[发明专利]一种从发酵液中高效提取γ‑聚谷氨酸的工艺

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种从发酵液中高效提取γ-聚谷氨酸的工艺。

背景技术

γ-聚谷氨酸(poly-γ-glutamic acid，简称γ-PGA)是由L-谷氨酸和D-谷氨酸经过γ-酰胺键结合形成的一种多肽分子，是一种水溶性高分子氨基酸聚合物。由于γ-PGA具有生物可降解性、良好生物相容性、保水性、对人体无毒害及对环境无污染等独特的物理、化学和生物学性质，使得γ-PGA广泛应用于农业、食品、医药、化妆品工艺以及环保等多个领域。

目前，从高粘度发酵液中提取分离γ-PGA的方法主要有三种：有机溶剂沉淀法(一般使用醇析法)、化学沉淀法和膜分离沉淀法。有机溶剂沉淀是指利用离心或凝聚菌体的方法除去发酵液中的菌体，在上清液中加入低级醇类(如甲醇、乙醇、异丙醇等)可沉淀得到γ-PGA，经冷冻干燥得到淡黄色色胶状物。化学沉淀是用饱和CuSO₄、NaCl溶液代替低级醇类盐析沉淀γ-PGA。对高粘度的发酵液还可采取膜分离沉淀法。首次醇析或盐析制得的γ-PGA粗品颜色一般为黄色，需将其溶解于蒸馏水中后，再次进行精滤、脱色、除盐等处理，经低压冻干后，才可得白色γ-PGA精制品。由于化学沉淀法和膜分离沉淀法的提取工艺繁复、提取成本高而且纯度低，因此目前最常用的方法是有机溶剂沉淀法。有机溶剂沉淀法(醇析法)同样存在很多问题。因为γ-PGA发酵液很粘稠，进行预处理去除杂质需要适当稀释才能顺利操作。当发酵液中γ-PGA浓度较低时，不仅醇析效果不好，γ-PGA回收率很低，而且消耗大量有机溶剂。大量有机溶剂的使用不仅增加生产成本，而且带来较大安全隐患。为了减少溶剂消耗，发酵液预处理后一般进行超滤浓缩，但超滤过程γ-PGA损失很大，且超滤膜容易被污染，处理效率变低。分离纯化困难以及提取回收率低下是γ-PGA生产成本居高不下的重要原因。

有鉴于此，在γ-PGA的工业生产上亟需一套经济可行的分离纯化工艺。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种从发酵液中高效提取γ-PGA的新工艺，以提高γ-PGA的产量、纯度以及降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种从发酵液中高效提取γ-聚谷氨酸的工艺，包括以下步骤：

步骤(1)：将微生物发酵得到的γ-PGA发酵液通过孔径为1～50μm滤袋以及孔径为0.25～1μm的微孔过滤器过滤，或于高速离心机中离心分离，除去发酵液中大量的不溶性发酵残余营养物和菌体；

步骤(2)：在步骤(1)离心后的发酵液中加入三氯乙酸调节pH值为3～5，去除发酵液中的杂蛋白；

步骤(3)：在步骤(2)发酵液中加入1～30g/L硅藻土吸附发酵液中的残余菌体，过滤或离心分离出不溶物，再加入0.5～20g/L活性炭吸附发酵液中的色素和其它杂质，经过滤或离心分离获取上清液；

步骤(4)：在步骤(3)处理后的发酵液中取样，即在步骤(3)中的上清液取样，测量及估算发酵液中γ-PGA的含量；

步骤(5)：根据步骤(4)测算的发酵液中γ-PGA的含量，加入γ-PGA的含量的1～5倍的CTAB，用NaOH溶液调节pH值为7～13，混合搅拌1～12h，使得CTAB与发酵液中γ-PGA充分反应，然后离心分离得到不溶性CTAB/γ-PGA复合物；

步骤(6)：将步骤(5)收集得到的CTAB/γ-PGA复合物置于NaCl溶液中，调节pH值为6～9，解离1～12h，得到含有γ-PGA的澄清溶液；

步骤(7)：于步骤(6)γ-PGA澄清溶液中加入γ-PGA澄清溶液体积的2～5倍的乙醇，在温度为4～10℃的条件下冷却静置12～24h，离心得沉淀物，然后将沉淀物冷冻干燥得到高纯度的γ-PGA白色结晶。

需要说明的是，在碱性条件下，CTAB与γ-PGA形成了不能解离的离子化合物沉淀下来，而在pH 6～8的中性条件及高离子强度(离子强度＞150mmol/L)的溶液中，这种离子化合物又会重新解离溶解，也就是说，CTAB具有从低离子强度溶液中选择性沉淀γ-PGA的特点。

作为所述的从发酵液中高效提取γ-聚谷氨酸工艺的一种改进，所述步骤(1)中的γ-PGA发酵液为通过微生物液体发酵获得的γ-PGA发酵液。