CN101721979B - 一种缬氨酸分离专用大孔吸附树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种缬氨酸分离专用大孔吸附树脂的制备方法，属于化工和生物制品加工技术领域。本发明在树脂合成过程中控制水相质、交联剂、极性单体、致孔剂的种类和比例，使之能够有效键合上二碳酸二叔丁酯，最终使合成得到的大孔吸附树脂可将缬氨酸、丙氨酸、亮氨酸分离。同时该大孔吸附树脂采用纯水作为流动相，可有效地减小分离过程对于环境的污染。通过本发明方法合成的树脂，可有效地用于缬氨酸发酵液的分离，去除缬氨酸发酵液中的性质相近杂质丙氨酸与亮氨酸，克服了当前缬氨酸分离纯化过程中存在的纯度低、效率低和污染大等缺点，使产品纯度达到99％以上，达到药用标准，并具有较高的回收率和生产强度。
Description
技术领域
本发明一种缬氨酸分离专用大孔吸附树脂，涉及一种吸附树脂及其制备方法，属于化工和生物制品加工技术领域。
背景技术
缬氨酸(L型)是人体必需氨基酸，因其特殊的结构和功能，在人类生命代谢中占有特别重要的地位。广泛应用于医药、食品及调味剂、动物饲料和化妆品的制造，在医学研究和治疗中的作用也日益受到重视。
目前国内缬氨酸提取工艺普遍采用带菌体或板框压滤除去部分菌体，进行离子交换树脂分离，经减压浓缩，再结晶或重结晶得到缬氨酸成品。由于缬氨酸发酵过程中除了主要产物缬氨酸外还含有0.5％左右的丙氨酸。缬氨酸和丙氨酸均为中性氨基酸，它们的结构相似，等电点也接近，给分离带来了很大的困难。传统的分离工艺为双柱或多柱串连离子交换色谱分离，工艺复杂而且分离效果差、收率低；同时由于使用大量强酸强碱进行离子交换树脂再生和氨基酸洗脱，故对环境污染极大。
味之素株式会社采用对异丙基苯磺酸沉淀纯化缬氮酸(ZL96108814.1)。汤家芳等采用大孔型离子交换树脂将缬氨酸的色谱制备的树脂柱装柱量放大到公斤级(氨基酸制备色谱-Dpsc离子交换树脂柱分离发酵L-缬氨酸，【氨基酸和生物資源】，27卷3期(2005/09)，43-45)。万红贵等人使用均孔强酸性苯乙烯系树脂为填料，通过模拟移动床色谱进行了连续化分离。彭奇均等人(CN200710190536.4)采用酸性大孔树脂或凝胶树脂作为载体，将其螯合上金属离子，装填树脂柱，采用模拟移动床进行分离提纯缬氨酸。但由于缬氨酸存在的主要难分离杂质丙氨酸和亮氨酸均为中性氨基酸，性质相近，难以分离。因此当前采用的方法均存在分离工艺繁复，产品纯度不够高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于：合成一种专用于缬氨酸分离纯化的大孔吸附树脂。采用该树脂可有效分离去除缬氨酸发酵液中的性质相近杂质(丙氨酸与亮氨酸)，使产品纯度达到99％以上，达到药用标准。并具有较高的回收率和生产强度。
本发明的技术方案：一种缬氨酸分离专用大孔吸附树脂的制备方法，是以下步骤制得的：
(1)用蒸馏水配制水相物质：其中聚乙烯醇质量浓度0.1％-2％，和NH4SO4质量浓度0.5％-6％；NH4SO4可以用NaSO4，NaCl，MgCl2或MgSO4替代。
(2)配制有机相物质：取交联剂与极性单体混合，交联剂与极性单体重量比为10∶1-2.5∶1，向其中加入混合物1-3倍体积的致孔剂，使极性单体与交联剂进行悬浮共聚合，得到有机相物质；
(3)树脂制备：将水相物质升温至30-40℃，边搅拌边将有机相物质和二碳酸二叔丁酯倒入水相物质中，完成混合后升温至70-80℃，聚合反应4-5小时，水相与有机相的质量比例为20∶1-5∶1，二碳酸二叔丁酯占反应体系总重量的0.1％-1％；
(4)后处理：滤出树脂，用水清洗，真空干燥，真空度为100Pa，干燥温度40℃。得到120-150μm粒径成品大孔吸附树脂。此树脂分离缬氨酸过程中所采用的流动相为纯水。
所述的交联剂可以为：苯乙烯、二乙烯苯、三乙烯苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基苯、二乙烯基二甲苯和二乙烯基乙基苯。可以所用单种交联剂，也可以两种或多种交联剂组合。其中优选二乙烯苯与苯乙烯以质量比1∶1的比例使用。
所述的极性单体可以是：丙烯酸乙酯、醋酸丙烯酯、醋酸烯丙酯或甲基乙烯基吡咯烷酮。极性单体与交联剂的最佳比例是0.18∶1。
所述的致孔剂可以是：甲苯、二甲苯、200#汽油、庚烷、异辛烷、正丁醇、或叔戊醇。优选的，致孔剂是甲苯或200#汽油。优选的，致孔剂的加量为单体混合物总量的2倍(以体积计)。
将合成得到的大孔吸附树脂装填于长为100cm直径为15cm的色谱柱中，在20-30℃下进样，进样量为200mL，进样物为缬氨酸粗制液。然后采用60℃纯水作为洗脱剂进行分离，流速为480mL/min，使用示差折光检测器在线检测。收集缬氨酸，得到的缬氨酸使用高效液相色谱进行检测其纯度。液相色谱条件为：色谱柱：Dubhe C18 4.6×250mm，流动相为水∶乙腈(80∶20v/v)，流速1mL/min，检测器：蒸发光散射检测器PL-ELS-2100(蒸发温度90℃、雾化50℃、载汽流速1.6L/min)。
缬氨酸粗制液由如下过程制得：将缬氨酸发酵液，采用过滤和超滤处理去除菌体、蛋白质和多糖杂质；将超滤后的发酵液通过活性炭脱色；将脱色后的缬氨酸发酵液通过60℃真空减压浓缩至原体积的10％、降温至10℃结晶除盐得发酵液粗提物，控制缬氨酸质量浓度为36％；此种缬氨酸粗制液用于树脂分离效果的测试。
本发明的有益效果：本发明在树脂合成过程中控制水相质、交联剂、极性单体、致孔剂的种类和比例，使之能够有效键合上二碳酸二叔丁酯，最终使合成得到的大孔吸附树脂可将缬氨酸、丙氨酸、亮氨酸分离。同时该大孔吸附树脂采用纯水作为流动相，可有效地减小分离过程对于环境的污染。通过本发明方法合成的树脂，可有效地用于缬氨酸发酵液的分离，去除缬氨酸发酵液中的性质相近杂质丙氨酸与亮氨酸，克服了当前缬氨酸分离纯化过程中存在的纯度低、效率低和污染大等缺点，使产品纯度达到99％以上，达到药用标准，并具有较高的回收率和生产强度。
具体实施方式
实施例1：
取10g聚乙烯醇与5g NH4SO4混合，向其中加入蒸馏水定容到500mL，制成水相物质。制备50mL有机相物质，其中二乙烯苯和苯乙烯各为8mL，丙烯酸乙酯3mL，200#汽油31mL。二碳酸二叔丁酯为5g。将水相物质加热至40℃，边搅拌边将有机相物质和二碳酸二叔丁酯混合进水相物质。完成混合后，升温至80℃，聚合反应5小时。滤出树脂，清洗干燥后得到120-150μm粒径大孔吸附树脂。检测得到缬氨酸柱效为2203，缬氨酸与杂质分离度达到1.83。收集到的缬氨酸纯度达为99.15％，回收率达为80.20％。
实施例2：
取0.5g聚乙烯醇与30g MgCl混合，向其中加入蒸馏水定容到500mL，制成水相物质。制备50mL有机相物质，其中二乙烯苯为15mL，醋酸丙烯酯3mL，甲苯32mL。二碳酸二叔丁酯为0.6g。将水相物质加热至30℃，边搅拌边将有机相物质和二碳酸二叔丁酯混合进水相物质。完成混合后，升温至70℃，聚合反应4小时。滤出树脂，清洗干燥后得到130-140μm粒径大孔吸附树脂。缬氨酸柱效为2235，缬氨酸与杂质分离度达到1.85。缬氨酸纯度达为98.21％，回收率达为76.25％。
实施例3：
取5g聚乙烯醇与15g NaCl混合，向其中加入蒸馏水定容到500mL，制成水相物质。制备100mL有机相物质，其中二乙烯基甲苯为30mL，醋酸烯丙酯6mL，正丁醇64mL。二碳酸二叔丁酯为6g。将水相物质加热至35℃，边搅拌边将有机相物质和二碳酸二叔丁酯混合进水相物质。完成混合后，升温至75℃，聚合反应4.5小时。滤出树脂，清洗干燥后得到130-140μm粒径大孔吸附树脂。缬氨酸柱效为2312，缬氨酸与杂质分离度达到1.86。缬氨酸纯度达为99.42％，回收率达为81.81％。
实施例4：
取8g聚乙烯醇与3g NaSO4混合，向其中加入蒸馏水定容到500mL，制成水相物质。制备25mL有机相物质，其中二乙烯基二甲苯为5mL，甲基乙烯基吡咯烷酮2mL，叔戊醇18mL。二碳酸二叔丁酯为2g。将水相物质加热至40℃，边搅拌边将有机相物质和二碳酸二叔丁酯混合进水相物质。完成混合后，升温至80℃，聚合反应5小时。滤出树脂，清洗干燥后得到130-140μm粒径大孔吸附树脂。缬氨酸柱效为1942，缬氨酸与杂质分离度达到1.3。缬氨酸纯度达为96.44％，回收率达为75.85％。
实施例5：
取5g聚乙烯醇与8g MgSO4混合，向其中加入蒸馏水定容到500mL，制成水相物质。制备100mL有机相物质，其中二乙烯基苯为20mL，丙烯酸乙酯8mL，叔戊醇72mL。二碳酸二叔丁酯为3g。将水相物质加热至40℃，边搅拌边将有机相物质和二碳酸二叔丁酯混合进水相物质。完成混合后，升温至80℃，聚合反应4小时。滤出树脂，清洗干燥后得到130-150μm粒径大孔吸附树脂。缬氨酸柱效为2352，缬氨酸与杂质分离度达到1.91。缬氨酸纯度为99.36％，回收率达为81.2％。
Claims (1)
1.一种缬氨酸分离专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于：
(1)用蒸馏水配制水相物质：其中聚乙烯醇质量浓度0.1％-2％，MgSO4质量浓度0.5％-6％；
(2)配制有机相物质：取交联剂与极性单体混合，交联剂与极性单体重量比为10∶1-2.5∶1，向其中加入混合物1-3倍体积的致孔剂，使极性单体与交联剂进行悬浮共聚合，得到有机相物质；
(3)树脂制备：将水相物质升温至30-40℃，边搅拌边将有机相物质和二碳酸二叔丁酯倒入水相物质中，完成混合后升温至70-80℃，聚合反应4-5小时，水相与有机相的质量比例为20∶1-5∶1，二碳酸二叔丁酯占反应体系总重量的0.1％-1％；
(4)后处理：滤出树脂，用水清洗，真空干燥，真空度为100Pa，干燥温度40℃，得到120-150μm粒径成品大孔吸附树脂；
所述的交联剂选用二乙烯基苯；
所述的极性单体选用：丙烯酸乙酯、醋酸丙烯酯、醋酸烯丙酯或甲基乙烯基吡咯烷酮；
所述的致孔剂选用：甲苯、二甲苯、200#汽油、庚烷、异辛烷、正丁醇或叔戊醇。
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