技术领域
本发明涉及一种从L-苏氨酸发酵液中提取和精制L-苏氨酸的方法。
背景技术
L-苏氨酸，英文名：L-Threonine，化学名：β-羟基-α-氨基丁酸
分子量为119.12；
性状：白色斜方晶系或结晶性粉末。无嗅，味微甜。253℃熔化并分解。高温下溶于水，20℃溶解度为9.0g/100ml。等电点为PH6.16。不溶于乙醇、乙醚和氯仿。
L-苏氨酸的作用：由于人体及动物体不能自我体内代谢中合成转化，必须依靠体外补充吸收，L-苏氨酸是八大必需氨基酸之一。
L-苏氨酸是一种重要的营养强化剂，可以强化谷物、糕点、乳制品，和色氨酸一样有恢复人体疲劳，促进生长发育的效果。
L-苏氨酸具有促进人体发育、抗脂肪肝药用效能，是复合氨基酸输液中的一个成分。同时，苏氨酸又是制造一类高效低过敏的抗生素——单酰胺菌素的原料。
L-苏氨酸作为饲料用氨基酸，特别是它与赖氨酸及蛋氨酸配伍，添加在动物饲料中，大大提高饲料效价，提供给动物更加充分的营养。具有下列特点：
▲可调整饲料中氨基酸平衡，促进生长；
▲可改善肉质；
▲可改善氨基酸消化率低的饲料原料的营养价值；
▲可生产低蛋白的饲料，有助于节约蛋白质资源；
▲可降低饲料原料成本；
▲可降低畜禽粪便和尿液中的含氮量，畜禽舍中氨气浓度及释放速度。
当前国内饲料资源严重缺乏，特别是蛋白质饲料的缺乏是制约畜牧业发展的首要因素，而在饲料中使用氨基酸则开辟了常规蛋白质以外的蛋白质资源，不但提高了饲料的营养价值，降低了饲喂成本，而且还能获得其他许多有益的作用。因此，作用效果十分显著的L-苏氨酸用于饲料添加剂，也将得到较快的发展。
目前行业常规的L-苏氨酸提取精制主生产工艺中L-苏氨酸一次结晶收率仅为67～68％，不能满足于现代农业的需要。
L-苏氨酸产生菌是大肠杆菌(Escherichia coli)的基因工程菌。形态特征：格兰氏染色显阴性，不产生芽孢，杆状，运动缓慢，在蛋白胨牛肉膏琼脂培养基上生长，培养温度37℃。24小时形成圆形白色半透明菌落，直径1.5～2mm，表面光滑，有微弱光泽，边缘整齐或者存在微少折皱，均匀，粘稠。生理特征：卡那霉素抗性，异亮氨酸生长缺陷型，该菌对人畜无致病性。制备过程为：
一级种子罐：
工艺配方：蔗糖：2～3％，玉米浆：2～3％，酵母浸粉：0.1～0.3％，氯化钾：0.05～0.1％，硫酸镁：0.05～0.1％，磷酸二氢钾：0.08～0.2％，消泡剂：0.04～0.06％，小料一份。
培养基灭菌后，待罐温降至36.5℃时，用压差法将L-苏氨酸产生菌种接入到种子罐中。
工艺控制条件：温度36.5±0.5℃，pH：6.4～7.0，罐压0.1MPa，通风比：1：(0.6～1.0)vvm，转速：250～300rpm，溶氧：20～40％。
培养合格的一级种子液指标：镜检显示菌种均匀、粗壮，无杂菌，ΔOD≥0.5，pH：6.4～6.6，培养周期：8～10h。
二级种子罐：
工艺配方：蔗糖：2～3％，玉米浆：2～3％，酵母浸粉：0.1～0.3％，氯化钾：0.05～0.1％，硫酸镁：0.05～0.1％，磷酸二氢钾：0.08～0.2％，消泡剂：0.04～0.06％，小料一份。
培养基灭菌后，待罐温降至36.5℃时，通过灭菌后的移种管道将一级种子罐培养合格的种子液接入到二级种子罐中。
工艺控制：温度36.5±0.5℃，pH：7.0，罐压0.1MPa，通风比：1：(0.9～1.2)vvm，转速：160～200rpm，溶氧：20～40％。
培养合格的二级种子液指标：镜检显示菌种均匀、粗壮，无杂菌，ΔOD≥0.65，pH：6.4～6.6，培养周期：4～5h。
发酵罐：
工艺配方：葡萄糖：2～4％，玉米浆：0.5～1.0％，酵母浸粉：0.1～0.3％，甜菜碱：0.1～0.3％，氯化钾：0.01～0.03％，硫酸镁：0.05～0.1％，磷酸二氢钾：0.08～0.2％，消泡剂：0.002～0.006％，小料一份。
发酵培养基按照配方配好后，利用连续灭菌装置将发酵培养基灭菌后进入发酵罐，连消灭菌条件：125℃，15min，等发酵罐料液温度降至37℃时，将培养合格的二级种子液通过灭菌后的移种管道接入发酵罐。
工艺控制：温度37±0.5℃，pH：7.0，罐压0.05MPa，通风比：1：(0.4～0.6)vvm，转速：100～150rpm，溶氧：20～30％。
发酵培养过程中，根据取样检测指标，流加碳源(葡萄糖)和氮源(玉米浆、异亮氨酸)以及无机盐(磷酸二氢钾和硫酸镁)。当发酵结束前，OD指下降，耗糖速度也明显下降，氨氮检测上升，即可停止补糖，发酵结束。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种从L-苏氨酸发酵液中提取和精制L-苏氨酸的方法，该方法成本低、产率高、易操作。
为解决上述技术问题发明提供了一种从L-苏氨酸发酵液中提取和精制L-苏氨酸的方法，包括以下步骤：
(1)将L-苏氨酸发酵液降温至20～25℃，发酵液经碟片离心机分离，离心转速4000～5000rpm，分别得到清液和湿晶体；
(2)将步骤(1)的碟片离心机收集的清液经过换热器升温至60～65℃，接着经过孔径为0.02um的陶瓷膜过滤，当过滤至剩余清液体积为原始清液体积的三分之一时加入透析水，透析水的添加量是发酵液体积的15～30％，陶瓷膜过滤截留物的体积与清液的体积的比值为1:8-10，将L-苏氨酸含量在5g/L以上的陶瓷膜滤液进行收集；
(3)将步骤(2)的收集L-苏氨酸含量在5g/L以上的陶瓷膜滤液进行蒸发浓缩，浓缩终点指标：L-苏氨酸浓度150～200g/L；
(4)将步骤(3)的L-苏氨酸浓缩液经过单效蒸发结晶器进行蒸发浓缩得到晶浆液，蒸发浓缩温度55～65℃，真空度-0.084～-0.086Mpa，浓缩终点指标：使得晶浆液中L-苏氨酸质量分数为50％以上；
(5)将步骤(4)所得的晶浆液在助晶罐中降温至30～40℃进行离心分离；离心分离的过程中逐渐添加洗水，水温为常温，所得的湿晶体水分12％，将此离心分离的湿晶体和碟片离心机分离所得的湿晶体一起送入闪蒸烘干机进行烘干操作，烘干进风温度控制在110～115℃，烘干至水分＜0.5％即可。
作为优选的，步骤(3)中蒸发浓缩所用仪器为四效降膜列管蒸发器，蒸发温度：一效80～85℃，二效70～75℃，三效60～65℃，四效40～45℃，真空度≤-0.090Mpa。
作为优选的，步骤(5)中降温方式为在助晶罐中设置循环水夹套降温装置，降温速度为3-5℃/h。
为简单说明问题起见，以下对本发明所述的一种从L-苏氨酸发酵液中提取和精制L-苏氨酸的方法均简称为本方法。
本方法的优点：本方法步骤简单、易操作、产品产率高，而且采用常规的离心分离、膜处理、四效蒸发浓缩、单效蒸发结晶等常规处理方式，生产成本低。经计算，本方法的L苏氨酸一次结晶收率达到77-81.5％，且产品质量符合《GB/T 21979-2008饲料级L-苏氨酸》。
具体实施方式
实施例一：
一种从L-苏氨酸发酵液中提取和精制L-苏氨酸的方法，包括以下步骤：
(1)将L-苏氨酸发酵液降温至20℃，发酵液经碟片离心机分离，离心转速4000rpm，分别得到清液和湿晶体；
(2)将步骤(1)的碟片离心机收集的清液经过换热器升温至60℃，接着经过孔径为0.02um的陶瓷膜过滤，当过滤至剩余清液体积为原始清液体积的三分之一时加入透析水，透析水的添加量是发酵液体积的15％，陶瓷膜过滤截留物的体积与清液的体积的比值为1:8，将L-苏氨酸含量在5g/L以上的陶瓷膜滤液进行收集，陶瓷膜滤液中L-苏氨酸含量的判定方法参照《GB/T21979-2008饲料级L-苏氨酸》中的检测方法；
(3)将步骤(2)的收集L-苏氨酸含量在5g/L以上的陶瓷膜滤液通过四效降膜列管蒸发器进行四效蒸发浓缩，蒸发温度：一效80～85℃，二效70～75℃，三效60～65℃，四效40～45℃，真空度≤-0.090Mpa，浓缩终点指标：L-苏氨酸浓度150g/L；
(4)将步骤(3)的L-苏氨酸浓缩液经过单效蒸发结晶器进行蒸发浓缩得到晶浆液，蒸发浓缩温度55℃，真空度-0.084Mpa，浓缩终点指标：使得晶浆液中L-苏氨酸质量分数为50％以上；
(5)将步骤(4)所得的晶浆液在助晶罐中降温至30℃进行离心分离，助晶罐中设置循环水夹套降温装置，降温速度为3℃/h；离心分离的过程中逐渐添加洗水，水温为常温，所得的湿晶体水分12％，将此离心分离的湿晶体和碟片离心机分离所得的湿晶体一起送入闪蒸烘干机进行烘干操作，烘干进风温度控制在110℃，烘干至水分＜0.5％即可。
实施例二：
一种从L-苏氨酸发酵液中提取和精制L-苏氨酸的方法，包括以下步骤：
(1)将L-苏氨酸发酵液降温至22.5℃，发酵液经碟片离心机分离，离心转速4500rpm，分别得到清液和湿晶体；
(2)将步骤(1)的碟片离心机收集的清液经过换热器升温至62.5℃，接着经过孔径为0.02um的陶瓷膜过滤，当过滤至剩余清液体积为原始清液体积的三分之一时加入透析水，透析水的添加量是发酵液体积的22.5％，陶瓷膜过滤截留物的体积与清液的体积的比值为1:9，将L-苏氨酸含量在5g/L以上的陶瓷膜滤液进行收集，陶瓷膜滤液中L-苏氨酸含量的判定方法参照《GB/T21979-2008饲料级L-苏氨酸》中的检测方法；
(3)将步骤(2)的收集L-苏氨酸含量在5g/L以上的陶瓷膜滤液通过四效降膜列管蒸发器进行四效蒸发浓缩，蒸发温度：一效80～85℃，二效70～75℃，三效60～65℃，四效40～45℃，真空度≤-0.090Mpa，浓缩终点指标：L-苏氨酸浓度175g/L；
(4)将步骤(3)的L-苏氨酸浓缩液经过单效蒸发结晶器进行蒸发浓缩得到晶浆液，蒸发浓缩温度为60℃，真空度-0.085Mpa，浓缩终点指标：使得晶浆液中L-苏氨酸质量分数为50％以上；
(5)将步骤(4)所得的晶浆液在助晶罐中降温至35℃进行离心分离，助晶罐中设置循环水夹套降温装置，降温速度为4℃/h；离心分离的过程中逐渐添加洗水，水温为常温，所得的湿晶体水分12％，将此离心分离的湿晶体和碟片离心机分离所得的湿晶体一起送入闪蒸烘干机进行烘干操作，烘干进风温度控制在112.5℃，烘干至水分＜0.5％即可。
实施例三：
一种从L-苏氨酸发酵液中提取和精制L-苏氨酸的方法，包括以下步骤：
(1)将L-苏氨酸发酵液降温至25℃，发酵液经碟片离心机分离，离心转速5000rpm，分别得到清液和湿晶体；
(2)将步骤(1)的碟片离心机收集的清液经过换热器升温至65℃，接着经过孔径为0.02um的陶瓷膜过滤，当过滤至剩余清液体积为原始清液体积的三分之一时加入透析水，透析水的添加量是发酵液体积的30％，陶瓷膜过滤截留物的体积与清液的体积的比值为1:10，将L-苏氨酸含量在5g/L以上的陶瓷膜滤液进行收集，陶瓷膜滤液中L-苏氨酸含量的判定方法参照《GB/T 21979-2008饲料级L-苏氨酸》中的检测方法；
(3)将步骤(2)的收集L-苏氨酸含量在5g/L以上的陶瓷膜滤液通过四效降膜列管蒸发器进行四效蒸发浓缩，蒸发温度：一效80～85℃，二效70～75℃，三效60～65℃，四效40～45℃，真空度≤-0.090Mpa，浓缩终点指标：L-苏氨酸浓度200g/L；
(4)将步骤(3)的L-苏氨酸浓缩液经过单效蒸发结晶器进行蒸发浓缩得到晶浆液，蒸发浓缩温度65℃，真空度-0.086Mpa，浓缩终点指标：使得晶浆液中L-苏氨酸质量分数为50％以上；
(5)将步骤(4)所得的晶浆液在助晶罐中降温至40℃进行离心分离，助晶罐中设置循环水夹套降温装置，降温速度为5℃/h；离心分离的过程中逐渐添加洗水，水温为常温，所得的湿晶体水分12％，将此离心分离的湿晶体和碟片离心机分离所得的湿晶体一起送入闪蒸烘干机进行烘干操作，烘干进风温度控制在115℃，烘干至水分＜0.5％即可。