CN104520266B - 生成碱性氨基酸或碱性氨基酸盐的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种生成适合于医药、工业用途、饲料、食物添加剂等的每种用途的碱性氨基酸或碱性氨基酸盐的方法，其通过简单方法从碱性氨基酸的HCl盐中有效除去HCl。上述问题通过生成碱性氨基酸或碱性氨基酸盐的方法解决，所述方法包括在使用阴离子-交换树脂使溶液脱氯时容许碱性氨基酸HCl盐溶液中共存弱酸。

Description

生成碱性氨基酸或碱性氨基酸盐的方法
发明领域
本发明涉及从碱性氨基酸氢氯酸盐(下文称为碱性氨基酸的HCl盐)除去氢氯酸(下文称为HCl)的方法。
发明背景
存在有多种碱性氨基酸，并且代表性的碱性氨基酸是赖氨酸、精氨酸、组氨酸、鸟氨酸，等等。这些碱性氨基酸通常以HCl盐的形式制造。
另一方面，还利用碱性氨基酸实现医药用途，并且在此情况中，必须除去HCl盐，因为其不利地影响人体。此外，在医药用途外，它们还用于工业用途、饲料用途、食物添加剂用途，等等，并且根据用途，它需要以优选的弱酸盐的形式被商品化。
通过从碱性氨基酸的HCl盐除去HCl制造碱性氨基酸的各种方法是已知的。
例如，专利文件1的实施例1中公开了将硫酸添加至L-赖氨酸发酵培养液(broth)以使其变为酸性特性，将该培养液补料到铵形式的强酸性阳离子-交换树脂以将L-赖氨酸吸附于其上，并且通过水性氨水溶液洗脱吸附的L-赖氨酸的方法。
专利文件2公开了通过将碱性氨基酸盐溶液在含有阳离子-交换膜和阴离子-交换膜的组合的电透析(electrodialysis)容器中进行电透析获得碱性氨基酸溶液的方法。
非专利文件1公开了研究阴离子-交换树脂上L-赖氨酸HCl盐的吸附行为，并且可以通过在控制温度的情况下改变吸附平衡尝试从L-赖氨酸脱氯。
现有技术文件
专利文件
专利文件1：JP4-134054A
专利文件2：JP2002-284749A
非专利文件
非专利文件1：Lucas等,“IONEXCHANGEKINETICSOFDL-赖氨酸MONOHYDROCHLORIDEONAMBERLITEIRA-420”,SolventExtractionandIonExchange,1996,14(6),PP1115-1135
发明概述
本发明要解决的问题
专利文件1的方法具有成本和废水负载的问题，因为需要用于回收水性氨水(其是洗脱剂)的设备，并且为了确保足够的吸附能力，其伴随的需要的树脂体积和废水体积增加。
专利文件2的方法需要设备的成本，因此不适合生产碱性氨基酸。
在非专利文件1的温度控制方法中，氯离子(下文称为Cl或Cl－)的突破(breakthrough)点非常快，因此在每种情况中，赖氨酸的产量非常小。
本发明的目的是提供一种生成适合于医药、工业、饲料、食物添加剂等的相应用途的碱性氨基酸或碱性氨基酸盐的方法，其通过简单方法从碱性氨基酸的HCl盐中有效除去HCl。
解决问题的手段
为了解决上述问题，发明人急切研究，并且首先研究关于使用弱碱性阴离子-交换树脂的脱氯。然而，此树脂上吸附的Cl很少。他们认为碱性氨基酸溶液的pH通过脱氯而升高，由此弱碱性阴离子-交换树脂的离子交换能力不起作用。
因此，接着使用强碱性阴离子-交换树脂研究脱氯。因此，可以实现脱氯，但是出现另一个问题，即碱性氨基酸的产量由于碱性氨基酸的同时吸附而降低。他们认为这是由碱性氨基酸溶液的pH通过脱氯而升高，由此碱性氨基酸被转化成要被吸附的阴离子所引起。
因此，发明人进一步调查，并且得出结论在容许弱酸在碱性氨基酸溶液的HCl盐中存在时，由脱氯引起的碱性氨基酸溶液的pH上升被弱酸抑制，从而容许阴离子-交换树脂的离子交换能力的不断展现，并且可以阻止碱性氨基酸由于其转化成阴离子而吸附。
本发明基于此类观念进行，并且提供了生成碱性氨基酸或碱性氨基酸盐的方法，其包括在使用阴离子-交换树脂使溶液脱氯时容许碱性氨基酸HCl盐溶液中共存弱酸。
本发明的效果
根据本发明，可以通过简单的方法将HCl从碱性氨基酸溶液的HCl盐中有效除去以生成适合于各种用途，诸如医药用途、工业用途、饲料用途、和食物添加剂用途的碱性氨基酸和氨基酸盐。
附图简述
[图1]图显示了在将其通过强碱性阴离子-交换树脂时添加乙酸的L-赖氨酸HCl盐溶液(其是本发明的一个实施例)的突破曲线。
[图2]图显示了在将其通过弱碱性阴离子-交换树脂时的突破曲线。
[图3]图显示了在将其通过弱碱性阴离子-交换树脂时没有添加弱酸的L-赖氨酸HCl盐溶液的突破曲线。
[图4]图显示了在将其通过强碱性阴离子-交换树脂时没有添加弱酸的L-赖氨酸HCl盐溶液的突破曲线。
发明详述
通过本发明的方法进行脱氯的碱性氨基酸的类型没有限制，但是例示性的是赖氨酸、精氨酸、组氨酸、鸟氨酸、羟赖氨酸，等等。虽然碱性氨基酸有光学异构体，但是任一种可以适用，并且其可以是外消旋物。碱性氨基酸的起源也没有特别限制。
一般地，碱性氨基酸HCl盐中的HCl对于每一个碱性氨基酸分子为一个分子，但是不限于此。HCl可以是2个分子，3个分子等，或者可以是具有诸如0.5个分子的分数的数量。
容许碱性氨基酸的HCl盐以溶液形式与阴离子-交换树脂接触。碱性氨基酸溶液的HCl盐的质量和纯度没有特别限制，而是可以为任何等级，诸如为发酵培养液形式，用于饲料，用于工业使用，用于食物添加剂或用于医药。
碱性氨基酸的浓度不限于在能够通过阴离子-交换树脂处理的范围内，但是例如是1g/dl至饱和溶解度，通常约5至15g/dl。
容许与碱性氨基酸共存的弱酸是比氢氯酸具有更小的对阴离子-交换树脂的选择性系数的酸，并且在脱氯后，弱酸可以将碱性氨基酸保持于其等电点或低于等电点。此外，对于弱酸，优选根据其用途(诸如用于医药、用于工业用途、用于饲料或用于食物添加剂)选择期望的弱酸。弱酸可以属于有机酸或无机酸。作为有机酸的例子，可以列出乙酸、苯甲酸、己酸、甲酸、戊酸、乳酸、丙酸、丁酸、天冬氨酸、谷氨酸等，且作为无机酸的例子，可以列出碳酸、碘酸、氟等。下文显示了对OH－形式的DuoliteA-101D的选择性系数的例子：Cl－＝22，HCO3 －＝6.0，IO3 －＝5.5，HCOO－＝4.6，CH3COO－＝3.2，CH3CH2COO－＝2.6，F－＝1.6。
碱性氨基酸的HCl盐溶液中的弱酸量是能够在HCl被吸附在阴离子-交换树脂上后将溶液的pH保持于碱性氨基酸的等电点或低于该等电点，优选比等电点低1至2的量，并且通常优选的是使酸-碱等同物为0.8个当量HCl或更多，优选约0.8－2.0个当量，更优选约1.0－1.2个当量。弱酸的量包括已经作为一部分包含在碱性氨基酸的HCl盐溶液中的量，并且可以通过新添加不足量调节。
碱性氨基酸的HCl盐溶液的优选pH是pH0－9。通常，在碱性氨基酸的HCl盐实际上溶解的状态中是足够的。
阴离子-交换树脂的类型没有特别限制，而是可以是任何类型的强碱性阴离子-交换树脂、弱碱性阴离子-交换树脂等。阴离子-交换树脂的形式也没有限制，但是以OH形式使用是优选的，并且出于该目的，在使用前再生树脂。
通过使用阴离子-交换树脂使碱性氨基酸的HCl盐溶液脱氯的方法可以与使用离子-交换树脂的常规操作方法类似地实施。
也就是说，使用离子-交换树脂的常规方法基本上由吸附-洗脱-再生的三个步骤构成。在本发明中，在吸附步骤中实施Cl离子的吸附，并且在洗脱步骤中实施吸附的Cl的洗脱。洗脱液可以是任何能够洗脱Cl的洗脱液，并且可以使用氢氧化钠、碳酸钠、氨水等。在吸附步骤中使用OH形式的阴离子-交换树脂并且使用碱性氢氧化物作为洗脱液的情况中，在洗脱过程期间同时实现再生。
用本发明中使用的阴离子-交换树脂填充的树脂柱可以是1个，但是在实践观点中优选使用2个或更多个柱。因此，连续生产通过将不同步骤分派给每个柱，并连续转移步骤是可能的。特别地，连接各步骤的2个或更多个系列柱的系统是优选的，因此可以最大化有效利用阴离子-交换树脂的交换能力。
碱性氨基酸的HCl盐溶液和洗脱液的补料速率可以根据常规的方式设置，并且它们通常基于突破点作为标准设置。
根据本发明，可以从碱性氨基酸的HCl盐除去98.5mol％或更多，优选99.9mol％或更多的Cl。在赖氨酸的情况中，可以使Cl/Lys为1.5mol％或更小，优选0.01mol％或更小。
通过从碱性氨基酸的HCl盐溶液除去HCl获得的溶液含有本发明中使用的弱酸。可以除去弱酸，但是如果弱酸在终产物的使用中是有利的或无害的，那么溶液可以原样使用。
作为使用阴离子-交换树脂从碱性氨基酸的HCl盐溶液通过碱性氨基酸弱酸盐溶液获得碱性氨基酸的方法，存在有利用碳酸作为弱酸的方法。
在弱酸是碳酸时，可以通过脱碳酸化处理获得碱性氨基酸。可以通过蒸发操作等进行特定的脱碳酸化(decarbonation)处理以通过作为二氧化碳气体释放将其容易地除去。特别地，降低压强下的蒸发操作是优选的，这是由于抑制通过加热引起的碱性氨基酸的分解(decomposition)。蒸发的类型和结构没有特别限制，并且例如，垂直短管式蒸发(verticalshorttubetypeevaporation)、降式薄膜蒸发器(fallingtypethinfilmevaporator)、强制循环式蒸发器(forcedcirculationtypeevaporator)等是可适用的。蒸发器可以是单效或多效的。蒸发操作可以根据常规条件进行，并且通过控制蒸发器的内部压力至30－250hPa，优选30－150hPa，可以在抑制碱性氨基酸分解的情况下有效除去碳酸。
通过除去弱酸获得的碱性氨基酸弱酸盐溶液和碱性氨基酸溶液根据其用途可以以溶液形式使用或者以晶体形式使用。
在晶体形式的情况中，存在晶化方法和直接干燥方法。例如，可以通过浓缩，冷却，添加不良溶剂，诸如有机溶液，或其组合进行晶化，并且可以例如通过喷雾干燥或冷冻干燥进行直接干燥，并且无论何种方法都可以适用。
在降低压强下的浓缩的情况中，可以通过将所得的浓缩溶液冷却到一定的温度，例如到10℃－30℃，优选10－15℃改善回收率。可以通过将有机溶剂添加到所得的浓缩物进一步改善回收率。例示性有机溶剂是甲醇、乙醇、2-丙醇，等等。
可以通过对含有晶体的浓缩物等的离心操作通过固体-液体分离获得氨基酸弱酸盐的晶体。
可以通过用例如水、碱性氨基酸弱酸盐的饱和溶液、甲醇、乙醇或2-丙醇的有机溶剂清洗除去粘附于分离晶体的表面上的杂质。
通过流化床干燥、降压干燥、盘式干燥等干燥分离的晶体以获得碱性氨基酸晶体或碱性氨基酸盐晶体。
实施例
实施例1
作为离子-交换树脂，将250ml强碱性氨基-交换树脂(DowexmarathonA2,DowexCo.产品,II型,1.2eq/L)在柱中填充，并且通过给料3RV1.5NNaOH，接着用4RV水清洗再生。离子-交换树脂为OH形式。
通过在水中溶解L-赖氨酸HCl盐(用于补料)，并添加与L-赖氨酸等摩尔的乙酸(因此与HCl相等摩尔)制备补料溶液。L-赖氨酸的浓度是5.0g/dL。
将1.6RV补料溶液以SV＝1从上述柱的顶部补料，接着用2RV水清洗。
测量通过柱并且从底部流出的流出溶液的L-赖氨酸浓度(▲)、Cl浓度(■)、乙酸浓度(◆)和pH(○)的变化以获得图1中显示的图。
获得的结果是L-赖氨酸产率81％，流出溶液的Cl/L-Lys＝1.5mol％，和乙酸产率35.5％。L-赖氨酸产率是80％或更多，且除去98.5mol％Cl，但是同时吸附相当大量的乙酸。还发现了乙酸产率由于与Cl相比乙酸对阴离子-交换树脂的低选择性系数而随着增加Cl的吸附量而增加。由于可以通过补偿乙酸短缺而向市场供应L-赖氨酸乙酸，所以没有问题。
实施例2
作为离子-交换树脂，将200ml弱碱性阴离子-交换树脂(LEWATIT(旧的商品名：IONAC)A-365,LANXESSCo.的产品,3.5eq/L)在柱中填充，并通过补料4RV1.5NNaOH，接着用4RV水清洗再生。离子-交换树脂为OH形式。
通过在水中溶解L-赖氨酸HCl盐(用于补料)，并添加与L-赖氨酸等摩尔的乙酸制备补料溶液。L-赖氨酸的浓度是7.0g/dL。
将3.7RV补料溶液以SV＝1从上述柱的顶部补料，接着用1.5RV水清洗。
测量通过柱并且从底部流出的流出溶液的L-赖氨酸浓度(▲)、Cl浓度(■)、乙酸浓度(◆)和pH(○)的变化以获得图2中显示的图。
获得的结果是L-赖氨酸产率98.6％，流出溶液的Cl/L-Lys＝0.03mol％，和乙酸产率75.7％。L-赖氨酸产率是98％或更多，且除去99.97mol％Cl，但是也发生乙酸的吸附。还发现了乙酸产率由于与Cl相比乙酸对阴离子-交换树脂的低选择性系数而随着增加Cl的吸附量而增加。由于可以通过补偿乙酸短缺而向市场供应L-赖氨酸乙酸，所以没有问题。
实施例3
对通过实施例2的方法获得的上述流出溶液添加乙酸，从而变为与L-赖氨酸的1.0摩尔相当，并且通过活性炭脱色，接着过滤。将滤液在降压下浓缩至95g/dLL-赖氨酸，冷却到15℃，并通过离心分离晶体。将所得的晶体用100％甲醇清洗，并在降压下干燥以获得L-赖氨酸乙酸盐产物。自补料溶液的产物回收(L-赖氨酸的产率)是57.6％。根据日本药典第16次修订本(第1385页-第1386页)中描述的方法检查产物的纯度，并且发现其为100％。
比较例1
作为离子-交换树脂，将200ml弱碱性阴离子-交换树脂(LEWATIT(旧的商品名：IONAC)A-365,LANXESSCo.的产品,3.5eq/L)在柱中填充，并通过补料4RV1.7N-NaOH，接着用5RV水清洗再生。离子-交换树脂为OH形式。
通过在水中溶解L-赖氨酸HCl盐(用于补料)制备补料溶液。L-赖氨酸的浓度是5.1g/dL。
将9.5RV补料溶液以SV＝1从上述柱的顶部补料，接着用2.5RV水清洗。
测量从柱底流出的流出溶液的L-赖氨酸浓度(▲)、Cl浓度(■)、pH(○)和Brix(×)的变化以获得图3中显示的图。
因此，发现了阴离子-交换树脂上的Cl吸附很少。认为在仅吸附少量Cl的初始阶段中，pH立即上升，因此弱碱性阴离子-交换树脂不起离子-交换作用，这是因为弱碱性阴离子-交换树脂的离子-交换基团的解离于pH9或更高发生，而L-赖氨酸的等电点是9.79。
比较例2
从比较例1的结果看，研究了通过强碱性阴离子-交换树脂的脱氯，其中离子-交换基团的解离不依赖于pH。
作为离子-交换树脂，将250ml强碱性阴离子-交换树脂(DowexmarathonA2,DowexCo.的产品,II型,1.2eq/L)在柱中填充，并通过补料3RV1.5NNaOH，接着用4RV水清洗再生。离子-交换树脂为OH形式。
通过在水中溶解L-赖氨酸HCl盐(用于补料)制备补料溶液。L-赖氨酸的浓度是5.0g/dL。
将1.6RV补料溶液以SV＝1从上述柱的顶部补料，接着用4RV水清洗。
测量从柱底流出的流出溶液的L-赖氨酸浓度(▲)、Cl浓度(■)和pH(○)的变化以获得图4中显示的图。
因此，发现了虽然大部分Cl被吸附导致流出溶液的Cl/L-Lys＝1.5mol％，但L-赖氨酸的产率较低，即54％，因此难以投入实际使用。
工业适用性
根据本发明，可以从碱性氨基酸的HCl盐有效除去HCl，并且此方法广泛可用于生成适合于医药、工业使用、饲料、食物添加剂等的每种用途的碱性氨基酸或碱性氨基酸盐。

Claims (15)

1.一种生成碱性氨基酸或碱性氨基酸盐的方法，其包括在使用阴离子-交换树脂使碱性氨基酸HCl盐溶液脱氯时使弱酸共存在该溶液中，
其中所述弱酸比氢氯酸具有更小的对阴离子交换树脂的选择性系数，并且在脱氯后所述弱酸能将碱性氨基酸保持于其等电点或低于等电点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱性氨基酸是赖氨酸、精氨酸、组氨酸、鸟氨酸或羟赖氨酸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述弱酸是乙酸、苯甲酸、己酸、甲酸、戊酸、乳酸、丙酸、丁酸、天冬氨酸、谷氨酸、碳酸或碘酸。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在使用阴离子交换树脂对共存有弱酸的所述碱性氨基酸的HCl盐溶液进行脱氯时，所述阴离子交换树脂为OH型。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱性氨基酸盐是碱性氨基酸乙酸盐。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱性氨基酸是L-赖氨酸。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱性氨基酸盐是L-赖氨酸乙酸盐。
8.根据权利要求1所述的方法，其中从所述碱性氨基酸的HCl盐中的Cl除去率是98.5mol％以上。
9.根据权利要求1所述的方法，其中从所述碱性氨基酸的HCl盐中的Cl除去率是99.9mol％以上。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述碱性氨基酸是L-赖氨酸。
11.一种从根据权利要求1所述的碱性氨基酸溶液获得碱性氨基酸盐晶体或碱性氨基酸晶体的方法，其包括根据权利要求1所述的生成碱性氨基酸或碱性氨基酸盐的步骤，和使脱色、晶化、分离、干燥各工序中的至少一种以上组合的工序。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述碱性氨基酸是L-赖氨酸。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述碱性氨基酸盐是L-赖氨酸乙酸盐。
14.一种从碱性氨基酸HCl盐溶液获得碱性氨基酸的方法，其包括如下生成碱性氨基酸碳酸盐盐溶液的过程：使碳酸共存在碱性氨基酸HCl盐溶液中，通过将其通过阴离子-交换树脂将氯离子从所述碱性氨基酸HCl盐溶液除去，和
将所述碱性氨基酸碳酸盐盐溶液进行脱碳酸处理的过程。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述碱性氨基酸是L-赖氨酸。
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