CN103539693A - 一种高纯氨基酸的精制方法 - Google Patents

一种高纯氨基酸的精制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高纯氨基酸的精制方法，该方法是将谷氨酰胺粗品高温溶解后溶液快速通过离子交换柱，然后经活性炭脱色后冷浓缩析晶，离心后湿晶体经双锥真空干燥后得到成品，离心母液作为下批产品的溶解水。本发明生产工艺比常规方法有同等条件下更高的产能，明显缩短精制时间和提高产品收率。且有更优秀的产品质量，减少纯化水和蒸汽用量，有显著的经济效益，同时该方法还能减少废水、废气的排放，有显著的社会效益，很好的解决了药品级谷氨酰胺精制的收率低、产能低、工序复杂、成本高等的问题。并且其制备方法工艺简单，整个过程稳定可控，易于工业化生产。

Description

一种高纯氨基酸的精制方法
技术领域
本发明属于分离纯化领域，具体涉及一种纯化谷氨酰胺粗品，得到医药级谷氨酰胺的方法的方法，更确切地说是一种高温离子交换法生产高纯医药级谷氨酰胺的新方法。
背景技术
谷氨酰胺为营养增补剂，调香增补剂。是人体肌肉中最丰富的有利氨基酸。通过细胞增容作用，促进肌细胞的生长和分化，增长肌肉；使运动期间机体产生酸性代谢产物减少，从而达到增加力量，提高耐力的功效；增强免疫系统功能；提高机体抗氧化能力；修复胃、肠黏膜损伤；改善脑机能；有效防止肌肉蛋白的分解，促进肌肉增长。
常规的离子交换柱法由于谷氨酰胺溶解度较低，柱层析流速较低，导致用水量增加，柱层析时间过长，浓缩时间较长，导致产品生产周期长，产能低、质量差等问题，增加了生产成本和废水废气的排放。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述药品级谷氨酰胺分离纯化方法的不足，从而设计了一种高温离子交换法生产医药级高纯谷氨酰胺的方法，该方法既提高了谷氨酰胺的纯化效果，缩短生产周期，提高了产能，增加了经济效益；又减少了废水的排放，增加了社会效益。
本发明是按照以下方式实现的：
一种高纯氨基酸的精制方法，该方法包括下述步骤：
1）向谷氨酰胺中加入纯化水，搅拌加热至60-65℃谷氨酰胺完全溶解得到谷氨酰胺溶解液；
2）将步骤1）中溶解液加入离子交换树脂柱中，收集层析液；采用的离子交换树脂是弱碱性离子交换树脂；
3）将步骤2）中层析液升温至65-70℃，加入层析液重3-5%的活性炭，保温搅拌20-30min，过滤，浓缩，控制浓缩温度在33-38℃，真空度≤-0.0998；浓缩至谷氨酰胺含量为28-32%的浓度后，静置析晶；
4）将析晶后的浓缩液离心15-20min，得到的湿晶体转入双锥真空干燥箱进行干燥；转速控制在15-20r/min，温度控制在55-65℃，真空度≤-0.095Mpa。
所述步骤2）中采用的弱碱性离子交换树脂是离子交换树脂D301、732、701、D314、D371型中的一种，优选使用D301、D314、D371型离子交换树脂，最优选使用D301型离子交换树脂。
所述步骤2）中离子交换树脂柱的径高比为1：5-1：8之间；
所述步骤1）中谷氨酰胺溶解液浓度为6-7%，溶解温度控制在60-65℃，搅拌转速控制在100-120r/min。
所述步骤2）中离子交换柱的流速控制在5-8倍柱体积/h，柱压控制在0.1-0.2Mpa。
所述步骤3）中过滤先经过粗过滤再经过经过滤，所述的粗过滤器的孔径为2-4μm，精过滤器孔径为1-2μm。
所述步骤5）中浓缩用强制内循环浓缩锅，析晶温度为16-20℃，析晶时间为8-12h。
所述步骤6）中离心采用离心机的转速控制在4000-5000r/min。
以下通过试验例进一步说明本发明：
试验例1溶解温度选择
谷氨酰胺是谷氨酸的一种酰胺，对温度较为敏感，热水中易分解成谷氨醇或丙酯化为吡咯羧醇，无臭，有微甜味。发明人在不超过65℃范围内，分别选取了40、50、60、65℃4个温度进行离子交换分离纯化操作，验证谷氨酰胺损失率结果发现，在这4个温度操作所得到的谷氨酰胺其理化指标相差不大，但是不同温度下谷氨酰胺的溶解度大不相同，随着温度升高，谷氨酰胺的溶解度明显增加，所以选择60-65℃作为最佳溶解温度。
实验室中对比常温（25℃）和高温上柱（60-65℃）产品质量和收率如表1所示：（方法见国家标准WS1-（X-037）-2004Z-2012）
表1
Figure BDA0000401585890000021
试验例2离子交换树脂选择
取100g向谷氨酰胺中加入纯化水，搅拌加热至60-65℃谷氨酰胺完全溶解得到谷氨酰胺溶解液，溶解液加入离子交换树脂柱中，控制流速在800L/h，柱压控制在0.1-0.2Mpa，收集层析液，层析液升温至65-70℃，加入层析液重3-5%的活性炭，保温搅拌20-30min，依次经过粗过滤和精过滤，浓缩，控制浓缩温度在33-38℃，真空度≤-0.0998；浓缩至谷氨酰胺含量为28-32%的浓度后，16℃下静置析晶，将析晶后的浓缩液离心15-20min，得到的湿晶体转入双锥真空干燥箱进行干燥；转速控制在15-20r/min，温度控制在55-65℃，真空度≤-0.095Mpa。树脂选取如表2所示，样品主要指标如表3所示：
表2
编号 1 2 3 4 5 6
树脂型号 701 D301 312 D311 701 732
编号 7 8 9 10 11 12
树脂型号 D314 D370 D371 D380 D390 D392
表3
Figure BDA0000401585890000031
由结果分析可得树脂D301、732、701、D314、D371型能很好的满足质量和收率，而其他树脂不能满足或只能单方面满足。
与常规谷氨酰胺分离提取技术比较，本发明生产方法具有以下几个突出的优点：
1、谷氨酰胺溶解用水量显著降低，节约水量为常温的55%-60%，同时显著降低浓缩量，节约浓缩成本；
2、通过筛选合适树脂，提高溶解度和层析速度，明显减少柱层析时间，减少产品在水中的分解率，极大地降低了生产成本和工时能耗，同时减少树脂本身对谷氨酰胺的吸附，提高了产品收率；
3、用强制内循环浓缩锅进行浓缩减少了浓缩时间，降低了浓缩温度，保证了产品质量；
4、本发明生产过程中采用粗过滤和精过滤两步进行过滤，极大地保证了产品的洁净度；
5、本发明中的离心母液套用，极大地降低了废水排量，增加了产品收率，有显著的社会效益和经济效益；
6、本发明干燥过程中采用双锥干燥，避免物料与加热面长期接触导致产品质量下降；
7、本发明得到产品有关物质中单杂小于0.1%，总杂小于0.3%，收率在92.5-95.0%之间，远优于常规方法，同时工时短，能耗低。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。但实施例的具体细节仅用于解释本发明，不应理解为对本发明总的技术方案的限定。
实施例1
本发明高温离子交换法生产医药级谷氨酰胺，按下述步骤进行：
1、谷氨酰胺来源：市购食品级谷氨酰胺；将活化好的100kg树脂装入树脂柱中备用；
2、溶解：将50kg谷氨酰胺置于1000L不锈钢反应釜中，加入700-750L纯化水，开启搅拌控制转速在100-120r/min，夹层加热至60-65℃待谷氨酰胺完全溶解后，停止搅拌，备用；
3、离子交换：将步骤2中溶解液加入离子交换柱中，离子交换柱选取D301树脂，径高比1:8，柱体积100L，控制流速在800L/h，柱压控制在0.1-0.2Mpa，层析液收集进入下一工序；
4、活性炭脱杂：将步骤3中层析液加入1000L不锈钢反应釜中，升温至65-70℃，加入层析液重3-5%的活性炭，保温搅拌30min，依次过粗过滤器（孔径2-3μm）和精过滤器（1-2μm）后进入洁净区强制内循环浓缩锅中；
5、浓缩析晶：将步骤4接收的滤液进行浓缩，控制温度在33-38℃，真空度≤-0.0998，浓缩至谷氨酰胺含量28%的浓度后，16℃下静置析晶12h；
6、离心：将步骤5中浓缩液通过离心机离心，控制转速在4000-5000r/min；控制离心时间在15min，湿晶体转入双锥真空干燥箱，滤液转至溶解锅中备用；
7、干燥：将步骤6得到的湿晶体进行干燥，转速控制在15-20r/min，温度控制在55-65℃，真空度≤-0.095Mpa，干燥后收料口收集即得产品。
产品主要指标见表4：
表4
Figure BDA0000401585890000051
实施例2
本发明高温离子交换法生产医药级谷氨酰胺，按下述步骤进行：
1、溶解：将50kg谷氨酰胺置于1000L不锈钢反应釜中，加入700-750L纯化水，开启搅拌控制转速在100-120r/min，夹层加热至60-65℃待谷氨酰胺完全溶解后，停止搅拌，备用；将活化好的100kg树脂装入树脂柱中备用；
2、离子交换：将步骤2中溶解液加入离子交换柱中，离子交换柱选取D314树脂，径高比1:8，柱体积100L，控制流速在900L/h，柱压控制在0.1-0.2Mpa，层析液收集进入下一工序；
3、活性炭脱杂：将步骤2中层析液加入1000L不锈钢反应釜中，升温至65-70℃，加入层析液重3-5%的活性炭，保温搅拌25min，依次过粗过滤器（孔径2-3μm）和精过滤器（1-2μm）
后进入洁净区强制内循环浓缩锅中；
4、浓缩析晶：将步骤3接收的滤液进行浓缩，控制温度在33-38℃，真空度≤-0.0998，浓缩至30%的浓度后，18℃下静置析晶8h；
5、离心：将步骤4中浓缩液通过离心机离心，控制转速在4000-5000r/min；控制离心时间在15min，湿晶体转入双锥真空干燥箱，滤液转至溶解锅中备用；
6、干燥：将步骤5得到的湿晶体进行干燥，转速控制在15-20r/min，温度控制在55-65℃，真空度≤-0.095Mpa，干燥后收料口收集即得产品。
产品主要指标见表5：
表5
Figure BDA0000401585890000052
实施例3
本发明高温离子交换法生产医药级谷氨酰胺，按下述步骤进行：
1、溶解：将50kg谷氨酰胺置于1000L不锈钢反应釜中，加入700-750L纯化水，开启搅拌控制转速在100-120r/min，夹层加热至60-65℃待谷氨酰胺完全溶解后，停止搅拌，备用；将活化好的100kg树脂装入树脂柱中备用；
2、离子交换：将步骤2中溶解液加入离子交换柱中，离子交换柱选取D371树脂，径高比1:8，柱体积100L，控制流速在1000L/h，柱压控制在0.1-0.2Mpa，层析液收集进入下一工序；
3、活性炭脱杂：将步骤2中层析液加入1000L不锈钢反应釜中，升温至65-70℃，加入层析液重3-5%的活性炭，保温搅拌20min，依次过粗过滤器（孔径2-3μm）和精过滤器（1-2μm）
后进入洁净区强制内循环浓缩锅中；
4、浓缩析晶：将步骤3接收的滤液进行浓缩，控制温度在33-38℃，真空度≤-0.0998，浓缩至32%的浓度后，20℃下静置析晶10h；
5、离心：将步骤4中浓缩液通过离心机离心，控制转速在4000-5000r/min；控制离心时间在20min，湿晶体转入双锥真空干燥箱，滤液转至溶解锅中备用；
6、干燥：将步骤5得到的湿晶体进行干燥，转速控制在15-20r/min，温度控制在55-65℃，真空度≤-0.095Mpa，干燥后收料口收集即得产品。
产品主要指标见表6：
表6
Figure BDA0000401585890000061
表7是相同投料量两种生产工艺主要参数对比：
常规工艺过程为：称取25kg向谷氨酰胺中加入810L纯化水，搅拌至谷氨酰胺完全溶解得到谷氨酰胺溶解液，溶解液加入离子交换树脂柱中，控制流速在100L/h，柱压控制在0.05-0.1Mpa，收集层析液，层析液升温至65-70℃，加入层析液重1-2%的活性炭，保温搅拌20-30min，经过精过滤，进入浓缩锅进行浓缩，控制浓缩温度在50-60℃，真空度≤-0.090；浓缩至谷氨酰胺含量为20-26%的浓度后，20℃下静置析晶，将析晶后的浓缩液离心15-20min，得到的湿晶体转入真空干燥箱进行干燥；温度控制在55-65℃，真空度≤-0.090Mpa。干燥即得产品。
表7
常规工艺 本发明实施例1工艺
投料量 150kg 150kg
用水量 5000kg 2140kg
需蒸发量 4250kg 1540kg
生产周期 133h 43h
产品收率 83.6% 92.8%
产品纯度 98.87% 99.82%
母液用途 废弃 作为下批溶解用水

Claims (10)

1.一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是该方法包括下述步骤： 
1）向谷氨酰胺中加入纯化水，搅拌加热至60-65℃谷氨酰胺完全溶解得到谷氨酰胺溶解液； 
2）将步骤1）中溶解液加入离子交换树脂柱中，收集层析液；采用的离子交换树脂是弱碱性离子交换树脂； 
3）将步骤2）中层析液升温至65-70℃，加入层析液重3-5%的活性炭，保温搅拌20-30min，过滤，浓缩，控制浓缩温度在33-38℃，真空度≤-0.0998；浓缩至谷氨酰胺含量为28-32%的浓度后，静置析晶； 
4）将析晶后的浓缩液离心15-20min，得到的湿晶体转入双锥真空干燥箱进行干燥；转速控制在15-20r/min，温度控制在55-65℃，真空度≤-0.095Mpa。 
2.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤2）中采用的弱碱性离子交换树脂是离子交换树脂D301、732、701、D314、D371型中的一种。 
3.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤2）中采用的弱碱性离子交换树脂是离子交换树脂D301、D314、D371型中的一种。 
4.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤2）中采用的弱碱性离子交换树脂是离子交换树脂D301型中的一种。 
5.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤2）中离子交换树脂柱的径高比为1：5-1：8之间。
6.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤1）中谷氨酰胺溶解液浓度为6-7%，溶解温度控制在60-65℃，搅拌转速控制在100-120r/min。 
7.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤2）中离子交换柱的流速控制在5-8倍柱体积/h，柱压控制在0.1-0.2Mpa。 
8.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤3）中过滤先经过粗过滤再经过经过滤，所述的粗过滤器的孔径为2-4μm，精过滤器孔径为1-2μm。 
9.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤5）中浓缩用强制内循环浓缩锅，析晶温度为16-20℃，析晶时间为8-12h。 
10.根据权利要求1所述的一种高纯氨基酸的精制方法，其特征是所述步骤6）中离心采用离心机的转速控制在4000-5000r/min。 
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