CN104450853B - 一种循环利用乙酰‑dl‑蛋氨酸制备l‑蛋氨酸的方法 - Google Patents

一种循环利用乙酰‑dl‑蛋氨酸制备l‑蛋氨酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种循环利用乙酰‑DL‑蛋氨酸制备L‑蛋氨酸的方法，所述方法包括以下步骤：将氨基酰化酶溶解于乙酰‑DL‑蛋氨酸水溶液中，进行拆分反应，得到L‑蛋氨酸结晶和含有乙酰‑D‑蛋氨酸的母液；在所得母液中加入NaOH水溶液，进行消旋反应，得到消旋液；将消旋液降温并用乙酸调节溶液pH值，得到三水乙酸钠结晶和浓缩液；在所得浓缩液中加入乙酸酐，进行酰化反应，得到三水乙酸钠结晶和含有乙酰‑DL‑蛋氨酸的母液，该母液作为乙酰‑DL‑蛋氨酸水溶液用于制备L‑蛋氨酸。本发明提供的方法实现了乙酰‑DL‑蛋氨酸的循环利用，在制备L‑蛋氨酸的过程中减少了废液和废固，实现了绿色生产。

Description

一种循环利用乙酰-DL-蛋氨酸制备L-蛋氨酸的方法
技术领域
本发明涉及氨基酸的制备方法，具体涉及一种循环利用乙酰-DL-蛋氨酸制备L-蛋氨酸的方法。
背景技术
蛋氨酸是一种重要的药物成分、食品添加剂和蛋白质饲料强化剂。目前市场上合成法生产L-蛋氨酸主要是通过DL-蛋氨酸的拆分进行的。通用的D,L-蛋氨酸拆分技术是酶法拆分，即通过氨基酰化酶拆分乙酰-DL-蛋氨酸得到L-蛋氨酸。拆分液经过再消旋和酰化反应得到乙酰-DL-蛋氨酸，循环利用D型蛋氨酸。
张青玉等在文献《乙酰-D-蛋氨酸消旋工艺的研究》中，模拟了蛋氨酸拆分液进行消旋的工艺研究，在消旋工艺中，文献方法首先将模拟液真空浓缩进行排酸，所排酸液并未提及如何处理，若排出的酸液直接排放则会造成环境污染。CN101723773专利中公开了高纯度N-乙酰-DL-氨基酸的制备方法，其所述方法是一种酸法消旋工艺，首要的问题仍然是将DL-拆分液进行浓缩排酸性水溶液，同样导致污水的产生；同时，在乙酰-DL-蛋氨酸晶体析出时使用盐酸调节pH，这样就使乙酰-DL-蛋氨酸晶体离心后的母液含有氯化钠，导致母液不能直接套用到下一批DL-蛋氨酸拆分液中，无法实现溶剂和母液的全循环。专利CN101082054A中公开了一种L-蛋氨酸的制备方法，其中对于DL-蛋氨酸的拆分母液的循环再利用也是通过再次消旋酰化的方法；其具体方式是将DL-蛋氨酸拆分母液中的D(L)-蛋氨酸进行富集，将D(L)-蛋氨酸固体在高温熔融状态下加入乙酸酐进行消旋；此方法在处理拆分母液中必然会进行浓缩，蒸出溶剂，其蒸出的溶剂的去处并未提及。
综上所述，现有技术无法将在以乙酰-DL-蛋氨酸为原料制备L-蛋氨酸的过程中产生的污水和无机盐废固循环利用，将废水和废固直接排放后，会造成严重的环境污染。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，减少在以乙酰-DL-蛋氨酸为原料制备L-蛋氨酸的过程中产生的废液和废固，在保证高产率、高纯度生产L-蛋氨酸的前提下，实现乙酰-DL-蛋氨酸原料的循环利用。
为达到上述目的，本发明提供了一种循环利用乙酰-DL-蛋氨酸制备L-蛋氨酸的方法，该方法以乙酰-DL-蛋氨酸为原料，将制备L-蛋氨酸后得到的副产物依次进行消旋、浓缩和酰化反应处理，最终得到了含有乙酰-DL-蛋氨酸的溶液，该溶液可以直接作为原料套用至下一批生产L-蛋氨酸，实现了乙酰-DL-蛋氨酸的循环利用。
具体的，本发明提供的方法包括以下步骤：
(1)将氨基酰化酶溶解于乙酰-DL-蛋氨酸水溶液中得到反应液，调节反应液的pH值为中性，在35～45℃下发生拆分反应；反应完全后，减压浓缩，降温析出晶体，过滤，得L-蛋氨酸结晶和含有乙酰-D-蛋氨酸的母液；
(2)在步骤(1)所得母液中加入浓度为25～30％的NaOH水溶液，在pH 12～14、100～110℃的条件下发生消旋反应；反应完全后，保持温度，减压浓缩，所述减压浓缩除去的水量不少于NaOH水溶液的含水量，即得消旋液；
(3)将步骤(2)所得消旋液降温至50～55℃，用乙酸调节溶液pH为8.8～9.2，大量晶体析出，过滤，得三水乙酸钠结晶和浓缩液；
(4)在步骤(3)所得浓缩液中加入乙酸酐，50～55℃下发生酰化反应；反应完全后，降温至室温，大量晶体析出，离心，得三水乙酸钠结晶和含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液，该母液作为步骤(1)所述乙酰-DL-蛋氨酸水溶液用于制备L-蛋氨酸。
本发明步骤(1)中，所述反应液中氨基酰化酶：乙酰-DL-蛋氨酸：水的重量比优选为1：55～65：110～130；所述中性pH值优选为6.8～7.2；所述减压浓缩的条件优选为：80～85℃下真空浓缩至溶液总体积减少1/2～2/3。
本发明步骤(2)中，所述母液与NaOH水溶液的重量比优选为2.5～3:1。
本发明步骤(2)所述减压浓缩除去的水呈中性，可直接套用至下一批进行配制NaOH水溶液。本步骤中浓缩除去的水量应不少于本步骤所加入的NaOH水溶液的含水量，若浓缩的水量少于NaOH水溶液的含水量，会使母液浓度偏低，不利于后续的乙酸钠结晶步骤，也会使套用至下一批进行配制NaOH水溶液的水量不够。上述操作可以实现浓缩出的水循环利用，实现本发明将废液循环利用的目的。
本发明所述步骤(3)中，乙酸为pH值调节剂的唯一选择；酸性调节剂若选用盐酸等其他酸性物质，不仅会产生无机盐，引入无机酸根离子，使产品因无机酸根离子超标而不合格，还会因为产生的无机盐溶解度大，使后续步骤乙酰蛋氨酸的纯度降低，分离困难。
本发明所述步骤(3)中，结晶并分离出三水乙酸钠为关键步骤；使用乙酸为酸性调节剂产生的三水乙酸钠含有三个结晶水，不仅会带出溶液的水分，更有利调高溶液浓度和更有利于步骤(3)中酰化反应，而且三水乙酸钠的结晶环境为弱碱性，明显区别于乙酰-DL-蛋氨酸结晶的酸性条件，所得的三水乙酸钠的结晶完全、纯度高，且不含蛋氨酸杂质。
本发明所述步骤(4)中，所述乙酸酐的用量优选为步骤(1)所得L-蛋氨酸结晶重量的0.7～0.8倍。
本发明所述步骤(4)得到的含乙酰DL-蛋氨酸的母液接近中性，不需再调节pH，即可以作为步骤(1)所述乙酰-DL-蛋氨酸水溶液用于制备L-蛋氨酸，从而实现乙酰-DL-蛋氨酸的循环利用。在实际操作中，可根据步骤(1)对乙酰-DL-蛋氨酸与水重量比的特定要求，在步骤(4)所得含乙酰DL-蛋氨酸的母液中增加或减少水。
作为优选方案，本发明所述方法包括以下步骤：
(1)将氨基酰化酶溶解于乙酰-DL-蛋氨酸水溶液中得到反应液，反应液中氨基酰化酶：乙酰-DL-蛋氨酸：水的重量比为1：55～65：110～130，调节反应液的pH值为6.8～7.2，在35～45℃下发生拆分反应；反应完全后，80～85℃下真空浓缩至溶液总体积减少1/2～2/3，降温析出晶体，过滤，即得L-蛋氨酸结晶和含有乙酰-D-蛋氨酸母液；
(2)在步骤(1)所得母液中加入浓度为25～30％的NaOH水溶液，所述母液与NaOH水溶液的重量比为2.5～3:1，在pH 12～14、100～110℃的条件下发生消旋反应；反应完全后，保持温度，减压浓缩，所述减压浓缩除去的水量不少于该步骤中加入的NaOH水溶液的含水量，即得消旋液；
(3)将步骤(2)所得消旋液降温至50～55℃，用乙酸调节溶液pH为8.8～9.2，大量晶体析出，过滤，得三水乙酸钠结晶和浓缩液；
(4)在步骤(3)所得浓缩液中加入乙酸酐，所述乙酸酐的用量为步骤(1)所得L-蛋氨酸结晶重量的0.7～0.8倍，50～55℃下发生酰化反应；反应完全后，降温至室温，大量晶体析出，离心，得三水乙酸钠结晶和含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液；所述母液作为步骤(1)所述乙酰-DL-蛋氨酸水溶液用于制备L-蛋氨酸。
本发明提供的方法减少了生产过程中的废固、废液，实现了生产L-蛋氨酸过程中对于原料的循环利用，是一种操作简便且环保的生产方法。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
生产步骤为：
(1)将氨基酰化酶1kg溶解于浓度为30％的乙酰-DL-蛋氨酸水溶液中(含有60kg乙酰-DL-蛋氨酸)得到反应液，调节反应液的pH值为7.0，在40℃下发生拆分反应；反应完全后，80℃下真空浓缩至水减少100kg，降温析出晶体，过滤，即得纯度为99.2％的L-蛋氨酸结晶15.75kg和含有乙酰-D-蛋氨酸的母液80.25kg；
(2)在步骤(1)所得母液中加入浓度为30％的NaOH水溶液30kg，在pH 12、100℃条件下发生消旋反应；反应完全后，保持温度，减压浓缩，浓缩出pH＝7的中性水21kg，即得消旋液89.25kg；
(3)将步骤(2)所得消旋液降温至50℃，用乙酸调节溶液pH为9.0，大量晶体析出，过滤，得三水乙酸钠结晶45kg和浓缩液62.75kg；
(4)在步骤(3)所得浓缩液中加入乙酸酐12.5kg，50℃下发生酰化反应；反应液用茚三酮检测不显色即反应完全后，降温至室温，大量晶体析出，离心，得三水乙酸钠结晶15kg和含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液60.25kg。
实施例2
生产步骤为：
(1)将氨基酰化酶0.625kg溶解于乙酰-DL-蛋氨酸水溶液中得到反应液，在40℃下发生拆分反应，所述乙酰-DL-蛋氨酸水溶液为实施例1步骤(4)所得含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液加水定容至125L；反应完全后，80℃下真空浓缩至水减少62.5kg，降温析出晶体，过滤，即得纯度为99.3％的L-蛋氨酸结晶10kg和含有乙酰-D-蛋氨酸的母液50.5kg；
(2)在步骤(1)所得母液中，加入浓度为30％的NaOH水溶液19kg，在pH 13、110℃条件下发生消旋反应，所述NaOH水溶液是用实施例1步骤(1)所得中性水配制而成；反应完全后，保持温度，减压浓缩，浓缩出pH＝7的中性水13.5kg，即得消旋液56kg；
(3)将步骤(2)所得消旋液降温至55℃，用乙酸调节溶液pH为8.8，大量晶体析出，过滤，得三水乙酸钠结晶28kg和浓缩液39.5kg；
(4)在步骤(3)所得浓缩液中加入乙酸酐7.8kg，50℃下发生酰化反应；反应液用茚三酮检测不显色即反应完全后，降温至室温，大量晶体析出，离心，得三水乙酸钠结晶10.4kg和含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液36.9kg。
实施例3
生产步骤为：
(1)将氨基酰化酶0.625kg溶解于乙酰-DL-蛋氨酸水溶液中得到反应液，在40℃下发生拆分反应，所述酰-DL-蛋氨酸水溶液为实施例2步骤(3)所得含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液加水定容至125L；反应完全后，85℃下真空浓缩至水减少62.5kg，降温析出晶体，过滤，即得纯度为99.3％的L-蛋氨酸结晶9.5kg和含有乙酰-D-蛋氨酸的母液50kg；
(2)在步骤(1)所得母液中加入浓度为30％的NaOH水溶液20kg，在pH 14、110℃条件下发生消旋反应，所述NaOH水溶液是用实施例2步骤(1)所得中性水配制而成；反应完全后，保持温度，减压浓缩，浓缩出pH＝7的中性水14kg，即得消旋液56kg；
(3)将步骤(2)所得消旋液降温至55℃，用乙酸调节溶液pH为9.2，大量晶体析出，过滤，得三水乙酸钠结晶27.5kg和浓缩液40.5kg；
(4)在步骤(3)所得浓缩液中加入乙酸酐7.8kg，55℃下发生酰化反应；反应液用茚三酮检测不显色即反应完全后，降温至室温，大量晶体析出，离心，得三水乙酸钠结晶11kg和含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液37.3kg。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干合成工艺修饰和改进，如，浓缩水量的变化、乙酸酐的用量、醋酸钠析晶的pH范围或乙酰-DL-蛋氨酸析晶的pH范围等等。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种循环利用乙酰-DL-蛋氨酸制备L-蛋氨酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氨基酰化酶溶解于乙酰-DL-蛋氨酸水溶液中得到反应液，调节反应液的pH值为中性，在35～45℃下发生拆分反应；反应完全后，减压浓缩，降温析出晶体，过滤，得L-蛋氨酸结晶和含有乙酰-D-蛋氨酸的母液；
(2)在步骤(1)所得母液中加入浓度为25～30％的NaOH水溶液，在pH 12～14、100～110℃的条件下发生消旋反应；反应完全后，保持温度，减压浓缩，所述减压浓缩除去的水量不少于NaOH水溶液的含水量，即得消旋液；
(3)将步骤(2)所得消旋液降温至50～55℃，用乙酸调节溶液pH为8.8～9.2，大量晶体析出，过滤，得三水乙酸钠结晶和浓缩液；
(4)在步骤(3)所得浓缩液中加入乙酸酐，50～55℃下发生酰化反应；反应完全后，降温至室温，大量晶体析出，离心，得三水乙酸钠结晶和含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液，该母液作为步骤(1)所述乙酰-DL-蛋氨酸水溶液用于制备L-蛋氨酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述反应液中，氨基酰化酶：乙酰-DL-蛋氨酸：水的重量比为1：55～65：110～130。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述中性pH值为6.8～7.2。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述减压浓缩的条件为：80～85℃下真空浓缩至溶液总体积减少1/2～2/3。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述母液与NaOH水溶液的重量比为2.5～3:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述乙酸酐的用量为L-蛋氨酸结晶重量的0.7～0.8倍。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氨基酰化酶溶解于乙酰-DL-蛋氨酸水溶液中得到反应液，反应液中氨基酰化酶：乙酰-DL-蛋氨酸：水的重量比为1：55～65：110～130，调节反应液的pH值为6.8～7.2，在35～45℃下发生拆分反应；反应完全后，80～85℃下真空浓缩至溶液总体积减少1/2～2/3，降温析出晶体，过滤，即得L-蛋氨酸结晶和含有乙酰-D-蛋氨酸母液；
(2)在步骤(1)所得母液中加入浓度为25～30％的NaOH水溶液，所述母液与NaOH水溶液的重量比为2.5～3:1，在pH 12～14、100～110℃的条件下发生消旋反应；反应完全后，保持温度，减压浓缩，所述减压浓缩除去的水量不少于该步骤中加入的NaOH水溶液的含水量，即得消旋液；
(3)将步骤(2)所得消旋液降温至50～55℃，用乙酸调节溶液pH为8.8～9.2，大量晶体析出，过滤，得三水乙酸钠结晶和浓缩液；
(4)在步骤(3)所得浓缩液中加入乙酸酐，所述乙酸酐的用量为步骤(1)所得L-蛋氨酸结晶重量的0.7～0.8倍，50～55℃下发生酰化反应；反应完全后，降温至室温，大量晶体析出，离心，得三水乙酸钠结晶和含有乙酰-DL-蛋氨酸的母液；所述母液作为步骤(1)所述乙酰-DL-蛋氨酸水溶液用于制备L-蛋氨酸。
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