CN115074412A - 一种l-草铵膦的产品精制和酶的回收方法 - Google Patents
一种l-草铵膦的产品精制和酶的回收方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115074412A CN115074412A CN202210262057.3A CN202210262057A CN115074412A CN 115074412 A CN115074412 A CN 115074412A CN 202210262057 A CN202210262057 A CN 202210262057A CN 115074412 A CN115074412 A CN 115074412A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- enzyme
- glufosinate
- ammonium
- membrane
- conversion reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 title claims abstract description 150
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 title claims abstract description 150
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 98
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims abstract description 92
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 48
- IAJOBQBIJHVGMQ-UHFFFAOYSA-N 2-amino-4-[hydroxy(methyl)phosphoryl]butanoic acid Chemical compound CP(O)(=O)CCC(N)C(O)=O IAJOBQBIJHVGMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004042 decolorization Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 54
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims description 31
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 25
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 21
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 10
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005352 clarification Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 claims 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010170 biological method Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 71
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 14
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 14
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 12
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- IAJOBQBIJHVGMQ-BYPYZUCNSA-N glufosinate-P Chemical compound CP(O)(=O)CC[C@H](N)C(O)=O IAJOBQBIJHVGMQ-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 8
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 7
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 7
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 7
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 6
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 230000028023 exocytosis Effects 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 4
- 239000005561 Glufosinate Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001052560 Thallis Species 0.000 description 3
- 239000012084 conversion product Substances 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 239000006174 pH buffer Substances 0.000 description 3
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 3
- IAJOBQBIJHVGMQ-SCSAIBSYSA-N (2R)-glufosinate Chemical compound C[P@@](O)(=O)CC[C@@H](N)C(O)=O IAJOBQBIJHVGMQ-SCSAIBSYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000002363 herbicidal effect Effects 0.000 description 2
- -1 microbial exocytosis Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 2
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000005562 Glyphosate Substances 0.000 description 1
- 229930182816 L-glutamine Natural products 0.000 description 1
- 102000003960 Ligases Human genes 0.000 description 1
- 108090000364 Ligases Proteins 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004176 ammonification Methods 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 108010051210 beta-Fructofuranosidase Proteins 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007036 catalytic synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 1
- 238000004440 column chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- XDDAORKBJWWYJS-UHFFFAOYSA-N glyphosate Chemical compound OC(=O)CNCP(O)(O)=O XDDAORKBJWWYJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940097068 glyphosate Drugs 0.000 description 1
- 239000004009 herbicide Substances 0.000 description 1
- 235000011073 invertase Nutrition 0.000 description 1
- 239000001573 invertase Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- FIKAKWIAUPDISJ-UHFFFAOYSA-L paraquat dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].C1=C[N+](C)=CC=C1C1=CC=[N+](C)C=C1 FIKAKWIAUPDISJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- ACVYVLVWPXVTIT-UHFFFAOYSA-N phosphinic acid Chemical compound O[PH2]=O ACVYVLVWPXVTIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000009333 weeding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P41/00—Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture
- C12P41/001—Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture by metabolizing one of the enantiomers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/28—Phosphorus compounds with one or more P—C bonds
- C07F9/30—Phosphinic acids [R2P(=O)(OH)]; Thiophosphinic acids ; [R2P(=X1)(X2H) (X1, X2 are each independently O, S or Se)]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/001—Amines; Imines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本申请公开了一种生物法L‑草铵膦的产品精制和酶的回收方法,包括:(S1)酶的精制:对酶发酵液进行精制,得到高纯度、高活性的酶液;(S2)酶解液的纯化:将酶转化液一步超滤实现草铵膦纯化;(S3)未反应酶液的回收:超滤膜的截留液加入保护液保存,用于下一批酶解转化反应;(S4)酶解液的脱色:将纯化后的酶解液通过纳滤膜进行脱色;(S5)蒸发结晶:将脱色液蒸发、结晶干燥,得到L‑草铵膦成品。该方法通过酶的精制提高了酶的转化效率;采用一步超滤同时实现草铵膦的纯化和未反应酶液的回收利用;通过酶的精制和纳滤代替活性炭脱色,减少危废产生。该方法普适性好,操作简单,易实现自动化控制,产品质量稳定可靠,经济环保。
Description
技术领域
本申请涉及一种双酶法生产L-草铵膦的产品精制和酶的回收方法,属于农药生产技术领域。
背景技术
草铵膦属于次磷酸类高效、低毒、环境友好型非传导性灭生性除草剂,其在土壤中易于降解,对作物安全,不易飘移,除草谱广,活性高,用量少,环境压力小,是替代草甘膦、百草枯的最优秀的农药品种。
草铵膦具有两种不同的光学异构体,目前市场销售的草铵膦均为外消旋体,是L-草铵膦与D-草铵膦等比例的混合物。植物受药后,只有L-草铵膦才能抑制L-谷氨酰胺合成酶的生物活性,导致铵离子累积中毒,从而抑制光合作用,最终使植株死亡,而D-草铵膦不具备该性能。因此只有L-草铵膦才有除草活性,L-草铵膦除草活性为普通草铵膦的两倍。
L-草铵膦的合成方法主要可以分为三类:(1)立体化学合成;(2)先合成DL型,然后再化学手性拆分;(3)生物酶催化合成。生物酶催化具有反应条件温和,收率高,专一性强等优点,是生产L-草铵膦的优势方法,国内外多个专利公开了生化酶催化合成草铵膦的方法。虽然生物酶催化方法具有一定的优势,但是该方法在使用过程中仍面临一些问题:制备L-草铵膦的酶解液成分复杂,其中不仅包含用作催化剂的酶和其它杂蛋白,还包括酶转化反应产生的副产物如丙酮等。(1)酶解液中大量杂质的存在,降低了酶的活性;(2)同时酶解液中的大量副产物与草铵膦混合在一起形成L-草铵膦精制过程中产生的固体废物,而由于草铵膦的存在使得酶分解液中的蛋白等有用物质变成了危险废物,不仅造成资源的浪费,还大大加重了危险废物的排放量,对环境造成威胁;(3)酶解液在酶解过程中会过量投加,未参与反应的酶不经回收直接进入L-草铵膦精制的后续工艺,会造成酶的浪费,同时还会增大危废的排放量。
现有技术CN108484665A公开了一种从酶转化液中分离提取L草铵膦的方法,主要通过以下3步对L草铵膦进行分离提取:(1)预处理:取含L-草铵膦的酶转化液减压浓缩至原体积的10-50%后调节pH值至2-5,获得预处理液;(2)离子交换法:将步骤(1)获得的预处理液采用强酸型阳离子交换树脂进行柱层析,依次用超纯水和氨水洗脱,收集含L-草铵膦的流出液;(3)结晶:将步骤(2)含L-草铵膦的流出液减压浓缩,用重结晶溶液结晶,收集晶体,冷冻干燥,获得L-草铵膦;所述重结晶溶液是将聚丙烯酰胺溶于水和丙酮混合而成,其中水与丙酮体积比为1:9,水和丙酮总体积以聚丙烯酰胺重量计为100-1000ml/g。该方法需要引入氨水,浓盐酸,重结晶过程使用丙酮和聚丙烯酰胺,步骤复杂,酶无法回收利用。
现有技术CN107445986A、CN111574559A等公开的L草铵膦的酶水解液的处理方法中,其L-草铵膦酶水解液中,L-草铵膦含量低,杂质较多,因此需要复杂的预处理。主要原因就是酶的转化效率不高。
现有技术中CN105859772A、CN110577554A等所公开的草铵膦反应液的膜分离纯化方法,针对的是化学合成法草铵膦生产中其盐酸盐经过铵化反应后得到的溶液,用纳滤膜对草铵膦反应液进行过滤处理实现的是对草铵膦反应液中无机盐及其它杂质的脱除,在纳滤处理之后的透过液需要再次经过反渗透膜进行过滤,以去除掉渗透液中的无机盐、未截留的草铵膦等物质。均不涉及对生物法L草铵膦的酶水解液的膜处理。
纯化过后的酶解液中由于仍含有部分小分子杂质,因此需要对酶解液进行进一步的脱色处理,传统的方式为采用活性炭进行脱色,危废产量较大。
因此,开发一条步骤简单、原料易得、成本可控且安全环保、经济高效的L-草铵膦酶转化反应液的精制工艺具有十分重要的意义。
发明内容
根据本申请的一个方面,提供了一种L-草铵膦的产品精制和酶的回收方法。该方法首先对酶进行精制,提高了酶的转化效率;接着采用单级超滤工艺进行酶解液的纯化,反应液中的酶等大分子物质进行拦截,得到精制的L-草铵膦料液,同时通过洗涤过滤处理,得到催化剂酶,该酶可重复使用,即通过一步超滤同时实现草铵膦纯化和酶的回收;最后采用纳滤膜进行酶解液的脱色。同时,通过酶液的精制,回收其酶制剂发酵过程中的菌体蛋白(可作为饲料蛋白产品),同时显著减少其发酵菌渣进入酶解反应(酶解反应后的过滤菌渣为危废)降低危废产量;通过使用纳滤膜脱色代替传统的活性炭对酶解液进行脱色,进一步降低危废产生量。
一种L-草铵膦的产品精制和酶的回收方法,包括以下步骤:
(S1)酶的精制
将含有有效酶及大量杂质的酶发酵液进行酶的精制,外消旋体草铵膦在精制酶的作用下将D-草铵膦转换成L-草铵膦,得到L-草铵膦酶转化反应液料液;
(S2)酶解液的纯化
将酶转化反应液直接进入超滤系统进行澄清除杂过滤处理,得到渗透液I和浓缩的酶转化反应液I;
向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行透析过滤处理,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II;
将渗透液I和渗透液II合并得到纯化后的酶解液;
(S3)未反应酶液回收
将步骤(S2)中得到的浓缩的酶转化反应液II,加入保护液保存,可用于下一批反应;
(S4)酶解液的脱色
将纯化后的酶解液通过纳滤膜进行脱色,得到L-草铵膦纯化液;
(S5)蒸发结晶
将L-草铵膦纯化液蒸发浓缩,结晶干燥,得到L-草铵膦成品。
可选地,步骤(S2)酶解液的纯化包括:将酶转化反应液直接进入超滤系统进行循环浓缩处理,得到渗透液I和浓缩的酶转化反应液I;
向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行循环浓缩处理,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II;
将渗透液I和渗透液II合并得到纯化后的酶解液。
可选地,步骤(S3)未反应酶液回收包括:将步骤(S2)中得到的浓缩的酶转化反应液II,加入pH缓冲液,保存,可用于下一批反应。
本申请中,将含有有效酶及大量杂质(如微生物胞外分泌物、培养基及微生物菌体等)的酶发酵液经过微滤或板框等工艺进行酶的精制,并可通过超滤膜进行酶的浓缩,提高了酶的活性进而提高其酶转化效率,微滤膜的截留液或板框滤渣主要为微生物胞外分泌物、培养基及微生物菌体等杂质,经分离后可以作为饲料等产品使用,提高L-草铵膦中副产品的产值,同时避免该部分杂质进入后续工艺与草铵膦混合后作为危险废物污染环境。
本申请中,采用一步超滤就同时实现了L-草铵膦的纯化和酶的回收。具体而言,采用一步超滤可以一步实现以下目的:(1)澄清过滤。酶转化反应液中含有部分未参与反应的酶,这些物质以不溶物的形式存在于酶解液中,通过超滤可将不溶物分离。(2)可溶蛋白的分离。酶解液中同时存在部分酶转化的产物,如可溶蛋白类物质,通过超滤可将可溶蛋白分离。(3)酶的回收。超滤浓缩液为酶转化产物及未参与反应的酶,可回用至D-草铵膦转型这一工序,降低新投入酶的用量,从而降低草铵膦转型成本。现有的常规的工艺中,通常采用一级微滤去除不溶物、加热/蒸发将可溶蛋白改性为不溶物及二级微滤过滤三步进行,L-草铵膦收率低,工序复杂,成本高昂。
一种L-草铵膦的产品精制和酶的回收方法,包括以下步骤:
(A1)将酶转化反应液直接进入超滤系统进行澄清除杂过滤,得到渗透液I和浓缩的酶转化反应液I;
(A2)向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行进一步的透析过滤,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II;
(A3)将渗透液I和渗透液II合并,蒸发浓缩,得到精制后的L-草铵膦溶液;
(A4)将步骤(A2)的浓缩的酶转化反应液II,加入保护液,妥善保存,可用于下一批反应。
可选地,步骤(A1)包括:将酶转化反应液直接进入超滤系统进行循环浓缩处理,得到渗透液I和浓缩的酶转化反应液I。
可选地,步骤(A2)包括:向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行循环浓缩处理,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II。
一种L-草铵膦的产品精制的方法,包括以下步骤:
(B1)将酶转化反应液直接进入超滤系统进行澄清循环浓缩除杂过滤处理,得到渗透液I和浓缩的酶转化反应液I;
(B2)向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行进一步的循环浓缩透析过滤处理,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II;
(B3)将渗透液I和渗透液II合并,蒸发浓缩,得到精制后的L-草铵膦溶液。
一种L-草铵膦的产品精制的方法,包括以下步骤:
(B1)将酶转化反应液直接进入超滤系统进行循环浓缩处理,得到渗透液I和浓缩的酶转化反应液I;
(B2)向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行循环浓缩处理,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II;
(B3)将渗透液I和渗透液II合并,蒸发浓缩,得到精制后的L-草铵膦溶液。
可选地,步骤(S2)、步骤(A1)、步骤(B1)中,所述超滤系统中,所使用的超滤膜的切割分子量为1.0~100.0kD之间。
优选地,所使用的超滤膜的切割分子量为3.0~50.0kD之间。
优选地,所使用的超滤膜的切割分子量为5.0~50.0kD之间。
优选地,所使用的超滤膜的切割分子量为5.0~15.0kD之间。
优选地,所使用的超滤膜的切割分子量为3.0~20.0kD之间。
优选地,所使用的超滤膜的切割分子量为5.0~10.0kD之间。
可选地,所使用的超滤膜的切割分子量独立地选自1kD、2kD、3kD、4kD、5kD、8KD、10kD、15kD、20D、30kD、50kD、70kD、100kD中的任意值或任意两者之间的范围值。
本申请中,超滤膜切割分子量越小,膜运行通量越小,草铵膦收率相对低一些,但渗透液的状态越好,即说明对酶解液中的杂质去除越彻底。为了兼顾成本、L-草铵膦收率和产品质量,优选超滤膜的切割分子量为5.0~50.0KD。
可选地,所述超滤系统中,所使用的超滤膜的分离精度为1.0~50.0纳米之间。
优选地,所使用的超滤膜的分离精度为2.0~10.0纳米之间。
优选地,所使用的超滤膜的分离精度为2.0~6.0纳米之间。
优选地,所使用的超滤膜的分离精度为3.0~5.0纳米之间。
可选地,所使用的超滤膜的分离精度独立地选自1纳米、2纳米、3纳米、4纳米、5纳米、6纳米、7纳米、8纳米、9纳米、10纳米中的任意值或任意两者之间的范围值。
可选地,所使用的超滤膜选自管式膜、平板膜、卷式膜、中空纤维膜中的至少一种。
可选地,所使用的超滤膜的材质选自有机膜和/或无机膜。
可选地,所使用的超滤膜的材质选自金属膜或陶瓷膜。
本申请中,可根据实际需要选用超滤膜的结构和材质,如有机管式膜、无机管式膜、有机平板膜、无机平板膜;或管式金属烧结膜、管式陶瓷膜、管式有机烧结膜。
可选地,所述超滤系统的工作温度为15~40℃。
优选地,所述超滤系统的工作温度为15~35℃。
可选地,所述超滤系统的工作温度为20~40℃。
可选地,所述超滤系统的工作温度为25~35℃。
可选地,所述超滤系统的工作温度独立地选自20℃、25℃、30℃、32℃、35℃、37℃、40℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
可选地,步骤(S1)中,所述酶转化反应液为L-草铵膦酶转化反应液料液。本申请中,通过对酶的精制,酶的转化效率提高,L-草铵膦酶转化反应液料液中L-草铵膦酶含量高,杂质较少。
可选地,将步骤(S2)中得到的浓缩的酶转化反应液II,加入pH缓冲液,保存,可用于下一批反应。本申请中,超滤浓缩液为酶转化产物及未参与反应的酶,可回用至D-草铵膦转型这一工序,降低20%~30%新投入酶的用量,从而降低草铵膦转型成本。在本工序中酶的回用次数为1~8次之间,优选为3~6次之间。
可选地,所述保护液为pH缓冲液。
可选地,所述pH缓冲液的pH的范围为4.0~9.0。
可选地,所述pH缓冲液的pH的范围独立地选自4、5、6、7、8、9中的任意值或任意两者之间的范围值。
可选地,所述纳滤膜的切割分子量为0.5KD~5KD之间,优选为1KD~3KD之间。
使用纳滤膜可过滤纯化后的酶解液中仍含有的部分小分子杂质,用纳滤脱色代替传统的活性炭脱色,减少危废的产生。
作为一种具体的实施方式,L-草铵膦的产品精制和酶的回收方法,包括:
(1)超滤浓缩:酶转化反应液无需预处理,进入超滤系统进行一定温度下的循环浓缩处理,收集渗透液;
(2)洗涤处理:浓缩后的酶转化反应液加入适量水,进入超滤系统继续进行一定温度下的洗涤处理,收集渗透液;
(3)超滤浓缩:洗涤处理结束后,继续进行一定温度下的循环浓缩处理,收集渗透液;
(4)蒸发浓缩:将以上三步得到的渗透液合并,并通过蒸发浓缩,得到精制后的L-草铵膦溶液,可用于配制制剂或继续结晶干燥得到成品;
(5)酶液回收:收集第三步得到的最终超滤浓缩液,加入pH缓冲液,妥善保存,可用于下一批反应。
本申请能产生的有益效果包括:
本申请所提供的L-草铵膦的产品精制方法,适用于各种L-草铵膦酶转化反应液的纯化精制和酶的回收处理,具有很好的普适性。具体而言:(1)采用酶的精制将酶及杂质分开,提高酶的转化效率,同时降低危废产量,回收蛋白产品,降低危废产量。(2)采用一步超滤同时实现草铵膦纯化和酶的回收,降低了投资成本,同时提高了L-草铵膦的收率。(3)使用纳滤脱色代替传统的活性炭脱色,减少危废的产生。
该精制方法的工艺流程短,投资省,运行费用低,节能节水,操作简单,便于实现自动化控制,同时,还具有产品回收率高,产品质量稳定可靠等优点。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请,但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明,本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买,其中陶瓷膜购自于法国TAMI公司。
本申请的实施例中分析方法如下:
L-草铵磷的总收率=总渗透液中L-草铵磷含量×总渗透液重量/(反应液中L-草铵磷含量×总反应液重量)。
实施例1
一种L-草铵膦酶转化反应液料液,其中L-草铵磷含量14.3wt%,温度24.5℃,pH6.7,密度1.05g/ml。
取上述L-草铵膦酶转化反应液料液100kg,用过滤精度为5nm(截留分子量10kD)的陶瓷膜进行循环浓缩处理,收集渗透液。
操作条件:物料温度24-40℃,进膜压力0.39MPa,出膜压力0.27MPa,渗透背压0.18MPa,平均操作压力(TMP)0.15MPa。
收集渗透液体积达到85kg时,开始给超滤浓缩液中加水,进行洗涤过滤,总加水量为50kg,分十次加入,每次渗透产水5kg,加水5kg。
最后一次加水洗涤后,继续将超滤浓缩液浓缩至15kg(减量法)。
试验过程中,膜的总平均渗透流量为38.2LMH。
最终得到总渗透液135kg,总浓缩液15kg(减量法)。经分析化验,总浓缩液中L-草铵磷含量0.69wt%,总渗透液中L-草铵磷含量10.2wt%,总收率96.3%。
所得总渗透液为澄清琥珀色液体,总浓缩液为白色浑浊液体。
得到的陶瓷膜总渗透液进行蒸发浓缩处理,得到澄清琥珀色浓缩液40kg,检测其中L-草铵磷含量32.6wt%。
将得到的陶瓷膜浓缩液收集,加入pH为6.0的磷酸缓冲液,最后得到回收的酶液13.6kg,该酶液可重复使用。
实施例2
将草铵膦生物酶通过板框或者超滤分离去除酶中的蛋白类大分子杂质,透过液采用超滤浓缩后得的高纯度高浓度的草铵膦生物酶,将该生物酶用于外消旋体草铵膦的转型,得到一种L-草铵膦酶转化反应液料液,其中L-草铵磷含量10wt%,温度24.5℃,pH6.7,密度1.05g/ml。
用过滤精度为切割分子量10KD的陶瓷膜进行循环浓缩处理上述L-草铵膦酶转化反应液料液100kg,收集渗透液。
操作条件:物料温度24-40℃,进膜压力0.39MPa,出膜压力0.27MPa,渗透背压0.18MPa,平均操作压力(TMP)0.15MPa。
收集渗透液体积达到92kg时,开始给超滤浓缩液中加水,进行洗涤过滤,总加水量为32kg,分4次加入,每次渗透产水8kg,加水8kg。
最后一次加水洗涤后,继续将超滤浓缩液浓缩至5kg(减量法)。
试验过程中,膜的总平均渗透流量为42.3LMH。
最终得到总渗透液127kg,总浓缩液5kg。总浓缩液中L-草铵磷含量0.625wt%,总渗透液中L-草铵磷含量7.85wt%,总收率99.%。
所得总渗透液为澄清琥珀色液体,总浓缩液为白色浑浊液体。
将总渗透液进行蒸发浓缩处理,到澄清琥珀色浓缩液28kg,检测其中L-草铵磷含量35.61wt%。
将总渗透液在80℃下加热2小时,用以改性未被膜截留住的可溶性蛋白类物质,观察改性渗透液的状态,可知总渗透液改性后的液体依然为澄清琥珀色液体,说明明该切割分子量的超滤膜几乎完全截留了酶解液中的可溶蛋白。
实施例3-6
操作同实施例2,仅改变陶瓷膜的切割分子量为3kD、5KD、50KD、80KD。其他操作同实施例2。
考察实验中草铵膦的回收率,膜平均运行通量及渗透液的状态。
将不同切割分子量最终得到的总渗透液在80℃下加热2小时,用以改性未被膜截留住的可溶性蛋白类物质,观察改性渗透液的状态。
不同切割分子量的膜获得的实验结果如下表1所示:
表1
可以看出,超滤膜切割分子量越小,膜运行通量越小,草铵膦收率相对低一些,但渗透液的状态越好,即说明对酶解液中的杂质去除越彻底。当超滤膜切割分子量大于50KD时,高温改性后的渗透液中即有白色絮状物体出现,即说明该切割分子量的超滤膜不能完全截留酶解液中的可溶蛋白;而当超滤膜切割分子量小于10KD时,膜平均运行通量为10.6LMH,草铵膦的收率也相对低一些,若采用该切割分子量的膜,会增大膜的使用面积,增加投资成本。因此,优选超滤膜的切割分子量为5.0~50.0KD。
实施例7
将实施例2得到陶瓷膜浓缩液收集,加入pH为6.0的磷酸缓冲液,最后得到回收的酶液13.6kg,该酶液可重复使用。可回用至D-草铵膦转型这一工序,降低新投入酶的用量,从而降低草铵膦转型成本。在该工序中酶的回用次数最高可为8次,回用3~6次依然保持优良的催化效果。
实施例8
本发明同时提供一种L-草铵膦的精制路线,包括以下步骤:
(1)酶的精制。将含有有效酶及大量杂质(如微生物胞外分泌物、培养基及微生物菌体等)的酶发酵液经过微滤膜进行酶的精制。发酵液中的酶透过微滤膜或板框获得L-草铵膦精制的高效转化酶,并经过超滤膜进行浓缩。板框滤渣或微滤膜浓缩液中的微生物胞外分泌物、培养基及微生物菌体等杂质,经分离后可以作为饲料等产品使用,提高L-草铵膦中副产品的产值,同时避免该部分杂质进入后续工艺与草铵膦混合后作为危险废物污染环境。
(2)酶解反应。用精制后的酶将D-草铵膦转型为L-草铵膦。
(3)离心分离。将酶解反应后的酶解液进行离心,分离酶解液中的不溶物,以降低回收的酶中的杂质含量。
(4)酶解液的纯化。离心过后的酶解液用超滤膜进行纯化,截留可溶蛋白和酶等可溶性物质,收集渗滤液,并得到浓缩液。
(5)酶液回收。将步骤(4)中得到的浓缩液,加入pH缓冲液保存,用于下一批酶解反应。
(6)酶解液的脱色。第(4)步中纯化过后的酶解液中仍含有部分小分子杂质,采用纳滤膜进一步去除。
(7)蒸发结晶。将第(6)步中得到的L-草铵膦纯化液进行蒸发浓缩,继续结晶干燥得到L-草铵膦成品。
以上所述,仅是本申请的几个实施例,并非对本申请做任何形式的限制,虽然本申请以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限制本申请,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本申请技术方案的范围内,利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例,均属于技术方案范围内。
Claims (9)
1.一种L-草铵膦的产品精制和酶的回收方法,其特征在于,包括以下步骤:
(S1)酶的精制
将含有有效酶及大量杂质的酶发酵液进行酶的精制,外消旋体草铵膦在精制酶的作用下将D-草铵膦转换成L-草铵膦,得到L-草铵膦酶转化反应液料液;
(S2)酶解液的纯化
将酶转化反应液直接进入超滤系统进行酶解液的纯化过滤,得到大部分的含有效成分的渗透液I和小部分浓缩的酶转化反应液I;
向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行进一步的透析过滤处理,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II;
将渗透液I和渗透液II合并得到纯化后的酶解液;
(S3)未反应酶液回收
将步骤(S2)中得到的浓缩的酶转化反应液II,加入保护液保存,可用于下一批的酶解反应;
(S4)酶解液的脱色
将纯化后的酶解液通过纳滤膜进行脱色,得到L-草铵膦纯化液;
(S5)蒸发结晶
将L-草铵膦纯化液蒸发浓缩,结晶干燥,得到L-草铵膦成品。
2.一种L-草铵膦的产品精制和酶的回收方法,其特征在于,包括以下步骤:
(A1)将酶转化反应液直接进入超滤系统进行澄清除杂过滤,得到大部分的含有效成分的渗透液I和小部分的浓缩的酶转化反应液I;
(A2)向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行进一步的透析过滤,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II;
(A3)将渗透液I和渗透液II合并,蒸发浓缩,得到精制后的L-草铵膦溶液;
(A4)将步骤(A2)的浓缩的酶转化反应液II,加入保护液,妥善保存,可用于下一批酶解反应。
3.一种L-草铵膦的产品精制的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(B1)将酶转化反应液直接进入超滤系统进行澄清除杂过滤处理,得到渗透液I和浓缩的酶转化反应液I;
(B2)向浓缩的酶转化反应液I中加水,加水后继续进入超滤系统进行进一步的透析过滤,收集渗透液II,并得到浓缩的酶转化反应液II;
(B3)将渗透液I和渗透液II合并,蒸发浓缩,得到精制后的L-草铵膦溶液。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,步骤(S2)、步骤(A1)、步骤(B1)中,所述超滤系统中,所使用的超滤膜的切割分子量为1.0~100.0kD之间;
优选地,所使用的超滤膜的切割分子量为3.0~50.0kD之间;
优选地,所使用的超滤膜的切割分子量为3.0~20.0kD之间;
优选地,所使用的超滤膜的切割分子量为5.0~10.0kD之间。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述超滤系统中,所使用的超滤膜的分离精度为1.0~50.0纳米之间;
优选地,所使用的超滤膜的分离精度为2.0~10.0纳米之间;
优选地,所使用的超滤膜的分离精度为2.0~6.0纳米之间;
优选地,所使用的超滤膜的分离精度为3.0~5.0纳米之间。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所使用的超滤膜选自管式膜、平板膜、卷式膜、中空纤维膜中的至少一种;
优选地,所使用的超滤膜的材质选自有机膜和/或无机膜;
优选地,所使用的超滤膜的材质选自金属膜或陶瓷膜。
7.根据权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,所述超滤系统的工作温度为15~40℃;
优选地,所述超滤系统的工作温度为15~35℃。
8.根据权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,步骤(S3)、步骤(A4)中,所述保护液的pH的范围为4.0~9.0。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(S4)中,所述纳滤膜的切割分子量为0.5KD~5KD之间,优选1KD~3KD。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110278412.1A CN112760353A (zh) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | 一种l-草铵膦的生产方法 |
CN2021102784028 | 2021-03-16 | ||
CN2021102784121 | 2021-03-16 | ||
CN202110278402.8A CN112961181A (zh) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | 一种l-草铵膦的产品精制和酶的回收方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115074412A true CN115074412A (zh) | 2022-09-20 |
Family
ID=83246939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210262057.3A Pending CN115074412A (zh) | 2021-03-16 | 2022-03-16 | 一种l-草铵膦的产品精制和酶的回收方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115074412A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116162665A (zh) * | 2023-04-19 | 2023-05-26 | 北京鑫佰利科技发展有限公司 | 一种由d,l-草铵膦反应液制备l-草铵膦的方法及装置 |
-
2022
- 2022-03-16 CN CN202210262057.3A patent/CN115074412A/zh active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116162665A (zh) * | 2023-04-19 | 2023-05-26 | 北京鑫佰利科技发展有限公司 | 一种由d,l-草铵膦反应液制备l-草铵膦的方法及装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kumar et al. | Production and purification of glutamic acid: A critical review towards process intensification | |
CN101967091A (zh) | 用于有机酸提纯的方法 | |
CN102363594B (zh) | 一种从发酵液中分离纯化丁二酸的工艺 | |
CN104529755B (zh) | 一种从转化液中分离α-酮戊二酸的方法 | |
CN105017360B (zh) | 一种维生素b12的制备方法 | |
CN110272461B (zh) | 一种从发酵液中提纯β-胸苷的方法 | |
CN115074412A (zh) | 一种l-草铵膦的产品精制和酶的回收方法 | |
CN112321635A (zh) | 一种草铵膦清洁生产工艺和方法 | |
CN114853823A (zh) | 一种提取胸腺嘧啶核苷的方法 | |
CN101100437B (zh) | 一种β-丙氨酸的纯化方法 | |
KR100828706B1 (ko) | 결정화 공정을 이용한 5'-이노신산 발효액의 정제방법 | |
AU2012299564B2 (en) | Method for separating and purifying 1,4-diaminobutane from fermented solution | |
CN104822652A (zh) | 纯化1,4-二氨基丁烷的方法、由所述方法纯化的1,4-二氨基丁烷和由其制备的聚酰胺 | |
CN111925278A (zh) | 一种膜法改进间苯三酚的制备工艺 | |
CN112961181A (zh) | 一种l-草铵膦的产品精制和酶的回收方法 | |
CN102161625A (zh) | 用膜分离与工业色谱分离组合技术提取分离l-苯丙氨酸的方法 | |
CN112760353A (zh) | 一种l-草铵膦的生产方法 | |
CA1274250A (en) | Purification and recovery of phenylalanine with calcium salts | |
CN113968794B (zh) | 一种分离纯化谷氨酰胺的工艺方法 | |
CN110787638B (zh) | 一种戊二胺的浓缩系统及浓缩方法 | |
CN116162665B (zh) | 一种由d,l-草铵膦反应液制备l-草铵膦的方法及装置 | |
CN106883286B (zh) | 一种酪氨酸衍生物的提取纯化方法 | |
CN217781042U (zh) | 一种氨基酸发酵液的提取装置 | |
CN111646913A (zh) | 一种氨法甜菜碱的制备方法 | |
CN115583892B (zh) | 一种高品质β-丙氨酸的制备方法及杂质的去除方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |