CN112939795A - 一种高纯度颗粒状l-缬氨酸晶体及其制备方法和其应用 - Google Patents
一种高纯度颗粒状l-缬氨酸晶体及其制备方法和其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高纯度颗粒状L‑缬氨酸晶体的制备方法,包括如下步骤:(1)将待纯化的L‑缬氨酸溶液浓缩至饱和溶液或近饱和溶液;(2)向步骤(1)制得的饱和溶液或近饱和溶液中添加颗粒状L‑缬氨酸晶浆,至L‑缬氨酸晶体生长稳定后,将其浓缩;在搅拌条件下,将浓缩液降温析晶,分离、洗涤、干燥,即得。本发明制得了高堆积密度、高纯度的L‑缬氨酸晶体,显著提高了L‑缬氨酸的质量和收率,降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于生物化学领域,具体涉及一种高纯度颗粒状L-缬氨酸晶体及其制备方法和其应用。
背景技术
缬氨酸为机体必需氨基酸和营养物质,被广泛应用于食品、医药、化妆品、饲料等领域,被广泛用作食品添加剂、饲料添加剂、营养增补剂、风味剂、化妆品添加剂、药物(包括抗生素、除草剂等)的制备前体等,市场需求巨大。
L-缬氨酸是机体必须氨基酸和生糖氨基酸,具有保持神经系统机能正常运转、增强免疫能力、促进肝脏再生等功效,并被广泛用作营养增补剂或用于制备药物(如缬沙坦、利托那韦和洛匹那韦等)的关键前体。但L-缬氨酸的纯度和堆积密度均难以满足医药级(纯度大于99%)的要求。
微生物发酵制备L-缬氨酸的方法具有采用生物基原料、高效率转化、反应温和、环保经济等优点,从而被行业广泛运用。该方法以葡萄糖为原料,经微生物发酵获得L-缬氨酸发酵液。发酵液经除菌、脱色、浓缩、结晶、分离等处理,得到L-缬氨酸晶体和L-缬氨酸结晶母液。发酵液中的蛋白质、色素、糖、其他氨基酸(如丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等)等杂质成分及其含量成为影响L-缬氨酸纯度的关键因素。
CN110643547A公开了一种产L-缬氨酸的黄色短杆菌及其用于制备L-缬氨酸的方法。但此方法制得的缬氨酸晶体堆积密度低、纯度低、不利于生产、包装和运输,且存在成本高等缺陷。为此,需要开发更为高效的L-缬氨酸的提纯方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯度颗粒状L-缬氨酸晶体的制备方法,包括如下步骤:
(1)将待纯化的L-缬氨酸溶液浓缩至饱和溶液或近饱和溶液;
(2)向步骤(1)制得的饱和溶液或近饱和溶液中添加颗粒状L-缬氨酸晶浆,至L-缬氨酸晶体生长稳定后,将其浓缩;在搅拌条件下,将浓缩液降温析晶,分离、洗涤、干燥,即得。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(1)中,待纯化的L-缬氨酸溶液为L-缬氨酸发酵液或待纯化的L-缬氨酸固体配制而成的溶液经过前处理后所得,所述前处理包括除菌、除盐、除杂酸、脱色步骤。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(1)中,待纯化的L-缬氨酸溶液的透光率不低于80%。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(1)中,待纯化的L-缬氨酸溶液浓度可为任意浓度,优选≥40g/L,还优选≥45g/L。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(1)中,待纯化的L-缬氨酸溶液pH6-7。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(1)中,浓缩选自真空浓缩、减压浓缩、薄膜浓缩、常压浓缩的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(1)中,浓缩温度为40-90℃,优选为50-80℃,更优选为60-70℃。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(1)中,搅拌速度为5-50r/min,优选为10-30r/min。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,所述L-缬氨酸晶浆为L-缬氨酸固体在水中形成的含L-缬氨酸晶体和L-缬氨酸溶液的两相混合物。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,L-缬氨酸晶浆pH为2.0-7.0,优选pH为3.0-6.0,更优选pH为3.5-5.0。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,L-缬氨酸晶浆浓度为50-200g/L,优选为100-150g/L。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,L-缬氨酸晶浆选自一次加入、多次加入、流加加入的任一种。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,多次为≥2次。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,流加速度为1-10L/min,优选为3-8L/min。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,浓缩温度为40-100℃,优选为50-90℃,更优选为60-80℃。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,浓缩2-15倍,优选为5-10倍。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,搅拌速度为5-50r/min,优选为5-30r/min,更优选为5-15r/min。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,降温温度至5-15℃,优选为8-10℃。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,降温选自自然冷却降温、强制冷却降温的任一种或其组合,所述强制冷却降温采用冷却介质对结晶体系实现强制降温,所述冷却介质选自冷凝水、冰水、乙醇、乙二醇的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,所述分离选自过滤、离心、膜处理的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,将收集分离后得到的湿晶体,经洗涤处理后干燥,优选所述洗涤所用溶剂为水。
本发明的优选技术方案中,所述步骤(2)中,所述干燥选自真空干燥、减压干燥、常压干燥、沸腾干燥、气流干燥的任一种或其组合。
本发明的优选技术方案中,制得的L-缬氨酸晶体的堆积密度不低于0.60g/mL,优选不低于0.80g/mL,更优选不低于0.90g/mL。
本发明的优选技术方案中,制得的L-缬氨酸晶体的纯度不低于99.0%,优选不低于99.5%,更优选不低于99.9%。
本发明的优选技术方案中,制得的L-缬氨酸晶体粒径大小为0.2-0.5mm。
本发明的另一目的在于提供一种高堆积密度的L-缬氨酸晶体,所述晶体的堆积密度不低于0.60g/mL,优选不低于0.80g/mL,更优选不低于0.90g/mL。
本发明的优选技术方案中,所述L-缬氨酸晶体的纯度不低于99.0%,优选不低于99.5%,更优选不低于99.9%。
本发明的优选技术方案中,制得的L-缬氨酸晶体为颗粒状,粒径大小为0.2-0.5mm。
本发明的另一目的在于提供本发明的L-缬氨酸颗粒状晶体用于制备食品、食品添加剂、药品、医药中间体、医药原料、营养增补剂、氨基酸药物、饲料、饲料添加剂的任一种中的应用。
“近饱和溶液”是指本领域技术人员做重结晶实验时,待重结晶物质的接近饱和溶液的常规程度。
除非另有说明,本发明涉及液体与液体之间的百分比时,所述的百分比为体积/体积百分比;本发明涉及液体与固体之间的百分比时,所述百分比为体积/重量百分比;本发明涉及固体与液体之间的百分比时,所述百分比为重量/体积百分比;其余为重量/重量百分比。
除非另有说明,本发明采用下述方法检测:
1.L-缬氨酸晶体的堆积密度检测方法为:采用粉体振实密度仪XF-20检测,振幅为3–30mm,振实250次。
2.L-缬氨酸晶体的纯度检测方法为:采用文献1(何晨光等,用高效液相色谱定量分析分支链氨基酸,生物技术通讯,2009年第20卷第4期)公开的高效液相色谱法检测。
3.L-缬氨酸的晶体形态采用显微镜观察,放大倍数40倍。
4.待纯化的L-缬氨酸溶液的滤液透光率:将滤液在430nm波长下用紫外分光分光度计检测透光率,纯水为空白。
与现有技术相比,本发明具有下述有益技术效果:
1、本发明在待纯化的L-缬氨酸溶液中添加成型度较好的颗粒状缬氨酸晶体,通过优化其结晶纯化条件,制得了高堆积密度、高纯度的L-缬氨酸晶体,显著提高了L-缬氨酸的质量和收率,降低其成本。
2、本发明在浓缩罐进行结晶,同时完成浓缩和结晶,避免不同罐/釜的转移,节约了工艺流程。
3、本发明的纯化方法操作简便,显著缩短生产周期并显著降低其成本,且具有绿色环保、能耗少、利于工业化生产等优点。
附图说明
图1实施例1所得颗粒状L-缬氨酸晶体
图2对比例1所得粉末状L-缬氨酸晶体
图3对比例2所得鳞片状L-缬氨酸晶体
图4实施例1-4和对比例1-2的L-缬氨酸晶体堆积密度检测结果
图5实施例1-4和对比例1-2的L-缬氨酸晶体纯度检测结果
具体实施方式
以下参照实施例说明本发明,但本发明不局限于实施例。
参考例1待纯化的L-缬氨酸溶液的制备
待纯化的L-缬氨酸溶液的制备方法,包括下述步骤:
(1)收取L-缬氨酸发酵液300m3,在90℃下灭菌20分钟后,过0.08-0.12μm陶瓷膜进行膜过滤,收集过滤清液;
(2)向过滤清液中加入0.5%活性炭,在60℃下搅拌脱色60分钟,使用板框压滤机进行压滤处理,得到第二次过滤清液;
(3)采用截留分子量为1000道尔顿的纳滤膜对第二次过滤清液进行膜过滤,收集得到第三次过滤清液;
(4)向第三次过滤清液中加入0.5%活性炭,在60℃下搅拌脱色60分钟,使用板框压滤机进行压滤处理,收集得到44m3第四次过滤清液,即为待纯化的L-缬氨酸溶液。
经检测,第四次过滤清液中,L-缬氨酸含量49.3g/L,透光率88.6%。
实施例1 L-缬氨酸的制备方法
(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m3,泵入6m3浓缩罐中,在65℃、搅拌转速20r/min和真空度-1.0Mpa条件下,将清液真空浓缩至饱和溶液,溶液体积为2.9m3,经检测,此时浓缩液中L-缬氨酸含量为74.8g/L;
(2)按照5L/min的流速向步骤(1)的浓缩液中持续流加颗粒状L-缬氨酸晶浆(晶浆pH=4.0,晶浆中L-缬氨酸浓度为130g/L),待L-缬氨酸晶体生长稳定后结束流加晶浆;流加晶浆过程中,使浓缩罐中的温度缓慢升高至80℃,在20r/min的搅拌条件下继续对溶液浓缩至体积为0.65m3,停止浓缩;
(3)缓慢降温至10℃,并调整浓缩罐的转速为10r/min,对步骤(2)的浓缩液搅拌4h,得到晶体溶液;
(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理,用100L纯水进行淋洗,收集得到湿品晶体268.9kg;
(5)在流化床中,对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥,干燥温度121℃,干燥时间2h,收集得到L-缬氨酸干品227.4kg。
经检测,L-缬氨酸干品的外观呈颗粒状,见图1,堆积密度、纯度见图4-5。
实施例2 L-缬氨酸的制备方法
(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m3,泵入6m3浓缩罐中,在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下,将清液真空浓缩至饱和溶液,溶液体积为2.9m3,经检测,此时浓缩液中L-缬氨酸含量为74.8g/L;
(2)按照5L/min的流速向步骤(1)的浓缩液中持续流加颗粒状L-缬氨酸晶浆(晶浆pH=4,晶浆中L-缬氨酸浓度为130g/L),待L-缬氨酸晶体生长稳定后结束流加晶种,在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下,继续对溶液浓缩至体积为0.65m3,停止浓缩;
(3)缓慢降温至10℃,并调整浓缩罐的转速为10r/min,对步骤(2)的浓缩液搅拌4h,得到晶体溶液;
(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理,用100L纯水进行淋洗,收集得到湿品晶体268.5kg;
(5)在流化床中,对步骤(4)所得湿品晶体进行真空干燥,干燥温度121℃,干燥时间2h,收集得到L-缬氨酸干品226.3kg。
经检测,L-缬氨酸干品的外观呈颗粒状,堆积密度、纯度见图4-5。
实施例3 L-缬氨酸的制备方法
(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m3,泵入6m3浓缩罐中,在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下,将清液真空浓缩至饱和溶液,溶液体积为2.9m3,经检测,此时浓缩液中L-缬氨酸含量为74.8g/L;
(2)按照5L/min的流速向步骤(1)的浓缩液中持续流加颗粒状L-缬氨酸晶浆(晶浆pH=7.0,晶浆中L-缬氨酸浓度为130g/L),待L-缬氨酸晶体生长稳定后结束流加晶种,在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下,继续对溶液浓缩至体积为0.69m3,停止浓缩;
(3)缓慢降温至10℃,并调整浓缩罐的转速为10r/min,对步骤(2)的浓缩液搅拌4小时,得到晶体溶液;
(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理,用100L纯水进行淋洗,收集得到湿品晶体261.2kg;
(5)在流化床中,对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥,干燥温度121℃,干燥时间2h,收集得到L-缬氨酸干品223.4kg。
经检测,L-缬氨酸干品的外观呈颗粒状,堆积密度、纯度见图4-5。
实施例4 L-缬氨酸的制备方法
(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m3,泵入6m3浓缩罐中,在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下,将清液真空浓缩至饱和溶液,溶液体积为2.9m3,经检测,此时浓缩液中L-缬氨酸含量为74.8g/L;
(2)向步骤(1)的浓缩液中一次性加入450L颗粒状L-缬氨酸晶浆(晶浆pH=4,晶浆中L-缬氨酸浓度为130g/L),待L-缬氨酸晶体生长稳定后结束流加晶种,在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下,继续对溶液浓缩至体积为0.68m3,停止浓缩;
(3)缓慢降温至10℃,并调整浓缩罐的转速为10r/min,对步骤(2)的浓缩液搅拌4小时,得到晶体溶液;
(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理,用100L纯水进行淋洗,收集得到湿品晶体261.7kg;
(5)在流化床中,对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥,干燥温度121℃,干燥时间2h,收集得到L-缬氨酸干品224.8kg。
经检测,L-缬氨酸干品的外观呈颗粒状,堆积密度、纯度见图4-5。
对比例1 L-缬氨酸的制备方法
(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m3,泵入6m3浓缩罐中,在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下,将清液真空浓缩至饱和溶液,溶液体积为2.9m3,经检测,此时浓缩液中L-缬氨酸含量为74.8g/L;
(2)使浓缩罐中的温度缓慢升高至80℃,在20r/min的搅拌条件下继续对溶液浓缩至体积为0.61m3,停止浓缩;
(3)缓慢降温至10℃,并调整浓缩罐的转速为10r/min,对步骤(2)的浓缩液搅拌4h,得到晶体溶液;
(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理,用100L纯水进行淋洗,收集得到湿品晶体207.2kg;
(5)在流化床中,对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥,干燥温度121℃,干燥时间2h,收集得到L-缬氨酸干品186.5kg。
经检测,L-缬氨酸干品的外观呈粉末状,见图2,堆积密度、纯度见图4-5。
对比例2 L-缬氨酸的制备方法
(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m3,泵入6m3浓缩罐中,在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下,将清液真空浓缩至饱和溶液,溶液体积为2.9m3,经检测,此时浓缩液中L-缬氨酸含量为74.8g/L;
(2)使浓缩罐中的温度缓慢升高至65℃,在20r/min的搅拌条件下继续对溶液浓缩至体积为0.66m3,停止浓缩;
(3)缓慢降温至10℃,并调整浓缩罐的转速为10r/min,对步骤(2)的浓缩液搅拌4h,得到晶体溶液;
(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理,用100L纯水进行淋洗,收集得到湿品晶体204.9kg;
(5)在流化床中,对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥,干燥温度121℃,干燥时间2h,收集得到L-缬氨酸干品172.1kg。
经检测,L-缬氨酸干品的外观呈鳞片状,见图3,堆积密度、纯度见图4-5。
以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明,本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形,只要不脱离本发明的精神,均应属于本发明权利要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种高纯度颗粒状L-缬氨酸晶体的制备方法,包括如下步骤:
(1)将待纯化的L-缬氨酸溶液浓缩至饱和溶液或近饱和溶液;
(2)向步骤(1)制得的饱和溶液或近饱和溶液中添加颗粒状L-缬氨酸晶浆,至L-缬氨酸晶体生长稳定后,将其浓缩;在搅拌条件下,将浓缩液降温析晶,分离、洗涤、干燥,即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法,所述步骤(1)中,待纯化的L-缬氨酸溶液为L-缬氨酸发酵液或待纯化的L-缬氨酸固体配制而成的溶液经过前处理后所得,所述前处理包括除菌、除盐、除杂酸、脱色步骤。
3.根据权利要求1-23任一项所述的制备方法,所述步骤(1)中,待纯化的L-缬氨酸溶液浓度可为任意浓度,优选≥40g/L,还优选≥45g/L。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法,所述步骤(1)中,待纯化的L-缬氨酸溶液pH6-7。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法,所述步骤(2)中,L-缬氨酸晶浆浓度为50-200g/L,优选为100-150g/L。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法,所述步骤(2)中,L-缬氨酸晶浆选自一次加入、多次加入、流加加入的任一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法,所述步骤(2)中,浓缩温度为40-100℃,优选为50-90℃,更优选为60-80℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法,所述步骤(2)中,降温温度至5-15℃,优选为8-10℃。
9.一种高堆积密度的L-缬氨酸晶体,所述晶体的堆积密度不低于0.60g/mL,优选不低于0.80g/mL,更优选不低于0.90g/mL。
10.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的或权利要求9所述的L-缬氨酸晶体用于制备食品、食品添加剂、药品、医药中间体、医药原料、营养增补剂、氨基酸药物、饲料、饲料添加剂的任一种中的应用。
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