Способ выделения лизина микробиологического синтеза

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способам ионообменного выделения лизина из культуральной жидкости, получаемого микробиологическим способом. Предложен способ выделения лизина из культуральной жидкости, который заключается в том, что содержащую лизин культуральную жидкость подкисляют серной кислотой до рН 1,5-1,9, в охлажденном виде подают на ионообменную колонку с катионитом КУ-2-8 в аммонийной форме, а целевой продукт десорбируют 4,5% раствором NH₄OH. Изобретение позволяет повысить селективность процесса сорбции лизина, упростить процесс, устранить ряд отмывок. 2 ил.

 

В основу промышленного выделения лизина, получаемого микробиологическим методом, положена ионообменная технология. Лизин, как одна из незаменимых аминокислот, широко используется в фармацевтической, пищевой и сельскохозяйственной промышленности. Способ выделения лизина из культурной жидкости состоит в пропускании культурной жидкости без ее предварительной очистки через катионит КУ -2-8 в аммонийной форме при рН 1,5-1,9. Двухзарядный катион лизина в выбранных условиях селективно сорбируется на катионообменнике (без отделения от биомассы), при этом ионы кальция, калия, натрия, аммония вытесняются лизином в равновесный раствор, а ионит насыщается аминокислотой. Из фазы катионита лизин элюируется раствором аммиака (рН 11), т.к. в этих условиях происходит перезарядка лизина и переход его в анионную форму, что приводит к быстрому вытеснению из сорбента аминокислоты. Элюирование лизина проводится 4,5% раствором гидрооксида аммония.

Изобретение относится к способам ионообменного выделения лизина из культурной жидкости, получаемого микробиологическим способом. Известны способы извлечения лизина из культурной жидкости на карбоксильных ионитах как в NH₄ -форме при рН 7 [1], так и смешанных Н, Na-формах при рН 3÷3,5 [2] до достижения равновесия. В первом случае десорбция проводится 0,5÷5% раствором NaOH, во втором - 14÷20% раствором NaOH.

Использование катионов в Н; Н, Na; NH₄ -формах при рН 3÷7 приводит к сорбции не только лизина, но и большого количества минеральных ионов, поскольку лизин в этих условиях находится в виде цвиттер-ионов или однозарядного катиона, т.е. селективность сорбции нарушается, а вместе с тем возникает необходимость эффективного удаления минеральных ионов, что сказывается на процессе регенерации с целью минимизации примесей в вытекающем фильтрате.

Предлагаемый способ позволяет повысить селективность процесса сорбции лизина, упростить процесс сорбции, устранить ряд отмывок.

Способ состоит в том, что выделение лизина из культуральной жидкости проводится на катионите КУ 2-8 в аммонийной форме с последующей десорбцией щелочным реагентом. Наблюдающаяся при высоких значениях рН перезарядка лизина и переход его в анионную форму приводят к быстрому вытеснению из сорбента аминокислоты:

Предлагаемый способ позволяет получить раствор лизина более высокой концентрации за счет сорбции лизина в двухзарядной форме, так как после ферментации культурная жидкость подкисляется серной кислотой до рН, равной 1,5÷4,9, и в охлажденном виде подается на ионообменную колонну. После сорбции ионит промывают водой для удаления бактериальных клеток и окрашенных веществ. Ионит дополнительно промывается водой, которая образуется при проведении десорбции раствором NH₄OH, что сокращает объем сточных вод, сокращает время промывки.

При выделении лизина по рассмотренному способу (фиг.1) отдельная регенерационная обработка не требуется, т.к. двухзарядный катион лизина вытесняет в процессе сорбции поглощенные в процессе минеральные ионы, для регенерации катионита вполне достаточно последующей элюации лизина раствором аммиака. Лизин в процессе сорбции элюации эффективно отделяется и от сопутствующих аминокислот (фиг.1). Из выходных кривых следует, что в начальный момент происходит сорбция всех катионов и вытеснение ионов аммония из катионита. Поступление новых порций культуральной жидкости наряду с ионообменом приводит к вытеснению наименее селективного иона натрия, а рост концентрации ионов калия и кальция происходит медленнее. Наибольшим сродством к иониту при рН 1,5÷1,9 обладает двухзарядный катион лизина, вытесняющий менее селективные ионы, поэтому проскок его наступает позже других катионов на выходе из колонны. Несмотря на то что концентрация лизина не превышает концентрацию минеральных ионов, сорбция его протекает наиболее точно, что обусловлено дополнительным взаимодействием гидрофобной части иона лизина с матрицей сорбента.

Элюация лизина проводится 4,5% раствором аммиака (фиг.2) с линейной скоростью 1,1÷1,3 м/час. Объем элюента составляет 1,5 объема от объема катионита. Обогащенная фракция содержит 126÷130 г/л лизина. Концентрация Na⁺, К^+, Са⁺ в элюате снижается по сравнению с исходной в 20, 12, 11 раз. Это позволяет из 2400 кт лизина, содержащегося в культуральной жидкости, выделить 1900 кт аминокислоты в виде обогащенной фракции, а в виде кристаллов 1400 кт лизина. Потери лизина не превышают 3% от общего содержания его в культурной жидкости. Отмывка колонны после элюации требует 6 объемов воды на объем катионита.

Наилучшие условия для накопления аминокислоты на катионите КУ-2-8 при концентрации лизина в культуральной жидкости ~20 г/л. Достигается эффективная емкость катионита КУ-2-8 по лизину и составляет ~116 кт/м³, а концентрация лизина в обычной фракции элюата - 125 г/л. Отметим, что содержание аммиака в элюате составляет 0,65% и из технологической схемы исключается операция по отпарке аммиака доупариванием растворов. Переработка стоков с ионитовой колонки позволяет получить кормовые добавки, т.е. дает возможность снизить объем стоков после ионообменной очистки лизина. Использование растворов NH₄OH обусловлено получением более концентрированных растворов лизина при десорбции лизина с ионита. Примеры сорбции и десорбция лизина описаны в тексте и поясняются фиг.1 и фиг.2.

Литература

1. Ферапонтов Н.Б., Тротов К.Т., Гавлина О.Т., Струсовская Н.И. A.C. №2056941R4 кл.6 В01У 39/4.

2. Бекер В.Ф., Бекер М.Е. «Лизин микробиологического синтеза». Рига. Изд-во «Зинанте». 1974 г.

Способ выделения лизина из культуральной жидкости, характеризующийся тем, что содержащую лизин культуральную жидкость подкисляют серной кислотой до рН 1,5-1,9, в охлажденном виде подают на ионообменную колонку с катионитом КУ-2-8 в аммонийной форме, а целевой продукт десорбируют 4,5%-ным раствором NH₄OH.