CN101712624A - L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于赖氨酸盐酸盐技术领域，公开了一种能够使用于制备药物添加剂使用的高纯度的L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法。其技术方案为：首先将饲料级L-赖氨酸盐酸盐粗品溶于去离子水中加热溶解，加入活性炭，调节pH，进行脱色处理；然后再将过滤完毕的母液降温至一定温度时，用溶析剂按一定速率添加，析出高纯度L-赖氨酸盐酸盐；将溶析出的L-赖氨酸盐酸盐经离心、干燥、包装，得到纯度在99.5％以上的成品。利用该方法制备高纯度的L-赖氨酸盐酸盐具有无污染物排放、即环境友好和操作简单的优点；另外，在提纯工艺中，活性炭和作为溶析剂的乙醇可以回收并重复利用，可以大大降低生产成本。

Description

L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法

技术领域

本发明属于赖氨酸盐酸盐技术领域，涉及L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法，即用饲料级L-赖氨酸盐酸盐做为原材料进一步提纯为可用于医药、保健品行业的高纯度L-赖氨酸盐酸盐的制备方法。

背景技术

赖氨酸在食品行业，主要作为营养强化剂与食品除臭剂使用；在医药行业，L-赖氨酸是构成蛋白质的基本单位，是合成人体激素、酶及抗体的原料，参与人体新陈代谢和各种生理活动，赖氨酸是人体必需的氨基酸，在各种氨基酸输液配方上基本上都有。L-赖氨酸还可以作为各种利尿药的辅助治疗剂。可与酸作用生成盐，以减轻不良反应，与蛋氨酸合用能抑制重高血压病，同时赖氨酸也是良好的血栓预防剂。近年来研究发现，赖氨酸对营养不良、乙型肝炎、支气管炎病有一定疗效，与亚铁化合物一起治疗贫血，效果显著。

L-赖氨酸的生产方法一般有直接发酵法和有机合成与酶法结合法，然后通过离子交换、盐酸酸化和降温重结晶提纯得到纯度小于80％的饲料级L-赖氨酸盐酸盐。利用离子交换法分离提纯L-赖氨酸盐酸盐粗品的纯度较高，但离子交换树脂与化学试剂的消耗量大，废水排放量大，操作比较复杂；而利用降温结晶法提纯得到的产品中其它氨基酸的含量偏高，质量较差，产品中L-赖氨酸盐酸盐的纯度只能在95％以下的食品级水平，根本无法达到纯度在99.5％以上的医药级水平要求。

发明内容

本发明的目的就是提供一种可用于医药、保健品行业的纯度在99.5％以上的高纯度L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法包括下列步骤：

取定量重量份的L-赖氨酸盐酸盐粗品及3-3.8倍L-赖氨酸盐酸盐粗品重量份的去离子水和4-6.5％L-赖氨酸盐酸盐粗品重量份的活性炭加入到搪瓷反应釜中，加热将温度控制在70-78℃之间，并加入氯化铵-氨的缓冲液调节反应釜中溶液的pH值控制在5-6.5之间，保温18min～27min进行脱色反应；然后过滤，除去吸附了色素的活性炭和固体杂质；过滤完成后的滤液置入第二搪瓷反应釜中并降温至2027.5℃温度时，向所述的第二搪瓷反应釜中加入溶析剂进行溶析，至母液中纯水与溶析剂的重量比例为5∶1-3时用离心机将母液离心分离，得高纯度L-赖氨酸盐酸盐湿品，然后将湿品移入干燥器内进行干燥，筛分，即得到成品。

另外：

——在所述的用板框过滤机过滤除去吸附了色素的活性炭和固体杂质的工序中，利用在70-78℃温度和pH值在5-6.5之间酸碱度的水洗涤滤渣，以减少吸附在滤渣和残留在湿润活性炭的溶液中的L-赖氨酸盐酸盐，提高产品质量收率，同时对活性炭进行脱附回收；

——向所述的第二搪瓷反应釜中加入溶析剂的速率为6-10升/分钟；

——向所述的第二搪瓷反应釜中加入溶析剂进行溶析用离心机将母液离心分离时，将分离出的液体通过蒸馏工序将溶析剂分离回收；

——所述的活性炭为颗粒状，其颗粒粒度的范围在50-120目间。

本发明所提供的L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法与现有技术相比具有以下优点：采用溶析结晶法比降温结晶法和离子交换法具有无污染物排放、即环境友好和操作简单得优点；在提纯方法的溶析结晶工艺的脱色工段中，采用的是活性炭脱色技术，活性炭可以回收，循环重复利用；在结晶工段采用的是溶析结晶工艺，作为溶析剂的95％乙醇、甲醇、异丙醇也可以回收再利用。溶析结晶法生产出的L-赖氨酸盐酸盐透光度高，其它氨基酸含量低，L-赖氨酸盐酸盐在产品中的含量可以达到99.5％以上，具有纯度高、产品的附加值高和经济效益、社会效益好的优点。

附图说明

图1为L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法的工艺流程图；

图2为温度与透光度的关系曲线；

图3为时间与透光度的关系曲线；

图4为活性炭添加量与透光度关系的曲线；

图5为酸度与透光度关系的曲线；

图6为乙醇+水混合溶剂下L-赖氨酸盐酸盐的溶解度关系的曲线；

图7为95％乙醇滴加量对纯度的影响关系的曲线；

图8温度对纯度的影响关系的曲线。

具体实施例

下面结合附图和实施例对本发明所提出的L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法作进一步的详细说明：

如图1所示，取L-赖氨酸盐酸盐粗品及去离子水和活性炭加入到第一搪瓷反应釜1中，加热并加入氯化铵-氨的缓冲液调节反应釜中溶液的pH值控制在5-6.5之间，保温18min～27min进行脱色反应；然后由泵2泵入到板框式压滤机3过滤，除去吸附了色素的活性炭和固体杂质，将活性炭回收；过滤完后的滤液经泵4泵入到第二搪瓷反应釜5中并降温至20-27.5℃温度时，向该反应釜中以一定速率加入溶析剂进行溶析，至母液中纯水与溶析剂的比例达到为5∶1-3时，经液泵6至离心机7将母液离心分离，即得高纯度L-赖氨酸盐酸盐湿品，然后将湿品移入至真空干燥器9内进行干燥、筛分10后即得到纯度在99.5％以上的即得到L-赖氨酸盐酸盐成品。

在用板框过滤机过滤除去吸附了色素的活性炭和固体杂质的工序中，利用pH值在5-6.5之间酸碱度的水洗涤吸附了色素的活性炭和固体杂质，将滤液置入第二搪瓷反应釜5中，以减少吸附在滤渣和残留在湿润活性炭的溶液中的L-赖氨酸盐酸盐，提高产品质量收率，同时对活性炭进行脱附回收。

向第二搪瓷反应釜中加入溶析剂进行溶析并用离心机将母液离心分离时，将分离出的液体通过蒸馏塔8将溶析剂和液体分离回收。

1、在第一搪瓷反应釜中脱色反应工序中

——活性炭及溶液的酸碱度与板框过滤后滤液透光度的关系表1所示

由于L-赖氨酸盐酸盐溶液在未脱色前为深棕色，透光度较低，脱色后透光度升高，透光度的升高程度越大表明脱色效果越好，并为L-赖氨酸盐酸盐的提纯创造条件。从表1可以看出，粉末活性炭、GH-15活性炭和GH-11活性炭均可以采用，但GH-11活性炭在酸性条件下透光度最高，其脱色效果最好。

——加热温度的选择，

温度对脱色的效果影响显著，活性炭脱色过程就是活性炭颗粒表面对色素分子的吸附过程。活性炭在脱色过程中对色素分子吸附数量越多，脱色的程度就越高，L-赖氨酸盐酸盐的透光度就越高。活性炭颗粒表面吸附色素分子是通过活性炭颗粒和色素分子的相对运动的碰撞实现的，提高脱色温度可以加快活性炭颗粒和色素分子的碰撞速率，提高吸附速度；但当被脱色液温度升高到一定数值后就达到了碰撞最大值，并实现了平衡，如果再升温，脱色效果反而降低。其中脱色温度对透光度的影响如图2所示。

由图2可知，温度较低时透光度随着溶液脱色温度的升高而升高，当升高到75℃时达到透光度的最大值98.2％，而后又呈现出下降的趋势。因此将脱色反应的温度选择在70-78℃之间，使其透光度达到对应的大于97.5％即可。

——脱色时间的选择

脱色时间也是影响脱色效果的重要因素，脱色时间的长短对脱色效果，出料时间，操作成本和运行成本有一定影响。

从图3可以看出，脱色时间选择在18min～27min之间，其透光度均能够满足大于97.5％的要求；其中当脱色时间在24min时，溶液的透光度达到98.2％的最高值，说明此时的脱色效果最好。脱色时间长，被吸附的色素分子与活性炭表面的接触机会多，有利于吸附作用，尤其是吸附一些大分子量的色素分子时，由于分子较大，扩散速度慢，需要较长时间的吸附，当吸附达到最大值时，再延长时间不但不会利于脱色，反而容易使被脱色液产生解吸，使脱色效果变差。

——活性炭用量的选择

活性炭的用量直接影响了产品的最终脱色效果和运行成本，因此选择其用量具有重要的意义。在第一反应釜中投入GH-11活性炭的量，与透光度的关系如图4所示。

在脱色反应中，活性炭的脱色主要是活性炭表面与色素分子的接触吸附，活性炭与色素分子的碰撞接触的机会越多，吸附的色素分子就越多，脱色效果就会越好，产品的透光度就越高。但是当活性炭的添加量到达一定量时，活性炭的吸附达到饱和，此时即使再增加活性炭的添加量，脱色效果也不会变好，透光度反而会降低，是由于增加了产品中出现黑点的机率，同时增加产品的生产成本。

从图4中可以看出，活性炭的添加量为L-赖氨酸盐酸盐重量份的4-6.5％时，其透光度能够大于97.5％，当活性炭的添加量为5％时其透光度最大，表明脱色效果最好。

——酸度pH值的选择

在向第一反应釜中L-赖氨酸盐酸盐粗品、去离子水和活性炭的混合液体中加入氯化铵-氨的缓冲液条件调节其pH值与所得滤液透光度的关系如图5所示。

由于脱色作用进行的最彻底的酸碱度是在酸性或偏酸性的介质中。当脱色环境的酸碱度达到中性甚至超过中性以后，脱色效果就会明显降低；当脱色环境的酸碱度达到偏碱性以后，就几乎失去了脱色作用；当脱色环境的酸碱度完全成为碱性以后，不仅完全丧失了脱色作用，而且还会出现色素分子解吸的现象，即将脱色过程中已经吸附的色素分子再释放到脱色介质中。活性炭吸附色素时介质酸碱度的要求在生产实践中很有意义。通过调节脱色环境的酸碱度，使活性炭对色素分子的吸附作用和解吸作用交替进行，可以反复多次使用活性炭，提高其使用效率。

活性炭在脱色过程中对脱色环境的酸碱性选择说明活性炭对色素分子吸附需要有H+参与才能使吸附过程进行的最好，一旦吸附介质中的H+浓度减少到需要的程度甚至完全丧失时，活性炭对色素分子的吸附作用就会降低甚至完全丧失。当然，H+在吸附介质中的浓度并非越大吸附作用就进行的越好。实验证明吸附介质的H+浓度超过一定的范围时，也不利于吸附作用进行。

由图5可以看出，pH值选择在5-6.5之间时其所得滤液的透光度较好。

2、在L-赖氨酸盐酸盐结晶反应中溶剂和溶析剂的选择

结晶热力学性质的研究是了解一个结晶过程的重要方面。从分子运动角度看，结晶热力学是体系内固液各相中分子间相互作用与分子热运动的综合表现。一般包括固液相平衡数据、介稳区数据和基本物性数据。溶液结晶是固体以晶体形态从溶液中析出的过程，结晶物系的固液相平衡决定着过程的最大收率。

——溶剂选择为去离子水不会造成环境污染，成本低廉，是最好的溶剂。

——溶析剂的选择，溶析剂应该满足的要求：

a)必须和原溶剂能互溶；

b)不溶解或者微溶解溶质；

c)溶析剂和溶剂比较容易分离。

表3溶析剂的极性

溶析剂	甲醇	丙酮	乙酸乙酯	异丙醇	乙醇	环己烷	正己烷
								极性	6.60	5.40	4.30	4.30	4.30	0.10	0.06

通过实验测得丙酮，乙酸乙酯，正己烷，环己烷没有溶析效果，而醇类具有溶析的效果，这是由于醇类的羟基可以和水形成氢键，破坏了部分L-赖氨酸盐酸盐和水之间的氢键，降低了L-赖氨酸盐酸盐在水中的溶解度，使其以结晶析出。因此选用99％的甲醇溶液、99％的异丙醇溶液和95％乙醇溶液作为溶析剂。

但由于甲醇具有毒性不宜用于制备医药级L-赖氨酸盐酸盐中，但可以用于对甲醇没有限制的L-赖氨酸盐酸盐的制备；异丙醇具有较高的粘度且不利于回收重复利用，因而成本较高。而95％乙醇的容易回收且成本较低，故95％乙醇是作为溶析剂的最佳选择。

——溶析结晶工艺参数的确定

(a)、溶析剂(乙醇)滴加量的选择

分别测定了不同温度和不同比例的乙醇+水混合溶剂下L-赖氨酸盐酸盐的溶解度，并通过计算得到了溶解度，如图6所示。

将一定量的脱色原料溶于蒸馏水中，制成饱和溶液，在温度不变的条件下，考察95％乙醇在不同滴加量对其它氨基酸含量的影响，如图7所示。

图7结果表明，随着95％乙醇滴加量的增加，纯度变化不大，但是当95％乙醇与水的比例大于5/4，其它氨基酸的含量高，达不到医药级含量要求。这是由于95％乙醇的加入量较少时，产生的晶体纯度很高，但随着95％乙醇量的增多，溶质在溶剂-95％乙醇体系中的溶解度越小，杂质的溶解度也减小，随着L-赖氨酸盐酸盐一起析出，影响纯度，因此只要当母液中的水与乙醇(溶析剂)的比例达到5∶1-3时，既可满足体纯度达到99.5％的要求。但二者的最佳比例为＝5∶3时既能够满足纯度的要求，也能够达到最大收率。

(b)、温度的选择

将一定量的脱色原料溶于蒸馏水中，制成饱和溶液，在滴加量的条件下，考察在不同温度下溶析结晶对其它氨基酸含量的影响，如图8所示。

从图8中看出，随着温度的升高纯度增加，当温度大于25℃时，纯度随着温度升高而降低，温度过低，成核和生长速率慢，部分溶质未能析出，存留在结晶母液中。因此温度选择在20-27.5℃，其他氨基酸的含量则在0.5％以下，即所取得的L-赖氨酸盐酸盐的纯度均能够达到99.5％的要求；当温度选择在25℃时，温度较低，有利于提纯，并且常温不需补充热量和冷量，成本低，操作简便。

实施例1

如图所示，将100kg的饲料级L-赖氨酸盐酸盐、350L去离子水中以及5kg型号为GH-11活性炭(也即粒度在80-100目之间)加入到第一反应搪瓷釜中，加热至75度，用氯化铵-氨的缓冲液调节混合液的pH值至5.5，保温25分钟进行脱色反应；将反应后的母液用板框过滤机过滤并将过滤后的液体泵入到第二反应搪瓷釜中降温，待温度降至25度时，用95％乙醇按照8升/分钟的速率加入至液体中进行溶析，当滴加的乙醇满足液体中纯水与乙醇的比例达到5∶3时，用离心机将液体离心分离，得到高纯度L-赖氨酸盐酸盐湿品，然后将湿品移入干燥器内进行干燥，筛分，得到纯度为99.50％的62.5公斤的目数在20——60目的L-赖氨酸盐酸盐成品。

该实施例为本发明L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法的最佳实施例。

实施例2

如图所示，将100kg的饲料级L-赖氨酸盐酸盐、300L去离子水中以及6.5kg型号为GH-15活性炭(也即粒度在50-80目之间)加入到第一反应搪瓷釜中，加热至78度，用氯化铵-氨的缓冲液调节混合液的pH值至5，保温27分钟进行脱色反应；将反应后的母液用板框过滤机过滤并将过滤后的液体泵入到第二反应搪瓷釜中降温，待温度降至27度时，用99％甲醇按照6升/分钟的速率加入至液体中进行溶析，当滴加的甲醇满足液体中纯水与甲醇的比例达到5∶1时，用离心机将液体离心分离，得到高纯度L-赖氨酸盐酸盐湿品，然后将湿品移入干燥器内进行干燥，筛分，得到纯度为99.80％的25公斤的目数在60-80目的L-赖氨酸盐酸盐成品。

在该实施例中，由于溶析剂采用99％甲醇溶液，且滴加的速率较低因此所制得的L-赖氨酸盐酸盐的目数较高；另外，溶析剂滴加量较小，故可以取得纯度较高的L-赖氨酸盐酸盐，但收率相对较低。

实施例3

如图所示，将100kg的饲料级L-赖氨酸盐酸盐、380L去离子水中以及4kg粉末状活性炭(也即粒度在100-120目之间)加入到第一反应搪瓷釜中，加热至70度，用氯化铵-氨的缓冲液调节混合液的pH值至6.5，保温18分钟进行脱色反应；将反应后的母液用板框过滤机过滤并将过滤后的液体泵入到第二反应搪瓷釜中降温，待温度降至20度时，用99％乙丙醇按照10升/分钟的速率加入至液体中进行溶析，当滴加的异丙醇满足液体中纯水与甲醇的比例达到5∶2时，用离心机将液体离心分离，得到高纯度L-赖氨酸盐酸盐湿品，然后将湿品移入干燥器内进行干燥，筛分，得到纯度为99.60％的45公斤的目数在80-100目的L-赖氨酸盐酸盐成品。

在上述的实施例中，溶析剂的滴加的速率越小，所制得的L-赖氨酸盐酸盐的目数越高；另外，溶析剂滴加量越小，取得的L-赖氨酸盐酸盐的纯度就越高，但收率越低。

上述的实施例中，用板框过滤机过滤除去吸附了色素的活性炭和固体杂质的工序中，利用在70-78℃温度和pH值在5-6.5之间酸碱度的水洗涤滤渣，以减少吸附在滤渣和残留在湿润活性炭的溶液中的L-赖氨酸盐酸盐，提高产品质量收率，同时对活性炭进行脱附回收。

在上述的实施例中，活性炭、溶析剂均可以通过如图1所示的设备回收。

Claims (5)

1.L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法包括

取定量重量份的L-赖氨酸盐酸盐粗品及3-3.8倍L-赖氨酸盐酸盐粗品重量份的去离子水和4-6.5％L-赖氨酸盐酸盐粗品重量份的活性炭加入到搪瓷反应釜中，加热将温度控制在70-78℃之间，并加入氯化铵-氨的缓冲液调节反应釜中溶液的pH值控制在5-6.5之间，保温18min～27min进行脱色反应；然后过滤，除去吸附了色素的活性炭和固体杂质；过滤完成后的滤液置入第二搪瓷反应釜中并降温至20-27.5℃温度时，向所述的第二搪瓷反应釜中加入溶析剂进行溶析，至母液中纯水与溶析剂的重量比例为5∶1-3时用离心机将母液离心分离，得高纯度L-赖氨酸盐酸盐湿品，然后将湿品移入干燥器内进行干燥，筛分，即得到成品。

2.根据权利要求1所述的L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法，其特征在于：在所述的用板框过滤机过滤除去吸附了色素的活性炭和固体杂质的工序中，利用在70-78℃温度和pH值在5-6.5之间酸碱度的水洗涤滤渣，以减少吸附在滤渣和残留在湿润活性炭的溶液中的L-赖氨酸盐酸盐，提高产品质量收率，同时对活性炭进行脱附回收。

3.根据权利要求1所述的L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法，其特征在于：向所述的第二搪瓷反应釜中加入溶析剂的速率为6-10升/分钟。

4.根据权利要求1所述的L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法，其特征在于：向所述的第二搪瓷反应釜中加入溶析剂进行溶析用离心机将母液离心分离时，将分离出的液体通过蒸馏工序将溶析剂分离回收。

5.根据权利要求1所述的L-赖氨酸盐酸盐的提纯方法，其特征在于：所述的活性炭为颗粒状，其颗粒粒度的范围在50-120目间。

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