CN102206168B

CN102206168B - 一种赖氨酸的分离纯化方法

Info

Publication number: CN102206168B
Application number: CN201110080980.7A
Authority: CN
Inventors: 周勇; 熊结青; 王浩; 陈影; 胡富贵
Original assignee: Cofco Biochemical Anhui Co Ltd
Current assignee: COFCO Biotechnology Co., Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: CN102206168A

Abstract

赖氨酸的分离纯化方法，其中，该方法包括下述步骤：(1)将含有赖氨酸的溶液与阳离子交换树脂接触，进行离子交换，使赖氨酸吸附到所述阳离子交换树脂上，并得到接触后的吸附残液；所述含有赖氨酸的溶液的pH值为3.5至6；(2)用淋洗液淋洗步骤(1)得到的吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂，使未被吸附到所述阳离子交换树脂上的含赖氨酸的溶液被淋洗液置换下来，得到洗涤液；(3)用氨水将步骤(2)的已吸附到所述阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱，得到赖氨酸洗脱液；(4)用硫酸溶液与步骤(3)的经过氨水洗脱的阳离子交换树脂接触将树脂再生，并将该再生后的阳离子交换树脂重新用于步骤(1)；所述硫酸溶液为步骤(1)得到的吸附残液与浓硫酸的混合物。本发明的方法能够大大提高赖氨酸的交换吸附量。

Description

一种赖氨酸的分离纯化方法

技术领域

本发明涉及一种赖氨酸的分离纯化方法。

背景技术

赖氨酸是20多种氨基酸中的一种，是人和动物不可缺少的而且是人自身不能合成的8种必需氨基酸之一，是组成蛋白质的主要成分。人们生活质量的不断提高和食物结构的改变，加快了赖氨酸的消耗需求总量的提升，现已成为食品、医药、饲料工业和化妆品等行业的重要原料。

2000年世界赖氨酸的生产能力为60万吨，产量达到50万吨。近几年，全球赖氨酸的生产总能力超过200万吨/年，国际赖氨酸的消费已达100余万吨/年。中国的赖氨酸年生产能力由2001年不足5万吨，增长到2006年的70万吨，到2007年上升为80万吨。近两年，赖氨酸的产量增长呈放缓态势，2008年为40万吨。

目前，普遍采用离子交换的方法分离提纯赖氨酸，该方法包括先向赖氨酸发酵液中加入硫酸调节赖氨酸的pH为1.5-3.0，然后将赖氨酸发酵液经过金属膜或陶瓷膜过滤，得到赖氨酸膜滤液(或者将赖氨酸发酵液进行絮凝、过滤，得到除去菌体后的赖氨酸发酵清液)，然后用铵型阳离子交换树脂进行吸附交换，水洗涤以漂洗杂质，再用稀氨水对赖氨酸进行洗脱，洗脱下来的赖氨酸经浓缩、盐酸调节pH、结晶、烘干后得到98.5％的饲料级赖氨酸盐酸盐产品。

采用现有技术的分离提纯赖氨酸的方法对含有赖氨酸的溶液进行提纯分离一段时间后，阳离子交换树脂的交换吸附能力会显著下降，从而大大影响了赖氨酸的分离纯化的效率，且不利于工艺的连续操作，而且，得到的赖氨酸产品的纯度较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的上述问题而提供一种赖氨酸产品纯度较高的、分离纯化效率较高的赖氨酸的分离纯化方法。

为实现上述目的，本发明提高了一种赖氨酸的分离纯化方法，其中，该方法包括下述步骤：

(1)将含有赖氨酸的溶液与阳离子交换树脂接触，进行离子交换，使赖氨酸吸附到所述阳离子交换树脂上，并得到接触后的吸附残液；所述含有赖氨酸的溶液的pH值为3.5至6；

(2)用淋洗液淋洗步骤(1)得到的吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂，使未被吸附到所述阳离子交换树脂上的含赖氨酸的溶液被淋洗液置换下来，得到洗涤液；

(3)用氨水将步骤(2)的已吸附到所述阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱，得到赖氨酸洗脱液；

(4)用硫酸溶液与步骤(3)的经过氨水洗脱的阳离子交换树脂接触将树脂再生，并将该再生后的阳离子交换树脂重新用于步骤(1)；所述硫酸溶液为步骤(1)得到的吸附残液与浓硫酸的混合物。

本发明的发明人发现，由于含有赖氨酸的溶液中含有一些杂质，如钙离子和镁离子等金属离子，这些离子会随着与阳离子交换树脂的接触而在树脂中累积，因此，在分离纯化一段时间后，所述阳离子交换树脂对赖氨酸的交换吸附能力就会下降，从而影响分离纯化的效率。而本发明的发明人利用硫酸溶液对洗脱后的树脂进行再生后，可以很容易地除去累积在树脂中的杂质离子，同时可以将经过氨水解析后的铵型阳离子交换树脂转型为更易于吸附交换的氢型阳离子交换树脂，进一步利于分离纯化工艺的连续化操作，且采用本发明的方法提纯得到的赖氨酸产品的纯度较高。此外，在本发明中采用步骤(1)得到的吸附残液与浓硫酸来配置用于树脂再生的硫酸溶液，很好地利用了原本需要进行废水处理的吸附残液，从而有效地减少了废水的处理量，大大降低了环保的压力，并节省了用于配置硫酸溶液所需要的水的量。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为赖氨酸在不同pH值下的离解曲线；

图2为采用本发明的方法对赖氨酸进行纯化的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种赖氨酸的分离纯化方法，其中，该方法包括下述步骤：

(1)将含有赖氨酸的溶液与阳离子交换树脂接触，进行离子交换，使赖氨酸吸附到所述阳离子交换树脂上，并得到接触后的吸附残液；所述含有赖氨酸的溶液的pH值为3.5至6，优选为3.5-4.5；

按照本发明，步骤(4)中，用硫酸溶液与步骤(3)的经过氨水洗脱的阳离子交换树脂接触的条件一般可以包括接触的温度和接触的时间，所述接触的温度可以为20-70℃，优选为30-50℃；接触的时间可以为5-60分钟，优选为20-45分钟。所述硫酸溶液的用量没有特别限定，只要保证再生液的pH在7左右即可以认为达到了再生的要求优选情况下，硫酸溶液与经过氨水洗脱的阳离子交换树脂的重量比可以为0.3-1.5∶1，优选为0.8-1.2∶1；所述硫酸溶液的pH值一般为0.5-3，所述硫酸溶液可以为含有硫酸的水溶液。所述吸附残液与浓硫酸的用量的可调节范围较宽，其用量优选使得到的硫酸溶液的pH值为0.5-3即可。

本发明对将硫酸溶液与步骤(3)的经过氨水洗脱的阳离子交换树脂接触的方式没有特别限定，例如，可以为浸泡或者淋洗，优选情况下，为了便于操作并利于再生所述接触的方式为用硫酸溶液淋洗所述经过氨水洗脱的阳离子交换树脂，硫酸溶液的流速可以为5-10m/h。

本发明的发明人发现，采用现有技术的分离提纯赖氨酸的方法用通常为用硫酸调节赖氨酸发酵液的pH值为1.5-3.0，此时，赖氨酸主要以二价阳离子形式存在，吸附与解吸的离子交换反应式如下：

2R-H+HLys H₂ ²⁺→R₂-HLys H₂+2H⁺ (1)

R₂-HLys H₂+2NH₄ ⁺+2OH^-→2R-NH₄+HLys+2H₂O (2)

因此，在调节pH值时需要消耗大量的浓硫酸，用氨水洗脱时也需要消耗大量的氨水。而且用水对吸附有赖氨酸的树脂进行排杂洗涤时又会产生大量的废水，增加了环保的负担，并造成了资源的浪费。而且，采用现有技术的方法得到的赖氨酸洗脱液的浓度较低，其浓度一般低于14％(w/v)，进一步提浓需要消耗大量的蒸汽，且制成赖氨酸盐酸盐成品时结晶率很低，导致结晶母液回头率较高，增加了生产成本。

因此，本发明优选使得含有赖氨酸的溶液的pH值为3.5至6，优选为3.5-4.5。此时，赖氨酸主要以一价阳离子形式存在，吸附与解吸的离子交换反应式如下：

R-H+HLys H⁺→R-HLys H+H⁺ (3)

R-HLys H+NH₄ ⁺+OH^-→R-NH₄+HLys+H₂O (4)

赖氨酸在不同pH值下的离解曲线如图1所示，赖氨酸的离解常数分别为pK₁＝2.18，pK₂＝8.95，和pK₃＝10.53，在不同pH值下的离解如下：

从式(1)与式(3)以及式(2)与式(4)的对比可以看出，在采用本发明的优选的实施方式控制步骤(1)的含有赖氨酸的溶液的pH值为3.5至6，赖氨酸主要以一价阳离子形式存在，此时，一个阳离子交换树脂即可以交换吸附一个赖氨酸，而在现有技术中，赖氨酸发酵液的pH值为1.5-3，此时赖氨酸主要以二价阳离子形式存在，此时，两个阳离子交换树脂才能交换吸附一个赖氨酸，因此，按照本发明的优选的实施方式能够大大提高其与阳离子交换树脂的交换吸附量；同时本发明的发明人意外地发现，赖氨酸与树脂颗粒之间的吸附力也并没有被削弱，特别是当含有赖氨酸的溶液的pH值优选为3.5-4.5时，树脂对赖氨酸的吸附力较强。此外，分离提纯等量的赖氨酸，硫酸和氨水用量明显减少，因此，有效地减少了辅料消耗。得到的赖氨酸洗脱液的浓度较高也较高，因此，在浓缩过程中，可以有效减少赖氨酸提浓的蒸汽消耗，且收集得到的赖氨酸溶液的纯度可以达到92重量％以上。

优选情况下，步骤(2)所述淋洗液为步骤(3)得到的赖氨酸洗脱液；步骤(1)中，所述含有赖氨酸的溶液为将pH值小于3.5，优选为2-3的赖氨酸发酵清液与步骤(2)得到洗涤液混合得到的。

在本发明的方法中，为了节约水的用量、有效排除杂质并提高最终得到的赖氨酸洗脱液的纯度，该方法还包括将除了用于浓缩和结晶的部分赖氨酸洗脱液之外的剩余部分的赖氨酸洗脱液返回步骤(2)，作为淋洗液用于淋洗步骤(1)得到的吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂，使未被吸附到所述阳离子交换树脂上的含赖氨酸的溶液被所述淋洗液置换下来，并得到洗涤液，并将该洗涤液用于与步骤(1)的pH值小于4的赖氨酸发酵清液混合得到含有赖氨酸的溶液，进行离子交换。将步骤(2)得到的洗涤液用于配置pH值3.5至6，优选为3.5-4.5的含有赖氨酸的溶液，一方面，可以有效地将未被吸附的洗涤液中的赖氨酸重新进行离子交换吸附处理，而提高了最终得到的赖氨酸洗脱液的浓度，另一方面还可以用于调节所述含有赖氨酸的溶液的pH值，使其满足pH值3.5至6的要求。此外，浓度较高的赖氨酸洗脱液其结晶率也高，因此，还有益于提高氨基酸洗脱液的结晶率，同时降低了母液的回头率。由于将步骤(3)得到的赖氨酸洗脱液作为对树脂进行洗涤排杂的洗涤液，代替了现有技术中采用大量水对吸附后的树脂进行漂洗，而显著降低了废水的产生量，减少了环保的压力。

用于浓缩和结晶的赖氨酸洗脱液与作为淋洗液的用于淋洗步骤(1)得到的吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂的赖氨酸洗脱液的重量比的可调节范围较宽，只要保证作为淋洗液的用于淋洗步骤(1)得到的吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂的赖氨酸洗脱液能够用于充分淋洗，并满足将洗涤液与pH值小于3.5的赖氨酸发酵液混合得到的含赖氨酸的溶液的pH值满足3.5至6的要求即可。理论上讲，作为淋洗液的用于淋洗未被吸附到所述阳离子交换树脂上的赖氨酸发酵清液的赖氨酸洗脱液的量越大，最后得到的赖氨酸洗脱液中赖氨酸的含量就越高，但是作为淋洗液的用于淋洗未被吸附到所述阳离子交换树脂上的赖氨酸发酵清液的赖氨酸洗脱液的量大，意味着用于浓缩结晶的赖氨酸洗脱液的量就变小了，因此，会造成产量的降低，所以应综合考虑赖氨酸洗脱液的质量和产量，并可以根据洗脱下来的赖氨酸洗脱液的浓度以及待调节的含赖氨酸的溶液的pH值来确定用于淋洗步骤(1)得到的吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂以置换未被吸附到树脂上的赖氨酸发酵清液的的赖氨酸洗脱液的重量。优选情况下，用于浓缩和结晶的赖氨酸洗脱液与作为淋洗液的用于淋洗步骤(1)得到的吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂的赖氨酸洗脱液的重量比为1∶0.1-1，更优选为1∶0.2-0.6；即，用于淋洗步骤(1)得到的吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂的赖氨酸洗脱液最多优选为赖氨酸洗脱液总重量的一半，即可以满足上述要求。

按照本发明，为了更好地在工业化生产中节约水资源，该方法还包括在将步骤(3)的经过氨水洗脱的阳离子交换树脂进行再生之前，用水淋洗步骤(3)的用氨水将已吸附到阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱后的树脂，并向树脂中通入空气，将水排出。淋洗所用水的用量只要保证将残留在树脂中的氨水充分洗去即可(一般认为从树脂柱中流出的洗水的pH值小于9.0即为洗净)，由于在用氨水进行解析步骤之前，已经用步骤(3)得到的作为淋洗液的赖氨酸洗脱液对树脂进行过一次排杂，因此，在该水洗步骤中可以适当减少水的用量。通常情况下，该步骤中水的用量为一个树脂柱体积的用水量。向树脂中通入空气可以将残留在树脂中的溶解有氨的洗水吹出并重新利用，进一步节约了用水量，其中，通入空气的压力一般可以为0.03-0.09MPa。

按照本发明，在步骤(1)中，将赖氨酸发酵清液连续与阳离子交换树脂接触，进行离子交换，使赖氨酸吸附到所述阳离子交换树脂上的条件可以为常规的交换吸附条件，例如，所述接触的条件可以包括接触的温度为20-70℃，优选为30-50℃。所述含有赖氨酸的溶液与阳离子交换树脂的重量比一般可以为0.75-5，优选为1-3∶1。

在步骤(2)中，用氨水将步骤(1)的吸附到所述氢型阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱的条件也可以为常规的洗脱条件，例如，所述洗脱的包括可以包括淋洗液的温度可以为20-70℃，优选为30-50℃；所述淋洗液与吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂的重量比一般可以为0.25-1.5∶1，优选为0.5-1∶1。

步骤(3)中，用氨水将已吸附到所述阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱的条件也可以为常规的条件，例如，可以包括洗脱的温度为30-70℃，优选为40-60℃；氨水的浓度可以为2-10重量％；氨水与吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂的重量比一般可以为0.45-4.5∶1，优选为0.8-2.5∶1，更优选为0.8-1.5∶1。

按按照本发明，所述赖氨酸发酵清液的制备方法为本领域技术人员所公知，例如，可以将赖氨酸发酵液进行膜过滤，而得到赖氨酸膜滤液，或者将赖氨酸发酵液进行絮凝、过滤，得到除去菌体后的赖氨酸清液，具体操作方法和条件可以按照常规的方法和条件进行，在这里不再赘述。

按照本发明，所述含有赖氨酸的溶液中赖氨酸的浓度只要满足其pH值的要求即可，通常情况下，所述含有赖氨酸的溶液中赖氨酸的质量体积浓度为7-17g/100ml。

按照本发明，步骤(1)中的阳离子交换树脂的质量全交换容量为≥4mmol/g，优选为4.5-8mmol/g；体积全交换容量为≥2mmol/ml，优选为2.05-5mmol/ml。

在本发明中，所述质量全交换容量或者体积全交换容量是指根据行业标注规定的工作条件和测试方法测定的单位质量或者单位体积的离子交换树脂所含有的离子交换基团的摩尔数。例如，所述质量全交换容量的测定方法包括：取该氢型阳离子交换树脂，用去盐水冲洗至pH为6.0左右，用5kPa的真空抽滤10分钟，抽干，用快速水份测定仪检测其水份。用分析天平准确称取50.0g该抽干后的树脂，在常温下，将该树脂放入500ml的0.5mol/L的NaOH中浸泡，间歇搅拌浸泡48小时。取其上清液，用0.2mol/L的HCl滴定至pH7.0，根据消耗的稀盐酸体积数，即可算得其质量交换容量。用量筒量取该抽干后的50.0g树脂的体积，经转换即可得到体积全交换容量。

本发明中，离子交换基团的数量是指能够进行离子交换的离子交换基团的数量，并可以根据离子交换树脂的质量全交换容量或者体积全交换容量以及树脂的质量或者体积计算得到，例如，可以通过以下公式计算得到：

离子交换基团的数量(摩尔)＝离子交换树脂的体积全交换容量(或者质量全交换容量)×离子交换树脂的体积(或者离子交换树脂的质量)。

在本发明中，所述阳离子交换树脂可以为氢型阳离子交换树脂，也可以为铵型阳离子交换树脂，也可以为氢型阳离子交换树脂和铵型阳离子交换树脂的混合树脂，只要可以与含有赖氨酸的溶液中的赖氨酸发生离子吸附交换即可。若为氢型阳离子交换树脂和铵型阳离子交换树脂的混合树脂，综合考虑原辅料的成本以及吸附量，氢型阳离子交换树脂的离子交换基团与铵型阳离子交换树脂的离子交换基团的摩尔比可以为大于或等于1∶1，优选为2-5∶1。如果单纯考虑吸附效果，更优选为全部为氢型阳离子交换树脂。

通常情况下，在将至少部分铵型阳离子交换树脂转换为氢型阳离子交换树脂的方法可以为用酸浸泡经过氨水洗脱的树脂(更优选再经过水的淋洗)，转型的条件优选使转型为氢型阳离子交换树脂的离子交换基团与未转型为氢型阳离子交换树脂的铵型阳离子交换树脂的离子交换基团的摩尔比优选为大于或等于1∶1，更优选为2-5∶1即可。如果单纯考虑吸附效果，更优选为全部转型为氢型阳离子交换树脂。一般情况下，所述转型条件包括经过氨水洗脱的树脂(更优选再经过水的淋洗)与酸的用量比例，可以根据阳离子交换树脂的交换容量以及树脂用量，计算出阳离子交换树脂的离子交换基团的总数，再根据待转型为氢型的阳离子交换树脂与铵型阳离子交换树脂的离子交换基团的摩尔数的比例，计算酸的用量，从而保证酸的用量正好使所需体积的树脂转型为氢型。一般情况下，酸的质量百分比浓度可以为2-10重量％。用酸对树脂进行浸泡的温度可以为20-70℃，浸泡的时间可以为5-60min。所述酸可以选自硫酸、盐酸以及磺酸等无机强酸中的一种或多种。

由于氢型阳离子交换树脂可以通过将铵型阳离子交换树脂进行转型而获得，因此所述氢型阳离子交换树脂的质量全交换容量或者体积全交换容量可以与所述铵型阳离子交换树脂相同，因此，本发明中所述阳离子交换树脂的质量全交换容量为≥4mmol/g，优选为4.5-8mmol/g；体积全交换容量为≥2mmol/ml优选为2.05-5mmol/ml。

本发明对所述离子交换树脂的含量没有特别限定，可以根据氢型阳离子交换树脂中的离子交换基团或者铵型阳离子交换树脂中的离子交换基团的摩尔比以及交换容量进行适当的选择。

本发明所述阳离子交换树脂优选为强酸性阳离子交换树脂，所述强酸性阳离子交换树脂可以为凝胶型离子交换树脂和/或大孔型离子交换树脂。

本发明对于所述大孔型离子交换树脂和凝胶型离子交换树脂的基体树脂没有特别限定。优选地，所述大孔型离子交换树脂为苯乙烯系大孔型离子交换树脂，所述凝胶型离子交换树脂为苯乙烯系凝胶型离子交换树脂，所述弱酸性阳离子交换树脂为丙烯酸系离子交换树脂。例如，所述大孔型苯乙烯系离子交换树脂和苯乙烯系凝胶型离子交换树脂的基体树脂可以分别为苯乙烯-二乙烯苯共聚物，且该共聚物的交联度可以为4-8摩尔％。

例如，可以为下列树脂中的任意一种或者它们的混合物：产品牌号为001×4苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×4H苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×7苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×7H苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×7FC苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×7MB苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×8苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×8FC苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×8MB苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×10苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×10H苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为001×16苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为SQ-66苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为SQ-68苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为SQ-607苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为D001苯乙烯系大孔型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为D001H苯乙烯系大孔型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为D001FC苯乙烯系大孔型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为D001MB苯乙烯系大孔型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为SQD-61苯乙烯系大孔型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为SQD-65苯乙烯系大孔型强酸性阳离子交换树脂、产品牌号为SQD-67苯乙烯系大孔型强酸阳离子交换树脂、产品牌号为WA-2氨基酸专用树脂苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂。以上所列各种阳离子交换树脂均可商购得到。

根据本发明，所述阳离子交换树脂的圆球率没有特别限定。从进一步提高离子交换树脂的机械强度的角度出发，所述阳离子交换树脂的圆球率优选为95％以上。本发明中，所述阳离子交换树脂的均一系数可以为1.05-1.6，优选为1.05-1.4。本发明中，所述圆球率是指树脂呈球状颗粒数占颗粒总数的百分率；所述均一系数是指能通过60％体积树脂的筛孔直径与能通过10％体积的树脂的筛孔直径之比。

本发明中，所述阳离子交换树脂的离子交换基团可以根据具体的使用条件进行适当地选择，没有特别限定。

具体地，所述氢型阳离子交换树脂的离子交换基团可以为-SO₃H基团，所述铵型阳离子交换树脂的离子交换基团可以为-SO₃NH₄基团。上述离子交换树脂可以商购得到，也可以将商购得到的氢型或钠型阳离子交换树脂，用稀氨水转型得到铵型阳离子交换树脂。

按照本发明的一个优选的具体实施方式，如图2所示，所述阳离子交换树脂为多组串联的阳离子交换树脂柱组，所述赖氨酸的纯化方法包括使含有赖氨酸的溶液与多组阳离子交换树脂柱组接触进行离子交换色谱分离，每组阳离子交换树脂柱组依次且循环地经过吸附区1、排杂区2、解析区3和再生区15，以使阳离子交换树脂柱组依次且循环地进行交换吸附、排杂、解析和再生：

(1)至少两组阳离子交换树脂柱组同时处于吸附区1，在吸附区1，含有赖氨酸的溶液5从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于吸附区1首位的阳离子交换树脂柱组的上端引入，依次流经处于该吸附区1内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于吸附区1末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出与树脂接触后得到的吸附残液；被引入所述首位阳离子交换树脂柱组的含有赖氨酸的溶液中的赖氨酸与该组树脂柱中的活性基团交换吸附达到树脂的交换量，交换停止，将该吸附饱和的阳离子交换树脂柱组移入排杂区2；所述含有赖氨酸的溶液5为将pH值小于3.5，优选为2-3的赖氨酸发酵清液与洗涤液6混合得到的混合物；

(2)至少两组阳离子交换树脂柱组同时处于排杂区2，在排杂区2，将淋洗液从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于排杂区2首位的树脂柱组的上端引入，依次淋洗该排杂质区2内的各组吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂柱组，并从处于排杂区2末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出淋洗后的洗涤液6；并将该淋洗后的阳离子交换树脂柱组移入解析区3，并将所述淋洗后的洗涤液6返回吸附区1用于制备含有赖氨酸的溶液5；所述淋洗液为赖氨酸洗脱液7；

(3)至少两组阳离子交换树脂柱组同时处于解析区3，在解析区3，用氨水8从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于解析区3首位的树脂柱组的上端引入且依次流经该解析区3内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于解析区3末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出赖氨酸洗脱液7；并将该解析后的阳离子交换树脂柱组移入再生区15，并将部分赖氨酸洗脱液7返回排杂区2作为淋洗液；

(4)至少两组阳离子交换树脂柱组同时处于再生区15，在再生区15，用硫酸溶液10从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于再生区15首位的树脂柱组的上端引入且依次流经该再生区15内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于再生区15末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出再生后废液11；并将该再生后的阳离子交换树脂柱组移入吸附区1；所述硫酸溶液10为步骤(1)得到的吸附残液12与浓硫酸的混合物。

其中，所述处于吸附区、排杂区、解析区和再生区的树脂柱组的个数以及每组树脂柱组中的树脂柱的个数可以根据实际需要选择，优选情况下，所述处于吸附区、排杂区和解析区的树脂柱组的个数均为3-8个，每组阳离子交换树脂柱组包括1-6个并联的阳离子交换树脂柱。

优选情况下，如图2所示，该方法还包括在将经过解析的树脂柱组移入再生区15之前依次移入洗涤区4，在洗涤区4，用水9从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于洗涤区4首位的将已吸附到阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱后的树脂柱组的上端引入且依次流经该洗涤区内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于洗涤区4末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出洗涤后废液，并向树脂中通入空气，将水排出；并将该洗涤后的阳离子交换树脂柱组移入再生区15。

此外，优选情况下，所述处于洗涤区的树脂柱组的个数也可以为3-8个，每组阳离子交换树脂柱组优选包括1-6个并联的阳离子交换树脂柱。

下面将通过具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。

下述实施例1-5中采用的是连续式离子交换系统，型号L100-139，20根阳离子交换树脂柱(每两根并联的树脂柱为一组阳离子交换树脂柱组，共有十组所述阳离子交换树脂柱组，所述十组阳离子交换树脂柱组串联)，单根柱的规格为Ф35×1000mm，聚四氟乙烯材质，美国CALGAN CARBONCORP生产。实施例1-4中每根树脂柱中树脂的填装量为600克。

在下述实施中所用的树脂为强酸性阳离子交换树脂，该树脂型号为WA-2氨基酸专用树脂，质量全交换容量为5.5mmol/g，树脂类型为凝胶型阳离子交换树脂，商购厂家为安徽皖东化工有限公司，均一系数为1.3，圆球率为96％。

下述实施例中所述赖氨酸发酵液/赖氨酸洗脱液的纯度是指赖氨酸发酵液/赖氨酸洗脱液中赖氨酸的含量与赖氨酸发酵液/赖氨酸洗脱液的干物含量的比值，其中，赖氨酸的含量通过茚三酮法测定，赖氨酸发酵液/赖氨酸洗脱液的干物含量通过烘箱测定。

实施例1

本实施例用于说明赖氨酸的分离纯化方法。

(1)将0.8m³赖氨酸发酵液(赖氨酸含量11.2g/100ml，纯度59.4重量％)进行膜过滤(膜材质为陶瓷(膜表面微孔UF1孔径0.1um，UF2孔径0.2um)，膜过滤压力为1.50bar，膜过滤温度为75℃，过滤时间为1小时)，得到pH值为3的经过膜过滤的赖氨酸发酵清液，并与洗涤液(步骤(3)得到的洗涤液)混合，洗涤液的用量使得到的含有赖氨酸的混合液的pH值为6；

(2)在40℃下，将步骤(1)得到的pH值为6的含有赖氨酸的溶液连续从处于吸附区首位的树脂柱组的上端泵入(含有赖氨酸的溶液的流速为6.3m/h，所述含有赖氨酸的溶液与树脂的重量比为2∶1)，与树脂接触后得到的吸附残液依次流经处于吸附区的各组树脂柱组，并从处于吸附区的末位的树脂柱组的下端流出；被引入所述首位树脂柱组的含有赖氨酸的溶液中的赖氨酸与该树脂柱中的活性基团交换吸附达到树脂的交换量，交换停止，将该吸附饱和的树脂柱组移入排杂区，并继续将含有赖氨酸的溶液从与所述首位树脂柱组相邻的后一组树脂柱组的上端引入，并重复上述步骤；

(3)在排杂区，用50℃的淋洗液(步骤(3)得到的赖氨酸洗脱液)从处于排杂区首位的树脂柱组的上端引入(淋洗液的流速为7.6m/h，所述淋洗液与吸附有赖氨酸的树脂的重量比为0.8∶1)，依次流经处于排杂区的各组吸附有赖氨酸的树脂柱组，并从处于排杂区末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出淋洗后的洗涤液，并将该淋洗后的树脂柱依次移入解析区，并将淋洗后的洗涤液返回吸附区用于制备含有赖氨酸的溶液；

(4)在40℃下，在解析区，用5重量％的氨水(氨水流速为9.6m/h)从处于解析区首位的树脂柱组的上端引入(氨水的流速为9.6m/h，所述氨水与吸附有赖氨酸的树脂的重量比为1∶1)，依次流经该解析区内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于解析区末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出并收集得到20.1g/100ml的赖氨酸洗脱液(纯度94重量％)；将部分赖氨酸洗脱液返回步骤(3)的排杂区作为淋洗液；

(5)将经过解析的树脂依次移入洗涤区，在洗涤区，将处于洗涤区首位的树脂柱组的上端引入，依次对该洗涤区内的各组已经用氨水将已吸附到阳离子交换树脂柱组上的赖氨酸洗脱后的树脂柱组进行水洗，并从处于洗涤区末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出水洗后的水洗液；并向水洗后的树脂柱中通入空气，将水排出；

(6)用步骤(2)得到的吸附残液与质量百分比浓度为98％的浓硫酸配置硫酸溶液(pH值为1)，并用所述硫酸溶液淋洗所述经过氨水洗脱和水洗的阳离子交换树脂，将树脂再生，淋洗的温度为40℃，淋洗的时间为20分钟(所述硫酸溶液的用量与经过氨水洗脱和水洗的阳离子交换树脂的重量比为1.2∶1)；并将该再生后的阳离子交换树脂重新用于步骤(1)。

每组树脂移动的顺序为从吸附区依次移入排杂区，由排杂区移入解析区，由解析区移入洗涤区，再由洗涤区重新返回吸附区进行循环；而赖氨酸洗脱液、洗涤液则以与树脂逆向的方式由解析区的经过解析的树脂柱返回到排杂区的树脂，得到的洗涤液由排杂区的经过淋洗的树脂返回到解析区的树脂中，树脂与物料(洗脱液、洗涤液)逆向以7.5m/h的速度移动。

实施例2

本实施例用于说明赖氨酸的纯化方法。

按照实施例1的方法对赖氨酸进行纯化，不同的是：步骤(1)中，洗涤液的用量使得到的含有赖氨酸的混合液的pH值为3.5。得到的赖氨酸洗脱液中，赖氨酸的含量为21.4g/100ml，纯度96重量％。

实施例3

本实施例用于说明赖氨酸的分离纯化方法。

按照实施例1的方法对赖氨酸进行分离纯化，不同的是：

步骤(1)中，洗涤液的用量使得到的含有赖氨酸的混合液的pH值为3.5；

步骤(2)中，离子交换的温度为50℃，含有赖氨酸的溶液的流速为5m/h，所述含有赖氨酸的溶液与树脂的重量比为1.6∶1；

步骤(3)中，淋洗液的温度为60℃，淋洗液的流速为9.5m/h，所述淋洗液与吸附有赖氨酸的树脂的重量比为1∶1；

步骤(4)中，解析的温度为60℃，用5.6重量％的稀氨水将步骤(3)的经过吸附的树脂柱依次进行洗脱，氨水流速为13.6m/h，所述氨水与吸附有赖氨酸的树脂的重量比为0.9∶1，得到含量为18.6g/100ml的赖氨酸洗脱液(纯度96.5重量％)；

步骤(6)中，用步骤(2)得到的吸附残液与质量百分比浓度为98％的浓硫酸配置硫酸溶液(pH值为1.5)，用所述硫酸溶液淋洗所述经过氨水洗脱和水洗的阳离子交换树脂，将树脂再生，淋洗的温度为30℃，淋洗的时间为45分钟(所述硫酸溶液的用量与经过氨水洗脱和水洗的阳离子交换树脂的重量比为1∶1)；并将该再生后的阳离子交换树脂重新用于步骤(1)。

每组树脂移动的顺序为从吸附区依次移入排杂区，由排杂区移入解析区，由解析区移入洗涤区，再由洗涤区重新返回吸附区进行循环；而赖氨酸洗脱液、洗涤液则以与树脂逆向的方式由解析区的经过解析的树脂柱返回到排杂区的树脂，得到的洗涤液由排杂区的经过淋洗的树脂返回到解析区的树脂中，树脂与物料(洗脱液、洗涤液)逆向以11.4m/h的速度移动。

实施例4

本实施例用于说明赖氨酸的分离纯化方法。

按照实施例1的方法对赖氨酸进行分离纯化，不同的是：

赖氨酸发酵液中赖氨酸含量13.2g/100ml，纯度56.4重量％；

步骤(1)中洗涤液的用量使得到的含有赖氨酸的混合液的pH值为4.5；

步骤(2)中，离子交换的温度为30℃，含有赖氨酸的溶液的流速为5.7m/h，所述含有赖氨酸的溶液与树脂的重量比为1.8∶1；

步骤(3)中，淋洗液的温度为40℃，淋洗液的流速为5.7m/h，所述淋洗液与吸附有赖氨酸的树脂的重量比为0.625∶1；

步骤(4)中，解析的温度为40℃，用4.5重量％的稀氨水将步骤(3)的经过吸附的树脂柱依次进行洗脱，氨水流速为12.6m/h，所述氨水与吸附有赖氨酸的树脂的重量比为1.2∶1，得到含量为19.2g/100ml％的赖氨酸洗脱液(纯度95.3重量％)。

步骤(6)中，用步骤(2)得到的吸附残液与质量百分比浓度为98％的浓硫酸配置硫酸溶液(pH值为2)，用所述硫酸溶液淋洗所述经过氨水洗脱和水洗的阳离子交换树脂，将树脂再生，淋洗的温度为35℃，淋洗的时间为25分钟(所述硫酸溶液的用量与经过氨水洗脱和水洗的阳离子交换树脂的重量比为0.5∶1)；并将该再生后的阳离子交换树脂重新用于步骤(1)。

每组树脂移动的顺序为从吸附区依次移入排杂区，由排杂区移入解析区，由解析区移入洗涤区，再由洗涤区重新返回吸附区进行循环；而赖氨酸洗脱液、洗涤液则以与树脂逆向的方式由解析区的经过解析的树脂柱返回到排杂区的树脂，得到的洗涤液由排杂区的经过淋洗的树脂返回到解析区的树脂中，树脂与物料(洗脱液、洗涤液)逆向以11m/h的速度移动。

实施例5

本实施例用于说明赖氨酸的分离纯化方法。

按照实施例1的方法对赖氨酸进行分离纯化，不同的是：

赖氨酸发酵液中赖氨酸含量9.2g/100ml，纯度46.4重量％；

步骤(1)中洗涤液的用量使得到的含有赖氨酸的混合液的pH值为4.2；

步骤(2)中，离子交换的温度为50℃，阳离子树脂柱共30根(每三根并联的树脂柱为一组阳离子交换树脂柱组，共十组，所述十组树脂柱组串联，每根树脂柱中树脂装填量为18千克)含有赖氨酸的溶液的流速为5m/h，所述含有赖氨酸的溶液与树脂的重量比为1.5∶1；

步骤(3)中，淋洗液的温度为50℃，淋洗液的流速为6.85m/h，所述淋洗液与吸附有赖氨酸的树脂的重量比为0.75∶1；

步骤(4)中，解析的温度为60℃，用5.4重量％的稀氨水将步骤(3)的经过吸附的树脂柱依次进行洗脱，氨水流速为15m/h，所述氨水与吸附有赖氨酸的树脂的重量比为0.75∶1，得到含量为18g/100ml的赖氨酸洗脱液(纯度96.2重量％)。

步骤(6)中，用步骤(2)得到的吸附残液与质量百分比浓度为98％的浓硫酸配置硫酸溶液(pH值为3)，用所述硫酸溶液淋洗所述经过氨水洗脱和水洗的阳离子交换树脂，将树脂再生，淋洗的温度为50℃，淋洗的时间为50分钟(所述硫酸溶液的用量与经过氨水洗脱和水洗的阳离子交换树脂的重量比为1.5∶1)；并将该再生后的阳离子交换树脂重新用于步骤(1)。

每组树脂移动的顺序为从吸附区依次移入排杂区，由排杂区移入解析区，由解析区移入洗涤区，再由洗涤区重新返回吸附区进行循环；而赖氨酸洗脱液、洗涤液则以与树脂逆向的方式由解析区的经过解析的树脂柱返回到排杂区的树脂，得到的洗涤液由排杂区的经过淋洗的树脂返回到解析区的树脂中，树脂与物料(洗脱液、洗涤液)逆向以13.3m/h的速度移动。

对比例1

本对比例用于说明赖氨酸分离纯化的参比方法。

按照实施例1的方法对赖氨酸进行提纯，不同的是：用硫酸调节得到的经过膜过滤的赖氨酸发酵清液的pH值为2.0，在排杂区不用赖氨酸洗脱液进行淋洗，而是改用去离子水进行淋洗。且不用硫酸对树脂进行再生。用稀氨水(质量百分比浓度为5重量％)将用去离子水淋洗过的经过吸附的树脂柱依次进行洗脱，得到赖氨酸洗脱液(洗脱液中赖氨酸盐酸盐含量14.5g/100ml，纯度为78重量％)。

分别取100克实施例1的经过再生的树脂和100克对比例1的洗涤后的未经过再生的树脂与300克赖氨酸发酵清液(其中，赖氨酸的浓度为10重量％)混合，间歇搅拌放置48小时，然后检测吸附后的赖氨酸发酵清液中赖氨酸的浓度(经过实施例1的树脂吸附后的清液中赖氨酸浓度为3.4重量％，经过对比例1的树脂吸附后的清液中赖氨酸浓度为5重量％)，通过吸附前后赖氨酸清液中赖氨酸浓度的差别，即可算出其吸附量。由此说明，经过再生的树脂的吸附量比未经过再生的树脂的吸附量提高了32％。说明，采用本发明的方法将树脂再生之后，可以除去树脂中的杂质金属离子，原来吸附有金属离子的位置被空出，因此可以进一步吸附赖氨酸，进而提高了分离效率。

根据实施例1-5与对比例1的比较可以看出，采用本发明的方法得到的赖氨酸洗脱液中赖氨酸的含量较高，且赖氨酸洗脱液的纯度也较高，由此说明本发明的方法能够大大提高赖氨酸与阳离子交换树脂的交换吸附量。此外，采用本发明的方法将树脂重新返回吸附区进行吸附操作之前将树脂进行再生能够有效提高树脂的使用寿命，而且氢型树脂的吸附能力强，进而提高了树脂的吸附能力，最终达到分离效率的提高。且本发明中对树脂进行再生的硫酸溶液为由吸附残液和浓硫酸配置得到的，一方面，有效利用了废液，降低的成本，另一方面，减少了废液的排放量，减轻了环境污染。

Claims

1.一种赖氨酸的分离纯化方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(4)中，所述接触的条件包括接触的温度为20-70℃，接触的时间为5-60分钟。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(4)中，所述接触的方式为用硫酸溶液淋洗所述树脂。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述硫酸溶液的用量与经过氨水洗脱的阳离子交换树脂的重量比为0.3-1.5:1，所述吸附残液与浓硫酸的用量使得到的硫酸溶液的pH值为0.5-3。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，将含有赖氨酸的溶液与阳离子交换树脂接触的温度为20-70℃，含有赖氨酸的溶液与阳离子交换树脂的重量比为0.75-5:1。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其中，步骤(1)中，所述含有赖氨酸的溶液的pH值为3.5-4.5。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中，所述淋洗液的温度为20-70℃，所述淋洗液与吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂的重量比为0.25-1.5:1。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)中，用氨水将已吸附到所述阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱的条件包括洗脱的温度为30-70℃，氨水的浓度为2-10重量％，氨水与吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂的重量比为0.45-4.5:1。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括将步骤(3)得到的赖氨酸洗脱液进行浓缩和结晶。

10.根据权利要求1或9所述的方法，其中，用于浓缩和结晶的赖氨酸洗脱液与作为淋洗液的赖氨酸洗脱液的重量比为1:0.1-1。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括在将步骤(3)的经过氨水洗脱的阳离子交换树脂进行再生之前，用水淋洗步骤(3)的用氨水将已吸附到阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱后的树脂，然后向树脂中通入空气，将水排出。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，阳离子交换树脂的质量全交换容量为≥4mmol/g，体积全交换容量为≥2mmol/ml。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂，所述强酸性阳离子交换树脂为凝胶型离子交换树脂或者大孔型离子交换树脂，所述凝胶型离子交换树脂为苯乙烯系凝胶型离子交换树脂，所述大孔型离子交换树脂为苯乙烯系大孔型离子交换树脂；所述阳离子交换树脂的离子交换基团包括-SO₃H基团和-SO₃NH₄基团。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阳离子交换树脂为多组串联的阳离子交换树脂柱组，所述赖氨酸的纯化方法包括使含有赖氨酸的溶液与多组阳离子交换树脂柱组接触进行离子交换色谱分离，每组阳离子交换树脂柱组依次且循环地经过吸附区、排杂区、解析区和再生区，以使阳离子交换树脂柱组依次且循环地进行交换吸附、排杂、解析和再生：

(1)至少两组阳离子交换树脂柱组同时处于吸附区，在吸附区，含有赖氨酸的溶液从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于吸附区首位的阳离子交换树脂柱组的上端引入，依次流经处于该吸附区内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于吸附区末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出与树脂接触后得到的吸附残液；被引入所述首位阳离子交换树脂柱组的含有赖氨酸的溶液中的赖氨酸与该组树脂柱中的活性基团交换吸附达到树脂的交换量，交换停止，将该吸附饱和的阳离子交换树脂柱组移入排杂区；所述含有赖氨酸的溶液为将pH值小于3.5的赖氨酸发酵清液与洗涤液混合得到的混合物；

(2)至少两组阳离子交换树脂柱组同时处于排杂区，在排杂区，将淋洗液从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于排杂区首位的树脂柱组的上端引入，依次淋洗该排杂质区内的各组吸附有赖氨酸的阳离子交换树脂柱组，并从处于排杂区末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出淋洗后的洗涤液；并将该淋洗后的阳离子交换树脂柱组移入解析区，并将所述淋洗后的洗涤液返回吸附区用于制备含有赖氨酸的溶液；所述淋洗液为赖氨酸洗脱液；

(3)至少两组阳离子交换树脂柱组同时处于解析区，在解析区，用氨水从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于解析区首位的树脂柱组的上端引入且依次流经该解析区内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于解析区末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出赖氨酸洗脱液；并将该解析后的阳离子交换树脂柱组移入再生区，并将部分赖氨酸洗脱液返回排杂区作为淋洗液；

(4)至少两组阳离子交换树脂柱组同时处于再生区，在再生区，用硫酸溶液从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于再生区首位的树脂柱组的上端引入且依次流经该再生区内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于再生区末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出再生后废液；并将该再生后的阳离子交换树脂柱组移入吸附区；所述硫酸溶液为步骤(1)得到的吸附残液与浓硫酸的混合物。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述处于吸附区、排杂区、解析区和再生区的树脂柱组的个数均为3-8个，每组阳离子交换树脂柱组包括1-6个并联的阳离子交换树脂柱。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，该方法还包括在将经过解析的树脂柱组移入再生区之前依次移入洗涤区，在洗涤区，用水从沿阳离子交换树脂柱组移动方向的处于洗涤区首位的将已吸附到阳离子交换树脂上的赖氨酸洗脱后的树脂柱组的上端引入且依次流经该洗涤区内的各组阳离子交换树脂柱组，并从处于洗涤区末位的阳离子交换树脂柱组的下端流出洗涤后废液，并向树脂中通入空气，将水排出；并将该洗涤后的阳离子交换树脂柱组移入再生区。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述处于洗涤区的树脂柱组的个数均为3-8个，每组阳离子交换树脂柱组包括1-6个并联的阳离子交换树脂柱。