循環工藝；反滲透膜工藝的溫度60°C、壓力 0. 5Mpa、流速90 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經 上述步驟濃縮后進入發酵液循環套用，第5n+5次的一次母液經處理得復合肥，η為整數；復 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經多效蒸發器在溫度80°C、真空壓力為一
0.OSMpa條件下濃縮5倍；再將濃縮液送入連續結晶器在溫度85°C、真空壓力為-0. OSMpa 條件下連續結晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續式錐籃離心機進行分離，分離因數 2500，水分28% ；然后用管束烘干機在90°C、轉速10 r/min條件下烘干到水分10% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度2. 0mm，最后獲得硫酸銨等生物復合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質較多，L-色氨酸含量10g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經精品結晶罐攪拌降溫結晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質非常少，L-色氨酸含量3. 8g/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。實施例5
①將L-色氨酸發酵液(L-色氨酸含量39.6g/L)送入提取儲料罐，加熱至70°C，用工業 硫酸調PH值為4，經微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色得濾清液，所用微濾膜為孔徑0. 22um的陶 瓷膜，微濾控制溫度60°C，壓力0. 25Mpa，流速100 L/m2. h ；所用超濾膜為截留分子量為10 萬D的卷式膜，超濾濾控制溫度50°C，壓力0. 25Mpa,流速60L/m2. h ；
②濾清液進入離子交換柱，柱中填充001X7強酸性陽離子交換樹脂，在30°C流速為 2. Ov/V · min進行吸附，吸附后用1. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液進行洗脫，洗脫流速控制在
1.2v/V · min，得到L-色氨酸高濃液。其他，同實施例2。所得L-色氨酸產品純度為99. 5%，收率79. 5%。菌懸液的回收利用將得到的菌懸液在噴霧干燥機中烘干，既可作為飼料添加劑，也可制成飼料蛋白回收利用，烘干溫度為120°C，烘干時間為l_5s。一次母液綜合利用L_色氨酸粗提取過程中，經粗品結晶罐內攪拌降溫結晶后， 將用離心機分離時獲得的一次母液送入反滲透膜濃縮濃縮至L-色氨酸含量達20g/L，然后 再次送入微濾膜與L-色氨酸發酵液混合進行內循環工藝；反滲透膜工藝的溫度60°C、壓力 0. 5Mpa、流速120 L/m2. h ；一次母液以5次為一個循環周期，第5n+l 5n+4次的一次母液經 上述步驟濃縮后進入發酵液循環套用，第5n+5次的一次母液經處理得復合肥，η為整數；復 合肥的制備過程為第5η+5次獲得的一次母液先經多效蒸發器在溫度80°C、真空壓力為一 0. OSMpa條件下濃縮5倍；再將濃縮液送入連續結晶器在溫度80°C、真空壓力為-0. OSMpa 條件下連續結晶，獲得硫酸銨等無機鹽晶體；再用連續式錐籃離心機進行分離，分離因數 2200，水分28% ；然后用管束烘干機在110°C、轉速15 r/min條件下烘干到水分9% ；最后用 造粒機對烘干的晶體造粒，粒度2. 2mm，最后獲得硫酸銨等生物復合肥。二次母液綜合利用L_色氨酸提取過程中經超濾膜除蛋白、色素處理后獲得的濃 縮液作為二次母液，其體積較小，色素、雜質較多，L-色氨酸含量5g/L，可全部作為微濾膜 透析水再利用。三次母液綜合利用經精品結晶罐攪拌降溫結晶后，將用離心機分離時獲得的三 次母液體積大，色素、雜質非常少，L-色氨酸含量5g/L，可分別作為溶晶罐溶晶水和微濾 膜、超濾膜透析水再利用。
1權利要求
1.一種從發酵液中提取L 色氨酸的綜合方法，其特征是在以谷氨酸棒桿菌(Corynebacterium glutamicum)為菌種制得的發酵液中提取L 色氨酸的同時對產生的廢液進行回收利用,步驟如下 一、L 色氨酸提取(1)粗制1.1 將L 色氨酸發酵液加熱至60℃ 70℃，用酸調pH值為2 4，經微濾膜除菌、超濾膜除雜脫色，得濾清液； 1.2 將上述濾清液流入離子交換柱進行吸附，然后用洗脫劑進行洗脫，得L 色氨酸高濃液； 1.3 L 色氨酸高濃液經反滲透膜脫水濃縮、減壓蒸發濃縮后，得到L 色氨酸料液；1.4 L 色氨酸料液在0℃ 4℃、pH 5.8 6.0下結晶10h 12h，然后經離心分離得初級L 色氨酸晶體； (2)精制將初級L 色氨酸晶體重新溶解，配成30g/L 50g/L的L 色氨酸溶液，然后將L 色氨酸溶液用超濾膜脫色除雜得濾清液、在0℃ 4℃攪拌結晶10h 12h得精級L 色氨酸晶體； (3)分離將精級L 色氨酸晶體離心分離、干燥得L 色氨酸產品； 二、廢液回收利用所述廢液為菌懸液、一次母液、二次母液和三次母液；其中，菌懸液為微濾膜、超濾膜過濾后剩余的發酵液，一次母液為離心分離初級L 色氨酸晶體時所得的上層料液，二次母液為精制過程中超濾膜脫色除雜剩余的溶液，三次母液為離心分離L 色氨酸產品時所得的上層液；上述廢液分別進行以下回收處理菌懸液經烘干作為飼料添加劑或飼料蛋白的原料；一次母液經反滲透膜濃縮處理進入步驟a中的發酵液中循環套用；二次母液作為微濾膜透析水循環套用；三次母液通過下述方法的至少一種循環套用①作為粗品L 色氨酸晶體的溶解水；②作為微濾膜的透析水；③作為超濾膜的透析水。
2.根據權利要求1所述的綜合方法，其特征是菌懸液采用噴霧干燥機進行烘干，烘干 溫度為100°C _150°C，烘干時間為l_5s ；—次母液用反滲透膜除水濃縮得L-色氨酸含量為 15-30g/L的濃縮液；一次母液進入反滲透膜的溫度為50-60°C，流速為80_150L/m2 *h，膜壓 力為 0. 5Mpa-0. 6MPa。
3.根據權利要求1所述的綜合方法，其特征是步驟1.1中，所用酸為工業硫酸或工業 鹽酸；微濾膜孔徑為0. 15-0. 35um，微濾條件溫度60°C _70°C，壓力0. 2MPa-0. 35Mpa，發酵 液流速60 L/m2 -h-150L/m2 -h ；超濾膜截留分子量為8_10萬D，超濾條件溫度40°C _60°C， 壓力 0. 2MPa-0. 35Mpa,發酵液流速 50 L/m2 · h-100L/m2 · h ；步驟1. 2中，離子交換柱中填充物為強酸性陽離子交換樹脂，吸附溫度為25-35°C，濾 清液流速為1. 0-2. 5v/v · min ；洗脫所用洗脫劑為2-3mol/L的氨水或0. 5-1. 5mol/L氫氧 化鈉溶液，洗脫流速為0. 5-1. 5 ν/ν · min ；步驟1. 3中，反滲透膜截留分子量小于等于100，脫水濃縮條件壓力0. 5-0. 6MPa，溫度 50-600C ；減壓蒸發濃縮條件溫度70-90°C，真空度-0. 06 -0. IMPa0
4.根據權利要求1所述的綜合方法，其特征是精制過程中，超濾膜截留分子量為 4000-6000D，脫色除雜條件溫度 40°C _60°C，壓力 0. 2MPa_0. 35Mpa，流速 50 L/m2 *h-80L/ m2 -h ；分離過程中，精級L-色氨酸晶體在70°C _80°C、真空度-0. 06 Mpa -0. 1 Mpa的條 件下干燥2-4h，得L-色氨酸產品。
5.根據權利要求2所述的綜合方法，其特征是一次母液以5次為一個循環周期，第 5n+l 5n+4次的一次母液經濃縮進入發酵液循環套用，第5n+5次的一次母液經處理得復 合肥，η為整數；復合肥的制備過程為a.將第5n+5次的一次母液在溫度70°C_80°C、真空壓力為-0. 06Mpa -0. IMpa的條 件下蒸發濃縮5-6倍，得濃縮液；b.將濃縮液在溫度80°C_85°C、真空壓力為一0.06Mpa -0. IMpa的條件下連續結晶， 得無機鹽晶體；c.將上述結晶后的濃縮液進行離心分離，得無機鹽晶體，然后在90-110°C、轉速為 8-20 r/min的條件下烘干至無機鹽晶體水分為8_10wt% ；d.將烘干的無機鹽晶體進行造粒得復合肥。
6.根據權利要求5所述的綜合方法，其特征是步驟c中，離心分離的分離因數 為2000-2500，分離得到的無機鹽晶體含水量為25-30wt%;步驟d所得復合肥的粒度為 1. 5-2. 5mm。
7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是步驟1.1中，微濾膜為氧化鋯膜、氧化 鋁膜或陶瓷膜，微濾條件溫度60°C，壓力0. 25Mpa,發酵液流速100 L/m2 · h_120L/m2 · h ； 超濾膜為卷式膜或中空纖維膜，超濾條件溫度50°C，壓力0. 25Mpa，發酵液流速60-80L/ m2 · h ；步驟1.2中，離子交換柱中填充物為磺酸型的強酸性離子交換樹脂，吸附溫度為 30°C，濾清液流速為1. 5-2. Ov/v · min ；洗脫所用洗脫劑為2-3mol/L的氨水，洗脫流速為 1. 0-1. 2v/v · min ；步驟1. 3中，反滲透膜為醋酸纖維素膜或聚酰胺復合膜，脫水濃縮條件壓力0. 55MPa, 溫度55°C ；減壓蒸發濃縮條件溫度80°C，真空度-0. 08MPa。
8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征是精制過程中，超濾膜為卷式膜或中空纖 維膜，脫色除雜條件溫度60°C，壓力0. 3Mpa，流速60_70L/m2 · h ；分離過程中，精級L-色 氨酸晶體在75°C、真空度-0. 08 Mpa的條件下干燥2_4h，得L-色氨酸產品。
9.根據權利要求3或7所述的制備方法，其特征是步驟1.1中，微濾膜為孔徑為 0. 22um的陶瓷膜，超濾膜為截留分子量為10萬D的卷式膜；步驟1. 2中，離子交換柱中填 充物為001X7強酸性陽離子交換樹脂。
10.根據權利要求4或8所述的生產方法，其特征是精制過程中，超濾膜為截留分子 量為5000D的卷式膜。
全文摘要
本發明公開了一種從發酵液中提取L-色氨酸的綜合方法，在以谷氨酸棒桿菌為菌種制得的發酵液中提取L-色氨酸的同時對產生的廢液進行回收利用,步驟包括L-色氨酸的提取和廢液的回收利用，提取過程中產生的廢液經處理或回收套用或用于制備復合肥、飼料添加劑及飼料蛋白。該方法資源全面有效綜合利用，在提取L-色氨酸的同時對產生的廢液進行回收利用，減少了資源浪費，基本實現廢水的零排放，有效的回收了資源，減輕了環保壓力。
文檔編號C05F5/00GK101914054SQ20101027065
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者馮志彬, 張華 , 王東陽, 蔡傳康, 閆汝東 申請人:王東陽;蔡傳康;閆汝東;馮志彬;張華