CN102344383A - 一种l-苯丙氨酸的浓缩结晶方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，包括以下步骤：1)发酵液酸化；2)陶瓷膜过滤；3)一次超滤；4)二次超滤；5)纳滤浓缩；6)分离干燥，制得成品。本发明的有益效果是，成功解决了苯丙氨酸分离过程的杂质分离问题，用HPLC进行检测，苯丙氨酸纯度≥99％，透光率≥95％，产品收率≥90％，产品符合FCC4标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，尤其涉及一种从微生物发酵液中分离苯丙氨酸的方法。
背景技术
苯丙氨酸是具有生理活性的芳香族氨基酸，是人体和动物不能靠自身自然合成的必需氨基酸之一，是复配氨基酸输液的重要成份。苯丙氨酸可通过微生物发酵、蛋白质水解、以及有机合成的方法制备。
合成法制备苯丙氨酸的收率低，通常从天然产物中提取。将脱脂大豆用盐酸水解后，除去酸性氨基酸，用活性炭或脱色树脂吸附苯丙氨酸和酪氨酸。然后，用溶剂将苯丙氨酸溶出、分离。也可采用先把水解液中的苯丙氨酸转变为2，5-二溴苯磺酸盐，然后利用溶解度的差异，从亮氨酸、精氨酸等氨基酸中分离出来的方法。
就本申请来说，中国专利公开号1425645，公开日2003年06月25日，发明创造名称L-苯丙氨酸的膜技术提取方法，该申请案公开了本发明涉及医药中间体L-苯丙氨酸的膜技术分离提取方法，即在苯丙酮酸酶法制备L-苯丙氨酸溶液中，利用膜分离技术：包括菌体和细胞碎片的去除、超滤除去杂蛋白、纳滤脱盐脱色和浓缩，对目标产物进行分离提取，L-苯丙氨酸的提取收率大于85％，整个提取过程与离子交换和金属盐沉淀提取方法相比，提取收率有明显的提高，提取过程所用的酸碱、水和蒸汽消耗有大幅度降低。其不足之处在是该苯丙氨酸提取方法的提取收率相对来说还是较低，改方法没有提及苯丙氨酸的结晶方法，结晶后透光率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种从发酵液(采用微生物法发酵制得)中提取收率高、产品纯度、透光率高的L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法。
为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，包括以下步骤：
1)酸化：将含有苯丙氨酸的发酵液用硫酸调至pH2.0～6.0；
2)过滤：将步骤1)所得的产物用陶瓷膜进行过滤，过滤温度为55～80℃；
3)一次超滤：对通过步骤2)的过滤液进行一次超滤，一次超滤过程的截留分子量为30000～100000，将截留液返回步骤2)重新过滤；
4)二次超滤：对步骤3)所得的透析液进行二次超滤，二次超滤过程的截留分子量为1000～4000，将截留液返回步骤3)重新一次超滤；
5)纳滤浓缩：将步骤4)所得的产物用硫酸调至pH1.5～4.0，保持液体温度为70～80℃，进行纳滤浓缩，纳滤浓缩过程的截留分子量为≤150，将浓度控制在250～300g/L，调整pH值至等电点进行结晶，冷却到10～20℃保温2个小时；
6)分离干燥：将步骤5)所得的产物分离固相和水相，水相返回步骤3)一次过滤，固相的苯丙氨酸晶体在温度为80～120℃下进行干燥后，制得成品。
其中，所述步骤3)和步骤4)超滤过程的入膜压力为5～13bar。
其中，所述步骤5)中调整pH值至等电点前按浓缩液的体积比100∶1加入乙酸乙酯和乙醇的混合溶液，乙酸乙酯和乙醇体积比为1∶1。
其中，所述步骤5)中将步骤4)所得的产物用硫酸调至pH1.5～2.0。
其中，所述步骤5)中纳滤浓缩过程，将浓度控制在250～300g/L，调等电点为pH5.4。
其中，所述步骤6)用高速离心机分离固相和水相。
本发明的有益效果是，成功解决了苯丙氨酸分离过程的杂质分离问题，用HPLC进行检测，苯丙氨酸纯度≥99％，透光率≥95％，产品收率≥90％，产品符合FCC4标准。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法的实施流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
实施例1
请一并参阅图1，将含L-苯丙氨酸(55～60g/L左右)发酵液加热至70℃，酸化至pH4.0后，滤液进行一次超滤(截留分子量5万)，截留液回到陶瓷膜过滤，透析液进行二次超滤(截留分子量为3千)，截留液进行一次超滤。将二次超滤得到料液用浓硫酸调pH至1.5，保持料液温度在70～80℃，进行纳滤浓缩(截留分子量≤150)，料液浓度达280g/L，调pH至等电点进行结晶，温度冷却至15℃，保温2小时，固液分离，滤液返回一次超滤工序，固体在95～110℃左右干燥得成品。
将上述浓缩结晶的成品用HPLC进行检测，苯丙氨酸纯度98％，透光率99％，产品收率92.1％，产品符合FCC6标准。
实施例2
将含L-苯丙氨酸(55～60g/L左右)发酵液加热至70℃，酸化至pH4.0后，滤液进行一次超滤(截留分子量5万)，截留液回到陶瓷膜过滤，透析液进行二次超滤(截留分子量为3千)，截留液进行一次超滤。将二次超滤得到料液用浓硫酸调pH至1.5，保持料液温度在70～80℃，进行纳滤浓缩(截留分子量≤150)，料液浓度达280g/L，按浓缩液的体积比100∶1加入乙酸乙酯和乙醇的混合溶液，所述乙酸乙酯和乙醇体积比为1∶1，调pH至等电点进行结晶，温度冷却至15℃，保温2小时，固液分离，滤液返回一次超滤工序，固体在95～110℃左右干燥得成品。
本发明的发明人发现，在结晶前加入按浓缩液的体积比100∶1加入乙酸乙酯和乙醇的混合溶液，所述混合溶液中，乙酸乙酯和乙醇的体积比为1∶1时，结晶效果大为提高，对产品质量与收率的提高有明显效果。
将上述浓缩结晶的成品用HPLC进行检测，苯丙氨酸纯度99.9％，透光率99.8％，产品收率95.1％，产品符合FCC6标准，并且结晶后的产品，与实施例1相比较，晶体颗粒大，晶型完整，易于干燥。
实施例3
将含L-苯丙氨酸(60g/L左右)发酵液加热至75℃，酸化至6.0后，陶瓷膜过滤，滤液进行一次超滤(截留分子量5万)，截留液回到陶瓷膜过滤，透析液进行二次超滤(截留分子量为3千)，截留液进行一次超滤。将二次超滤得到料液用浓硫酸调pH至4.0，保持料液温度在70～80℃，进行纳滤浓缩(截留分子量≤150)，料液浓度达280g/L，调pH至等电点进行结晶，温度冷却至15℃，保温2小时，固液分离，滤液返回一次超滤工序，固体在95～110℃左右干燥得成品。
将上述浓缩结晶的成品用HPLC进行检测，苯丙氨酸纯度99.8％，透光率98.5％，产品收率91.8％，产品符合FCC6标准。
实施例4
将含L-苯丙氨酸(55～65g/L左右)发酵液加热至65℃，酸化至2.0后，陶瓷膜过滤，滤液进行一次超滤(截留分子量5万)，截留液回到陶瓷膜过滤，透析液进行二次超滤(截留分子量为3千)，截留液进行一次超滤。将二次超滤得到料液用浓硫酸调pH至2.5，保持料液温度在70～80℃，进行纳滤浓缩(截留分子量≤150)，料液浓度达275g/L，调pH至等电点进行结晶，温度冷却至15℃，保温2小时，固液分离，滤液返回一次超滤工序，固体在95～110℃左右干燥得成品。
将上述浓缩结晶的成品用HPLC进行检测，苯丙氨酸纯度99.6％，透光率99.1％，产品收率92.0％，产品符合FCC6标准。
对比实施例1
将含L-苯丙氨酸(55～60g/L)发酵液加热至75℃，酸化至pH4.0后，陶瓷膜过滤，滤液调pH至2.0～3.0上离子交换柱进行离子交换，吸附饱和后进行5％氨水解析，解析液进行活性炭脱色(投碳量7‰质量体积比)，得脱色液进行浓缩(蒸汽加热)，进行固液分离，分离料液回离子交换工序，得到固体在温度100～120℃下烘干得成品。
将上述浓缩结晶的成品用HPLC进行检测，苯丙氨酸纯度98％，透光率93.5％，产品收率87.8％，产品符合FCC6标准。
由此可知，原有的工艺操作，在制作过程中用活性炭脱色，造成环境粉尘的同时，产生了大量的固体废弃物，采用酸碱对离子交换树脂进行再生，产生大量高浓度的有机废水，要用浓缩罐进行浓缩，浪费大量的蒸汽。本发明采用陶瓷膜、超滤、纳滤一体的分离方法，过程中完全体现对环境亲善的理念，不添加任何酸碱等化学试剂，不使用活性炭等粉尘固体，不使用蒸汽，节省能源，是一种清洁化生产L-苯丙氨酸的工艺流程。
按一年3000吨苯丙氨酸生产能力计算，采用本发明可节省硫酸500吨、液碱600吨、活性炭450吨、过程不使用蒸汽，可节省折合标煤1600吨。降低成本，完全是一种值得推广的发明。
以上所述各实施例及其改进，可以根据需要，灵活调整各改进方案的搭配。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)酸化：将含有苯丙氨酸的发酵液用硫酸调至pH2.0～6.0；
2)过滤：将步骤1)所得的产物用陶瓷膜进行过滤，过滤温度为55～80℃；
3)一次超滤：对通过步骤2)的过滤液进行一次超滤，一次超滤过程的截留分子量为30000～100000，将截留液返回步骤2)重新过滤；
4)二次超滤：对步骤3)所得的透析液进行二次超滤，二次超滤过程的截留分子量为1000～4000，将截留液返回步骤3)重新一次超滤；
5)纳滤浓缩：将步骤4)所得的产物用硫酸调至pH1.5～4.0，保持液体温度为70～80℃，进行纳滤浓缩，纳滤浓缩过程的截留分子量为≤150，将浓度控制在250～300g/L，调整pH值至等电点进行结晶，冷却到10～20℃保温2个小时；
6)分离干燥：将步骤5)所得的产物分离固相和水相，水相返回步骤3)一次过滤，固相的苯丙氨酸晶体在温度为80～120℃下进行干燥后，制得成品。
2.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，其特征在于，所述步骤3)和步骤4)超滤过程的入膜压力为5～13bar。
3.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，其特征在于，所述步骤5)中调整pH值至等电点前按浓缩液的体积比100∶1加入乙酸乙酯和乙醇的混合溶液，乙酸乙酯和乙醇体积比为1∶1。
4.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，其特征在于，所述步骤5)中将步骤4)所得的产物用硫酸调至pH1.5～2.0。
5.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，其特征在于，所述步骤5)中纳滤浓缩过程，将浓度控制在250～300g/L，调等电点为pH5.4。
6.根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的浓缩结晶方法，其特征在于，所述步骤6)用高速离心机分离固相和水相。
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