CN102093238A - 一种l-苯丙氨酸结晶的新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种L-苯丙氨酸结晶的新方法，37～45℃、搅拌条件下，向pH10.0～12.0的碱性L-苯丙氨酸溶液中缓慢流加盐酸降低溶液pH值，待溶液pH降低到5.0～6.0时，将结晶体系降温冷却，抽滤，乙醇洗涤晶体，真空干燥，即得α型的L-苯丙氨酸晶体。本发明通过控制结晶工艺条件可以获得大小均一，色泽透明，无特殊气味的α型L-苯丙氨酸晶体。该方法操作简单，重复性好，未添加有机溶剂，较为环保，适合L-苯丙氨酸工业化结晶。
Description
技术领域
本发明属于分离纯化工程技术领域，涉及经离子交换，脱色，浓缩之后的L-苯丙氨酸溶液经过反应结晶生产高纯度的α型L-苯丙氨酸晶体的新方法。
背景技术
L-苯丙氨酸是人体不能合成的一种必需氨基酸，具有重要的生理活性。该氨基酸主要用于：(1)食品添加剂合成的原料，例如，目前最热门的低热值保健甜味剂阿斯巴甜的主要原料便是L-苯丙氨酸；(2)作为医用原料，如氨基酸输液、氨基酸类抗癌药物中间体、同时L-苯丙氨酸还是生产肾上腺素、甲状腺素和黑色素的原料。
L-苯丙氨酸是一种多晶型的物质，它具有两种晶型——α-型和β-型，α-型晶体主要呈块状或者是片状，晶体晶型规则、流动性好，是一种较理想的晶体；β-型晶体主要呈针状，晶体晶型不规则，含水量较高，常温下易变质，因此结晶过程中应尽量避免产生这种晶体。目前，已知的L-苯丙氨酸提纯方法有真空浓缩、冷却降温、加有机溶剂、等电点结晶等。
日本专利(No.103565/1992)报道了将表面活性剂如脱水山梨醇羧酸酯或者聚氧化乙烯加入到含氯化铵的L-苯丙氨酸水溶液中，控制结晶温度和搅拌速率，12小时后，L-苯丙氨酸将从溶液中析出。该法因表面活性剂脱水山梨醇羧酸酯、聚氧化乙烯等价格较高，不宜工业化生产。
王利亚等人(王利亚，吴复初等.L-苯丙氨酸结晶过程研究，江苏化工[J]，1999，27(3)，14-17)根据L-苯丙氨酸在水中的溶解度较大，溶解度随温度的变化又相对较小，提出了真空蒸发冷却法，由于该法难以控制结晶介稳区，溶液极易爆发成核，导致所得均是无定形的β型沉淀。
中国专利(CN1886385A)报道了将L-苯丙氨酸先溶于二甲基甲酰胺中，向该溶液中通过添加乙醇、乙醚、甲苯、环己烷、乙酸乙酯等不良性溶剂中的一种或几种，再将溶液降至室温以下，得到不同晶型的L-苯丙氨酸晶体。该法中二甲基甲酰胺、乙醇、乙醚、甲苯等均属于有机溶剂，因此对环境会有一定的污染。
李良铸等人(李良铸，李明晔.现代生化药物生产关键技术，化学工业出版社，2006，145-147)报道了将L-苯丙氨酸先冷却至40℃，之后加入一定量的95％的乙醇，并用盐酸调溶液pH至5.5，于0℃结晶，过夜，过滤得到L-苯丙氨酸晶体。该方法虽然操作简单，但L-苯丙氨酸收率仅有75％，且L-苯丙氨酸晶体也是β-型沉淀，因此该方法并不是一种较理想的L-苯丙氨酸结晶方法。
韩伟等人(韩伟，邓修，马新胜，戴干策，施亚钧.液膜法提取发酵液中的苯丙氨酸，华东理工大学学报[J]，997，23(12)，669-673)采用等电点结晶法将L-苯丙氨酸溶于盐酸溶液中，加入氯化钠或乙醇等盐析剂，同时加入NaOH颗粒，控制好结晶温度和搅拌速率可得到α-型的L-苯丙氨酸晶体，但该法因为L-苯丙氨酸对氯化钠或乙醇具有一定的包裹，导致晶体不纯，同时收率最高只能达到78％，不能满足行业要求。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种L-苯丙氨酸结晶的新方法。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
一种L-苯丙氨酸结晶的新方法，在37～45℃、搅拌条件下，向pH10.0～12.0的碱性L-苯丙氨酸溶液中缓慢流加盐酸降低溶液pH值，待溶液pH降低到5.0～6.0时，将结晶体系降温冷却，抽滤，乙醇洗涤晶体，真空干燥，即得颗粒大而均一的α型的L-苯丙氨酸晶体。
其中，结晶过程中，搅拌速率控制在100～150r/min。
其中，结晶初始，L-苯丙氨酸溶液的浓度为190～220g/L。
其中，结晶初始，使用KOH或者NaOH调节L-苯丙氨酸溶液的酸碱度。
其中，盐酸的浓度为3～6mol/L。
其中，盐酸的流加速度为每小时流加盐酸的体积是初始L-苯丙氨酸溶液体积的5～10％。
其中，结晶过程中，溶液中出现白色的漂浮物时，停止流加盐酸，加入L-苯丙氨酸晶种，加入质量为初始溶液质量的1～3％，继续搅拌1～2小时进行转晶，转晶过程结束后，继续流加盐酸直至溶液pH降低到5.0～6.0。
其中，所述降温冷却过程为自然冷却或线性降温冷却至室温。
其中，结晶结束后，剩余的母液再次回收浓缩、继续结晶。
本发明相比现有的结晶技术具有如下优点：
1、本发明就产品收率和纯度而言均取得了极好的结果，使产品收率从70％提高到90％，产品纯度从95％提高到98.5％。由于结晶温度不高，因此结晶过程中冷却时间较短，提纯工艺时间缩短，节约成本，而且结晶操作更易控制，重复性好。
2、本发明中因不加有机溶剂，工艺较为环保，结晶所得L-苯丙氨酸为理想的α型，颗粒大小均匀，光泽透明，无特殊气味，满足食品行业要求。
3、将L-苯丙氨酸先溶于碱生成L-苯丙氨酸钠盐，此化合物溶解度大于L-苯丙氨酸溶解度。通过流加一定速率和浓度的盐酸，转晶过程中加入晶种，待L-苯丙氨酸溶液降至等电点时，结晶结束，冷却至室温、过滤、乙醇淋洗并过滤，干燥。该方法操作简单，得到的L-苯丙氨酸是α型的晶体，颗粒大而均一，无特殊气味，同时结晶收率较高，晶体较纯。
附图说明
图1为采用碱溶酸沉体系进行等电点结晶后所得的均一颗粒照片。
图2为采用碱溶酸沉体系进行等电点结晶后所得晶体放大100倍后的电镜照片图。
图3为α型L-苯丙氨酸晶体标准粉末衍射图谱。
图4为本发明的采用碱溶酸沉体系进行等电点结晶后所得晶体粉末衍射图谱。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1：
取500ml的pH为11.32(NaOH调节pH值)，浓度为200g/L的L-苯丙氨酸钠盐浓缩液(纯度为91.8％)，将浓缩液倒入结晶器中，缓缓加入浓度为3mol/L的盐酸进行反应结晶，每小时流加盐酸的体积为初始L-苯丙氨酸钠溶液体积的8％，结晶温度控制在40℃，搅拌速率控制在110r/min，进行结晶。待溶液表面出现了絮状白色“泡沫”，此时停止流加盐酸，加入L-苯丙氨酸晶种，加入质量为初始溶液质量的1％，继续搅拌，转晶2小时，之后继续流加盐酸。结晶过程中应随时检测溶液内pH，待溶液pH达到5.7时结晶结束，自然冷却降到室温，过滤，干燥，得纯净的晶体。整个结晶过程，L-苯丙氨酸收率为89.76％，纯度为98.8％，水分含量0.02％，晶体呈片状，通过L-苯丙氨酸粉末衍射图谱可以看出晶体是α型的，晶体平均粒度为0.95mm。
实施例2：
取600ml的pH为11.82(NaOH调节pH值)，浓度为210g/L的L-苯丙氨酸钠盐浓缩液(纯度为90.6％)，将浓缩液倒入结晶器中，缓缓加入浓度为4mol/L的盐酸液进行反应结晶，每小时流加盐酸的量为初始L-苯丙氨酸钠溶液体积的6％，结晶温度控制在42℃，搅拌速率控制在130r/min，进行结晶。待溶液表面出现了絮状白色“泡沫”，此时停止流加盐酸，加入L-苯丙氨酸晶种，加入质量为初始溶液质量的1.5％，继续搅拌，转晶2小时，之后继续流加盐酸。结晶过程中应随时检测溶液内pH，待溶液pH达到5.6时结晶结束，自然冷却降到室温，过滤，真空干燥，得纯净的晶体。整个结晶过程，L-苯丙氨酸收率为86.38％，纯度为99.5％，水分含量0.01％，晶体呈片状，通过L-苯丙氨酸粉末衍射图谱可以看出晶体是α型的，晶体平均粒度为0.89mm。
实施例3：
取800ml的pH为10.94(NaOH调节pH值)，浓度为190g/L的L-苯丙氨酸钠盐浓缩液(纯度为92.9％)，将浓缩液倒入结晶器中，缓缓加入浓度为6mol/L的盐酸液进行反应结晶，每小时流加盐酸的量为初始L-苯丙氨酸钠溶液体积的5％，结晶温度控制在43℃，搅拌速率控制在150r/min，进行结晶。待溶液表面出现了絮状白色“泡沫”，此时停止流加盐酸，加入L-苯丙氨酸晶种，加入质量为初始溶液质量的2％，继续搅拌，转晶2小时，之后继续流加盐酸。结晶过程中应随时检测溶液内pH，待溶液pH达到5.4时结晶结束，以5℃/h的速度降温至20℃，过滤，乙醇淋洗并过滤、真空干燥，得纯净的晶体。整个结晶过程，L-苯丙氨酸收率为90.03％，纯度为99.1％，水分含量0.03％，晶体呈片状，通过L-苯丙氨酸粉末衍射图谱可以看出晶体是α型的，晶体平均粒度为0.98mm。
实施例4：
取600ml的pH为10.58(NaOH调节pH值)，浓度为210g/L的L-苯丙氨酸钠盐浓缩液(纯度为93.5％)，将浓缩液倒入结晶器中，缓缓加入浓度为3mol/L的盐酸液进行反应结晶，每小时流加盐酸的量为初始L-苯丙氨酸钠溶液体积的10％，结晶温度控制在39℃，搅拌速率控制在110r/min，进行结晶。待溶液表面出现了絮状白色“泡沫”，此时停止流加盐酸加入L-苯丙氨酸晶种，加入质量为初始溶液质量的1％，继续搅拌，转晶2小时，之后继续流加盐酸。结晶过程中应随时检测溶液内pH，待溶液pH达到5.6时结晶结束，以5℃/h的速度降温至20℃，过滤，乙醇淋洗并过滤、真空干燥，得纯净的晶体。整个结晶过程，L-苯丙氨酸收率为85.67％，纯度为98.6％，水分含量0.02％，晶体呈片状，通过L-苯丙氨酸粉末衍射图谱可以看出晶体是α型的，晶体平均粒度为0.96mm。
实施例5：
取800ml的pH为10.36(KOH调节pH值)，浓度为200g/L的L-苯丙氨酸钾盐浓缩液(纯度为91.6％)，将浓缩液倒入结晶器中，缓缓加入浓度为3mol/L的盐酸液进行反应结晶，每小时流加盐酸的量为初始L-苯丙氨酸钾溶液体积的5％，结晶温度控制在41℃，搅拌速率控制在120r/min。待溶液表面出现了絮状白色“泡沫”，此时停止流加盐酸，加入L-苯丙氨酸晶种，加入质量为初始溶液质量的1％，继续搅拌转晶2小时，之后继续流加盐酸。结晶过程中应随时检测溶液内pH，待溶液pH达到5.5时结晶结束，自然冷却降到室温，过滤，真空干燥，得纯净的晶体。整个结晶过程，L-苯丙氨酸收率为88.58％，纯度为99.1％，水分含量0.02％，晶体呈片状，通过L-苯丙氨酸粉末衍射图谱可以看出晶体是α型的，晶体平均粒度为0.81mm。
对比例：
取750ml的pH为1.83(HCl调节pH值)，浓度为100g/L的L-苯丙氨酸浓缩液(纯度为92.5％)，将浓缩液倒入结晶器中，缓缓加入浓度为6mol/L的NaOH溶液进行反应结晶，每小时流加NaOH的量为初始L-苯丙氨酸溶液体积的5％，结晶温度控制在43℃，搅拌速率控制在150r/min，进行结晶。待溶液表面出现了絮状白色“泡沫”，此时停止流加NaOH，加入L-苯丙氨酸晶种，加入质量为初始溶液质量的2％，继续搅拌，转晶2小时，之后继续流加NaOH。结晶过程中应随时检测溶液内pH，待溶液pH达到5.4时结晶结束，自然冷却降到室温，过滤，真空干燥，得L-苯丙氨酸。整个结晶过程，L-苯丙氨酸收率为68.64％，纯度为96.2％，水分含量0.05％，晶体晶型无规则，呈粉末状，平均粒度为0.38mm。
Claims (9)
1.一种L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是在37～45℃、搅拌条件下，向pH10.0～12.0的碱性L-苯丙氨酸溶液中缓慢流加盐酸降低溶液pH值，待溶液pH降低到5.0～6.0时，将结晶体系降温冷却，抽滤，乙醇洗涤晶体，真空干燥，即得α型的L-苯丙氨酸晶体。
2.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是结晶过程中，搅拌速率控制在100～150r/min。
3.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是结晶初始，L-苯丙氨酸溶液的浓度为190～220g/L。
4.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是结晶初始使用KOH或者NaOH调节L-苯丙氨酸溶液的酸碱度。
5.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是盐酸的浓度为3～6mol/L。
6.根据权利要求1或5所述的L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是盐酸的流加速度为每小时流加盐酸的体积是初始L-苯丙氨酸溶液体积的5～10％。
7.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是结晶过程中，溶液中出现白色的漂浮物时，停止流加盐酸，加入L-苯丙氨酸晶种，晶种加入质量为初始溶液质量的1～3％，继续搅拌1～2小时进行转晶，转晶过程结束后，继续流加盐酸直至溶液pH降低到5.0～6.0。
8.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是所述降温冷却过程为自然冷却或线性降温冷却至室温。
9.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸结晶的新方法，其特征是结晶结束后剩余的母液再次回收浓缩、继续结晶。
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