CN111187178A - 谷氨酰胺晶体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氨基酸制备领域，特别涉及谷氨酰胺晶体的制备方法。本发明通过谷氨酰胺发酵液经提取处理得到谷氨酰胺精制清液。精制清液调节pH值。精制液加入结晶助剂，启动蒸发浓缩。浓缩后加入谷氨酰胺晶种。继续蒸发结晶到某浓度结束蒸发。蒸发结晶得到的浓缩液经过冷却预晶、分离、烘干，得到谷氨酰胺成品和精母液。本发明所述结晶方法能够改善L‑谷氨酰胺的结晶效果，有助于提高谷氨酰胺成品的堆积密度，从而提高精制收率和产品质量。

Description

谷氨酰胺晶体的制备方法

技术领域

本发明涉及氨基酸制备领域，特别涉及谷氨酰胺晶体的制备方法。

背景技术

L-谷氨酰胺，学名2-氨基-5-羧基戊酰胺。谷氨酰胺是合成蛋白质的基本氨基酸之一，约占人体游离氨基酸的一半以上，是机体含量最丰富的氨基酸，也是目前所知道的最重要的氨基酸之一。谷氨酰胺既可作为胃溃疡、慢性胃炎、神经衰弱、脑出血后遗留的记忆障碍、智力不足儿童的智力发育、癫痫病发作等疾病的有效药物；还可以作为其他合成药物的前体；并且对运动综合症和高强度劳动或运动后的疲劳恢复、重建免疫系统、减少化疗和放射性治疗的副作用、维持大脑机能等有很大的缓解作用。

目前谷氨酰胺的生产方法主要有化学合成法、酶法和发酵法。现有化学合成法均采用浓硫酸作为必需的催化剂，反应条件苛刻、反应步骤多、收率低。化学合成法使用的化学试剂在产品中均有不同程度的残留，而谷氨酰胺往往作为一种药或功能食品，对纯度有较高的要求，而且大量化学试剂的使用会造成环境污染，从而限制了产品质量及使用范围。酶法合成谷氨酰胺主要是以NH₃、三磷酸腺苷(ATP)及谷氨酸作为原料经合成酶催化生成谷氨酰胺。与化学合成法相比，酶法合成反应步骤相对简单。然而其中ATP是必需的，而ATP价格昂贵，难以在工业上应用。同时，酶反应底物NH4+、副产物二磷酸腺苷(ADP)都明显抑制谷氨酰胺的生成，反应收率低。因此酶法合成谷氨酰胺不能满足大规模工业化生产的需要。

发酵法是目前最常用的谷氨酰胺生产方法，具有原料来源广泛、生产成本低，产品质量可控，产物单一等优点，适宜于大规模工业化生产。其中，从发酵液中分离提取谷氨酰胺是发酵法生产谷氨酰胺的重要步骤，直接影响谷氨酰胺产品生产效率。

L-谷氨酰胺产品在生产中存在着质量问题，如结晶产品粒径小、粒度分布不均匀、密度较小，导致L-谷氨酰胺的晶液不易分离、贮存占地面积大、造粒和定容封装困难。对产品销售价格有较大的影响。生产过程中结晶过程是制约产品质量的关键步骤。

目前工业化生产中，对谷氨酰胺浓缩结晶过程无有效改善手段，导致谷氨酰胺成品的晶习差，堆积密度低，产品质量差。因此，提供一种谷氨酰胺结晶的方法具有重要的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种谷氨酰胺晶体的制备方法。本发明的方法得到的谷氨酰胺晶型大而均匀，堆积密度≧0.65g/ml，精制收率≧85％，产品纯度可以达到99.5％。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种谷氨酰胺晶体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：取谷氨酰胺发酵液经预处理制得谷氨酰胺精制液；

步骤2：取所述谷氨酰胺精制液调节pH值，在结晶助剂存在的条件下，经第一蒸发后获得蒸发液；

步骤3：取所述蒸发液与谷氨酰胺晶种混合，再经第二蒸发，获得浓缩液；

步骤4：取所述浓缩液经冷却预晶，离心，收集晶体干燥；

所述pH值为5.5～8.5；

所述第一蒸发、所述第二蒸发的温度为35～50℃，真空度为-0.090～-0.099Mpa。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤2中所述蒸发液中谷氨酰胺的浓度为55～90g/L。

在本发明的一些具体实施方案中，以g/L计，步骤3中所述谷氨酰胺晶种与所述蒸发液的质量体积比为(0.8～2.0)：(1.0～2.0)。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤1中所述谷氨酰胺发酵液中谷氨酰胺的浓度为85～110g/L。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤1中所述谷氨酰胺精制液中谷氨酰胺的浓度为30～50g/L，透光率≥95％。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤3中所述浓缩液中谷氨酰胺的浓度为350～500g/L。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤2中所述结晶助剂的浓度为≦2g/L，所述结晶助剂包括脂肪酸甘油酯、蔗糖酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、烷基葡糖苷、脂肪醇酯中的一种或两者以上的混合物。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤4中所述冷却预晶为梯度降温，降温的速度为5～10℃/h，所述冷却预晶的截止温度为5～15℃。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤4中所述离心的转速为1000～3000rpm，所述离心的时间为20～60min。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤4中所述干燥的温度为40～60℃，所述干燥的时间为360～600min。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤3中加晶种第二蒸发过程中如果出现自起晶核需要加水消晶，使得终浓度为谷氨酰胺的含量为350～500g/L。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤1中谷氨酰胺发酵液的预处理方法包括：膜分离、粗品浓缩、离子交换、脱色等常用的提取方法。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤2中调节pH值的试剂可以是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或两者以上的混合物。

在本发明的一些具体实施方案中，步骤4中离心后还获得上清液为精母液，精母液可以作为谷氨酸发酵液参与步骤1的后续流程。

在谷氨酰胺二次成核过程中，添加微量结晶助剂的溶液一开始会形成大量的二次成核，但是，这些二次成核细粒子会被立即吸附到晶种表面或者快速附聚而形成大孔隙的聚合体，从而使得二次成核的细粒子数量减少，促进晶体成长，并且调节料液pH使浓缩稳定在介稳区可以进一步减少晶体自起出现粉末，从而提高谷氨酰胺的堆积密度。

本发明利用以下步骤：1.谷氨酰胺发酵液经提取处理得到谷氨酰胺精制清液。2.精制清液调节pH值。3.精制液导入结晶蒸发器，并加入一定浓度的结晶助剂，启动蒸发浓缩。4.浓缩到一定浓度时加入谷氨酰胺晶种。5.继续蒸发结晶到某浓度结束蒸发。6.蒸发结晶得到的浓缩液经过冷却预晶、分离、烘干，得到谷氨酰胺成品和精母液。本发明所述结晶方法能够改善L-谷氨酰胺的结晶效果，有助于提高谷氨酰胺成品的堆积密度，从而提高精制收率和产品质量。

本发明公开了一种改善谷氨酰胺结晶效果的方法，使用本发明的方法得到的谷氨酰胺晶型大而均匀，堆积密度≧0.65g/ml，精制收率≧85％，产品纯度可以达到99.5％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示对比例制得的晶体；

图2示实施例1制得的晶体；

图3示本发明晶体的制备工艺。

具体实施方式

本发明公开了一种谷氨酰胺晶体的制备方法，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。本发明的方法及应用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方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明的目的在于提供一种改善谷氨酰胺结晶效果的方法，旨在提高谷氨酰胺精制收率同时提高谷氨酰胺成品的堆积密度和产品质量。

为实现以上发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种改善谷氨酰胺结晶效果的方法，谷氨酰胺发酵液经提取处理得到谷氨酰胺精制清液，精制清液调节pH值，蒸发器底料中加一定浓度的结晶助剂，蒸发到一定浓度加晶种。继续蒸发结晶到终浓度结束蒸发，蒸发结晶得到的浓缩液经过冷却预晶、分离、烘干得到谷酰成品和精母液。

其中，本发明所述L-谷氨酰胺精制清液是经过谷氨酰胺发酵液提取所得，提取方法主要包括陶瓷膜、离交、浓缩结晶、脱色、纳滤等提取工序，主要目的是去除发酵液中的残糖、蛋白、菌体、色素、无机盐等杂质，得到的精制清液谷氨酰胺含量30～50g/L、透光≧95％、残糖≦1g/L。上述的谷氨酰胺精制清液，用氨水或氢氧化纳调节pH5.0-8.5，蒸发器底料中加2.0g/L以内的结晶助剂。开启加热进行浓缩结晶当谷酰浓度到达55-90g/L，加入晶种，晶种数量为底料体积的0.4-1.2％，继续蒸发浓缩，该过程中如果出现自起晶核现象需要加水消除，浓缩到300-500g/L结束浓缩结晶。浓缩液经过梯度降温，降温速度为5～10℃/h，截止温度为5～15℃，冷却后的浓缩液经过分离、烘干、粉碎得到谷氨酰胺成品和精母液，精母液可以套用到提取工序。

上述步骤中，调节精制清液的pH主要目的是改变谷氨酰胺结晶过程中介稳区的宽度，减少结晶过程中自发成核的现象，提高晶体均一性，达到改善谷酰结晶效果；结晶过程中底料添加结晶助剂主要目的是降低物料的表面张力，使晶体更容易长大，提高晶体粒度，最终达到改善结晶效果的目的；结晶过程中加入晶种、浓缩结晶过程加水消晶，主要目的是避免自发成核、消除自发成核，提高晶体粒度和均一性，达到改善谷酰结晶效果的目的。

本发明具有以下优点：

本发明得到的谷酰晶体粒度大、均一性好，如图所示，原工艺晶体细小，大部分在1μm左右，密度0.55～0.60g/mL。本发明晶体粗壮，大部分在5μm左右，谷氨酰胺成品堆积密度可以达到0.65g/mL以上。

本发明提供的谷氨酰胺晶体的制备方法中所用原料及试剂均可由市场购得。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1：本发明所述改善谷氨酰胺结晶效果的方法

取谷氨酰胺车间发酵液(谷氨酰胺发酵液中谷氨酰胺的浓度为85g/L)经预处理后制得精制清液10L，谷氨酰胺的含量40g/L。5L用于实验组、5L用于对照组。

实验

取5L精制清夜，用氢氧化钠调节精制清液pH5.5，稀释至含量30g/L，取1L清液当底料加1g蔗糖酯边蒸发(温度为50℃，真空度为-0.090Mpa)边流加，当浓缩至55g/L时加29g晶种(谷氨酰胺晶种与蒸发后的浓缩液的质量体积比为0.8：1.0)，继续蒸发(温度为50℃，真空度为-0.090Mpa)结晶，当自发成核出现时加200ml水消晶(使得终浓度为谷氨酰胺的含量为350g/L)，浓缩10倍放罐。结晶液梯度降温，每小时降5℃，降温到5℃使用袋式离心机离心分离(转速为1000～rpm，时间为20min)，分离烘干(温度为40℃，时间为360min)后得到干成品170g，一次收率85％。

对照

取5L精制清液，用1L清液当底料，边蒸发边流加，当浓缩2倍时加29g晶种，继续蒸发结晶，当自发成核出现时加200ml水消晶，控制过程对照组和实验组相同，浓缩7倍放罐。结晶液快速降温到10℃使用袋式离心机分离，分离烘干后得到干成品162g，一次收率81％

详细结果见表1。

实施例2：本发明所述改善谷氨酰胺结晶效果的方法

取谷氨酰胺车间发酵液(谷氨酰胺发酵液中谷氨酰胺的浓度为100g/L)经预处理后制得精制清液300L，谷氨酰胺的含量45g/L。150L用于实验组、150L用于对照组。

实验

取150L精制清夜，氨水调节纳滤清液pH8.0，取20L清液当底料加20g蔗糖酯，边蒸发(温度为45℃，真空度为-0.092Mpa)边流加，当浓缩至80g/L时加340g晶种(谷氨酰胺晶种与蒸发后的浓缩液的质量体积比为0.8：2.0)，继续蒸发(温度为45℃，真空度为-0.092Mpa)结晶，当自发成核出现时加水消晶(使得终浓度为谷氨酰胺的含量为450g/L)，浓缩至400g/L放罐。结晶液梯度降温，每小时降7℃，降温到8℃分离(转速为2000rpm，时间为40min)，分离烘干(温度为50℃，时间为500min)后得到干成品5.75kg，一次收率85.2％。

对照

取150L精制清液，用20L清液当底料，边蒸发边流加，当浓缩80g/L时加340g晶种，继续蒸发结晶，当自发成核出现时加水消晶，控制过程对照组和实验组相同，浓缩至400g/L放罐。结晶液快速降温到8℃分离，分离烘干后得到干成品5.58kg，一次收率82.6％。

详细结果见表1。

实施例3：本发明所述改善谷氨酰胺结晶效果的方法

取谷氨酰胺车间发酵液(谷氨酰胺发酵液中谷氨酰胺的浓度为115g/L)经预处理后制得精制清液260L，谷酰含量30g/L。130L用于实验组、130L用于对照组。

实验

取130L精制清夜，氨水调节纳滤清液pH7.5，取20L清液当底料加10g蔗糖酯，边蒸发(温度为47℃，真空度为-0.091Mpa)边流加，当浓缩至85g/L时加920g晶种(谷氨酰胺晶种与蒸发后的浓缩液的质量体积比为2.0：1.0)，继续蒸发(温度为47℃，真空度为-0.091Mpa)结晶，当自发成核出现时加水消晶(使得终浓度为谷氨酰胺的含量为470g/L)，浓缩至450g/L放罐。结晶液梯度降温，每小时降10℃，降温到5℃分离(转速为2500rpm，时间为50min)，分离烘干(温度为55℃，时间为400min)后得到干成品3.48kg，一次收率87％。

对照

取130L精制清液，用20L清液当底料，边蒸发边流加，当浓缩85g/L时加920g晶种，继续蒸发结晶，当自发成核出现时加水消晶，控制过程对照组和实验组相同，浓缩至450g/L放罐。结晶液快速降温到5℃分离，分离烘干后得到干成品3.2kg，一次收率80％。

详细结果见表1。

实施例4：本发明所述改善谷氨酰胺结晶效果的方法

谷氨酰胺车间发酵液(谷氨酰胺发酵液中谷氨酰胺的浓度为110g/L)经预处理后制得精制清液100m³，谷酰含量50g/L。50m³用于实验组、50m³用于对照组。

实验

取50m³精制清液，氨水调节纳滤清液pH8.5，取20m³清液当底料加20kg蔗糖酯，边蒸发(温度为35℃，真空度为-0.099Mpa)边流加，当浓缩至90g/L时加110kg晶种(谷氨酰胺晶种与蒸发后的浓缩液的质量体积比为2.0：2.0)，继续蒸发(温度为35℃，真空度为-0.099Mpa)结晶，当自发成核出现时加水消晶(使得终浓度为谷氨酰胺的含量为500g/L)，浓缩至500g/L放罐。结晶液梯度降温，每小时降10℃，降温到15℃分离(转速为3000rpm，时间为60min)，分离烘干(温度为60℃，时间为600min)后得到干成品2150kg，一次收率86％。

对照

取50m³精制清液，用20m³清液当底料，边蒸发边流加，当浓缩90g/L时加110kg晶种，继续蒸发结晶，当自发成核出现时加水消晶，控制过程对照组和实验组相同，浓缩至500g/L放罐。结晶液快速降温到15℃分离，分离烘干后得到干成品2050kg，一次收率82％。

详细结果见表1。

效果例

表1实验组与对照组收率、成品含量、密度对照表

由表1可知，含量、收率和密度三项指标P值均＜0.01，实验组与对照组具有极显著差异性，纯度指标0.01＜P值＜0.05，实验组与对照组具有显著差异性。本发明通过提高结晶的质量取得意想不到显著效果，成品质量、密度、收率和纯度显著提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种谷氨酰胺晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：取谷氨酰胺发酵液经预处理制得谷氨酰胺精制液；

步骤2：取所述谷氨酰胺精制液调节pH值，在结晶助剂存在的条件下，经第一蒸发后获得蒸发液；

步骤3：取所述蒸发液与谷氨酰胺晶种混合，再经第二蒸发，获得浓缩液；

步骤4：取所述浓缩液经冷却预晶，离心，收集晶体干燥；

所述pH值为5.5～8.5；

所述第一蒸发、所述第二蒸发的温度为35～50℃，真空度为-0.090～-0.099Mpa。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中所述蒸发液中谷氨酰胺的浓度为55～90g/L。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，以g/L计，步骤3中所述谷氨酰胺晶种与所述蒸发液的质量体积比为(0.8～2.0)：(1.0～2.0)。

4.如权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1中所述谷氨酰胺发酵液中谷氨酰胺的浓度为85～110g/L。

5.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1中所述谷氨酰胺精制液中谷氨酰胺的浓度为30～50g/L，透光率≥95％。

6.如权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3中所述浓缩液中谷氨酰胺的浓度为350～500g/L。

7.如权利要求1至6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2中所述结晶助剂的浓度为≦2g/L，所述结晶助剂包括脂肪酸甘油酯、蔗糖酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、烷基葡糖苷、脂肪醇酯中的一种或两者以上的混合物。

8.如权利要求1至7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤4中所述冷却预晶为梯度降温，降温的速度为5～10℃/h，所述冷却预晶的截止温度为5～15℃。

9.如权利要求1至8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤4中所述离心的转速为1000～3000rpm，所述离心的时间为20～60min。

10.如权利要求1至8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤4中所述干燥的温度为40～60℃，所述干燥的时间为360～600min。

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