CN109694336B

CN109694336B - 一种菱形牛磺酸晶体及其制备方法

Info

Publication number: CN109694336B
Application number: CN201811377034.7A
Authority: CN
Inventors: 赵凯飞; 陈来中; 桂振友; 郭斌; 蔺海政; 孔令晓; 丰茂英; 张永振; 黎源
Original assignee: Wanhua Chemical Group Co Ltd
Current assignee: Wanhua Chemical Group Co Ltd
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2038-11-19
Also published as: CN109694336A

Abstract

本发明公开了一种菱形牛磺酸晶体及其制备方法。在60～75℃温度范围下，配制一定浓度的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入一定含量的杂质，再用酸性物质调节体系pH至2.5～4.0。老化一段时间后，设置梯度降温程序，将体系降温至10～35℃。过滤、洗涤、干燥后，即可得到菱形的牛磺酸晶体。产品的质量纯度为99.0％～99.8％，主粒径D[4,3]为150μm～200μm，粒度分布的变异系数CV值为33％～45％。该方法的工艺创新，流程简单，能耗少，晶体产品质量高，具备工业化生产的良好前景。

Description

一种菱形牛磺酸晶体及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工医药结晶技术领域，具体涉及一种菱形牛磺酸晶体及其制备方法。

背景技术

牛磺酸，化学名称为2-氨基乙磺酸，是一种天然纯在的β-磺化氨基酸，是人和哺乳动物机体活动所必须的一种含硫氨基酸。虽然在体内不直接参与蛋白质和酶类的合成，但是具有极其重要的生理功能，不单参与维持正常机体内环境稳态，而且对中枢神经、心血管、消化、泌尿、免疫、内分泌、生殖等系统生理功能的正常发挥具有重要的调节作用。

牛磺酸因其独特的生理、药理功能，而具有广泛的应用范围：添加到食品中，可起到增强体质、预防疾病、消除疲劳、提高工作效率等作用；应用于医药领域，可有助于治疗脂肪肝、心肌炎、心力衰竭、动脉粥样硬化等疾病；加入到动物饲料中，可促进动物的生长发育和繁殖。牛磺酸具有良好的市场前景。

目前我国牛磺酸工业生产方法主要有乙醇胺法和环氧乙烷法，而结晶是分离纯化和产品精制的关键一步。牛磺酸，为无色或白色小针状结晶或结晶性粉末，无气味，易溶于水。目前市售的牛磺酸产品存在晶体粒度较小且分布不均，堆密度低、流动性差，容易聚结成块等问题，而生产企业因结晶方式单一、流程繁琐而存在着生产效率低、原料成本高、公共工程耗能大、设备利用率低等弊端。晶体质量差、生产效率低，是影响产品价格、企业效益及市场应用的重要原因之一。

专利CN101904819A和专利CN103830186A描述了一种涉及用湿法混合制粒机来自制备牛磺酸颗粒的方法。该方法工艺简陋，对制粒机的形式和具体参数要求苛刻，对设备的依赖性极大，且设备损耗严重、利用率低，设备成本高昂。

专利CN1872029A描述了一种通过控制干燥器及干燥条件来制备球状颗粒的牛磺酸产品的方法。该方法工艺原始，对公用工程的能耗极大，增加了生产成本。

专利CN101671283A描述了一种通过在牛磺酸水溶液中添加碱性物质来调节pH，再通过冷却结晶得到柱状牛磺酸晶体的制备方法。该方法耗碱量大，造成了大量的含碱废水，加大了原料成本和“三废”处理的成本。

专利CN103848763A描述了一种采用有机羧酸盐添加剂改变牛磺酸晶体形态，得到柱状晶体产品的方法。该方法的原料成本较低，得到的晶体形态也较好，但是结晶方式单一，造成了单程过程收率低下。在工业生产中需要多次母液套用才能提高结晶操作的总体收率，操作流程繁琐，降低了生产效率。

因此，需要开发一种晶体质量好、生产效率高的牛磺酸晶体产品的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前市售牛磺酸产品存在的晶体粒度较小且分布不均，堆密度低、流动性差，容易聚结成块等质量问题，以及生产企业因结晶方式单一、流程繁琐而存在的生产效率低、原料成本高、公共工程耗能大、设备利用率低等弊端，而开发一种结晶制备牛磺酸晶体产品的改进方法。该方法的工艺创新，流程简单，能耗少，晶体产品质量高，具备工业化生产的良好前景。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种制备菱形牛磺酸晶体的方法，所述方法包括：在60～75℃，优选65～70℃温度范围下，配制一定浓度的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入一定含量的杂质，再用酸性物质调节体系pH至2.5～4.0，优选3.0～3.5；老化一段时间后，设置梯度降温程序，将体系降温至10～35℃，优选25～30℃；过滤、洗涤、干燥后，得到菱形的牛磺酸晶体。

本发明所述的制备方法采用等电点-冷却耦合结晶工艺。

本发明所述的牛磺酸粗品水溶液的质量浓度为20～30wt％，优选24～27wt％。

本发明所述的杂质选自马来酸、富马酸中的一种或二者的组合。

本发明所述的杂质与牛磺酸的质量比为1:1000～10:1000，优选3:1000～5:1000。

本发明所述的酸性物质选自硫酸、磷酸、醋酸、羟乙基磺酸中的一种或者几种的组合。

本发明所述的老化时间为0.5～2h，优选1～2h。

本发明所述的梯度降温程序分两段：第一段由60～75℃，优选65～70℃降温至50～55℃，降温时间是2～2.5h；第二段由50～55℃降温至10～35℃，优选25～30℃，降温时间是1～1.5h。

本发明所述的洗涤剂为10～35℃下的牛磺酸饱和水溶液，分两次洗涤，每次用量为产品质量的2～4倍。

本发明所述的干燥方式采用鼓风干燥，温度为50～80℃。

本发明进一步涉及通过上述方法制备的菱形牛磺酸晶体，产品的质量纯度为99.0％～99.8％，主粒径D[4,3]为150μm～200μm，粒度分布的变异系数CV值为33％～45％。

本发明的优异效果在于：

首先，在结晶制备牛磺酸晶体产品的方法上采用了等电点-冷却耦合结晶工艺。从结构来分析，牛磺酸的分子结构与氨基酸类似，同时具有显碱性的氨基和显酸性的磺酸基。在其等电点时，所带正电荷和所带负电荷正好相等，此时，牛磺酸晶体的溶解度最小，有利于提高结晶过程的收率。等电点结晶属于瞬时反应，反应速度很快，即体系的成核速率很快，有利于加快生产效率。根据物性数据，牛磺酸在水体系中的溶解度随温度的变化趋势较为明显，所以将冷却结晶考虑进来，也可以充分发挥物性的优势，降低公用工程的能耗。本发明将等电点结晶和冷却结晶这两种方式耦合在一起，不论是在提高过程收率上，还是加快结晶速率，以及简化流程、降低能耗上，都具有明显的方法优越性。

其次，采用了马来酸、富马酸这样一对顺反异构体来做杂质，对牛磺酸晶体在结晶过程中的晶习变化进行调控。马来酸、富马酸，均为简单的不饱和二元羧酸，因分子结构中的C＝C双键的原子位置不同而互为顺反异构，是化工有机合成领域中的重要中间体。两个羧基基团和牛磺酸分子之间可以形成氢键，并且连接两个羧基基团的C＝C双键对这种氢键作用可以起到一定的强化作用，从而影响了牛磺酸晶体的晶格结构，进而对成核之后的晶体生长过程起到了一定的影响，避免晶体分子沿着单一晶轴方向扩展。

并且，制备得到了牛磺酸晶体的一种新的晶体形态——菱形晶习。菱形晶习，相比于市售产品所呈现的小针状结晶或者粉末状结晶，其主粒径更大，晶体的长径比更平缓，不易折断，粒度分布也更为均匀，在工业储存、运输、制剂等应用上更为便利，在晶体学指标的产品质量上也具有更为明显的优势。

附图说明

图1为实施例1中得到的牛磺酸菱形晶习产品的显微镜图；

图2为实施例1中得到的牛磺酸晶体产品的粒度分布图；

图3为实施例1中得到的牛磺酸晶体产品的X射线粉末衍射图；

图4为对比例1中得到的牛磺酸晶体产品的显微镜图；

图5为对比例1中得到的牛磺酸晶体产品的粒度分布图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，而不是以任何方式限制它。

分析方法：Waters 2695高效液相色谱仪；GL Sciences Intersil ODS-SP色谱柱(4.6*250mm，5μm)，柱温为45℃；流动相为50％的0.1mol/L的NaH₂PO4水溶液和50％的甲醇，流速为1.0mL/min；等度洗脱，时间为30min；自动进样器，进样量为20μL；紫外吸收检测器，波长为210nm。

使用原料来源：

牛磺酸粗品，化学纯度为98.5％，江阴华昌食品添加剂有限公司；

马来酸、富马酸，化学纯度为98％～99％，阿拉丁试剂有限公司；

硫酸、磷酸、醋酸、羟乙基磺酸，化学纯度为99％，阿拉丁试剂有限公司。

实施例1

先配制质量浓度为24％的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入与牛磺酸的质量比为1:1000的马来酸，升温至65℃，搅拌使溶清。后用硫酸调节体系pH至3.0，对析出的晶体进行0.5h的老化处理。再按照梯度降温程序——“第一段由60～75℃降温至50～55℃，降温时间是2～2.5h；第二段由50～55℃降温至10～35℃，降温时间是1～1.5h”，将体系降温至30℃。最后，对固体晶浆液进行过滤，再耗2倍的洗涤剂对湿晶体产品进行两次洗涤，在50℃的鼓风干燥条件下，制备得到呈菱形晶习的牛磺酸晶体。经液相色谱检测，产品的质量纯度为99.8％；经马尔文激光粒度仪Mastersizer 3000测量，产品的主粒径D[4,3]为188.2μm，粒度分布的变异系数CV值为34％。

实施例2

先配制质量浓度为27％的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入与牛磺酸的质量比为10:1000的富马酸，升温至70℃，搅拌使溶清。后用羟乙基磺酸调节体系pH至3.5，对析出的晶体进行2h的老化处理。再按照梯度降温程序——“第一段由60～75℃降温至50～55℃，降温时间是2～2.5h；第二段由50～55℃降温至10～35℃，降温时间是1～1.5h”，将体系降温至25℃。最后，对固体晶浆液进行过滤，再耗4倍的洗涤剂对湿晶体产品进行两次洗涤，在80℃的鼓风干燥条件下，制备得到呈菱形晶习的牛磺酸晶体。经液相色谱检测，产品的质量纯度为99.7％；经马尔文激光粒度仪Mastersizer 3000测量，产品的主粒径D[4,3]为194.5μm，粒度分布的变异系数CV值为39％。

实施例3

先配制质量浓度为25％的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入与牛磺酸的质量比为3:1000的马来酸，升温至66℃，搅拌使溶清。后用磷酸调节体系pH至3.3，对析出的晶体进行1h的老化处理。再按照梯度降温程序——“第一段由60～75℃降温至50～55℃，降温时间是2～2.5h；第二段由50～55℃降温至10～35℃，降温时间是1～1.5h”，将体系降温至26℃。最后，对固体晶浆液进行过滤，再耗3倍的洗涤剂对湿晶体产品进行两次洗涤，在70℃的鼓风干燥条件下，制备得到呈菱形晶习的牛磺酸晶体。经液相色谱检测，产品的质量纯度为99.6％；经马尔文激光粒度仪Mastersizer 3000测量，产品的主粒径D[4,3]为164.4μm，粒度分布的变异系数CV值为33％。

实施例4

先配制质量浓度为26％的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入与牛磺酸的质量比为5:1000的富马酸，升温至68℃，搅拌使溶清。后用醋酸调节体系pH至3.1，对析出的晶体进行1.5h的老化处理。再按照梯度降温程序——“第一段由60～75℃降温至50～55℃，降温时间是2～2.5h；第二段由50～55℃降温至10～35℃，降温时间是1～1.5h”，将体系降温至28℃。最后，对固体晶浆液进行过滤，再耗4倍的洗涤剂对湿晶体产品进行两次洗涤，在60℃的鼓风干燥条件下，制备得到呈菱形晶习的牛磺酸晶体。经液相色谱检测，产品的质量纯度为99.2％；经马尔文激光粒度仪Mastersizer 3000测量，产品的主粒径D[4,3]为152.6μm，粒度分布的变异系数CV值为42％。

实施例5

先配制质量浓度为26％的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入与牛磺酸的质量比为1:1000的马来酸和2:1000的富马酸，升温至60℃，搅拌使溶清。后用醋酸调节体系pH至2.5，对析出的晶体进行1.2h的老化处理。再按照梯度降温程序——“第一段由60～75℃降温至50～55℃，降温时间是2～2.5h；第二段由50～55℃降温至10～35℃，降温时间是1～1.5h”，将体系降温至10℃。最后，对固体晶浆液进行过滤，再耗3倍的洗涤剂对湿晶体产品进行两次洗涤，在70℃的鼓风干燥条件下，制备得到呈菱形晶习的牛磺酸晶体。经液相色谱检测，产品的质量纯度为99.4％；经马尔文激光粒度仪Mastersizer 3000测量，产品的主粒径D[4,3]为174.6μm，粒度分布的变异系数CV值为45％。

实施例6

先配制质量浓度为26％的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入与牛磺酸的质量比为2:1000的马来酸和2:1000的富马酸，升温至75℃，搅拌使溶清。后用醋酸调节体系pH至4.0，对析出的晶体进行0.8h的老化处理。再按照梯度降温程序——“第一段由60～75℃降温至50～55℃，降温时间是2～2.5h；第二段由50～55℃降温至10～35℃，降温时间是1～1.5h”，将体系降温至35℃。最后，对固体晶浆液进行过滤，再耗2倍的洗涤剂对湿晶体产品进行两次洗涤，在60℃的鼓风干燥条件下，制备得到呈菱形晶习的牛磺酸晶体。经液相色谱检测，产品的质量纯度为99.0％；经马尔文激光粒度仪Mastersizer 3000测量，产品的主粒径D[4,3]为159.5μm，粒度分布的变异系数CV值为38％。

对比例1

先配制质量浓度为27％的牛磺酸粗品水溶液，升温至70℃，搅拌使溶清。不设置降温程序，直接降温至25℃。最后，对固体晶浆液进行过滤、洗涤、真空干燥，制备得到牛磺酸晶体，呈细针状。经液相色谱检测，产品的质量纯度为99.0％；经马尔文激光粒度仪Mastersizer 3000测量，产品的主粒径D[4,3]为52.1μm，粒度分布的变异系数CV值为56％。

Claims

1.一种制备菱形牛磺酸晶体的方法，其特征在于：在60~75℃温度范围下，配制浓度为20~30wt%的牛磺酸粗品水溶液，向其中加入杂质，再用酸性物质调节体系pH至2.5~4.0；老化0.5~2h后，设置梯度降温程序，将体系降温至10~35℃；过滤、洗涤、干燥后，得到菱形的牛磺酸晶体；结晶采用等电点-冷却耦合结晶工艺；所述的杂质选自马来酸、富马酸中的一种或二者的组合；所述的杂质与牛磺酸的质量比为1:1000~10:1000。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在65~70℃温度范围下，配制牛磺酸粗品水溶液；用酸性物质调节体系pH至3.0~3.5；将体系降温至25~30℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的牛磺酸粗品水溶液的质量浓度为24~27wt%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的杂质与牛磺酸的质量比为3:1000~5:1000。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述的酸性物质选自硫酸、磷酸、醋酸、羟乙基磺酸中的一种或者几种的组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的老化时间为1~2h。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述的梯度降温程序分两段：第一段由60~75℃降温至50~55℃，降温时间是2~2.5h；第二段由50~55℃降温至10~35℃，降温时间是1~1.5h。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，第一段由65~70℃降温至50~55℃，降温时间是2~2.5h；第二段由50~55℃降温至25~30℃，降温时间是1~1.5h。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述的洗涤剂为10~35℃下的牛磺酸饱和水溶液，分两次洗涤，每次用量为产品质量的2~4倍。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述的干燥方式采用鼓风干燥，温度为50~80℃。