發酵液中的L-色氨酸分離純化研究

杜金鼎 高鳳云 李 文

(山東魯抗生物制造有限公司,山東濟寧 273500)

發酵液中的L-色氨酸分離純化研究

杜金鼎 高鳳云 李 文

(山東魯抗生物制造有限公司,山東濟寧 273500)

L-色氨酸在天然蛋白質內含量比較豐富,是人與動物生長發育所必需氨基酸之一,并且隨著其效用的研究發現,現在已經被廣泛的應用到食品、醫藥與飼料等多個方面。本文結合發酵液中L-色氨酸分離純化試驗對工藝要點進行了簡要分析。

發酵液;L-色氨酸;分離純化

經過分離純化在發酵液內獲得L-色氨酸是現在比較新型的而一種生產方法，包括離子交換法、結晶法等，在實際作業中具有工藝簡單、污染小、能耗低以及成本低等優點。為提高L-色氨酸收率，需要總結以往生產工藝，對分離純化過程進行分析，確定影響因素，然后采取措施來做更進一步的優化，提高產品提取率。

1 L-色氨酸特點分析

L-色氨酸即L-氨基-吲哚基丙酸，分子式為C11H12O12N2，呈白色或略帶黃色葉片狀結晶或粉末，無臭或微臭，微溶于乙醇。其在堿液內穩定性比較高，但是遇到其他氨基酸或糖類則容易分解。L-色氨酸作為人與生物生命活動必需氨基酸之一，對生長發育和新陳代謝具有重要作用。并且還可以將其應用到醫藥方面，例如氨基酸輸液、調節腦代謝等。L-色氨酸同時也是部分植物蛋白所缺乏氨基酸種類之一，利用其對來制作食品或飼料添加劑，對提高植物蛋白利用率具有重要意義，現在已經成為蛋氨酸與賴氨酸之后又一飼料添加氨基酸。L-色氨酸基于其性能特點，現在已經被廣泛的用于多個領域，為進一步提高產品收率，需要就現有生產工藝進行分析，采取措施對所存不足進行優化，控制成本的同時，提高生產效率。

2 L-色氨酸生產技術

2.1 化學合成法

應用化學合成法生產L-色氨酸，常用原料主要包括苯肼和吲哚兩種，反應后得到DL消旋體色氨酸，通過進一步光學導構體拆分，便可得到生物可以利用的L-色氨酸[2]。此種方法在實際操作上工藝要求比較嚴格，且受原材料限制大，在很大程度上遏制了其在工業領域的發展應用。

2.2 蛋白質水解法

蛋白質水解法生產L-色氨酸，需要將血粉、毛發與廢蠶絲等富含L-色氨酸的物料作為原料，經過堿水解法或者酶水解法處理，水解反應生成L-色氨酸。此種方法在實際應用中具有周期長、工藝復雜以及產品復雜等特點，并且原料來源限制大，生產所得L-色氨酸數量有限，并不適合工業生產。

2.3 微生物法

即前體發酵法，將葡萄糖作為碳源，加入鄰氨基苯甲酸、吲哚、L-絲氨酸等前體物，通過微生物色氨酸合成酶系轉化前體生成得到L-色氨酸。為保證產物質量，反應時需要控制前體物所加數量，避免添加量過多抑制微生物的生長，可以選擇用分批少量或流加方法。雖然得率比較高，但是因為收反饋調節抑制比較大，前體物成本較高，所需投資比較大。其中，利用微生物體內L-色氨酸生物合成酶系催化生產L-色氨酸即酶法，生產所得產品純度高、濃度高、生產周期短、副產物少并且易于分離純化，是工業生產L-色氨酸最為常見的一種方法。

3 發酵液內L-色氨酸分離純化試驗分析

3.1 材料設備

材料：L-色氨酸基因工程菌接種于M63培養基發酵得到發酵液；離子交換樹脂；L-色氨酸則為日本進口分裝，其他試劑均為分析純試劑。

設備：RF-5301型熒光分光光度計、LKB2132蠕動泵、高速臺式冷凍離心機、恒溫振蕩器以及氨基酸自動分析儀。

3.2 工藝方法

3.2.1 材料預處理

對樹脂和發酵液進行預處理，其中發酵液可以利用高速臺式冷凍離心機，按照10000r·min-1離心處理20min，將發酵液內含有的菌體與蛋白質等雜質全部清除干凈。

3.2.2 靜態實驗

（1）吸附實驗

稱取一定量預處理的樹脂置于100ml具塞三角瓶內，加入適量L-色氨酸溶液，以100r·min-1與室溫條件下在搖床上振蕩，結束后取樣分析，溶液內L-色氨酸濃度不變時為吸附平衡。計算樹脂對L-色氨酸平衡吸附量：Q=（C0-C）×V/W，其中C0表示吸附前溶液中L-色氨酸質量濃度，單位g·L-1；C表示吸附后溶液內L-色氨酸質量濃度，單位g·L-1；V表示溶液體積，單位L；W表示濕樹脂質量，單位g。

（2）洗脫實驗

稱取適量吸附平衡后樹脂置于100ml具塞三角瓶內，然后接入適量洗脫液，放置搖床上以100r·min-1與室溫條件下振蕩，結束后取樣閥內洗，當溶液內L-色氨酸濃度不變時為洗脫平衡。

3.2.3 動態實驗

（1）吸附實驗

稱取6g濕樹脂置于離子交換柱內，以6g·L-1的L-色氨酸溶液上柱，分別以0.5、1、2ml·min-1流速吸附。當柱底流出液與上柱液濃度相同時停止上柱，對流出液進行分部收集測定，確定最佳吸附流速。

（2）洗脫實驗

選擇0.5、1、2mol·min-1的氨水，對吸附飽和樹脂進行洗脫，按照0.5、1、2ml·min-1洗脫速度處理，并對流出液進行分部收集測定，確定最佳氨水濃度與洗脫速度。

3.3 過程分析

3.3.1 流速

選擇6g濕樹脂放于離子交換柱內，L-色氨酸溶液濃度為6g·L-1，以不同流速泵入離子交換柱，直到柱底流出液與上柱液濃度相同時停止上柱。根據結果分析，可以確定隨著進料流速的增加，飽和吸附容量持續降低，但是為避免流速過慢造成吸附周期延長，應將進料速度控制在1ml·min-1。

3.3.2 洗脫速度

選擇2mol·L-1氨水作為洗脫劑，按照0.5、1和2mol·L-1洗脫速度對吸附飽和樹脂進行洗脫。試驗結果證明隨著洗脫速度的減低，洗脫效果越好。但是洗脫速度也不得過慢，避免延長洗脫周期，導致結柱現象嚴重，最佳洗脫速度應控制在0.5ml·min-1即可。

4 結束語

L-色氨酸對人和動物生命活動具有重要意義，為提高其收率，需要加深對發酵液分離純化工藝的研究，掌握各項影響因素，對工藝過程進行有效控制，提高生產效率。

[1] 賀希娜.發酵液中L-色氨酸的分離純化研究[D].福建師范大學，2013.

[2] 蘇毅.發酵法生產L-色氨酸工藝優化[D].天津科技大學，2014.