CN116813492B - 色谱分离缬氨酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于色谱分离技术领域，提供一种色谱分离缬氨酸的方法，其所用的聚苯乙烯基吸附分离树脂在制备过程中通过添加2‑氟丙烯酸甲酯、2‑异氰基丙烯酸乙酯、二碳酸二叔丁酯进行改性；在用水作流动相的条件下，对发酵法缬氨酸粗制液具有较高的分离效率，可分离得到纯度99.0％以上的缬氨酸水溶液，缬氨酸回收率高于90％；还能将杂氨基酸如丙氨酸、异亮氨酸与葡萄糖、色素、无机盐分开，得到纯度95％以上的杂氨基酸水溶液，以及含无机盐、葡萄糖、色素的糖盐色溶液；所述糖盐色溶液能够返回缬氨酸的发酵过程循环利用。

Description

色谱分离缬氨酸的方法
技术领域
本发明属于色谱分离技术领域，具体涉及一种色谱分离缬氨酸的方法。
背景技术
L-缬氨酸(L-2-氨基-3-甲基丁酸，以下简称缬氨酸)，是人体必需氨基酸之一，具有多种生理功能，在医药、食品及调味剂、动物饲料、化妆品的生产中应用广泛。
缬氨酸通常由发酵法，在合适的菌种和糖、无机盐水溶液等条件下产生；发酵结束时，发酵液中一般含有2-6wt％的缬氨酸、0.5wt％左右的丙氨酸和亮氨酸，还因含副产的色素而呈酱油色。
缬氨酸的工业分离过程一般包括分级过滤如膜滤去除菌丝、多糖、部分色素，用活性炭脱色，再经色谱法尤其是模拟移动床色谱法，在一种或多种吸附分离树脂的条件下，将剩余糖分、无机盐、丙氨酸和亮氨酸分离出来，所得缬氨酸水溶液再经浓缩、结晶、干燥，制得缬氨酸产品。所述模拟移动床色谱法具有操作连续、分离效率高、投资低等优点，其中，所用吸附分离树脂的性能是关键。
如CN101721979A提供一种缬氨酸分离专用大孔吸附树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)用蒸馏水配制水相物质：其中聚乙烯醇质量浓度0.1-2％，硫酸铵(或硫酸钠、氯化钠、氯化镁、硫酸镁)质量浓度0.5-6％；(2)配制有机相物质：取交联剂与极性单体混合，交联剂与极性单体重量比为10-2.5:1，向其中加入混合物1-3倍体积的致孔剂，使极性单体与交联剂进行悬浮共聚合，得到有机相物质；(3)树脂制备：将水相物质升温至30-40℃，边搅拌边将有机相物质和二碳酸二叔丁酯倒入水相物质中，完成混合后升温至70-80℃，聚合反应4-5小时，水相与有机相的质量比例为20-5:1，二碳酸二叔丁酯占反应体系总重量的0.1-1％；(4)后处理：滤出树脂，用水清洗，真空干燥，真空度为100Pa，干燥温度40℃，得到120-150μm粒径成品大孔吸附树脂；所述的交联剂选用：苯乙烯、二乙烯苯、三乙烯苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基苯、二乙烯基二甲苯、二乙烯基乙基苯中的一种或几种；所述的极性单体选用：丙烯酸乙酯、醋酸丙烯酯、醋酸烯丙酯或甲基乙烯基吡咯烷酮；所述的致孔剂选用：甲苯、二甲苯、200#汽油、庚烷、异辛烷、正丁醇或叔戊醇。该树脂的合成过程中，通过控制水相质、交联剂、极性单体、致孔剂的种类和比例，使二碳酸二叔丁酯能够有效键合，最终得到的大孔吸附树脂可将缬氨酸、丙氨酸、亮氨酸分离(用纯水作流动相)。在用于某缬氨酸质量浓度为36％粗制液的分离测试时，可获得缬氨酸纯度99％以上的水溶液，缬氨酸回收率为80％左右。所述缬氨酸粗制液通过如下方法制备：将缬氨酸发酵液，采用过滤和超滤处理去除菌体、蛋白质和多糖杂质；超滤后溶液通过活性炭脱色；脱色后溶液通过60℃真空减压浓缩至原体积的10％、降温至10℃结晶除盐得缬氨酸发酵液粗提物，其中缬氨酸质量浓度为36％。
CN101948399A提供一种使用模拟移动床色谱连续分离纯化发酵液中缬氨酸的方法，以水为流动相，以CN101721979A方法制备的缬氨酸分离专用树脂为固定相，对缬氨酸发酵液中缬氨酸进行连续分离纯化，步骤如下：
(1)其模拟移动床色谱分离装置共有5区，每个区由1-3根色谱柱组成，并串联联接，所有色谱柱的规格完全相同，柱直径为1-50cm，色谱柱采用夹套加热保温；每两根柱子中间有3个出口，3个入口，分离过程除了区5和区1之间有两个出、入口可用外，其它区/柱中间只有一个出、入口可用，不用的出、入口均处于关闭状态；区1-区2-区3-区4-区5的方向为液流方向，区5-区4-区3-区2-区1-区5为柱切换方向；柱内装有缬氨酸专用分离树脂；区1和区5之间的开放结构保证了填料被充分清洗，从而可以制备得到高纯度的缬氨酸；
(2)缬氨酸发酵过程结束后，用盐酸将发酵液pH调节到2-5，离心(如3000-10000转/min)去除菌体、蛋白质和多糖杂质，然后将得到的清液用活性炭脱色(活性碳的加入量为清液重量的4-10％，再过滤去除)；
(3)将脱色后的清液在60℃真空减压浓缩，控制清液中缬氨酸浓度为70-80g/L；或者脱色后清液不经浓缩直接进行分离；
(4)将缬氨酸清液放入步骤(1)所述的模拟移动床色谱分离装置中进行分离，从出口1中得到高纯度的缬氨酸水溶液(纯度99.0-99.6％、浓度17.9-46.6g/L，缬氨酸回收率68-80％)，再经浓缩、结晶得到固体缬氨酸成品；流动相为水，水温控制在20-80℃；5个区中的液体线速度控制在2-100cm/min；出口2中得到弱吸附杂质(主要是无机盐)，出口3中得到强吸附杂质(主要是葡萄糖、丙氨酸、异亮氨酸和少量杂蛋白质)。
另外，CN101168512A提供一种从缬氨酸液中分离提纯缬氨酸的方法，包括：a、合成树脂：先合成用于专门吸附分离缬氨酸的两种特种树脂：金属离子型螯合树脂和酸根离子型螯合树脂；b、分离提纯：采用装有上述特种树脂之一的固定床使用模拟移动床技术，利用功能基与缬氨酸以及其他杂质之间的亲和力差别，实现缬氨酸与蛋白质、糖、色素、无机盐、杂氨基酸之间的分离；采用水为洗脱剂，分离温度为35～95℃，连续进行进料、出料操作，同时得到三类出料组分，第一类为缬氨酸纯度85～95％的组分；第二类为缬氨酸纯度＜5％主要含有杂氨基酸的组分；第三类为缬氨酸纯度＜1％主要含有蛋白质、糖、色素、无机盐的组分；
a、合成树脂：
合成金属离子型螯合树脂：以酸性大孔树脂或凝胶树脂作为载体，将其螯合上金属离子，利用水溶性大分子金属吸附剂与金属离子之间的亲和力，将吸附剂吸附在酸性大孔树脂或凝胶树脂表面，并使用交联剂将其固定于基体树脂上；所用交联剂为酸性大孔树脂重量的10～14％；金属离子为Al3+、Ba2+、Bi3+、Ca2+、Co2+、Co3+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、K+、Mg2+、Na+、Ni3+、Pb2+、Sb3+、Sn2+或Zn2+，其使用形式是在中性或碱性条件下可溶解的相应金属离子的盐或氧化物，金属离子的量以使树脂螯合达到30％饱和的量～完全饱和的量；
合成酸根离子型螯合树脂：包括三个工序：①、本体树脂合成：以含单乙烯基的单体与含多烯基的交联剂混合后常压75～90℃进行悬浮共聚，反应6～7小时，生成网状交联间聚物的本体树脂；②、本体树脂的碱性阴离子功能基化：本体树脂在二乙烯苯或苯乙酮的溶胀下与多乙烯多胺进行胺化，制得丙烯酸系碱性树脂(包括强碱性阴离子交换树脂、多羟基季铵强碱性阴离子树脂)；③、螯合树脂的生成：将丙烯酸系碱性树脂与无机酸根离子和/或有机酸根离子配合达到饱和，即得到相应的酸根离子型螯合树脂；所述无机酸根离子为硫酸根、硝酸根、盐酸根或磷酸根，有机酸根离子为柠檬酸根、乳酸根、古龙酸根、丙酮酸根、富马酸根、曲酸根、琥珀酸根或衣康酸根；
b、分离提纯：采用装有上述特种树脂之一的固定床，使用模拟移动床技术，从缬氨酸液或缬氨酸水解液中分离提纯缬氨酸；
模拟移动床装置是由4根或4根以上的色谱柱串联相接，成一首尾连接的闭合系统；每根柱均有出料口、进料口、循环口、进水口；整个模拟移动床色谱系统用夹套加热保温，保证床层在设定恒定温度之间，优选分离温度为50℃；整个模拟移动床色谱系统采用电脑自动控制的方式来改变出料口、进料口、循环口、进水口的位置，从而实现进料、进水、前组分出料、后组分出料同时连续运行操作；
模拟移动床色谱分离按照进、出料口和循环口的位置，系统中所有串联的色谱柱分为5个区：
I区：蛋白质、无机盐、色素、糖液出口到缬氨酸液进料口，称为提取区；
II区：缬氨酸液进料口到缬氨酸出口，称为解析区I；
III区：缬氨酸出口到杂氨基酸出口，称为富集区；
IV区：杂氨基酸出口到洗脱水进口，称为解析区II；
V区：洗脱水进口到蛋白质、无机盐、色素、糖液出口，称为循环区；
CN101503366A公开一种膜分离与工业色谱分离联用提取分离L-缬氨酸的方法，由以下步骤组成：(1)发酵液超滤除菌体：将发酵液通过截留相对分子质量10万-100万D的0.1-0.6μm微孔滤膜，彻底去除发酵液中的菌体，得到L-缬氨酸发酵清液，操作压力为0.3-0.8MPa，操作温度为10-60℃，透析水量以体积百分计占进料发酵液体积的10-90％；(2)工业色谱分离：将步骤(1)得到的L-缬氨酸发酵清液预浓缩至固含物3-6％，上工业色谱柱，用1-3倍发酵清液体积的水做助推剂进行分离，操作温度20-50℃，去除无机盐和发酵液中的杂酸，得到高纯度的分离发酵清液；(3)纳滤去除小分子蛋白杂质及色素：将步骤(2)得到的高纯度分离后的L-缬氨酸清液用截留相对分子质量为100-3000D的纳滤膜去除色素和小分子蛋白杂质，得到澄清无色的L-缬氨酸溶液，操作压力为1.0-3.0MPa，操作温度为10-60℃，透析水量以体积百分计占进料清液体积的10-90％；(4)发酵液反渗透膜预浓缩：将步骤(3)得到澄清淡黄色的L-缬氨酸溶液通过反渗透膜浓缩，得到固含物为3-7％的浓缩料液，操作压力为0.5-2.0MPa，操作温度为10-60℃，透析水量以体积百分计占进料液体积的10-90％；(5)以常规方法进行浓缩、结晶得到L-缬氨酸粗品。该方法未披露所用吸附分离树脂的性能、牌号或制备方法，未涉及缬氨酸清液的模拟移动床色谱分离过程，未披露所得缬氨酸水溶液的纯度，也未披露缬氨酸水溶液纯度95％以上时的缬氨酸回收率。
以上现有技术中，吸附分离树脂性能的差异导致不同的色谱柱包括模拟移动床色谱系统的分离效果。其中，CN101948399A方法的整体效果较好，主要问题是杂氨基酸如丙氨酸、异亮氨酸与葡萄糖、色素的分离度较低，所得杂氨酸水溶液的纯度较低，葡萄糖的循环利用率低于50％，当活性炭脱色率不够时分出的杂氨基酸水溶液会带有一定颜色(不够清澈，透光率低)，且活性炭脱色导致缬氨酸的吸附、夹带损失，需要额外的固液处理。CN101168512A方法的整体效果差一些，主要问题是分离所得缬氨酸水溶液的纯度较低，无法达到所需98％以上尤其是99％以上的纯度；优点是可将葡萄糖、色素与丙氨酸、异亮氨酸分开，使分离所得葡萄糖液、无机盐液可循环利用于缬氨酸的发酵过程。
因而，有必要研发一种吸附分离树脂，用于发酵法缬氨酸粗制液(含少量色素)的色谱分离尤其是模拟移动床法色谱分离时，切割得到纯度99.0％以上尤其99.5％以上、清澈的缬氨酸水溶液，且缬氨酸的回收率高于80％，还能将杂氨基酸如丙氨酸、异亮氨酸与葡萄糖、色素分开，得到纯度较高、清澈的杂氨基酸水溶液，并使无机盐、葡萄糖能够基本循环利用于缬氨酸的发酵过程。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种色谱分离缬氨酸的方法，其采用特别制备的吸附分离树脂，尤其是采用所述吸附分离树脂的顺序式模拟移动床色谱分离系统，能够在用水作流动相的条件下，对已去除菌丝体、蛋白质、多糖等固体物、大分子杂质和大部分色素的发酵法缬氨酸粗制液具有较高的分离效率，可分离得到纯度99.0％以上、清澈的缬氨酸水溶液，缬氨酸回收率高于90％，且纯度99.5％以上部分的缬氨酸回收率高于86％；还能将杂氨基酸如丙氨酸、异亮氨酸与葡萄糖、色素、无机盐分开，得到纯度95％以上、清澈的杂氨基酸水溶液；无机盐、葡萄糖、色素的回收率高于95％，能够返回缬氨酸的发酵过程循环利用。
本发明色谱分离缬氨酸的方法，在填充吸附分离树脂的色谱分离柱中，将缬氨酸粗制液进行分离，分离得到缬氨酸精制液、糖盐色溶液、杂氨基酸溶液；色谱分离柱料液温度40-60℃，流动相为水；所述缬氨酸粗制液，是由缬氨酸发酵液处理至透光率40％以上的含缬氨酸溶液；
所述吸附分离树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)带搅拌的容器中，加入所需量的水、聚乙烯醇，持续搅拌，至聚乙烯醇全溶，加入所需量的氯化钠、氯化镁或硫酸镁，配成水相溶液；其中，聚乙烯醇浓度为0.3-1wt％，氯化钠、氯化镁或硫酸镁浓度为1-3wt％；
(2)带搅拌的隔氧容器中，加入所需量的苯乙烯、对二乙烯苯、丙烯酸乙酯、2-氟丙烯酸甲酯，搅匀，加入混合液1.5-2倍重量的甲苯，搅匀，在加入步骤(3)水相溶液前的30min内加入所需量的2-异氰基丙烯酸乙酯、二碳酸二叔丁酯、过氧化苯甲酰并搅匀，得到有机相溶液；其中，苯乙烯、对二乙烯苯、丙烯酸乙酯、2-氟丙烯酸甲酯、二碳酸二叔丁酯、2-异氰基丙烯酸乙酯、过氧化苯甲酰的重量比为(2-4):(2-3):1:(0.01-0.03):(0.2-0.5):(0.003-0.006):(0.01-0.02)；
(3)带搅拌的隔氧容器中，加入所需量的步骤(1)水相溶液，升温至30-40℃，持续搅拌，加入所需量的步骤(2)有机相溶液，升温至70-80℃，悬浮聚合反应6-10h；控制搅拌条件，使步骤(4)得到120-150μm粒径(外径)的微球形树脂；其中，水相溶液与有机相溶液的重量比例为5-8:1；
(4)微球形树脂滤出，水洗，在40-60℃和5-20kPa(绝对压力)条件下干燥，再加水处理30h以上，得到吸附分离树脂。
本发明色谱分离缬氨酸的方法中，步骤(3)的悬浮聚合反应中，水相溶液所含聚乙烯醇的主要作用是提高水相溶液的粘度，氯化钠、氯化镁或硫酸镁的主要作用是控制水相溶液的表面张力，便于有机相溶液在适中搅拌条件下的悬浮分散。有机相溶液所含苯乙烯、对二乙烯苯、丙烯酸乙酯是微球形树脂的骨架材料，甲苯是致孔剂，过氧化苯甲酰是聚合反应的引发剂。从以下实施例、对比例树脂的分离应用测试效果判断，二碳酸二叔丁酯是树脂内孔表面的主要接枝改性剂，对缬氨酸与杂氨基酸间的分离起到了主要作用。在二碳酸二叔丁酯的接枝改性作用基础上，2-氟丙烯酸甲酯、2-异氰基丙烯酸乙酯对无机盐、葡萄糖、色素与杂氨基酸间的分离，起到了一定作用；2-氟丙烯酸甲酯、2-异氰基丙烯酸乙酯可通过烯基参与树脂骨架的聚合生成，但因分子结构都具有两端极性，主要结合在骨架内孔树脂的表层，其中2-异氰基丙烯酸乙酯引入的异氰基会在步骤(4)树脂微球30h以上的水处理后，转化为氨基(和碳酸、二氧化碳，溶于水而去除)，所述氨基与2-氟丙烯酸甲酯引入的氟，共同调节树脂骨架内孔表面的吸附分离性能。步骤(1)所用聚乙烯醇，优选为醇解度86-90％、聚合度1500-2000，牌号包括PVAl7-88，配成的水相溶液具有适中的粘度、悬浮能力和较好的流动性。
本发明色谱分离缬氨酸的方法中，步骤(1)-(4)制备的微球形吸附分离树脂，具有较高且稳定的机械强度和吸附分离性能，在用于发酵法缬氨酸粗制液的分离时，在柱温40-60℃和以水为流动相的条件下，可先后得到分离程度较高的糖盐色溶液、杂氨基酸溶液、缬氨酸精制液。所得缬氨酸溶液，纯度在99.0％以上部分的缬氨酸回收率高于90％，纯度在99.5％以上部分的缬氨酸回收率高于86％，杂质成分主要是丙氨酸、异亮氨酸，透光率都高于99.5％，浓度为粗制液中缬氨酸浓度的50％以上，是无色的清澈透明溶液，可直接应用，也可经如80℃以下温度条件的减压浓缩，再结晶得到高纯度的缬氨酸产品。纯度99.0％以下的含缬氨酸溶液(其余成分基本上是杂氨基酸)，可另行按纯度高低分别收集，纯度较高如80-99％的含缬氨酸溶液(浓度一般为5g/L以上)，可混入缬氨酸粗制液循环利用；纯度较低如50-80％、浓度高于2g/L的含缬氨酸溶液，可经反渗透浓缩后返回缬氨酸的发酵过程循环利用。
所得糖盐色溶液，是含无机盐、葡萄糖和色素的混合溶液，其中无机盐、葡萄糖、色素的回收率都高于95％，无机盐、的回收率高于98％，总浓度易控制到12g/L以上甚至25g/L以上，氨基酸含量低于1g/L，能够作为无机盐、葡萄糖的部分配料，返回缬氨酸的发酵过程循环利用；这使得缬氨酸发酵液中的葡萄糖含量，在粗制前无需控制到较低、较经济的水平。糖盐色溶液所含少量色素对缬氨酸的发酵过程没有影响，在缬氨酸生产的整体工艺中，色素的出口是由缬氨酸发酵液制备发酵法缬氨酸粗制液的多级过滤过程，尤其是纳滤过程。
所得杂氨基酸溶液，主要含丙氨酸、异亮氨酸，及少量的亮氨酸，纯度95％以上，透光率高于98.5％，是基本无色的清澈透明溶液，其中的葡萄糖、无机盐含量较低，可进一步分离、利用，或直接浓缩、结晶得到杂氨基酸混合产品。
本发明色谱分离缬氨酸的方法中，所述缬氨酸粗制液，是由缬氨酸发酵液，经多级过滤，去除菌丝体、蛋白质、多糖等固体物、大分子杂质和大部分色素，处理至透光率40％以上的水溶液，浓缩至含缬氨酸60-100g/L后作为缬氨酸粗制液，缬氨酸浓度在35-60g/L时可直接作为缬氨酸粗制液利用；所述过滤可以是板框过滤与纳滤的组合，优选微滤、超滤、纳滤的组合；所述纳滤，可采用孔直径30-60纳米的陶瓷膜或塑料膜；发酵液板框过滤或微滤前，还可先进行离心浓缩；所述浓缩优选采用80℃以下温度条件的减压浓缩，以减少溶液成分间的不利反应。在由缬氨酸发酵液制备缬氨酸粗制液的过程中，缬氨酸的损失率一般低于5％。
所述缬氨酸粗制液的pH值在5-8时皆可用于本发明方法，因而在其制备过程中，无需加酸调节pH值，分离所得缬氨酸精制液、糖盐色溶液、杂氨基酸溶液都是酸碱中性；因而分离所得糖盐色溶液，直接返回发酵过程循环利用时，对发酵液条件的影响很小。这一点与CN101948399A中需要向发酵液中加酸调节pH值2-5的情况不同。
本发明色谱分离缬氨酸的方法中，为保证缬氨酸的出液浓度、收率和纯度，缬氨酸粗制液的一次进料量可为0.2-0.35BV；流动相的流量可为0.7-1.2BV/h。所述BV为单个色谱分离柱中装填树脂的体积。
本发明色谱分离缬氨酸的方法中，可采用模拟移动床色谱分离系统，优选采用顺序式模拟移动床色谱分离系统；所述顺序式模拟移动床色谱分离系统，根据所述吸附分离树脂的性能情况及缬氨酸粗制液组成情况，可包括装填所述吸附分离树脂的色谱柱10个，各色谱柱的尺寸、树脂装填量相同，按照进出料口、循环液进出口的位置和缬氨酸粗制液的整体流向，分为顺序闭环连接的I区、II区、III区、IV区、V区，其中I区、II区、III区分别串联布置3、3、2个色谱柱，IV区、V区各布置1个色谱柱；各色谱柱分别设置位于柱下的出料接口和出水接口、位于柱上的进料接口和进水接口、柱上柱下各一的循环液进、出接口，及各接口的连接管路，各区色谱柱通过循环接口串联相接成一个首尾连接的闭环系统；各色谱柱的筒体内设置上下分布器，中间为装填所述吸附分离树脂的分离材料层，筒体外设保温层或循环热水夹套；各色谱柱的进出料接口、进出水接口、循环液出口管路上适当设置用于检控流量的流量仪表和用于检测溶液浓度的浓度仪表；各接口及其连接管路上设置所需的自动阀、测温部件；所述仪表和自动阀连接智能控制器，智能控制器连接电脑，并通过电脑设置实现进料、进水、出料、出水及循环液进、出的控制、切割逻辑和流量控制，从而控制出液去向和分割收集出料；所述各色谱柱的料液和流动相水都是上进下出，分别控制所需流量；该所述顺序式模拟移动床色谱分离系统分离缬氨酸粗制液的操作过程，可具体包括如下步骤：
(F1)开工操作：各色谱柱在初次进料前经进水接口注水，使各色谱柱及柱间连接管线为水浸满、充满状态；
(F2)开启I区第一色谱柱的进料和第三色谱柱的出水，按设定流速和进料量，将缬氨酸粗制液从I区进料接口注入色谱柱；注液至第三色谱柱的出水电导率跃升十倍以上；
(F3)将I-V区各色谱柱的循环接口顺序串联，启动大循环水泵，水流量0.5-0.8BV/h，形成和进行I-V区大循环分离过程，并在本步骤的以下操作中维持该I-V区大循环分离过程；
A.至进入III区色谱柱的杂氨基酸的量达到设定值范围、缬氨酸的量达到设定值时，启动III区小循环水泵，开启III区色谱柱的小循环，色谱柱内液流量1.0-1.2BV/h；在该III区第二色谱柱的出料口收集氨基酸总浓度1g/L以上和透光率98％以上部分的排出液，得到杂氨基酸溶液；
B.在IV区色谱柱的出料口收集无机盐与葡萄糖总浓度1g/L以上和透光率95％以下部分的排出液，得到糖盐色溶液；
C.在II区第二色谱柱的出料口，收集缬氨酸纯度99.0％以上、透光率99.5％以上和浓度2g/L以上的排出液，得到缬氨酸精制液(混合液的缬氨酸浓度一般为10g/L以上)，其中缬氨酸纯度99.5％以上的部分可根据需要专门收集(混合液的缬氨酸浓度一般为15g/L以上)；
D.在II区第三色谱柱的出料口，按纯度高低分别收集含缬氨酸溶液，包括纯度80-99％(混合液中缬氨酸浓度一般为5g/L以上，透光率99％以上，返回缬氨酸的发酵过程循环利用)、纯度50-80％(混合液中缬氨酸浓度一般为2g/L以上，透光率98％以上，经反渗透浓缩后返回缬氨酸的发酵过程循环利用)；所得含缬氨酸溶液中，杂质成分主要是丙氨酸、异亮氨酸。
E.至I区第二色谱柱循环出水的电导率跃升三倍以上(少量无机盐穿过V区色谱柱及I区第一、第二色谱柱)，关闭大循环水泵，改从II区第一色谱柱进水、V区第二色谱柱出水，进行II-V区中循环分离过程，继续所述A-D方法的操作，直至所述缬氨酸精制液、糖盐色溶液、杂氨基酸溶液、含缬氨酸溶液的收集全部完成；
本步骤(F3)A、B、C、D、E的操作中，优先执行各具体操作，再按A-E顺序操作；在IV区色谱柱的出料口，还收集所述糖盐色溶液之外的，无机盐、葡萄糖和氨基酸总浓度0.1-1g/L的排出液，以及透光率98％以下的排出液(这两种排出液经反渗透处理，所得纯水作为模拟移动床色谱分离系统的流动相即洗脱剂利用，浓缩液返回缬氨酸的发酵过程循环利用)；出料时从I区第三色谱柱或II区第一色谱柱的进水接口自动补入等量的水；
(F4)步骤(F3)的操作完成后，将II区色谱柱作为新的I区色谱柱，III区、IV区色谱柱作为新的II区色谱柱，以此类推，I区的第一色谱柱、第二三色谱柱分别作为新的IV区、V区色谱柱，分区顺次移动方向与分离操作中的主要料液流向相同，形成下一次操作的模拟移动床色谱分离系统；
(F5)重复上述步骤(F2)-(F4)的操作，进行缬氨酸粗制液的分离和液体利用过程。
所述浓度仪表包括氨基酸浓度变送器、葡萄糖浓度变送器、电导率变送器、透光率变送器和折光率变送器；无机盐浓度根据溶液电导率数据和ICP分析结果综合得出，缬氨酸、杂氨基酸的浓度和种类最终根据高效液相色谱分析结果综合确定。
所述顺序式模拟移动床色谱分离系统，运行过程中的其余操作，按模拟移动床色谱分离系统的常规方法进行。如进行所述大循环、小循环、中循环操作时，流动相水的动力由水泵提供。
本发明色谱分离缬氨酸的方法中，采用所述顺序式模拟移动床色谱分离系统，能够与所述吸附分离树脂的性能情况、缬氨酸粗制液组成情况及分离操作目标相适应，技术上成熟可靠，分离能力和效果有所提高，过程控制简化，操作费用较低，分离产物的去向合理。如对比例9的记载，采用本发明所述吸附分离树脂，步骤(F4)中改变模拟移动床色谱分离系统的分区方式，将III区第一色谱柱、IV区色谱柱、V区色谱柱作为新的I区色谱柱，I区色谱柱作为新的II区色谱柱，以此类推，II区的第三色谱、III区的第二色谱柱柱分别作为新的V区、IV区色谱柱，即与分离操作中的主要料液流向相反，逆序移动分区，形成下一次操作的逆序式模拟移动床色谱分离系统(CN101948399A中的色谱柱移动方向)，则分离能力降低，所得缬氨酸精制液(缬氨酸纯度99.0％以上包括99.5％以上、透光率99.5％以上和浓度18g/L以上)中缬氨酸的回收率显著降低，分析原因主要是杂氨基酸和色素的微量循环污染对缬氨酸精制液的影响增大。
本发明中，所述各成分回收率的计算方法是：分离得到的、纯度和浓度都达到规定值的缬氨酸精制液、糖盐色溶液、杂氨基酸溶液中相应成分的量，与对应的分离前缬氨酸粗制液中相应成分的量的比值。溶液的透光率，是通过可见光分光光度计测得、400-750nm波长范围内的最低透光率，包括430nm波长时的透光率。所用作为流动相的水为反渗透纯水。
本发明色谱分离缬氨酸的方法，其技术效果包括：
1.采用特别制备的吸附分离树脂，尤其是采用所述吸附分离树脂的顺序式模拟移动床色谱分离系统，能够在用水作流动相的条件下，对已去除菌丝体、蛋白质、多糖等固体物、大分子杂质和大部分色素的发酵法缬氨酸粗制液具有较高的分离效率，可分离得到纯度99.0％以上、清澈的缬氨酸水溶液，透光率99.5％以上，浓度18g/L以上，缬氨酸回收率高于90％，且纯度99.5％以上部分的缬氨酸回收率高于86％；还能将杂氨基酸如丙氨酸、异亮氨酸与葡萄糖、色素、无机盐分开，得到纯度95％以上、清澈的杂氨基酸水溶液，和浓度10g/L以上的糖盐色溶液；糖盐色溶液中无机盐、葡萄糖的回收率高于95％，能够返回缬氨酸的发酵过程循环利用。
2.所述吸附分离树脂，将缬氨酸粗制液中所含葡萄糖、色素分离进入糖盐色溶液并返回发酵过程循环利用，这使得缬氨酸发酵液中的葡萄糖含量，在粗制前无需控制到较低、较经济的水平。糖盐色溶液所含少量色素对缬氨酸的发酵过程没有影响，在缬氨酸生产的整体工艺中，色素的出口是由缬氨酸发酵液制备发酵法缬氨酸粗制液的多级过滤过程，尤其是纳滤过程，因而由缬氨酸发酵液滤除菌丝体、蛋白质、多糖等固体物，以及大分子杂质和色素制备缬氨酸粗制液的过程中，可只去除大部分色素即可，降低了对脱色处理过程的要求，可以不采用活性炭吸附而采用纳滤控制色素浓度。所述40％的透光率基本由色素导致。
3.缬氨酸粗制液的pH值在5-8时即可用于本发明方法，因而在其制备过程中，无需加酸调节pH值，分离所得缬氨酸精制液、糖盐色溶液、杂氨基酸溶液都是酸碱中性；分离所得的糖盐色溶液，直接返回发酵过程循环利用时，对发酵液条件的影响很小。
4.所制备和使用的聚苯乙烯基吸附分离树脂，对缬氨酸粗制液的分离效果较好，性能稳定，强度高，耐磨损，平均孔直径高于4.5nm，比表面积高于380m2/g，使用寿命2年以上，说明制备过程中添加的2-氟丙烯酸甲酯、2-异氰基丙烯酸乙酯、具有很好的协同改性效果；吸附分离树脂稳定的分离性能和2年以上的使用寿命，与pH值范围5-8的酸碱中性料液条件也密切相关。
附图说明
图1是本发明实施例8的10柱顺序式模拟移动床色谱分离系统的工艺流程简图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述和说明。
实施例1
通过如下步骤，制备本实施例的吸附分离树脂：
(1)20L搅拌罐中，加入水11.428kg、聚乙烯醇(牌号为PVAl7-88，醇解度8％、聚合度1700)60g，持续搅拌，至聚乙烯醇全溶，加入六水氯化镁512g，配成水相溶液；其中，聚乙烯醇的浓度为0.5wt％，氯化镁的浓度为2wt％；
(2)3L密闭式搅拌釜，抽真空至30Pa(绝对压力)以下，充入99.9％氮气至5kPa并一直维持该压力，加入苯乙烯300g、对二乙烯苯250g、丙烯酸乙酯100g、2-氟丙烯酸甲酯2g，搅匀，加入甲苯1100g，搅匀，在加入步骤(3)水相溶液前的10min加入二碳酸二叔丁酯35g、2-异氰基丙烯酸乙酯0.45g、过氧化苯甲酰1.5g并搅拌5min至溶混均匀，得到有机相溶液；
(3)带透明观察视窗和电加热的20L密闭式搅拌釜，抽真空至30Pa(绝对压力)以下，充入99.9％氮气至5kPa并一直维持该压力，加入步骤(1)水相溶液11.7kg，升温至35℃，持续搅拌，加入步骤(2)的全部有机相溶液，升温至75℃，悬浮聚合反应8h；控制搅拌速率，使步骤(4)得到粒径(外径)范围120-150μm的微球形树脂；其中，水相溶液与有机相溶液的重量比为6.5:1；
(4)微球形树脂滤出，水洗去除树脂微球间的少量水相溶液，在50℃和10kPa(绝对压力)条件下干燥，再加水至浸没，密闭放置处理40h，得到的吸附分离树脂立即用于实施例7的测试过程。
多次重复步骤(1)-(4)的操作，再制备树脂4000mL，备用。
实施例2-6、对比例1-7
基本按实施例1的步骤(1)-(4)进行操作，分别制备实施例2-6、对比例1-7的吸附分离树脂，主要区别在于步骤(2)有机相溶液的配比，以及步骤(4)加水浸没处理的时间，具体如表1所列。
表1各实施例、对比例步骤(2)有机相溶液的配比(单位g)，及步骤(4)加水浸没处理的时间情况
其中，对比例5的吸附分离树脂，是在干燥后加水至浸没，不进行放置处理，而立即用于实施例7的测试过程。
实施例1-6制备的吸附分离树脂分别进行物化测试，结果是强度都较高，耐磨损，符合工业要求，平均孔直径都高于4.5nm，比表面积都高于370m2/g。
对比例8
基本按CN101721979A实施例5的方法，利用本发明实施例1的设备条件，制备本对比例的吸附分离树脂，包括如下步骤：
(1)20L搅拌罐中，加入水11.428kg、聚乙烯醇(牌号为PVAl7-88，醇解度8％、聚合度1700)60g，持续搅拌，至聚乙烯醇全溶，加入六水氯化镁512g，配成水相溶液；其中，聚乙烯醇的浓度为0.5wt％，氯化镁的浓度为2wt％；
(2)3L密闭式搅拌釜，抽真空至30Pa(绝对压力)以下，充入99.9％氮气至5kPa并一直维持该压力，加入对二乙烯苯400g、醋酸烯丙酯160g、叔戊醇1400g、二碳酸二叔丁酯70g，搅匀，在加入步骤(3)水相溶液前的10min加入过氧化苯甲酰1.5g并搅拌5min至溶混均匀，得到有机相溶液；
(3)带透明观察视窗和电加热的20L密闭式搅拌釜，抽真空至30Pa(绝对压力)以下，充入99.9％氮气至5kPa并一直维持该压力，加入步骤(1)水相溶液11.7kg，升温至35℃，持续搅拌，加入步骤(2)的全部有机相溶液，升温至80℃，悬浮聚合反应4h；控制搅拌速率，使步骤(4)得到粒径(外径)范围120-150μm的微球形树脂；
(4)微球形树脂滤出，充分水洗，在40℃和5kPa(绝对压力)条件下干燥，所得吸附分离树脂加水至浸没，立即用于实施例7的测试过程。
实施例7
利用6套配置相同的色谱分离实验装置，分别依次单独进行实施例1-6、对比例1-8所制备吸附分离树脂的分离测试实验。每套配置色谱分离实验装置，都包括一根自制的带夹套玻璃管色谱柱，及配套控制设备；玻璃管柱内径22mm，高1100mm，分别装填所述树脂400mL并注满水；缬氨酸粗制液和流动相水都是上进下出，缬氨酸粗制液的进液速率和进液总量通过控制出液或出水速率、出液与出水总量实现，通过夹套循环热水将柱温控制在所需温度的上下2℃范围内，缬氨酸粗制液和流动相水的进料温度与柱温相同，都控制在50℃；色谱柱出液管中安装氨基酸浓度变送器、葡萄糖浓度变送器、电导率变送器、透光率变送器和自动出料阀，对出液成分进行连续实时的初步检测，所述变送器和自动出料阀连接智能控制器，智能控制器连接电脑，并通过电脑设置实现进料、进水、出料、出水的控制、切割逻辑和流量控制，从而控制出液去向和分割收集出料；根据初步检测值对出液进行适当分割收集，再对分割收集的溶液进行精确分析，精确分析设备包括ICP和高效液相色谱；无机盐浓度根据溶液电导率数据和ICP分析结果综合得出，缬氨酸、杂氨基酸的浓度和种类最终根据高效液相色谱分析结果综合确定。
所用缬氨酸粗制液取自某发酵法缬氨酸生产线，其由缬氨酸发酵液经微滤、超滤、纳滤(纳滤时采用孔直径50纳米的陶瓷膜)的组合过滤，去除菌丝体、蛋白质、多糖等固体物、大分子杂质和大部分色素，处理至透光率40％以上，再在70℃温度条件减压浓缩而得到。缬氨酸粗制液的主要组成为：缬氨酸65g/L、杂氨基酸(主要是丙氨酸和异亮氨酸)4.8g/L、葡萄糖46g/L、无机盐21g/L(磷酸二氢钾4g/L、硫酸铵15g/L、硫酸镁2g/L、硫酸铜0.04g/L、硫酸亚铁0.03g/L)，透光率32％，pH值5.8。
每次分离操作时，缬氨酸粗制液的进料量100mL，进料后立即进水，水的流量300mL/h。
各树脂至少8次的分离实验结果包括：在上述分离条件下，实施例1-6树脂都可实现高效、稳定的分离过程，先后得到分离程度较高的糖盐色溶液、杂氨基酸溶液、缬氨酸精制液；其中实施例1树脂的整体分离效果最好，重复性也较好。
各实施例树脂色谱柱的糖盐色溶液出料起止时间都在1.6-1.8h范围内，根据电导率和透光率的突变情况确定和收集，混合液含无机盐与葡萄糖浓度都在14g/L以上，颜色都较深，pH值都在5.5-5.8范围内；精确分析后判断无机盐、葡萄糖、色素的回收率都高于95％，其中无机盐、葡萄糖的回收率都高于98％，氨基酸含量低于1g/L，具备作为无机盐、葡萄糖的部分配料，返回缬氨酸的发酵过程循环利用的条件。
各实施例树脂色谱柱的杂氨基酸溶液出料起止时间都在1.9-2.3h范围内，根据电导率和氨基酸浓度的变化情况确定和收集，主要含丙氨酸、异亮氨酸，及少量的亮氨酸，丙氨酸和异亮氨酸总浓度都高于7.2g/L，纯度都高于95％，透光率都高于98.5％，都是基本无色的清澈透明溶液，pH值都在5.8-6.0范围内，其中的葡萄糖、无机盐含量都低于0.4g/L。
各实施例树脂色谱柱的缬氨酸精制液出料起止时间都在2.4-3.3h范围内，根据电导率和氨基酸浓度的变化情况确定和收集；所得缬氨酸精制液，纯度在99.0％以上部分的缬氨酸回收率都高于90％，纯度在99.5％以上部分的缬氨酸回收率都高于86％，杂质成分主要是丙氨酸、异亮氨酸，透光率都高于99.5％，浓度都高于35g/L，都是无色的清澈透明溶液，pH值都在5.7-5.9范围内。其中实施例1树脂分离所得的缬氨酸精制液，纯度在99.0％以上部分的缬氨酸回收率91.6％，浓度34.2g/L，纯度在99.5％以上部分的缬氨酸回收率87.1％，浓度36.5g/L。
对比例1-8树脂对所述缬氨酸粗制液的分离效果，与实施例1-6树脂相比都明显较差。
其中对比例1、8树脂的主要问题是杂氨基酸如丙氨酸、异亮氨酸与葡萄糖、色素的分离度较低。其中对比例1树脂无法得到纯度高于90％或透光率高于96％的杂氨酸水溶液(含葡萄糖10wt％以上)，有循环利用价值的含葡萄糖液中葡萄糖的回收率低于45％；缬氨酸精制液(纯度99.0％以上、透光率99.5％以上)中缬氨酸的回收率为79％。对比例8树脂无法得到纯度高于88％或透光率高于95％的杂氨酸水溶液(含葡萄糖10wt％以上)，有循环利用价值的含葡萄糖液中葡萄糖的回收率低于50％；缬氨酸精制液(纯度99.0％以上、透光率99.5％以上)中缬氨酸的回收率为82％。
对比例2-3树脂的主要问题是缬氨酸精制液中缬氨酸的回收率略低，纯度在99.0％以上部分的缬氨酸回收率分别为85％、83％，纯度在99.0％以上部分的缬氨酸回收率都低于71％。
对比例4-5树脂的主要问题是前3次分离操作中缬氨酸精制液(纯度99.0％以上、透光率99.5％以上)中缬氨酸的回收率，都比实施例1树脂的第1次分离操作时低，但都呈现分离效果逐渐提高的趋势，在第5-8次分离操作时都能达到实施例1树脂的分离效果水平。其中对比例4树脂前3次分离操作纯度在99.0％以上部分的缬氨酸回收率分别为86％、88％、90％，对比例5树脂前3次分离操作纯度在99.0％以上部分的缬氨酸回收率分别为83％、85％、88％。
对比例6-7树脂的主要问题是无法获得纯度99.5％以上的缬氨酸精制液，缬氨酸精制液(纯度99.0％以上、透光率99.5％以上)中缬氨酸的回收率为87％。
实施例8
在实施例7所用6套色谱分离实验装置的基础上，再增加4套配置相同的色谱柱，各色谱柱清洗、清空，分别装填实施例1树脂各400mL，建成一套10柱顺序式模拟移动床色谱分离系统；缬氨酸粗制液和流动相水都是上进下出；利用实施例7所用缬氨酸粗制液操作1000h。
所述顺序式模拟移动床色谱分离系统，根据所述吸附分离树脂的性能情况及缬氨酸粗制液组成情况，如附图1所示，按照进出料口、循环液进出口的位置和缬氨酸粗制液的整体流向，分为顺序闭环连接的I区、II区、III区、IV区、V区，其中I区、II区、III区分别串联布置3、3、2个色谱柱，IV区、V区各布置1个色谱柱；各色谱柱分别设置位于柱下的出料接口和出水接口、位于柱上的进料接口和进水接口、柱上柱下各一的循环液进、出接口，及各接口的连接管路，各区色谱柱通过循环接口串联相接成一个首尾连接的闭环系统；各色谱柱的筒体内设置上下分布器，中间为装填所述吸附分离树脂的分离材料层，筒体外设保温层或循环热水夹套；各色谱柱的进出料接口、进出水接口、循环液出口管路上适当设置用于检控流量的流量仪表和用于检测溶液浓度的浓度仪表；各接口及其连接管路上设置所需的自动阀、测温部件；所述仪表和自动阀连接智能控制器，智能控制器连接电脑，并通过电脑设置实现进料、进水、出料、出水及循环液进、出的控制、切割逻辑和流量控制，从而控制出液去向和分割收集出料；所述各色谱柱的料液和流动相水都是上进下出，分别控制所需流量；缬氨酸粗制液和流动相水的进料温度都控制在50℃，通过夹套循环热水将柱温控制在49-51℃范围内；该述顺序式模拟移动床色谱分离系统分离缬氨酸粗制液的操作过程，可具体包括如下步骤：
(F1)开工操作：各色谱柱在初次进料前经进水接口注水，使各色谱柱及柱间连接管线为水浸满、充满状态；
(F2)开启I区第一色谱柱的进料和第三色谱柱的出水，按设定流速和进料量，将缬氨酸粗制液从I区进料接口注入色谱柱；注液至第三色谱柱的出水电导率跃升十倍以上；
(F3)将I-V区各色谱柱的循环接口顺序串联，启动大循环水泵，水流量300mL/h，形成和进行I-V区大循环分离过程，并在本步骤的以下操作中维持该I-V区大循环分离过程；
A.至进入III区色谱柱的杂氨基酸的量达到设定值范围、缬氨酸的量达到设定值时，启动III区小循环水泵(控制水流量140mL/h)，开启III区色谱柱的小循环，色谱柱内液流量440mL/h；在该III区第二色谱柱的出料口收集氨基酸总浓度1g/L以上和透光率98％以上部分的排出液，得到杂氨基酸溶液；
B.在IV区色谱柱的出料口收集无机盐与葡萄糖总浓度1g/L以上和透光率95％以下部分的排出液，得到糖盐色溶液；
C.在II区第二色谱柱的出料口，收集缬氨酸纯度99.0％以上、透光率99.5％以上和浓度2g/L以上的排出液，得到缬氨酸精制液，其中缬氨酸纯度99.5％以上的部分根据需要专门收集；
D.在II区第三色谱柱的出料口，按纯度高低分别收集含缬氨酸溶液，包括纯度80-99％(混合液中缬氨酸浓度为5g/L以上，透光率99％以上)、纯度50-80％(混合液中缬氨酸浓度为2g/L以上，透光率98％以上)；
E.至I区第三色谱柱循环出水的电导率跃升三倍以上(少量无机盐穿过V区色谱柱及I区第一、二、三色谱柱)，关闭大循环水泵，改从II区第一色谱柱进水、V区第二色谱柱出水，形成和进行II-V区中循环分离过程，继续所述A-D方法的操作，直至所述缬氨酸精制液、糖盐色溶液、杂氨基酸溶液、含缬氨酸溶液的收集全部完成；
本步骤(F3)A、B、C、D、E的各步操作中，优先执行各步的具体操作，再按A-E顺序操作；在IV区色谱柱的出料口，还收集所述糖盐色溶液之外的，无机盐、葡萄糖和氨基酸总浓度0.1-1g/L的排出液，以及透光率98％以下的排出液；出料时从I区第三色谱柱或II区第一色谱柱的进水接口自动补入等量的水；
(F4)步骤(F3)的操作完成后，将II区色谱柱作为新的I区色谱柱，III区、IV区色谱柱作为新的II区色谱柱，以此类推，I区的第一色谱柱、第二三色谱柱分别作为新的IV区、V区色谱柱，分区顺次移动方向与分离操作中的主要料液流向相同，形成下一次操作的模拟移动床色谱分离系统；
(F5)重复上述步骤(F2)-(F4)的操作，进行缬氨酸粗制液的分离和液体收集过程。
所述浓度仪表包括氨基酸浓度变送器、葡萄糖浓度变送器、电导率变送器、透光率变送器和折光率变送器；无机盐浓度根据溶液电导率数据和ICP分析结果综合得出，缬氨酸、杂氨基酸的浓度和种类最终根据高效液相色谱分析结果综合确定。
所述顺序式模拟移动床色谱分离系统，运行过程中的其余操作，按模拟移动床色谱分离系统的常规方法进行。如进行所述大循环、小循环、中循环操作时，流动相水的动力由水泵提供。
所述顺序式模拟移动床色谱分离系统，在1000h的运行过程中，完全重复实施例7中记载的实施例1树脂的分离效果情况，杂氨基酸溶液的浓度提高20％左右、回收率没有降低，糖盐色溶液的浓度提高8％左右、回收率没有降低；缬氨酸精制液(纯度99.0％以上、透光率99.5％以上)中的缬氨酸浓度和回收率都没有降低；与运行初期相比，1000h运行末期的分离效果没有降低；与10个色谱柱分别单独运用时的相比，长期的整体分离加工量提高40％以上。
对比例9
实施例8的10柱顺序式模拟移动床色谱分离系统，在所述1000h的分离操作完成后，改变步骤(F4)中模拟移动床色谱分离系统的分区移动方式(实际是通过电脑重新设置智能控制器的控制逻辑)，将III区第一色谱柱、IV区色谱柱、V区色谱柱作为新的I区色谱柱，I区色谱柱作为新的II区色谱柱，以此类推，II区的第三色谱、III区的第二色谱柱柱分别作为新的V区、IV区色谱柱，即与分离操作中的主要料液流向相反，逆序移动分区，形成下一次操作的模拟移动床色谱分离系统(CN101948399A中的色谱柱移动方向，逆序式模拟移动床色谱分离系统)，运行50h。发现分离能力降低，所得缬氨酸精制液(纯度99.0％以上、透光率99.5％以上)中缬氨酸的回收率，较实施例8中降低6％左右，分析原因主要是在步骤E新的中循环过程中，微量的色素和少量的杂氨基酸循环进入缬氨酸精制液，污染量增大；而所述10柱顺序式模拟移动床色谱分离系统的控制逻辑与树脂的性能情况及缬氨酸粗制液组成情况相匹配，在步骤E的中循环过程中，色素和杂氨基酸循环进入缬氨酸精制液的量较小。

Claims (10)

1.一种色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，在填充吸附分离树脂的色谱分离柱中，将缬氨酸粗制液进行分离，分离得到糖盐色溶液、杂氨基酸溶液和纯度99.0％以上的缬氨酸精制液；色谱分离柱料液温度40-60℃，流动相为水；所述缬氨酸粗制液，是由缬氨酸发酵液处理至透光率40％以上的含缬氨酸溶液；
所述吸附分离树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌容器中，加入所需量的水、聚乙烯醇，持续搅拌，至聚乙烯醇全溶，加入所需量的氯化钠、氯化镁或硫酸镁，配成水相溶液；其中，聚乙烯醇浓度为0.3-1wt％，氯化钠、氯化镁或硫酸镁浓度为1-3wt％；
(2)带搅拌的隔氧容器中，加入所需量的苯乙烯、对二乙烯苯、丙烯酸乙酯、2-氟丙烯酸甲酯，搅匀，加入混合液1.5-2倍重量的甲苯，搅匀，在加入步骤(3)水相溶液前的30min内加入所需量的2-异氰基丙烯酸乙酯、二碳酸二叔丁酯、过氧化苯甲酰并搅匀，得到有机相溶液；其中，苯乙烯、对二乙烯苯、丙烯酸乙酯、2-氟丙烯酸甲酯、二碳酸二叔丁酯、2-异氰基丙烯酸乙酯、过氧化苯甲酰的重量比为(2-4):(2-3):1:(0.01-0.03):(0.2-0.5):(0.003-0.006):(0.01-0.02)；
(3)带搅拌的隔氧容器中，加入所需量的步骤(1)水相溶液，升温至30-40℃，持续搅拌，加入所需量的步骤(2)有机相溶液，升温至70-80℃，悬浮聚合反应6-10h；控制搅拌条件，使步骤(4)得到120-150μm粒径的微球形树脂；其中，水相溶液与有机相溶液的重量比为5-8:1；
(4)微球形树脂滤出，水洗，在40-60℃和5-20kPa条件下干燥，再加水处理30h以上，得到吸附分离树脂。
2.根据权利要求1所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，分离得到的纯度80-99％的含缬氨酸溶液，混入缬氨酸粗制液循环利用；分离得到的纯度50-80％的含缬氨酸溶液，经反渗透浓缩后返回缬氨酸的发酵过程循环利用。
3.根据权利要求1所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，所得糖盐色溶液，返回缬氨酸的发酵过程循环利用。
4.根据权利要求1所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，所述缬氨酸粗制液中缬氨酸的浓度为35-100g/L，pH值范围为5-8。
5.根据权利要求1所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，色谱分离柱中，缬氨酸粗制液的一次进料量为0.2-0.35BV；流动相水的流量为0.7-1.2BV/h。
6.根据权利要求1所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，步骤(1)中所用聚乙烯醇的醇解度为86-90％，聚合度为1500-2000。
7.根据权利要求1所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，由缬氨酸发酵液制备缬氨酸粗制液的过程中，采用板框过滤与纳滤的组合，或微滤、超滤、纳滤的组合；所述纳滤，采用孔直径30-60nm的陶瓷膜或塑料膜。
8.根据权利要求1所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，采用顺序式模拟移动床色谱分离系统。
9.根据权利要求8所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，所述顺序式模拟移动床色谱分离系统，包括装填所述吸附分离树脂的色谱柱10个，各色谱柱的尺寸、树脂装填量相同，按照进出料口、循环液进出口的位置和缬氨酸粗制液的整体流向，分为顺序闭环连接的I区、II区、III区、IV区、V区，其中I区、II区、III区分别串联布置3、3、2个色谱柱，IV区、V区各布置1个色谱柱；各色谱柱分别设置位于柱下的出料接口和出水接口、位于柱上的进料接口和进水接口、柱上柱下各一的循环液进、出接口，及各接口的连接管路，各区色谱柱通过循环接口串联相接成一个首尾连接的闭环系统；各色谱柱的筒体内设置上下分布器，中间为装填所述吸附分离树脂的分离材料层，筒体外设保温层或循环热水夹套；各色谱柱的进出料接口、进出水接口、循环液出口管路上适当设置用于检控流量的流量仪表和用于检测溶液浓度的浓度仪表；各接口及其连接管路上设置所需的自动阀、测温部件；所述仪表和自动阀连接智能控制器，智能控制器连接电脑，并通过电脑设置实现进料、进水、出料、出水及循环液进、出的控制、切割逻辑和流量控制，从而控制出液去向和分割收集出料；所述各色谱柱的料液和流动相水都是上进下出，分别控制所需流量；该所述顺序式模拟移动床色谱分离系统分离缬氨酸粗制液的操作过程，具体包括如下步骤：
(F1)开工操作：各色谱柱在初次进料前经进水接口注水，使各色谱柱及柱间连接管线为水浸满、充满状态；
(F2)开启I区第一色谱柱的进料和第三色谱柱的出水，按设定流速和进料量，将缬氨酸粗制液从I区进料接口注入色谱柱；注液至第三色谱柱的出水电导率跃升十倍以上；
(F3)将I-V区各色谱柱的循环接口顺序串联，启动大循环水泵，水流量0.5-0.8BV/h，形成和进行I-V区大循环分离过程，并在本步骤的以下操作中维持该I-V区大循环分离过程；
A.至进入III区色谱柱的杂氨基酸的量达到设定值范围、缬氨酸的量达到设定值时，启动III区小循环水泵，开启III区色谱柱的小循环，色谱柱内液流量1.0-1.2BV/h；在该III区第二色谱柱的出料口收集氨基酸总浓度1g/L以上和透光率98％以上部分的排出液，得到杂氨基酸溶液；
B.在IV区色谱柱的出料口收集无机盐与葡萄糖总浓度1g/L以上和透光率95％以下部分的排出液，得到糖盐色溶液；
C.在II区第二色谱柱的出料口，收集缬氨酸纯度99.0％以上、透光率99.5％以上和浓度2g/L以上的排出液，得到缬氨酸精制液，其中缬氨酸纯度99.5％以上的部分可根据需要专门收集；
D.在II区第三色谱柱的出料口，按纯度高低分别收集含缬氨酸溶液，包括缬氨酸纯度90％以上、纯度80-90％、纯度50-80％；
E.至I区第三色谱柱循环出水的电导率跃升三倍以上，关闭大循环水泵，改从II区第一色谱柱进水、V区第二色谱柱出水，进行II-V区中循环分离过程，继续所述A-D方法的操作，直至所述缬氨酸精制液、糖盐色溶液、杂氨基酸溶液、含缬氨酸溶液的收集全部完成；
本步骤(F3)的以上操作中，在IV区色谱柱的出料口，还收集所述糖盐色溶液之外的，无机盐、葡萄糖和氨基酸总浓度0.1-1g/L的排出液，以及透光率98％以下的排出液；出料时从I区第三色谱柱或II区第一色谱柱的进水接口自动补入等量的水；
(F4)步骤(F3)的操作完成后，将II区色谱柱作为新的I区色谱柱，III区、IV区色谱柱作为新的II区色谱柱，以此类推，I区的第一色谱柱、第二三色谱柱分别作为新的IV区、V区色谱柱，分区顺次移动方向与分离操作中的主要料液流向相同，形成下一次操作的模拟移动床色谱分离系统；
(F5)重复上述步骤(F2)-(F4)的操作，进行缬氨酸粗制液的分离和液体收集过程。
10.根据权利要求9所述色谱分离缬氨酸的方法，其特征在于，所述浓度仪表包括氨基酸浓度变送器、葡萄糖浓度变送器、电导率变送器、透光率变送器和折光率变送器。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62255453A (ja) * 1986-04-28 1987-11-07 Ajinomoto Co Inc バリンの分離精製法
EP1106602A1 (en) * 1999-12-09 2001-06-13 Archer-Daniels-Midland Company Simulated moving bed chromatographic purification of amino acids
CN1733680A (zh) * 2005-08-26 2006-02-15 江南大学 一种从有机酸发酵液和相应有机酸产品母液中分离残糖以提纯有机酸的方法
CN101168512A (zh) * 2007-11-30 2008-04-30 江南大学 一种从缬氨酸液中分离提纯缬氨酸的方法
CN101721979A (zh) * 2009-12-01 2010-06-09 江南大学 一种缬氨酸分离专用大孔吸附树脂的制备方法
CN101798273A (zh) * 2009-10-19 2010-08-11 广东肇庆星湖生物科技股份有限公司 一种缬氨酸提纯方法
CN101948399A (zh) * 2010-10-11 2011-01-19 江南大学 一种使用模拟移动床色谱连续分离纯化发酵液中缬氨酸的方法
CN108003049A (zh) * 2017-12-05 2018-05-08 江南大学 一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法
CN114349804A (zh) * 2021-12-27 2022-04-15 山东兆光色谱分离技术有限公司 一种色谱分离甘油葡萄糖苷的方法
CN114671919A (zh) * 2022-03-25 2022-06-28 山东兆光色谱分离技术有限公司 一种基于色谱分离生产结晶阿洛酮糖的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101449808B1 (ko) * 2012-02-06 2014-10-14 씨제이제일제당 (주) 발린의 연속적 분리를 위한 장치 및 이를 이용한 발린의 연속적 분리 방법

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62255453A (ja) * 1986-04-28 1987-11-07 Ajinomoto Co Inc バリンの分離精製法
EP1106602A1 (en) * 1999-12-09 2001-06-13 Archer-Daniels-Midland Company Simulated moving bed chromatographic purification of amino acids
CN1733680A (zh) * 2005-08-26 2006-02-15 江南大学 一种从有机酸发酵液和相应有机酸产品母液中分离残糖以提纯有机酸的方法
CN101168512A (zh) * 2007-11-30 2008-04-30 江南大学 一种从缬氨酸液中分离提纯缬氨酸的方法
CN101798273A (zh) * 2009-10-19 2010-08-11 广东肇庆星湖生物科技股份有限公司 一种缬氨酸提纯方法
CN101721979A (zh) * 2009-12-01 2010-06-09 江南大学 一种缬氨酸分离专用大孔吸附树脂的制备方法
CN101948399A (zh) * 2010-10-11 2011-01-19 江南大学 一种使用模拟移动床色谱连续分离纯化发酵液中缬氨酸的方法
CN108003049A (zh) * 2017-12-05 2018-05-08 江南大学 一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法
CN114349804A (zh) * 2021-12-27 2022-04-15 山东兆光色谱分离技术有限公司 一种色谱分离甘油葡萄糖苷的方法
CN114671919A (zh) * 2022-03-25 2022-06-28 山东兆光色谱分离技术有限公司 一种基于色谱分离生产结晶阿洛酮糖的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
模拟移动床技术分离缬氨酸和丙氨酸;万红贵 等;食品与发酵工业;第31卷(第12期);50-53 *

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