[发明专利]由发酵液回收碱性氨基酸的方法Ⅱ

说明书

本发明涉及一种由产生碱性氨基酸的微生物菌株的发酵肉汤制备碱性氨基酸的方法。

碱性氨基酸如L-赖氨酸、L-组氨酸、L-精氨酸和L-鸟氨酸主要通过微生物的发酵方法制备(如参见Axel Kleemann等人，“Amino acids”，“Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry”，CD-ROM第5版，1997年，Wiley-VCH及其中引入的文献；Th.Hermann，J.Biotechnol.104(2003)，155-172及其中引入的文献；Pfefferle等人，Adv.Biochem.Eng./Biotechnology，卷79(2003)，59-112及其中引入的文献，以及Atkinson等人，Biochemical Engineering and Biotechnology Handbook(生化工程和生物技术手册)，第二版，Stockton Press，1991年，第20章及其中引入的文献)。

在所述发酵方法的情形下，主要获得除了从所用的微生物中产生的所需碱性氨基酸和生物质以外还包含多种副产物和杂质如其它氨基酸、基质(substrate)残渣、盐类、溶胞作用产物和其它副产物的含水发酵肉汤。

由发酵肉汤制备碱性氨基酸，及它的纯化经常使用强酸性阳离子交换剂进行(例如参见Th.Hermann，见上；Atkinson等人，见上)。为此目的，在除去微生物和其它不溶性组分(生物质)之前或之后，将含水发酵肉汤用强酸例如硫酸酸化至pH低于2，以使得碱性氨基酸以二价阳离子存在。然后将酸化的含水肉汤通过酸基团呈盐形式，如钠盐或氨盐形式的强酸性阳离子交换剂，结果是碱性氨基酸二价阳离子被吸附到离子交换树脂上。之后，加载有碱性氨基酸的阳离子交换剂通常用水洗涤以除去杂质。然后碱性氨基酸用稀释的碱性水溶液例如氢氧化钠溶液、氨水或含水铵缓冲液处理洗脱，同时再生阳离子交换剂的盐形式。由如此制得的洗出液，如果合适的话，在酸化该洗出液后，将碱性氨基酸以传统的方式如结晶进行分离。

当然，当阳离子交换剂加载碱性氨基酸的二价阳离子时，流出的液体(流出液)具有高的盐浓度，因此也经常称作高密度废水(HDWW)。而且如果合适的话，随后的洗涤步骤产生了大量的具有盐加载的水(低密度废水(LDWW))。为了降低盐加载，这些废水必须进行复杂的废水处理。可选择地，可将盐废水脱水且可将所得的浓缩液处理掉或用于其它用途。然而，考虑到装置和高的能量消耗，两种措施都伴随着额外的费用，因此相当大的程度归因于有发酵能力的氨基酸的制备成本。因此已经不乏有尝试以降低通过在包含碱性氨基酸的发酵肉汤的阳离子交换剂的后处理中产生的盐加载和废水量。

另一个缺点是在酸化时发生沉淀的形成，其中沉淀的形成可导致堵塞阳离子交换设备。而且，需要额外的洗涤步骤以由阳离子交换材料除去杂质。

US 4,714,767描述了一种通过多个串接的阳离子交换柱的设备由含水肉汤分离出碱性氨基酸的多级方法，其中将在加载第一个柱子时产生的流出液的最后部分重新循环至随后分离的加载操作。还提出将第一个柱子的洗出液的最后部分重新循环至随后分离的洗脱过程。以此方式，水量减少，但盐加载没有减少。

为了降低废水量，Hsiao等人，Biotechnology and Bioengineering，卷49(1996)，341-347提出向发酵培养基中再循环在阳离子交换剂上产生的含盐流出液。结果是除了在发酵培养基中积聚通常在微生物代谢中作为副产物形成的发酵抑制剂的风险以外，已经发现在此情形下，阳离子交换剂的结合能力降低，使得由降低废水量实现的节省费用被更大的阳离子交换设备的成本所消耗。

为了降低在含赖氨酸的发酵肉汤的后处理中的盐加载，I.Lee等人，Enzyme and Microbiol.Technol.30(2002)，798-803提出使用离子排斥色谱法代替常用的阳离子交换剂。为此，首先通过微量过滤法除去发酵肉汤的固含量。将所得的含赖氨酸的含水肉汤调节到等电点(pH9.74)，然后使其通过阳离子交换剂。由于肉汤的离子组分没有被吸收，因此这些组分在流出液中被回收。然后将氨基酸用水洗脱。然而已经发现大于90％的L-赖氨酸的高回收率只有在含赖氨酸的进料速和通流速率都低时才能实现。因此尽管是更低的盐加载，但该实施方案是不经济的。