离子交换树脂法分离纯化赖氨酸的研究

摘要

赖氨酸是三种碱性氨基酸之一，是人体最缺乏的、非自身合成的限制性氨基酸，却在人体或动物新陈代谢过程中不可或缺，因此常用作食品添加剂和饲料添加剂。赖氨酸的需求广泛，其产量和消费量仅次于谷氨酸，居第二位。中国目前已经成为全球最大的赖氨酸市场，2015年赖氨酸产量约110万吨，国内市场供应总量80万吨以上。价格方面，2017年国内第一季度98含量赖氨酸价格约为9.1-9.3元/公斤，70含量赖氨酸价格约为5.3-5.5元/公斤。基于赖氨酸在众多领域中的重要作用以及市场需求和价格差异，进行赖氨酸生产特别是分离纯化，已经成为氨基酸生产企业关注的焦点。
　　本课题针对新型菌株发酵生产赖氨酸的分离工艺进行研究，采用离子交换树脂法，从树脂类型、吸附及解吸条件等方面，探索了分离工艺的条件数据，并分析了离子交换树脂分离赖氨酸的静态和动态吸附过程，主要结论如下：
　　（1）建立了赖氨酸和葡萄糖的分析测试方法。分别对茚三酮分光光度法测定赖氨酸含量、OPA柱前衍生高效液相色谱法测定赖氨酸含量和高效液相示差法测定葡萄糖含量进行了验证和检测条件优化，并建立了相应的标准曲线，曲线的相关性均较好。
　　（2）对7种树脂进行筛选。静态实验表明，来源于天津波鸿树脂科技有限公司的001×7型离子交换树脂对5g/L赖氨酸的吸附量为0.0751g/g，解吸率为96.33％。而且001×7型树脂对赖氨酸具有高度选择性，几乎不吸附葡萄糖，所以选择001×7型离子交换树脂进行赖氨酸吸附的后续研究。
　　（3）研究了001×7型树脂静态吸附、解吸赖氨酸的影响因素。实验确定最佳吸附条件为：赖氨酸溶液体积100mL，pH为3.5-4.5，吸附时间2h，吸附能力最高可达0.09g/g湿树脂；以氨水溶液作为赖氨酸的解吸剂，确定最佳解吸条件为：氨水浓度1mol/L，体积为100mL，解析时间4h，解吸率最高为96.8%。
　　（4）研究了不同温度、不同pH下001×7型离子交换树脂对赖氨酸的吸附等温线，并采用Freundlich模型和Langmuir模型对树脂吸附赖氨酸过程进行描述。该吸附过程更加符合Langmuir等温吸附过程，属于单分子层吸附。分别研究了温度、pH对树脂吸附动力学的影响，表明假二级吸附动力学模型能够很好的模拟赖氨酸吸附过程。
　　（5）研究了001×7型树脂动态吸附解吸赖氨酸的影响因素，实验确定最优条件为：上样浓度25g/L-40g/L，上样流速2.5mL/min，洗脱流速2.5mL/min。
　　（6）动态吸附葡萄糖实验表明，001×7型树脂对葡萄糖仅仅是物理吸附，能够很容易洗涤下来。通过对001×7型树脂柱的连续10批的使用，表明其使用性能稳定，适用于赖氨酸的连续分离操作。

目录

1 绪 论

1.1赖氨酸简介

1.2 发酵法生产赖氨酸分离技术现状

1.3 离子交换分离技术

1.4 本课题的研究内容

2 实验材料和方法

2.1 实验试剂和仪器

2.2 实验方法

2.3 分析测试方法

3 静态实验结果与讨论

3.1 树脂筛选结果

3.2 单因素优化实验结果

3.3 静态平衡吸附等温线

3.4 树脂吸附赖氨酸的动力学研究

3.5 小结

4 动态实验结果与讨论

4.1 动态吸附过程

4.2 动态解吸过程

4.3 动态吸附葡萄糖

4.4 树脂的耐久性实验结果

4.5 小结

5 结论展望及建议

5.1 结论

5.2 存在的问题及建议

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间取得的科研成果