CN105624223B - 一种制备dl-丙氨酸和d-丙氨酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种制备DL‑丙氨酸和D‑丙氨酸的方法，在耦合反应器内完成富马酸和氨通过天门冬氨酸酶合成L‑天门冬氨酸，合成出的L‑天门冬氨酸通过L‑天门冬氨酸脱羧酶得到L‑丙氨酸，L‑丙氨酸经过丙氨酸消旋酶消旋得到DL‑丙氨酸。在发酵罐内采用DL‑丙氨酸浓缩母液经过L‑丙氨酸转氨酶拆分得到D‑丙氨酸。本发明工艺不管是生产DL‑丙氨酸还是D‑丙氨酸都无需提出中间产物，直接一步到位得到最终产品。从而减少了L‑天门冬氨酸等电提取需要的硫酸的使用、各提取工艺人工、能耗的消耗，以及实际生产过程中跑冒滴漏等生产损耗。同时综合利用了DL‑丙氨酸母液来生产D‑丙氨酸，提高整体收率和经济效益。

Description

一种制备DL-丙氨酸和D-丙氨酸的方法
技术领域：
本发明属于化工领域，具体涉及一种制备DL-丙氨酸和D-丙氨酸的方法。
技术背景：
DL-丙氨酸是合成一些农药及医药的重要中间体，医学微生物和生物化学氨基酸代谢用药。还可以用作食品调味剂、营养增补剂、微生素B6中间体、饲料添加剂等，亦可作生化试剂。D-丙氨酸是一种重要的有机手性源，主要应用于手性药物、手性添加剂、手性助剂等领域，在制药及食品行业作为手性合成的手性源。作为一种光学活性的有机酸，在某些手性化合物的不对称合成过程中具有不可替代的作用，目前主要用于生产新型广谱抗生素、D-丙氨醇、多肽合成过程的丙氨酸保护剂，以及合成新型甜味剂阿利甜(Alitame)。
现有技术中DL-丙氨酸的生产是以L-丙氨酸为原料经过丙氨酸消旋酶消旋得到DL-丙氨酸，或是化学合成法。D-丙氨酸是以DL-丙氨酸为原料经过L-丙氨酸转氨酶拆分得到D-丙氨酸。现有技术中的生产方法以L-丙氨酸为原料，生产成本高。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种制备DL-丙氨酸的方法。
本发明的另一目的在于提供一种制备D-丙氨酸的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种制备DL-丙氨酸的方法，在耦合反应器内富马酸和氨通过天门冬氨酸酶合成L-天门冬氨酸，合成出的L-天门冬氨酸通过L-天门冬氨酸脱羧酶得到L-丙氨酸，所述的L-丙氨酸经过丙氨酸消旋酶消旋得到DL-丙氨酸；具体过程为：质量百分浓度为20％～25％的富马酸水溶液通入氨气调节pH至7.0～7.5，然后通过蠕动泵打入耦合反应器，同时打循环，反应过程中检测反应液中的富马酸残留、L-天门冬氨酸残留以及溶液的旋光，当富马酸残留＜0.5％、L-天门冬氨酸残留＜0.5％，且反应液旋光等于“0”时，停止反应，将反应液加热至85～95℃，维持20～40min，然后降温至70～80℃，脱色过滤，将滤液减压浓缩至析出大量固体，离心分离去除母液，得到DL-丙氨酸。
上述方法，优选的，停止反应，将反应液加热至90℃，维持30min。
上述的方法，优选的降温至75℃，脱色过滤。
采用上述DL-丙氨酸制备工艺中离心分离得到的母液制备D-丙氨酸的方法，在发酵罐内采用权利要求1中所述DL-丙氨酸的母液经过L-丙氨酸转氨酶拆分得到D-丙氨酸；具体过程为：所述母液中DL-丙氨酸的浓度为15％～17％，将所述的母液加入到发酵罐中发酵；发酵过程中，发酵温度为28～32℃，风量为6～10L/min，发酵液pH维持在5.6±0.1；发酵过程中检测发酵液的旋光，当旋光达到“负”的最大值时停止发酵，将发酵液加热至85～95℃，维持20～40min，然后降温至70～80℃，脱色过滤，将滤液减压浓缩至析出大量固体，离心分离得到D-丙氨酸。
上述的方法，优选的，所述发酵罐中的发酵培养基：蛋白胨1％，酵母膏1％，葡萄糖0.5％，氯化钠0.1％，玉米浆干粉1.2％，MgSO4 0.01％，KH2PO4 0.1％。(即100ml发酵液中含蛋白胨1g、酵母膏1g，葡萄糖0.5g，氯化钠0.1g，玉米浆干粉1.2g，MgSO4 0.01g，KH2PO40.1g)
上述的方法，优选的，发酵过程中，发酵温度为30℃，风量为8L/min。
上述的方法，优选的，停止发酵，将发酵液加热至90℃，维持30min。
上述的方法，优选的，降温至75℃，脱色过滤。
DL-丙氨酸的生产过程中：在同一设备内完成富马酸和氨通过天门冬氨酸酶合成L-天门冬氨酸，合成出的L-天门冬氨酸通过L-天门冬氨酸脱羧酶得到L-丙氨酸，L-丙氨酸经过丙氨酸消旋酶消旋得到DL-丙氨酸。
生产D-丙氨酸：在发酵罐内采用DL-丙氨酸浓缩母液经过L-丙氨酸转氨酶拆分得到D-丙氨酸。
本发明的DL-丙氨酸生工艺为一套多酶耦合催化连续生产工艺，在该生产工艺过程中富马酸的配料浓度(20％～25％)，由于该配料浓度的偏高、偏低对L-天门冬氨酸和L-丙氨酸的制备没有大的影响，但是对于DL-丙氨酸的制备却有显著的影响。配料浓度过低当然是不合算，配料浓度过高当体系内DL-丙氨酸达到一定浓度时，会有DL-丙氨酸析出从而影响膜过滤的效果。
DL-丙氨酸的生产过程中，由于合成L-天门冬氨酸需要过量的氨，得到的产物是L-天门冬氨酸铵盐，L-天门冬氨酸铵在脱羧时生成L-丙氨酸和二氧化碳，而二氧化碳真好与氨反应生产碳酸铵，稳定了反应体系的pH。
采用DL-丙氨酸的提取母液作为D-丙氨酸发酵酶液的配料用水来制备D-丙氨酸，提高整体收率和经济效益，降低环保水处理量。
本发明的有益效果：
本发明工艺不管是生产DL-丙氨酸还是D-丙氨酸都无需提出中间产物，直接一步到位得到最终产品。从而减少了L-天门冬氨酸等电提取需要的硫酸的使用、各提取工艺人工、能耗的消耗，以及实际生产过程中跑冒滴漏等生产损耗。同时综合利用了DL-丙氨酸母液来生产D-丙氨酸，提高整体收率和经济效益。
具体实施方式：
实施例1：制备DL-丙氨酸
在耦合反应器内富马酸和氨通过天门冬氨酸酶合成L-天门冬氨酸，合成出的L-天门冬氨酸通过L-天门冬氨酸脱羧酶得到L-丙氨酸，所述的L-丙氨酸经过丙氨酸消旋酶消旋得到DL-丙氨酸；所述耦合反应器的结构和使用方法为本领域技术人员公知。在5L烧杯中加入富马酸500g，水1500ml(富马酸水溶液的质量百分浓度为25％)，通入氨调节pH＝7.5。通过蠕动泵打入耦合反应器，同时打循环。反应过程中检测反应液中的富马酸残留、L-天门冬氨酸残留以及溶液的旋光。当富马酸残留＜0.5％、L-天门冬氨酸残留＜0.5％，且反应液旋光等于“0”时，停止反应，将反应液加热至90℃，维持30min。降温至75℃，加入活性炭脱色，通过纳滤膜过滤，减压浓缩至析出大量固体，离心分离去除母液(将母液收集后用于制备D-丙氨酸)，将固体烘干，得到DL-丙氨酸312g，收率：81.46％。
实施例2：制备DL-丙氨酸
在耦合反应器内富马酸和氨通过天门冬氨酸酶合成L-天门冬氨酸，合成出的L-天门冬氨酸通过L-天门冬氨酸脱羧酶得到L-丙氨酸，所述的L-丙氨酸经过丙氨酸消旋酶消旋得到DL-丙氨酸；所述耦合反应器的结构和使用方法为本领域技术人员公知。在5L烧杯中加入富马酸500g，水1500ml，通入氨调节pH＝7.3。通过蠕动泵打入耦合反应器，同时打循环。反应过程中检测反应液中的富马酸残留、L-天门冬氨酸残留以及溶液的旋光。当富马酸残留＜0.5％、L-天门冬氨酸残留＜0.5％，且反应液旋光等于“0”时，停止反应，将反应液加热至88℃，维持30min。降温至78℃，加入活性炭脱色，通过纳滤膜过滤，减压浓缩至析出大量固体，离心分离去除母液(将母液收集后用于制备D-丙氨酸)，将固体烘干，得到DL-丙氨酸310g，收率：81.0％。
实施例3：制备D-丙氨酸
采用实施例1中反应浓缩离心收集的母液在发酵罐内经过L-丙氨酸转氨酶拆分得到D-丙氨酸；具体过程为：将实施例1中反应浓缩离心收集的母液2500ml(DL-丙氨酸浓度约16％)，作为发酵配料水加入5L发酵罐发酵。
发酵培养基：蛋白胨1％；酵母膏1％；葡萄糖0.5％；氯化钠0.1％；玉米浆干粉1.2％；MgSO4 0.01％；KH2PO4 0.1％。121℃灭菌20min。
发酵温度：30℃、风量：8L/min。发酵过程中pH维持在5.6±0.1，用10％的稀硫酸调pH。
发酵过程检测：旋光：18h、36h各测一次，36h后每两小时测一次，当旋光大于0.6时每小时测一次。当旋光达到“负”的最大值时停止发酵。将发酵液加热至90℃，维持30min。降温至75℃，加入活性炭脱色，通过纳滤膜过滤，减压浓缩至析出大量固体，离心烘干，得到D-丙氨酸156.4g，收率：78.1％。
表1实施例1～2制备的DL-丙氨酸质量检测结果
标准 实施例1 实施例2
PH＝6.0-7.5 6.73 4.68
旋光：0° 0° 0°
SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>≤200ppm ≤100ppm ≤100ppm
CL-≤200ppm ≤100ppm ≤100ppm
Fe≤10ppm ≤5ppm ≤5ppm
透光：98-100％ 99％ 99％
表2实施例3制备的D-丙氨酸质量检测结果
标准 实施例3
PH＝6.0-7.5 6.73
旋光：-13.5°～-15.5° -14.7°
SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>≤200ppm ≤100ppm
CL<sup>-</sup>≤200ppm ≤100ppm
Fe≤10ppm ≤3ppm
透光：98-100％ 99％

Claims (7)

1.一种制备D-丙氨酸的方法，其特征在于：在耦合反应器内富马酸和氨通过天门冬氨酸酶合成L-天门冬氨酸，合成出的L-天门冬氨酸通过L-天门冬氨酸脱羧酶得到L-丙氨酸，所述的L-丙氨酸经过丙氨酸消旋酶消旋得到DL-丙氨酸反应液；具体过程为：质量百分浓度为20%~25%的富马酸水溶液通入氨气调节pH至7.0~7.5，然后通过蠕动泵打入耦合反应器，同时打循环，反应过程中检测反应液中的富马酸残留、L-天门冬氨酸残留以及溶液的旋光，当富马酸残留＜0.5%、L-天门冬氨酸残留＜0.5%，且反应液旋光等于“0”时，停止反应，将反应液加热至85~95℃，维持20~40min，然后降温至70~80℃，脱色过滤，将滤液减压浓缩至析出大量固体，离心分离DL-丙氨酸的母液；
在发酵罐内采用DL-丙氨酸的母液经过L-丙氨酸转氨酶拆分得到D-丙氨酸；具体过程为：所述母液中DL-丙氨酸的浓度为15%~17%，将所述的母液加入到发酵罐中发酵；发酵过程中，发酵温度为28~32℃，风量为6~10L/min，发酵液pH维持在5.6±0.1；发酵过程中检测发酵液的旋光，当旋光达到“负”的最大值时停止发酵，将发酵液加热至85~95℃，维持20~40min，然后降温至70~80℃，脱色过滤，将滤液减压浓缩至析出大量固体，离心分离得到D-丙氨酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备DL-丙氨酸的过程中，停止反应，将反应液加热至90℃，维持30min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备DL-丙氨酸的过程中，降温至75℃，脱色过滤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵罐中的发酵培养基：100ml发酵液中含蛋白胨1g、酵母膏1g，葡萄糖0.5g，氯化钠0.1g，玉米浆干粉1.2g，MgSO4 0.01g，KH2PO40.1g。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵过程中，发酵温度为30℃，风量为8L/min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，停止发酵，将发酵液加热至90℃，维持30min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，降温至75℃，脱色过滤。
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