本發明涉及生物發酵工程技術領域，具體涉及一種ε-聚賴氨酸的生產方法。
背景技術：
化學防腐劑對人體健康的影響，已經受到人們的高度關注，而天然防腐劑以其安全高效、對人體無毒副作用的優點受到人們推崇。ε-聚賴氨酸是日本學者于1977年從放線菌培養過濾液中提取出有25~30個賴氨酸殘基的同型單體聚合物，它是由l-賴氨酸殘基通過α-羧基和ε-氨基形成的酰胺鍵連接而成，故稱為ε-聚賴氨酸。ε-聚賴氨酸作為一種天然的生物代謝產品，具有廣譜抗菌性，對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、酵母菌、霉菌、噬菌體等均有良好的抑制作用，是目前天然防腐中具有優良防腐性能和巨大商業潛力的微生物類食品防腐劑，相比于山梨醇等傳統化學食品防腐劑，ε-聚賴氨酸具有抑菌譜廣、抑菌能力強、耐熱、水溶性好、不影響食品風味、使用量低和安全性高等優點。
ε-聚賴氨酸的合成是1947年由klephraim首先完成的，直到現在，除了化學合成法以外，還有酶法和生物合成等幾種方法，其中，采用白色鏈霉菌(streptomyeesalbulus)以葡萄糖為原料發酵制得的方法較為理想。白色鏈霉菌通過變異育種，可獲得以葡萄糖為碳源高效率生產次生代謝產物的菌種，進而完成ε-聚賴氨酸的工業化生產。但ε-聚賴氨酸產量過低，導致生產成本提高，價格昂貴，限制了ε-聚賴氨酸的廣泛應用。因此，近些年來人們也致力于通過改善發酵添加和發酵用添加劑來提高ε-聚賴氨酸的產量，但是其效果都不夠顯著。進而又逐漸致力于創新從發酵液中提取和提純ε-聚賴氨酸的方法上，以希望能夠提高ε-聚賴氨酸的產量，如中國專利cn101701069a公開了一種提取ε-聚賴氨酸及其鹽的方法，依次通過將發酵液酸化、堿化、吸附、解吸、脫色、濃縮的方式得到ε-聚賴氨酸，然而利用這種方式從發酵液中提取出的ε-聚賴氨酸大多都結合了氯離子，也就是說實際提取得到的是ε-聚賴氨酸鹽酸鹽，而不是ε-聚賴氨酸，實際得到的ε-聚賴氨酸的純度低，而且ε-聚賴氨酸鹽酸鹽的抑菌活性明顯低于ε-聚賴氨酸，最終使得使用上述方法從發酵液中提取得到的ε-聚賴氨酸產品的防腐性能不理想。
為了獲得純度高的ε-聚賴氨酸，中國專利201610641559.1公開了一種ε-聚賴氨酸的生產方法，將發酵液依次經過過濾、簡化、吸附、鹽酸解吸、脫色處理后，調節清液的ph為堿性，并且再結合納濾的方式，將鹽酸解吸后生成的ε-聚賴氨酸鹽酸鹽轉化為ε-聚賴氨酸，提高制備的ε-聚賴氨酸的純度。但是該方法在脫色處理后需要再額外調節洗脫液的ph，而且如果ph控制不當有可能會引起產品的變質，同時又需要進行納濾操作，增加了操作成本，操作過程繁瑣，效率低。
因此，針對ε-聚賴氨酸生產方法進行進一步的創新和研究，提高ε-聚賴氨酸的純度和產量的同時，提高其生產效率，降低其生產成本，簡化工藝流程，成為了推動ε-聚賴氨酸工業化發展過程中亟需解決的問題。
技術實現要素：
為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種ε-聚賴氨酸的生產方法，提高ε-聚賴氨酸的純度和收率的同時，簡化工藝流程，提高生產效率，降低生產成本。
為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：
一種ε-聚賴氨酸的生產方法，包括將制得的含有ε-聚賴氨酸的發酵液采用陽離子樹脂吸附后依次經過氨水解吸和減壓濃縮處理。
可選的，所述氨水解吸為將完成吸附的陽離子樹脂加入過量的氨水進行洗脫，得洗脫液，為ε-聚賴氨酸溶液。加入過量的氨水是為了確保能夠將陽離子樹脂上吸附的ε-聚賴氨酸完全洗脫下來，多余的氨水溶解在含有ε-聚賴氨酸的洗脫液中。
進一步可選的，所述氨水的摩爾濃度為0.1~0.5mol/l。
可選的，所述減壓濃縮的壓力為-0.3~-0.6mpa，溫度為60~70℃。采用減壓濃縮使得洗脫液在達到60~70℃時，其中溶解的氨水即可以氨氣的形式排出，提高ε-聚賴氨酸的純度，同時避免過高的溫度造成的色素顏色加深和蛋白變性。
可選的，所述含有ε-聚賴氨酸的發酵液采用陽離子樹脂吸附的具體方法為：將發酵液經d155樹脂上柱吸附至樹脂達到飽和狀態，之后用純水洗滌吸附飽和的樹脂，至洗滌液體澄清。
可選的，所述減壓濃縮后還包括脫色處理；所述脫色處理為將減壓濃縮后的ε-聚賴氨酸濃縮液升溫至60±5℃，加入活性炭進行脫色，再進行板框過濾，得清液。
可選的，所述脫色處理后還包括噴霧干燥處理；所述噴霧干燥處理過程中設定進口溫度為140±10℃，出口溫度為83±15℃，流速為80~120l/h。
可選的，所述含有ε-聚賴氨酸的發酵液采用陽離子樹脂吸附前還包括將含有ε-聚賴氨酸的發酵液依次經過過濾、堿化處理；所述過濾為向發酵液中加入珍珠巖，然后進行板框過濾，得過濾液；所述堿化為將過濾后的發酵液的ph調整為堿性。其中珍珠巖在發酵液中的質量百分含量為1.5~2.5%。
可選的，所述含有ε-聚賴氨酸發酵液的具體制備方法為：取發酵用菌種配置菌液進行發酵15~22h后，調整發酵菌液的ph為4.1±0.2，之后持續不斷的向發酵菌液中加入葡萄糖和生物素，并控制葡萄糖的質量百分含量為0.2~2%，生物素的濃度為700μg/l，發酵7~9天，即完成。
可選的，上述制備發酵液的過程中發酵起始配置菌液的質量濃度大于15%。
可選的，上述制備發酵液所用的菌種為鏈霉菌屬白色鏈霉菌。
本發明ε-聚賴氨酸的生產方法，將含有ε-聚賴氨酸的發酵液采用陽離子吸附樹脂吸附后，加入氨水進行洗脫，銨根離子與ε-聚賴氨酸離子在吸附樹脂上產生競爭吸附，其中銨根離子更易吸附在吸附樹脂上，從而是ε-聚賴氨酸從吸附樹脂上脫離，溶解在洗脫液中，為了確保將ε-聚賴氨酸完全從吸附樹脂上洗脫下來，通常會采用過量的氨水，多余的氨水會溶解在洗脫液中，然后在后續的減壓濃縮過程中，溶解在洗脫液中的氨水以氨氣的形式隨著水蒸氣揮發去除，同時采用氨水洗脫不會引入其他干擾離子，不用增加相應的除鹽設備，簡化工藝流程，降低成本，提高所生產的ε-聚賴氨酸的純度，使其純度達到98%以上，ε-聚賴氨酸的收率提高24%以上，成本減少30%。
另外，采用減壓濃縮的方式，可以降低洗脫液中氨氣的揮發溫度，避免過高的溫度造成色素顏色加深和蛋白變性。
進一步的，本發明通過在發酵15~22h后，在發酵菌液中持續不斷的加入生物素，進一步提高ε-聚賴氨酸的產量，使得ε-聚賴氨酸的發酵產量提高一倍。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
下述實施例中ε-聚賴氨酸發酵液由下述方法制備而得，具體操作步驟為：
（1）種子培養：種子罐經水清洗干凈后，開始進行空消，之后將溶氧和ph電極校正準確后裝入種子罐內，配種子培養基至種子罐，之后進行實消，降溫至30℃，并將實消后降溫至30℃的糖并至種子罐中；調節好種子培養所需控制的各參數，溫度自動控制在30±1℃，溶氧大于30%，罐壓在0.01-0.03mpa，ph調至6.8-7.0，之后用氨水自動控制在6.0；之后，將實驗室培養好的斜面白色鏈霉菌菌種接種至種子罐中，培養14-22h，得發酵用菌種；
（2）發酵培養：發酵罐經水清洗干凈后，開始進行空消，之后將溶氧和ph電極校正準確后裝入發酵罐內，配發酵培養基至發酵罐，之后進行實消，降溫至30℃，并將實消后降溫至30℃的糖并至發酵罐中；調節好發酵培養所需控制的各參數，溫度自動控制在30±1℃，溶氧大于30%，罐壓在0.01-0.03mpa，ph調至6.0-6.2用氨水進行自動控制；將步驟1）制備的發酵用菌種移種至發酵罐中，使得菌種質量濃度達到15%以上，發酵15-22h，之后用氨水自動調整發酵液的ph為4.1±0.2，以無菌操作的方式一定速度連續流加葡萄糖和生物素，葡萄糖的殘留量控制在0.2%-2%，生物素控制在500μg/l，發酵7-9天，即制得發酵液。
利用上述方法制備的發酵液中ε-聚賴氨酸的濃度達到50g/l，相對于未采用連續流加生物素的發酵方法，ε-聚賴氨酸的產量提高一倍。
實施例1
一種ε-聚賴氨酸的生產方法，具體操作步驟為：
1）取上述制備的發酵液，向發酵液中加入2%珍珠巖，進行板框過濾，得到過濾液，調整過濾液的ph為堿性，將堿性過濾液經d155樹脂上柱吸附，吸附至飽和后用反滲透純化水洗滌至洗滌液體澄清，然后將洗滌后的飽和樹脂采用過量的摩爾濃度為0.3mol/l的氨水進行洗脫，制得ε-聚賴氨酸溶液；
2）將步驟1）制備的ε-聚賴氨酸溶液在-0.45mpa壓力下，70℃溫度下進行減壓濃縮至設定的體積，加入活性炭，升溫至60℃，進行脫色，之后再經過板框過濾，得到清液；
3）將步驟2）制備的清液進行噴霧干燥，控制進口溫度為140±10℃，出口溫度83±15℃，料液流速100l/h，得到白色或黃色粉末狀產品，即為所述的ε-聚賴氨酸。
本實施例從發酵液中提取ε-聚賴氨酸的收率為78.9%，純度達到99%。
實施例2
一種ε-聚賴氨酸的生產方法，具體操作步驟為：
1）取上述制備的發酵液，向發酵液中加入2.5%珍珠巖，進行板框過濾，得到過濾液，調整過濾液的ph為堿性，將堿性過濾液經d155樹脂上柱吸附，吸附至飽和后用反滲透純化水洗滌至洗滌液體澄清，然后將洗滌后的飽和樹脂采用過量摩爾濃度為0.5mol/l的氨水進行洗脫，制得ε-聚賴氨酸溶液；
2）將步驟1）制備的ε-聚賴氨酸溶液在-0.6mpa壓力下，60℃溫度下進行減壓濃縮，注意控制體積，加入活性炭，升溫至65℃，進行脫色，之后再經過板框過濾，得到清液；
3）將步驟2）制備的清液進行噴霧干燥，控制進口溫度為140±10℃，出口溫度83±15℃，料液流速80l/h，得到白色或黃色粉末狀產品，即為所述的ε-聚賴氨酸。
本實施例從發酵液中提取ε-聚賴氨酸的收率為80.2%，純度達到98%。
實施例3
一種ε-聚賴氨酸的生產方法，具體操作步驟為：
1）取上述制備的發酵液，向發酵液中加入1.5%珍珠巖，進行板框過濾，得到過濾液，調整過濾液的ph為堿性，將堿性過濾液經d155樹脂上柱吸附，吸附至飽和后用反滲透純化水洗滌至洗滌液體澄清，然后將洗滌后的飽和樹脂采用過量摩爾濃度為0.1mol/l的氨水進行洗脫，制得ε-聚賴氨酸溶液；
2）將步驟1）制備的ε-聚賴氨酸溶液在-0.3mpa壓力下，65℃溫度下進行減壓濃縮，注意控制體積，加入活性炭，升溫至55℃，進行脫色，之后再經過板框過濾，得到清液；
3）將步驟2）制備的清液進行噴霧干燥，控制進口溫度為140±10℃，出口溫度83±15℃，料液流速120l/h，得到白色或黃色粉末狀產品，即為所述的ε-聚賴氨酸。
本實施例從發酵液中提取ε-聚賴氨酸的收率為79.8%，純度達到99%。
對比例1
一種ε-聚賴氨酸的生產方法，具體操作步驟為：
1）取上述制備的發酵液，向發酵液中加入2%珍珠巖，進行板框過濾，得到過濾液，調整過濾液的ph為堿性，將堿性過濾液經d155樹脂上柱吸附，吸附至飽和后用反滲透純化水洗滌至洗滌液體澄清，然后將洗滌后的飽和樹脂采用摩爾濃度為0.3mol/l的氨水進行洗脫，制得ε-聚賴氨酸溶液；氨水的用量同實施例1；
2）將步驟1）制備的ε-聚賴氨酸溶液加入活性炭，升溫至60℃，進行脫色，之后再經過板框過濾，得到清液；
3）將步驟2）制備的清液進行噴霧干燥，控制進口溫度為140±10℃，出口溫度83±15℃，料液流速100l/h，得到白色或黃色粉末狀產品，即為所述的ε-聚賴氨酸。
本對比例從發酵液中提取得到的白色或黃色粉末狀產品存在結合了nh4+的ε-聚賴氨酸，ε-聚賴氨酸的純度僅達到80.2%，收率為54.3%。
結論：相比對比例在氨水洗脫后不進行減壓濃縮，直接進行脫色干燥，本發明方法中減壓濃縮后，氨水帶入的nh4+形成氨氣揮去，使產品中無其他干擾離子，使得ε-聚賴氨酸的純度由80.2%提高至98%以上，收率由54.3%提高至78.9%左右，收率提高了24.6%。