[发明专利]一种从发酵液中提取谷氨酰胺的方法

说明书

技术领域

本发明属于发酵技术领域，尤其涉及一种从发酵液中提取谷氨酰胺的方法。

背景技术

L-谷氨酰胺（Gln）是L-谷氨酸的γ－羧基酰胺化的一种条件必需性氨基酸，是20种构成蛋白质的基本氨基酸之一，在体内可以由葡萄糖转变而来，是哺乳动物非必需氨基酸。L-谷氨酰胺属中性氨基酸，在偏酸、偏碱及较高温度下易分解成谷氨酸或环化为吡咯烷酮二羧酸，它的化学分子式为C₅H₁₀O₃N₂，分子量为146.15，分解温度为184～185℃，等电点为5.65，结构式如下：

近年来研究表明谷氨酰胺是机体含量最丰富的氨基酸，占全部游离氨基酸60%以上，主要储存在脑、骨骼肌和血液中，具有很广泛的生理作用:(1)维持机体免疫功能。现有资料表明谷氨酰胺不仅是淋巴细胞和巨噬细胞的重要能量物质，甚至可能是各种免疫细胞的主要能源物质。小肠作为人体重要的最大免疫器官，是利用L-谷氨酰胺的主要器官，它的吸收细胞以很高的速率利用谷氨酰胺，说明谷氨酰胺在机体免疫中发挥着十分重要的作用。(2)调节蛋白质的合成和分解。谷氨酰胺是蛋白质合成的重要调节剂，在运动中可以调节蛋白质合成和降低肌肉蛋白质的分解，从而维持机体的生理功能。(3)谷氨酰胺是机体内氮和碳的重要运载工具。(4)维持体内酸碱平衡。谷氨酰胺可以作为肾脏生成的氨的载体，直接参与氨的代谢，从而起到维持酸碱平衡的重要作用。(5)调节糖代谢。谷氨酰胺可以通过糖异生作用生成葡萄糖，维持血糖浓度平衡。(6)细胞燃料。谷氨酰胺为快速生长和分化的细胞(如血管内皮细胞、淋巴细胞、肠粘膜上皮细胞等)提供能量来源。每1mol·L^-1的谷氨酰胺直接经三羧酸循环可以产生30mol·L^-1的ATP。故谷氨酰胺产能对谷氨酰胺依赖性细胞（特别是小肠粘膜细胞,对谷氨酰胺具有很高的摄取率和利用率）具有更加重要的意义。此外，谷氨酰胺还有作为氨流动的重要载体、大分子的合成前体、胃肠管腔细胞的基本营养来源、在血液中暂时解除氨毒的作用等。由于谷氨酰胺在生物代谢中起着举足轻重的作用，谷氨酰胺缺乏时将引发多种疾病。因此，开发谷氨酰胺具有重要意义。

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。目前大多数采用发酵法生产谷氨酰胺的企业基本上都采用阴阳双柱离子交换法分离提取谷氨酰胺。然而阴阳双柱分离工艺存在交换树脂用量大、洗脱和再生过程中酸碱消耗多的问题，造成严重的环境污染。另外谷氨酰胺在强酸或强碱环境容易转化为谷氨酸，导致收率很低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能耗低、污染小、谷氨酰胺收率高从发酵液中提取谷氨酰胺的方法。

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种从发酵液中提取谷氨酰胺的方法，包括以下步骤：

步骤1、取谷氨酰胺发酵液降温、过滤，得到的滤液浓缩、冷却结晶、分离得到结晶粗品，然后加入结晶粗品重量30～60%的水洗晶，分离得洗晶粗品；

步骤2、取洗晶粗品加水溶解后依次加入阳离子交换树脂、阴离子交换树脂脱盐，过滤得到脱盐液；

步骤3、取脱盐液纳滤得到纳滤液，纳滤液脱色、过滤得脱色液，浓缩、冷却结晶、分离干燥即得。

作为优选，本发明步骤1所述过滤的过滤介质为陶瓷膜。更优选为过截留分子量为30kDa的陶瓷膜。

作为优选，步骤1所述浓缩为浓缩至谷氨酰胺含量为20～35%。