一種生產γ-氨基丁酸的方法
【專利摘要】本發明屬于生物工程領域，具體涉及一種γ?氨基丁酸的生產工藝，該工藝是通過全細胞轉化法減少轉化液中的雜質，使用自清式碟片離心機、卷式膜脫色等設備，提高回收率，降低生產生產成本，從而得到高純度的γ?氨基丁酸。該工藝不需要過于復雜、昂貴以及分離時間較長的設備情況下得以實施，使其工藝過程簡明順暢、工藝技術條件易于掌握和控制。
【專利說明】
一種生產γ -氨基丁酸的方法
[0001 ] 技術領域:
本發明屬于生物工程領域，具體涉及一種γ-氨基丁酸的生產工藝。
[0002]【背景技術】:
γ-氨基丁酸(GABA)是一種重要的抑制性神經遞質，對哺乳動物具有重要的生理調節作用，如降血壓、改善睡眠和抗心率失常等。此外，近年發現GABA對生殖系統有調節作用。因此GABA的市場需求與日倶增，但其天然含量很低，單純依靠天然物質的提取遠遠滿足不了市場的需求。基于對GABA的生物活性的最新研究成果，富含GABA食品的研究已成為當前研究的熱點之一，日本多家研究機構都在積極開發富含GABA的功能性食品。我國衛生部于2009年9月27日批準以微生物發酵法生產獲得的γ -氨基丁酸為新資源食品，但對純度要求僅為20%。國內對GABA分離純化的研究尚淺，提取工藝尚不成熟，得到的GABA純度比較低，阻礙了GABA的工業化生產，因此，對發酵GABA分離純化工藝的研究，提高GABA的純度，有利于推動GABA的工業化生產，促進GABA的推廣與應用。
[0003]微生物法生產γ-氨基丁酸具有反應條件溫和，無污染，產量高等優點，廣泛應用γ-氨基丁酸的生產，但由于氨基酸發酵液是一個極其復雜的多相體系，含有微生物細胞、代謝產物以及未耗盡的培養基等，給下游分離提純造成困難。
[0004]目前國內對天然發酵的γ-氨基丁酸的提取分離工藝尚不成熟，提取步驟主要為:發酵液預處理(絮凝)、去除菌絲體(離心分離、過濾)、初步分離(吸附、離子交換、萃取)、純化(結晶、重結晶)、干燥包裝。此工藝步驟較多、設備成本較高，且產品得率及純度較低且不穩定，在工業化生產中遇到了一定困難。專利(公開號CN 102174449 Α)公開了一種生產GABA的方法，但采用了樹脂脫色除鹽、乙醇結晶等工藝，工藝復雜；專利(公開號CN102242161 Α，公開號CN 103130664 Α)都采用了膜分離工藝，工藝簡單，但膜設備造價較高，并且對分離菌體有一定的破壞性;專利(公開號CN 101928736 Α)公開了一種分離純化GABA的工藝，收率高，產品純度為96%左右，但該方法采用了活性炭脫色、乙醇結晶等工藝，對生產環境和安全有一定的影響。
[0005]
【發明內容】
:
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種簡單的，能大規模的生產并便于分離純化γ -氨基丁酸的方法。該方法是通過全細胞轉化法減少轉化液中的雜質，使用自清式碟片離心機、卷式膜脫色等設備，提高回收率，降低生產生產成本，從而得到高純度的γ-氨基丁酸。該工藝的實施不需要過于復雜、昂貴以及分離時間較長的設備，且工藝過程簡明順暢、工藝技術條件易于掌握和控制。
[0006]本發明的工藝包括以下主要步驟:
(I )、轉化法生產γ -氨基丁酸:首先于菌體培養液中進行γ -氨基丁酸生產菌的菌體培養，比如大腸桿菌，然后通過自清式碟片離心機收集菌體，離心機轉速大于10000r/min，離心后將菌體懸浮在醋酸緩沖液(pH 4.0-5.0)中，加入底物L-Glu，在30-40°C下進行轉化反應，直至轉化液中γ-氨基丁酸含量大于150g/L。
[0007]所述菌體培養液主要成分及其含量為:甘油20-60g/L，玉米漿10.0-30.0 g/L,棉籽蛋白粉 10.0-30.0 g/L, KH2PO4 1.0-10.0 g/L, MgSO4 0.05-5.0 g/L。
[0008](2)、去除菌體:將步驟(I)所得的轉化液通過自清式碟片離心機去除菌體，離心機轉速大于10000 r/min，收集清液至周轉罐中。
[0009](3)、超濾膜脫色:離心處理無法將料液中的色素去除，該工藝采用卷式膜截留分子量大于1000的色素分子及大量蛋白分子，該膜具有耐高溫耐酸堿的特性，脫色效果好，脫色過程中控制過濾溫度在50-70°C，控制過濾壓力10-20bar，當脫色濾液在450nm的光波波長下透光率達90%以上時，停止循環，收集濾液。
[0010](4)、濃縮結晶:對步驟(3)所得的濾液采用三效降膜工藝進行濃縮，濃縮過程控制真空度在-0.08—0.1Mpa，當γ -氨基丁酸濃縮含量達到500_600g/L時，停止濃縮，得到第一濃縮液，將第一濃縮液打入真空濃縮結晶罐繼續濃縮至650-750g/L時，停止濃縮，得到第二濃縮液，而后在常壓下降溫結晶2h，得到含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液。
[0011](5)、干燥:將步驟(4)所得的含有γ-氨基丁酸晶體的第二濃縮液離心，收集得到的γ -氨基丁酸晶體，采用沸騰干燥，干燥溫度50-90°C，得到色澤純凈的γ -氨基丁酸成品。
[0012]本發明方法具有如下優點:
1、分離設備簡單，易操作，簡化了 γ -氨基丁酸的分離工藝。
[0013]2、采用超濾脫色，省去了活性炭脫色的步驟，節約生產成本，并避免了活性炭對生產環境和人的影響。
[0014]3、結晶采用三效降膜濃縮工藝，大大節約了蒸汽的用量，并避免了用酒精結晶對生產安全的影響。
[0015]4、采用該工藝得到的產品純度高，純度大于98.5%，一次結晶的回收率高，大于85%。
【附圖說明】
[0016]圖1實施例1所米用工藝的流程不意圖。
【具體實施方式】
[0017]
實施例1
本實施例采用圖1所示的工藝流程，首先于菌體培養基中進行大腸桿菌的培養，其中菌體培養基的成分組成為:甘油20 g/L，玉米漿30.0 g/L,棉籽蛋白粉10.0 g/L, KH2PO410.0 g/L, MgS04 0.05 g/L,而后通過自清式碟片離心機收集菌體，離心機轉速為12000r/min，將所得菌體懸浮在醋酸緩沖液(pH4.0_5.0)中，加入底物L-Glu，在30 °C下進行轉化反應，當轉化液中γ-氨基丁酸含量達到158g/L時，將轉化液再次通過自清式碟片離心機去除菌體，離心機轉速為12000 r/min，收集清液至周轉罐中。而后采用卷式膜截留分子量大于1000的色素分子及大量蛋白分子，脫色過程控制過濾溫度在60°C，控制過濾壓力lObar，當脫色濾液在450nm波長光波下透光率達90%以上時，停止循環，收集濾液。濾液采用三效降膜濃縮工藝，控制真空度在-0.謂?&，在產品濃縮含量在500-60(^/1時，停止濃縮，得到第一濃縮液，將第一濃縮液打入真空濃縮結晶罐繼續濃縮至650-750g/L時，停止濃縮，得到第二濃縮液，常壓下降溫結晶2h，得到含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液。將含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液離心后，收集γ -氨基丁酸晶體，對收集得到的γ -氨基丁酸晶體采用沸騰干燥，干燥溫度80°C，得到γ -氨基丁酸成品，其色澤純凈，且γ -氨基丁酸回收率86.2%，純度為98.9%。
[0018]實施例2
本實施例和實施例1相同的工藝流程，首先于菌體培養基中進行大腸桿菌的培養，其中菌體培養基的成分組成為:甘油60 g/L，玉米漿10.0g/L，棉籽蛋白粉30.0 g/L, KH2PO41.0g/L，MgS045.0 g/L,而后通過自清式碟片離心機收集菌體，離心機轉速為12000 r/min，將所得菌體懸浮在醋酸緩沖液(pH4.0_5.0)中，加入底物L-Glu，在40 °C下進行轉化反應，當轉化液中γ-氨基丁酸含量達到158g/L時，將轉化液再次通過自清式碟片離心機去除菌體，離心機轉速為12000 r/min，收集清液至周轉罐中。而后采用卷式膜截留分子量大于1000的色素分子及大量蛋白分子，脫色過程控制過濾溫度在60°C，控制過濾壓力lObar，當脫色濾液在450nm波長光波下透光率達90%以上時，停止循環，收集濾液。濾液采用三效降膜濃縮工藝，控制真空度在-0.1Mpa，在產品濃縮含量在500-600g/L時，停止濃縮，得到第一濃縮液，將第一濃縮液打入真空濃縮結晶罐繼續濃縮至650-750g/L時，停止濃縮，得到第二濃縮液，常壓下降溫結晶2h，得到含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液。將含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液離心后，收集γ -氨基丁酸晶體，對收集得到的γ -氨基丁酸晶體采用沸騰干燥，干燥溫度80°C，得到γ -氨基丁酸成品，其色澤純凈，且γ -氨基丁酸回收率86.7%，純度為99.1%。
[0019]實施例3
本實施例采用圖1所示的工藝流程，首先于菌體培養基中進行大腸桿菌的培養，其中菌體培養基的成分組成為:甘油20g/L，玉米漿30.0 g/L,棉籽蛋白粉10.0g/L，KH2PO41-Og/L, MgS04 0.05g/L,而后通過自清式碟片離心機收集菌體，離心機轉速為12000 r/min，將所得菌體懸浮在醋酸緩沖液(PH4.0-5.0)中，加入底物L-Glu，在30 °C下進行轉化反應，當轉化液中γ -氨基丁酸含量達到158g/L時，將轉化液再次通過自清式碟片離心機去除菌體，離心機轉速為12000 r/min，收集清液至周轉罐中。而后采用卷式膜截留分子量大于1000的色素分子及大量蛋白分子，脫色過程控制過濾溫度在70°C，控制過濾壓力20bar，當脫色濾液在450nm波長光波下透光率達90%以上時，停止循環，收集濾液。濾液采用三效降膜濃縮工藝，控制真空度在-0.08Mpa，在產品濃縮含量在500-600g/L時，停止濃縮，得到第一濃縮液，將第一濃縮液打入真空濃縮結晶罐繼續濃縮至650-750g/L時，停止濃縮，得到第二濃縮液，常壓下降溫結晶2h，得到含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液。將含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液離心后，收集γ -氨基丁酸晶體，對收集得到的γ -氨基丁酸晶體采用沸騰干燥，干燥溫度90°C，得到γ -氨基丁酸成品，其色澤純凈，且γ -氨基丁酸回收率86.8%，純度為99.0%ο
[0020]實施例4
本實施例采用圖1所示的工藝流程，首先于菌體培養基中進行大腸桿菌的培養，其中菌體培養基的成分組成為:甘油20g/L，玉米漿30.0 g/L,棉籽蛋白粉10.0g/L，KH2PO41-Og/L, MgS04 0.05/L,而后通過自清式碟片離心機收集菌體，離心機轉速為12000 r/min，將所得菌體懸浮在醋酸緩沖液(PH4.0-5.0)中，加入底物L-Glu，在30 °C下進行轉化反應，當轉化液中γ -氨基丁酸含量達到158g/L時，將轉化液再次通過自清式碟片離心機去除菌體，離心機轉速為12000 r/min，收集清液至周轉罐中。而后采用卷式膜截留分子量大于1000的色素分子及大量蛋白分子，脫色過程控制過濾溫度在50°C，控制過濾壓力20bar，當脫色濾液在450nm波長光波下透光率達90%以上時，停止循環，收集濾液。濾液采用三效降膜濃縮工藝，控制真空度在-0.1Mpa，在產品濃縮含量在500-600g/L時，停止濃縮，得到第一濃縮液，將第一濃縮液打入真空濃縮結晶罐繼續濃縮至650-750g/L時，停止濃縮，得到第二濃縮液，常壓下降溫結晶2h，得到含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液。將含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液離心后，收集γ -氨基丁酸晶體，對收集得到的γ -氨基丁酸晶體采用沸騰干燥，干燥溫度50°C，得到γ -氨基丁酸成品，其色澤純凈，且γ -氨基丁酸回收率86.3%，純度為98.8%ο
[0021]實施例5
本實施例采用圖1所示的工藝流程，首先于菌體培養基中進行大腸桿菌的培養，其中菌體培養基的成分組成為:甘油60 g/L，玉米漿10.0g/L，棉籽蛋白粉30.0 g/L, KH2PO41.0g/L，MgS045.0 g/L,而后通過自清式碟片離心機收集菌體，離心機轉速為12000 r/min，將所得菌體懸浮在醋酸緩沖液(pH4.0_5.0)中，加入底物L-Glu，在40 °C下進行轉化反應，當轉化液中γ-氨基丁酸含量達到158g/L時，將轉化液再次通過自清式碟片離心機去除菌體，離心機轉速為12000 r/min，收集清液至周轉罐中。而后采用卷式膜截留分子量大于1000的色素分子及大量蛋白分子，脫色過程控制過濾溫度在80°C，控制過濾壓力20bar，當脫色濾液在450nm波長光波下透光率達90%以上時，停止循環，收集濾液。濾液采用三效降膜濃縮工藝，控制真空度在-0.08Mpa，在產品濃縮含量在500-600g/L時，停止濃縮，得到第一濃縮液，將第一濃縮液打入真空濃縮結晶罐繼續濃縮至650-750g/L時，停止濃縮，得到第二濃縮液，常壓下降溫結晶2h，得到含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液。將含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液離心后，收集γ -氨基丁酸晶體，對收集得到的γ -氨基丁酸晶體采用沸騰干燥，干燥溫度70 °C，得到γ -氨基丁酸成品，其色澤純凈，且γ -氨基丁酸回收率87.0%，純度為99.2%。
【主權項】
1.一種生產γ -氨基丁酸的方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)轉化法生產γ-氨基丁酸 首先于菌體培養液中進行γ-氨基丁酸生產菌的菌體培養，然后通過自清式碟片離心機收集菌體，離心機轉速大于10000r/min，離心后將菌體懸浮在醋酸緩沖液中，加入底物L-Glu,在30-400C下進行轉化反應，直至轉化液中γ -氨基丁酸含量大于150g/L， (2)去除菌體 將步驟(I)所得的轉化液通過自清式碟片離心機去除菌體，離心機轉速大于10000 r/min，收集清液至周轉罐中， (3)超濾膜脫色 對步驟(2)所得清液采用卷式膜脫色除去分子量大于1000的色素分子及大量蛋白分子，脫色過程中控制過濾溫度在50-70°C，控制過濾壓力10-20bar，當脫色濾液在450nm的光波波長下透光率達90%以上時，停止循環，收集濾液， (4)濃縮結晶 對步驟(3)所得的濾液采用三效降膜工藝進行濃縮，濃縮過程控制真空度在-0.08~_.0.1Mpa，當γ -氨基丁酸濃縮含量達到500-600g/L時，停止濃縮，得到第一濃縮液，將第一濃縮液打入真空濃縮結晶罐繼續濃縮至650-750g/L時，停止濃縮，得到第二濃縮液，而后在常壓下降溫結晶2h，得到含有γ -氨基丁酸晶體的第二濃縮液， (5)干燥:將步驟(4)所得的含有γ-氨基丁酸晶體的第二濃縮液離心，收集得到的γ -氨基丁酸晶體，采用沸騰干燥，干燥溫度50-90°C，得到色澤純凈的γ-氨基丁酸成品。2.根據權利要求1所述的一種生產γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，步驟(I)中所述的Y -氨基丁酸生產菌為大腸桿菌。3.根據權利要求1所述的一種生產γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，步驟(I)中所述的醋酸緩沖液的PH為4.0-5.0。4.根據權利要求1所述的一種生產γ-氨基丁酸的方法，其特征在于，步驟(I)中所述的菌體培養液主要成分及其含量為:甘油20-60 g/L，玉米漿10.0-30.0 g/L,棉籽蛋白粉.10.0-30.0 g/L, KH2PO4 1.0-10.0 g/L, MgSO4 0.05-5.0 g/L。
【文檔編號】C07C229/08GK105838747SQ201610285082
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】劉建民, 高艷華, 高先嶺
【申請人】濟南國力生物科技有限公司