RU2457894C1

RU2457894C1 - Method of phenylalanine and sodium chloride separation by dialysis

Info

Publication number: RU2457894C1
Application number: RU2010153508/05A
Authority: RU
Inventors: Вера Ивановна Васильева (RU); Вера Ивановна Васильева; Виктор Иванович Заболоцкий (RU); Виктор Иванович Заболоцкий; Владимир Алексеевич Шапошник (RU); Владимир Алексеевич Шапошник; Владимир Федорович Селеменев (RU); Владимир Федорович Селеменев; Елена Алексеевна Воробьева (RU); Елена Алексеевна Воробьева; Анна Владимировна Жильцова (RU); Анна Владимировна Жильцова
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-08-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to purification and release of amino acids, in particular, to separation of phenylalanine by dialysis. Proposed method comprises feeding initial solution from one side of sulfocation-exchange membrane MK-40 with geometrically irregular surface and feeding distilled water from its other side.

EFFECT: intensified mass transfer through membrane in stationary dialysis.

1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам очистки и выделения аминокислот, в частности к разделению фенилаланина с неизрасходованными при микробиологическом синтезе минеральными компонентами.The invention relates to methods for purification and isolation of amino acids, in particular to the separation of phenylalanine with unused mineral components during microbiological synthesis.

Известны способы извлечения аминокислот из растворов ионным обменом [Селеменев В.Ф., Чиканов В.Н., Фрелих П. Влияние кинетики ионного обмена на получение высокочистого триптофана. // Высокочист. вещества. - 1991. №1. С.97-102; Шолин А.Ф., Селеменев В.Ф., Орос Г.Ю. и др. Исследование работы крупногабаритного ионообменного фильтра в процессе выделения кристаллического лизина из культуралъной жидкости. // Теория и практика сорбционных процессов. Воронеж, 1981. №14. С.107-110; Ионообменные методы очистки веществ. // Под ред. Г.А.Чикина, О.Н.Мягкова. Воронеж: ВГУ, 1984. 372 с.] и электромембранными методами [Заболоцкий В.И., Гнусин Н.П., Ельников Л.Ф. Исследование процесса глубокой очистки аминокислот от минеральных примесей электродиализом с ионообменными мембранами. // Журн. прикл. химии. 1986. Т.59. С.140; Sato К., Sakairi Т., Yonemoto Т., Tadaki T. The desalination of mixed solution of on amino acid and an inorganic salt by means of electrodialysis with charge-mosaic membranes // J. Membrane Sci. 1995. Vol.100. P.209-216; Шапошник В.А., Елисеева Т.В., Текучее А.Ю., Лущик И.Г. Выделение аминокислот из смесей веществ электродиализом с ионообменными мембранами. // Теория и практика сорбционных процессов. Воронеж: ВГУ, 1999. Вып.25. С.53]. При ионном обмене возникает необходимость в проведении химической регенерации ионообменников, которая приводит к загрязнению окружающей среды, а электродиализ требует затрат электроэнергии.Known methods for the extraction of amino acids from solutions by ion exchange [Selemenev VF, Chikanov VN, Frelikh P. The influence of the kinetics of ion exchange on obtaining high-purity tryptophan. // Highly clean. substances. - 1991. No. 1. S.97-102; Sholin A.F., Selemenev V.F., Oros G.Yu. et al. Study of the operation of a large-sized ion-exchange filter in the process of isolating crystalline lysine from a culture fluid. // Theory and practice of sorption processes. Voronezh, 1981. No. 14. S.107-110; Ion-exchange methods of purification of substances. // Ed. G.A. Chikina, O.N. Myagkova. Voronezh: Voronezh State University, 1984. 372 p.] And electromembrane methods [Zabolotsky VI, Gnusin NP, Elnikov L.F. Investigation of the process of deep purification of amino acids from mineral impurities by electrodialysis with ion-exchange membranes. // Journal. adj. chemistry. 1986.V. 59. S.140; Sato K., Sakairi T., Yonemoto T., Tadaki T. The desalination of mixed solution of on amino acids and an inorganic salt by means of electrodialysis with charge-mosaic membranes // J. Membrane Sci. 1995. Vol. 100. P.209-216; Shaposhnik V.A., Eliseeva T.V., Tekuchey A.Yu., Lushchik I.G. Isolation of amino acids from mixtures of substances by electrodialysis with ion-exchange membranes. // Theory and practice of sorption processes. Voronezh: Voronezh State University, 1999. Issue 25. P.53]. With ion exchange, there is a need for chemical regeneration of ion exchangers, which leads to environmental pollution, and electrodialysis requires energy.

Известен способ разделения фенилаланина и моносахарида (глюкозы) диализом с сульфокатионообменной мембраной МК-40 [Васильева В.И., Шапошник В.А., Овчаренко Е.О., Григорчук О.В. Разделение фенилаланина и глюкозы диализом с сульфокатионообменной мембраной. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2002. T.2. Вып.5-6. С.535-544].A known method for the separation of phenylalanine and monosaccharide (glucose) dialysis with sulfonation exchange membrane MK-40 [Vasilyeva V.I., Shaposhnik V.A., Ovcharenko E.O., Grigorchuk O.V. Separation of phenylalanine and glucose by dialysis with a sulfation cation exchange membrane. // Sorption and chromatographic processes. 2002. T.2. Issue 5-6. S.535-544].

Данный способ заключается в том, что используется диализная ячейка, собранная из двух секций, разделенных ионообменной мембраной с гладкой поверхностью. Исследуемый раствор подается в секцию 1, а через секцию 2 пропускают дисциллированную воду. Все эксперименты были проведены в сиационарных условиях.This method consists in the fact that a dialysis cell is used, assembled from two sections separated by an ion-exchange membrane with a smooth surface. The test solution is fed to section 1, and through the section 2 is passed distilled water. All experiments were carried out under si-stationary conditions.

К недостаткам способа можно отнести низкую скорость массопереноса веществ через мембрану.The disadvantages of the method include the low speed of mass transfer of substances through the membrane.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в выявлении и использовании дополнительных эффектов, которые бы интенсифицировали массоперенос.The problem to which this invention is directed is to identify and use additional effects that would intensify mass transfer.

Техничекий результат заключается в интенсификации массопереноса фенилаланина и хлорида натрия через мембрану при стационарном диализе.The technical result is to intensify the mass transfer of phenylalanine and sodium chloride through the membrane during stationary dialysis.

Технический результат достигается тем, что способ разделения фенилаланина и хлорида натрия стационарным диализом включает подачу исходного раствора с одной стороны сульфокатионообменной мембраны МК-40 с геометрически неоднородной поверхностью, а с другой ее стороны подачу дистиллированной воды.The technical result is achieved by the fact that the method of separation of phenylalanine and sodium chloride by stationary dialysis involves the supply of an initial solution on one side of the MK-40 sulfation-cation exchange membrane with a geometrically heterogeneous surface, and on the other hand, the supply of distilled water.

Гетерогенная катионообменная мембрана МК-40 представляет собой композицию из полиэтилена и сульфированного сополимера стирола и дивинилбензола. Способ профилирования гетерогенных мембран в набухшем состоянии разработан и защищен патентом (Патент РФ № 2284851. 2006). Профилированные сульфокатионообменные мембраны отличаются улучшенными транспортными характеристиками за счет увеличения поверхности массообмена и возможности турбулизации потока раствора на элементах профиля. Доля активной поверхности для профилированной мембраны МК-40 возрастала в три раза по сравнению с гладкой мембраной, а влагоемкость возрастала на 10% при постоянной обменной емкости (~1,55 мг·экв/г) (Заболоцкий В.И. Физико-химические свойства профилированных гетерогенных ионообменных мембран. / В.И.Заболоцкий, С.А.Лоза, М.В.Шарафан // Электрохимия. - 2005. - Т.41, №10. - С.1185-1192).The heterogeneous cation exchange membrane MK-40 is a composition of polyethylene and a sulfonated copolymer of styrene and divinylbenzene. A method for profiling heterogeneous membranes in a swollen state is developed and protected by a patent (RF Patent No. 2284851. 2006). The profiled sulfocation exchange membranes are characterized by improved transport characteristics due to the increase in the mass transfer surface and the possibility of turbulization of the solution flow on the profile elements. The active surface fraction for the MK-40 profiled membrane increased three times as compared to a smooth membrane, and the moisture capacity increased by 10% with a constant exchange capacity (~ 1.55 mg equiv / g) (Zabolotsky V.I. Physicochemical properties profiled heterogeneous ion-exchange membranes / V.I.Zabolotsky, S.A. Loza, M.V. Sharafan // Electrochemistry. - 2005. - T.41, No. 10. - P.1185-1192).

На фигуре 1 представлены концентрационные зависимости коэффициентов разделения фенилаланина и хлорида натрия при диализе эквимолярных смесей с профилированной мембраной МК-40 в водородной (1) и натриевой (2) формах.The figure 1 shows the concentration dependence of the separation coefficients of phenylalanine and sodium chloride during the dialysis of equimolar mixtures with a profiled MK-40 membrane in hydrogen (1) and sodium (2) forms.

Пример 1. Разделение фенилаланина и хлорида натрия методом стационарного диализа было проведено в проточной диализной ячейке, содержащей две секции, разделенные сульфокатионообменной профилированной мембраной МК-40. Модельные растворы эквимолярных концентраций готовили из реактивов классификации «ч.д.а.». Диализ проводился из нейтральных растворов, в которых аминокислота находилась в виде биполярных ионов. Выбранный диапазон концентраций фенилаланина составил 0,0010-0,1500 моль/дм³, максимальное значение концентрации ограничено его растворимостью. Рабочая высота мембраны составляла 4,3 см, расстояние от мембраны до параллельной ей стенки кюветы составляло 0,6 см, ширина рабочей части мембраны 1,8 см. Исследуемый раствор подавали в одну из секций диализной ячейки, а через смежную приемную секцию пропускали дистиллированную воду. Скорость подачи исследуемых растворов в приемной и отдающей секциях была одинакова и составляла 9,3·10^-3 см/с. Выбор скоростей обусловлен необходимостью получения воспроизводимых результатов при контроле изменения концентрации компонентов в секциях ячейки. Достижение стационарного состояния определялось по постоянству концентрации фенилаланина в приемной секции.Example 1. The separation of phenylalanine and sodium chloride by stationary dialysis was carried out in a flowing dialysis cell containing two sections separated by a sulfation cation exchange profiled membrane MK-40. Model solutions of equimolar concentrations were prepared from reagents of the classification “analytical grade”. Dialysis was carried out from neutral solutions in which the amino acid was in the form of bipolar ions. The selected concentration range of phenylalanine was 0.0010-0.1500 mol / dm ³ , the maximum concentration value is limited by its solubility. The working height of the membrane was 4.3 cm, the distance from the membrane to the cell wall parallel to it was 0.6 cm, the width of the working part of the membrane was 1.8 cm. The test solution was fed into one of the sections of the dialysis cell, and distilled water was passed through an adjacent receiving section . The feed rate of the investigated solutions in the receiving and giving sections was the same and amounted to 9.3 · 10 ^-3 cm / s. The choice of speeds is due to the need to obtain reproducible results when monitoring changes in the concentration of components in cell sections. The achievement of a stationary state was determined by the constancy of the concentration of phenylalanine in the receiving section.

Контроль изменения концентрации аминокислоты в приемной секции осуществлялся спектрофотометрически на спектрофотометре СФ-46 при длине 257 нм, а хлорида натрия - методом эмиссионной фотометрии пламени на пламенно-фотометрическом анализаторе жидкостей ПАЖ-1.The change in the concentration of amino acids in the receiving section was monitored spectrophotometrically on an SF-46 spectrophotometer at a length of 257 nm, and sodium chloride was monitored by emission photometry of the flame on a PAZ-1 flame-photometric liquid analyzer.

Концентрационная зависимость фактора разделения S_F фенилаланина и хлорида натрия при диализе эквимолярных смесей, вычисленного как отношение концентраций вытекающих растворов из приемной секции к поступающим в исходную секцию, представлена на фигуре 1. Наибольшая эффективность разделения фенилаланина и хлорида натрия характерна для мембраны в водородной форме. Установленный диапазон концентраций эквимолярных растворов, соответствующий максимуму фактора разделения (S_F=10), позволяет наиболее эффективно выделять аминокислоты из смесей с минеральными компонентами стационарным диализом с профилированной катионообменной мембраной МК-40.The concentration dependence of the separation factor S _{F of} phenylalanine and sodium chloride during the dialysis of equimolar mixtures, calculated as the ratio of the concentrations of effluent solutions from the receiving section to those entering the initial section, is shown in Figure 1. The highest separation efficiency of phenylalanine and sodium chloride is characteristic of a membrane in hydrogen form. The established concentration range of equimolar solutions, corresponding to the maximum of the separation factor (S _F = 10), allows the most efficient isolation of amino acids from mixtures with mineral components by stationary dialysis with a profiled MK-40 cation exchange membrane.

Claims

A method for the separation of phenylalanine and sodium chloride by stationary dialysis, which includes supplying an initial solution from one side of the MK-40 sulfation-cation exchange membrane with a geometrically heterogeneous surface, and from the other, feeding distilled water.