γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,簡稱GABA),又名氨酪酸,是一種天然存在的,非蛋白組成氨基酸,具有降低血壓、改善腦功能、增強(qiáng)長期記憶及提高肝、腎機(jī)能等諸多生理活性。GABA廣泛存在于自然界,但含量都很低,早期的化學(xué)合成方法成本較高,得率較低,并且因在生產(chǎn)中使用了危險溶劑而無法應(yīng)用于食品工業(yè)。利用生物合成法生產(chǎn)GABA,具有成本低,含量高,使用*等優(yōu)點(diǎn),在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。GABA發(fā)酵液的分離純化是實(shí)現(xiàn)GABA工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。膜分離具有無相變、低耗能、操作條件溫和、分離選擇性好等優(yōu)點(diǎn),是*的分離技術(shù)。 本研究是利用膜分離技術(shù)中的超濾和電滲析設(shè)備組合工藝,對GABA發(fā)酵液進(jìn)行分離純化,以期獲得高純度和高回收率的GABA產(chǎn)品。本研究主要包括三個方面的內(nèi)容: 1.在高速離心的基礎(chǔ)上,采用截留相對分子質(zhì)量45000的超濾膜對GABA發(fā)酵液進(jìn)行超濾分離。研究超濾壓差和循環(huán)流速對超濾過程的影響,得出了*佳超濾條件。在壓差0.10MPa,循環(huán)流速1.15m/s的*佳超濾條件下,考察了濃縮比對超濾通量及GABA回收率的影響,依據(jù)超濾膜電鏡觀察的結(jié)果及超濾過程曲線,結(jié)合回收率的要求,得出*佳濃縮比為10。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,高速離心和超濾可以截留60%以上的蛋白質(zhì),經(jīng)高速離心和超濾后,GABA的純度可由*初的3.19%增至6.20%,回收率達(dá)88.60%。 2.配置不同濃度的NaCl鹽溶液,研究了料液濃度和流速對電滲析設(shè)備極限電流密度的影響。濃度越高,流速越高,極限電流密度越大?？疾炝颂幱诘入婞c(diǎn)狀態(tài)的氨基酸的加入對NaCl鹽溶液極限電流密度的影響,氨基酸的加入增加了主體溶液的濃度,從而增大了極限電流密度,但總的來說,氨基酸沒有直接參與電流的傳遞,因此極限電流密度雖有所增加,但增加幅度不大。以修正的Wilson經(jīng)驗(yàn)式為基礎(chǔ),擬合得到了加入氨基酸前后極限電流密度的變化及料液濃度、流速對極限電流密度影響的經(jīng)驗(yàn)方程式。 3.綜合考察諸多電滲析設(shè)備性能參數(shù),為了獲得較好的電滲析設(shè)備分離效果,應(yīng)該在低于極限電流的前提下,盡可能提高操作電流。并且進(jìn)入電滲析設(shè)備器的主體相物料的濃度越低、流速越高,電滲析設(shè)備分離效果越好。研究結(jié)果同時也表明,電滲析設(shè)備在脫鹽的基礎(chǔ)上,對發(fā)酵液中存在的除葡萄糖以外的各種物質(zhì)都有程度不同的分離作用,從而提高了產(chǎn)品中GABA的純度。在實(shí)驗(yàn)選定的操作條件下,在高速離心和超濾的基礎(chǔ)上,電滲析設(shè)備能夠去除91%的灰分、85.13%的乳酸以及79.95%的谷氨酸,使發(fā)酵液中GABA的純度由13.74%上升至15.43%,回收率87.21%。