專利名稱:離子交換法從發(fā)酵液中提取l－異亮氨酸的清潔生產工藝的制作方法
技術領域：
離子交換法從發(fā)酵液中提取L-異亮氨酸的清潔生產工藝，具體涉及氨基酸發(fā)酵產品的分離提純和實現(xiàn)離子交換樹脂再生后的含銨廢水零排放。屬于生物化工技術領域：
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背景技術：
L-異亮氨酸是人體八種必需氨基酸之一，同時又是三種支鏈氨基酸之一，因其特殊的結構和功能，在生命代謝中具有特別重要的地位。主要用于一般營養(yǎng)型復合氨基酸輸液，大量用于配制治療用特種氨基酸輸液如肝安、腎安氨基酸輸液，特別是以L-異亮氨酸為主要原料生產的高支鏈氨基酸輸液、肝安糖漿、肝靈口服液，對治療各種肝臟疾病具有顯著療效。
目前，世界上生產L-異亮氨酸都采用發(fā)酵法，已有許多專利和文獻公開了L-異亮氨酸的制備方法，如CN1117524A和CN1355295A所公開的技術，其采用基因工程菌生產L-異亮氨酸，但L-異亮氨酸的產率較低，僅10g/L左右。發(fā)酵后的醪液中含有各種雜質，必須采取一系列物理及化學方法進行提純處理，目前在工業(yè)上采用的提純工藝是離子交換法。張德隆等采用離子交換法提取L-異亮氨酸，并申請了專利，公開號CN1069968A。來彩霞等(沈陽藥科大學學報，1998，15(3)182-184)和劉清華等(無錫輕工大學學報，2003，22(3)76-79)分別報道了離子交換法提取L-異亮氨酸的工藝，但提取總收率不高，分別為45％和55％。用離子交換法提取L-異亮氨酸，在離子交換樹脂柱再生的過程中會產生大量的含銨廢水，以上專利和文獻均未涉及離子交換柱再生廢液處理。目前工業(yè)上L-異亮氨酸生產過程產生的含銨廢水的處理都是采用“末端治理技術”，即對含銨廢水采用各種理化或生物技術進行治理，以求排放廢液達到對環(huán)境無害的技術標準。但該技術是一個消極的，治標不治本的治污方法，特別是對大量的高濃度含銨廢水，難以根治；從技術角度而言，末端治理技術的開發(fā)難度不亞于生產工藝技術的開發(fā)，而更大的問題是經濟問題，末端治理技術的少量產出，難以抵消工程建設的資金投入和日常昂貴的運行費用，生產規(guī)模越大越難以承受。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有L-異亮氨酸技術提取中存在的問題，提出了一種離子交換法提取L-異亮氨酸的清潔生產新工藝，離子交換樹脂柱再生后產生的含銨廢水不再使用末端治理技術處理，而是一部分直接用作發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，另一部分含銨廢水加氨水后用作第一次離子交換柱吸附后的洗脫液，形成閉路循環(huán)，實現(xiàn)含銨廢水的零排放。
本發(fā)明離子交換法從發(fā)酵液中提取L-異亮氨酸的清潔生產工藝，其技術方案包括L-異亮氨酸產品的制備，離子交換柱再生，離子交換柱再生后所得硫酸銨廢液的循環(huán)利用；L-異亮氨酸產品的制備包括發(fā)酵液加熱過濾，得到的濾液酸化、絮凝過濾，得到的濾清液用強酸性氫型離子交換樹脂柱進行第一次吸附，吸附飽和后用熱水沖洗去雜質，用加含銨廢水的氨水配制的溶液洗脫，流出的洗脫液再用強酸性氫型離子交換樹脂柱進行第二次吸附，吸附飽和后用熱水沖洗去雜質，用氨水洗脫，然后對流出的洗脫液用活性炭脫色后進行濃縮結晶，得L-異亮氨酸成品。
本發(fā)明方法的操作步驟如下1、L-異亮氨酸產品的制備(1)將發(fā)酵完畢的發(fā)酵液加熱至80～85℃，維持15～20分鐘，過濾除渣，得濾液；(2)上述濾液調pH至2.0～2.5，加入殼聚糖使其濃度為30～100mg/L，20～50℃靜置30～60分鐘，絮凝過濾，得清液；(3)上述清液直接進入強酸性氫型離子交換樹脂柱第一次吸附，流速0.5～10m3/m3樹脂·小時；(4)吸附飽和后用熱水沖洗去除雜質；(5)用濃度為0.2～1.0摩爾濃度的氨水加含銨廢水，氨水∶含銨廢水體積比為1∶0.5～1.5，以0.5～10m3/m3樹脂·小時流速進行洗脫；(6)上述流出的洗脫液調pH至2～2.5，直接進入強酸性氫型離子交換樹脂柱第二次吸附，流速0.5～10m3/m3樹脂·小時；(7)吸附飽和后用熱水沖洗去除雜質；(8)用濃度為0.2～1.0摩爾濃度的氨水以0.5～10m3/m3樹脂·小時流速進行洗脫；(9)流出洗脫液的L-異亮氨酸含量質量百分濃度2.5％以上的高濃度組分，用活性炭脫色后，濃縮結晶，得L-異亮氨酸產品，產品的總收率大于60％。
流出洗脫液的L-異亮氨酸含量質量百分濃度2.5％以下的低濃度組分可另行收集，再通過步驟(6)重復進行第二次吸附。
2、離子交換柱再生本發(fā)明方法中用過的洗脫后的離子交換樹脂呈銨離子等陽離子型，用水沖洗后，用0.1～2摩爾濃度的硫酸溶液，以0.5～10m3/m3樹脂·小時流速再生。
3、離子交換柱再生后所得硫酸銨廢液的循環(huán)利用樹脂再生所得硫酸銨廢液的30％70％部分直接用于發(fā)酵培養(yǎng)基的配料，其余30％70％部分加入0.2～1.0摩爾濃度的氨水，氨水∶含銨廢水體積比為1∶0.5～1.5，作為第一次吸附后的備用洗脫液。
本發(fā)明所用的離子交換樹脂為732陽離子交換樹脂。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明方法對于離子交換樹脂柱再生時產生的含銨廢水不再使用末端治理技術處理，而是一部分直接用作發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，另一部分加氨水調配后用作離子交換后的備用洗脫液重復利用，形成了一個閉路循環(huán)，實現(xiàn)含銨廢水的零排放?？娠@著地降低廢水的環(huán)保處理難度，極大地提高經濟效益，產品的總收率也提高到大于60％，每噸L-異亮氨酸與現(xiàn)有技術相比可增收數千元，既能降低生產成本，又有利于環(huán)境保護。
圖1離子交換法從發(fā)酵液中提取L-異亮氨酸的清潔生產工藝流程框圖。
具體實施方式
實施例1、L-異亮氨酸的提取1)L-異亮氨酸發(fā)酵完畢后直接在發(fā)酵罐加熱至80～85℃，維持15～20分鐘，然后過濾，去渣得濾液，貯存于絮凝罐中。
2)濾液調pH至2.0～2.5，加入殼聚糖至濃度為30～100mg/L，20～50℃靜置30～60分鐘，然后過濾，濾液貯存于貯罐中。
3)用強酸性氫型離子交換樹脂柱吸附，流速0.5～10m3/m3樹脂·小時。
4)吸附飽和后用熱水沖洗去雜質，然后用0.2～1.0摩爾濃度的氨水，加含銨廢水(氨水∶含銨廢水體積比為1∶0.5～1.5)洗脫，流速0.5～10m3/m3樹脂·小時。
5)洗脫液加步驟6的低濃度洗脫組分調pH2.0～2.5，用強酸性氫型離子交換樹脂柱吸附，流速0.5～10m3/m3樹脂·小時。
6)吸附飽和后用熱水沖洗去雜質，然后用0.2～1.0摩爾濃度的氨水洗脫，流速0.5～10m3/m3樹脂·小時。高濃度組分的洗脫液打入處理罐中，用活性炭脫色，再濃縮結晶，產品的總收率為62％以上；低濃度組分的洗脫液并入步驟4)的洗脫液中重復進行第二次吸附。
7)步驟4)和步驟6)中洗脫后的離子交換樹脂柱呈銨離子等陽離子型，用1.2摩爾的硫酸，以0.5～10m3/m3樹脂·小時的流速再生，流出液一部分直接用于發(fā)酵培養(yǎng)基的配料，其余以0.5～1.5∶1的體積比加入0.2～1.0摩爾濃度的氨水調節(jié)作為步驟4)的備用洗脫液。
實施例2、以含銨廢水取代培養(yǎng)基中硫酸銨的搖瓶發(fā)酵試驗取實施例1中離子交換樹脂再生產生的含銨廢水部分替代發(fā)酵培養(yǎng)基中的硫酸銨，用于發(fā)酵生產的搖瓶試驗1)使用的菌種，乳糖發(fā)酵短桿菌(Brevibacterium lactofermentum)ATCC 13869；2)發(fā)酵培養(yǎng)基配方，葡萄糖140g/L、玉米漿20g/L、硫酸銨10g/L、含銨廢水100ml/L、生物素50μg/L、KH2PO41g/L、MgSO4·7H2O0.5g/L，CaCO315g/L，用NaOH調pH6.8～7.0；3)裝液量，50ml三角瓶裝25ml發(fā)酵液；4)發(fā)酵條件，往復式搖床的振次100次/分鐘，發(fā)酵溫度32℃；5)發(fā)酵周期，72小時；6)平均產酸率，27.5g/L。
實施例3、以含銨廢水取代培養(yǎng)基中硫酸銨的5L發(fā)酵罐的發(fā)酵試驗1)使用的菌種，同實施例2；2)種子培養(yǎng)基，葡萄糖25g/L、玉米漿40g/L、硫酸銨5g/L、KH2PO410g/L、MgSO4·7H2O5g/L，CaCO310g/L；3)接種量，5％；4)發(fā)酵培養(yǎng)基，同實施例2；5)裝液量，3L；6)發(fā)酵條件，通風量180L/小時；攪拌轉速500～600轉/分鐘，發(fā)酵溫度32℃；7)發(fā)酵周期，72小時；8)產酸率，24.7g/L。
實施例4、以含銨廢水取代培養(yǎng)基中硫酸銨的100L發(fā)酵罐的發(fā)酵試驗1)使用的菌種，同實施例2；2)種子培養(yǎng)基，同實施例3；3)接種量，5％；4)發(fā)酵培養(yǎng)基，同實施例2；5)裝液量，60L；6)發(fā)酵條件，通風量2800L/小時，攪拌轉速400轉/分鐘；發(fā)酵溫度32℃；7)發(fā)酵周期，72小時；8)產酸率，24.2g/L；實施例5、以含銨廢水取代培養(yǎng)基中硫酸銨的1m3發(fā)酵罐的發(fā)酵試驗1)使用的菌種，同實施例2；2)種子培養(yǎng)基，同實施例3；3)接種量，5％；4)以100L的發(fā)酵罐做種子罐；
5)發(fā)酵培養(yǎng)基，同實施例2；6)裝液量，600L；7)發(fā)酵條件，通風量28m3/小時，攪拌轉速240轉/分鐘；發(fā)酵溫度32℃；7)發(fā)酵周期，72小時；8)產酸率，24.5g/L；實施例6、以含銨廢水取代培養(yǎng)基中硫酸銨的30m3發(fā)酵罐的發(fā)酵試驗1)使用的菌種，同實施例2；2)種子培養(yǎng)基，同實施例3；3)接種量，5％；4)以3m3的發(fā)酵罐做種子罐；5)發(fā)酵培養(yǎng)基，同實施例2；6)裝液量，20m3；7)發(fā)酵條件，通風量750m3/小時，攪拌轉速120轉/分鐘；發(fā)酵溫度32℃；7)發(fā)酵周期，72小時；8)產酸率，24.7g/L。
權利要求
1.一種離子交換法從發(fā)酵液中提取L-異亮氨酸的清潔生產工藝，其特征是包括L-異亮氨酸產品的制備，離子交換柱再生，離子交換柱再生后所得硫酸銨廢液的循環(huán)利用；L-異亮氨酸產品的制備包括發(fā)酵液加熱過濾，得到的濾液酸化、絮凝過濾，得到的濾清液用強酸性氫型離子交換樹脂柱進行第一次吸附，吸附飽和后用熱水沖洗去雜質，用加含銨廢水的氨水配制的溶液洗脫，流出的洗脫液再用強酸性氫型離子交換樹脂柱進行第二次吸附，吸附飽和后用熱水沖洗去雜質，用氨水洗脫，然后對流出的洗脫液用活性炭脫色后進行濃縮結晶，得L-異亮氨酸成品；A、L-異亮氨酸產品的制備(1)將發(fā)酵完畢的發(fā)酵液加熱至80～85℃，維持15～20分鐘，過濾除渣，得濾液；(2)上述濾液調pH至2.0～2.5，加入殼聚糖使其濃度為30～100mg/L，20～50℃靜置30～60分鐘，絮凝過濾，得清液；(3)上述清液直接進入強酸性氫型離子交換樹脂柱第一次吸附，流速0.5～10m3/m3樹脂·小時；(4)吸附飽和后用熱水沖洗去除雜質；(5)用0.2～1.0摩爾濃度的氨水加含銨廢水，氨水∶含銨廢水體積比為1∶0.5～1.5，以0.5～10m3/m3樹脂·小時流速進行洗脫；(6)上述流出的洗脫液調pH至2～2.5，直接進入強酸性氫型離子交換樹脂柱第二次吸附，流速0.5～10m3/m3樹脂·小時；(7)吸附飽和后用熱水沖洗去除雜質；(8)用0.2～1.0摩爾濃度的氨水，以0.5～10m3/m3樹脂·小時流速進行洗脫；(9)流出洗脫液的L-異亮氨酸含量質量百分濃度2.5％以上的高濃度組分用活性炭脫色后，濃縮結晶，得L-異亮氨酸產品；流出洗脫液的L-異亮氨酸含量質量百分濃度2.5％以下的低濃度組分另行收集，再通過步驟(6)重復進行第二次吸附；B、離子交換柱再生洗脫后的離子交換樹脂呈銨離子陽離子型，用水沖洗后，用0.1～2摩爾濃度的硫酸溶液，以0.5～10m3/m3樹脂·小時流速再生；C、離子交換柱再生后所得硫酸銨廢液的循環(huán)利用樹脂再生所得含銨廢水的30％～70％部分直接用于發(fā)酵培養(yǎng)基的配料，其余30％～70％部分加入0.2～1.0摩爾濃度的氨水，氨水含銨廢水體積比為1∶0.5～1.5，作為第一次吸附后的備用洗脫液。
2.根據權利要求
1所述的工藝，其特征是所用的離子交換樹脂為732陽離子交換樹脂。
專利摘要
離子交換法從發(fā)酵液中提取L－異亮氨酸的清潔生產工藝，屬于生物化工技術領域：
。包括L－異亮氨酸制備，離子交換柱再生，再生后所得硫酸銨廢液的循環(huán)利用；L－異亮氨酸制備包括發(fā)酵液的加熱過濾，調酸、絮凝過濾，濾清液用強酸性氫型離子交換樹脂柱吸附，吸附飽和后用水沖洗去雜質，用加含銨廢水的氨水洗脫，將洗脫液即L－異亮氨酸溶液再次用強酸性氫型離子交換樹脂柱吸附，吸附飽和后用水沖洗去雜質，用氨水洗脫，洗脫液脫色后進行濃縮結晶，得L－異亮氨酸成品。洗脫后的離子交換柱用硫酸進行再生，流出的硫酸銨廢液一部分直接用于發(fā)酵培養(yǎng)基的配料，其余部分加氨水調節(jié)后作為第一次離子交換的洗脫液，形成閉路循環(huán)，可顯著降低廢水處理難度，極大提高經濟效益。
文檔編號C12P13/06GKCN1800148SQ200510123082
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月12日
發(fā)明者蔡立明, 寧健飛 申請人:無錫晶海氨基酸有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan