电渗析法由L-赖氨酸盐酸盐制备L-赖氨酸

摘要

L-赖氨酸是人和动物的必需氨基酸之一。L-赖氨酸易吸潮,不易保存。因此,生产过程中常将发酵生成的L-赖氨酸用盐酸中和,得到市售的L-赖氨酸盐酸盐。L-赖氨酸盐酸盐一般不宜直接食用,需要与酸等当量的碱中和并脱盐后,方可得到食用和医用价值都较高的游离L-赖氨酸。本文分别提出用传统电渗析、离子替代电渗析和双极膜电渗析法脱除L-赖氨酸盐酸盐中的氯离子来制备游离的L-赖氨酸,研究结果如下:
　　 传统电渗析法中,将一定浓度L-赖氨酸和氢氧化钠混合反应后,用自制电渗析装置将氯离子除去。分别考察了L-赖氨酸盐酸盐和氢氧化钠溶液的浓度比、L-赖氨酸盐酸盐溶液初始浓度及初始pH值、以及操作电压对电渗析过程包括Cl-脱除率、电流密度、L-赖氨酸回收率、电流效率和能耗的影响。实验结果表明:当赖氨酸盐酸盐和氢氧化钠溶液浓度比为3:5,L-赖氨酸盐酸盐初始浓度为0.3mol·L-1,初始pH值为9.74,操作电压为30V时,电渗析效果最好。相应的电渗析结果分别为:Cl-脱除率为73.1％,L-赖氨酸回收率为86.4％,电流效率为30％,能耗为12.9 kW·h·kg-1。
　　 离子替代电渗析实验中,通过极室解离出的氢氧根对氯离子的替代作用,使L-赖氨酸盐酸盐中氯离子得以脱除。分别考察了操作电压、L-赖氨酸盐酸盐初始浓度、3室溶液初始pH值以及操作温度等条件对电渗析效果的影响。结果表明:室温条件下,当L-赖氨酸盐酸盐初始浓度为0.6mol·L-1,操作电压为40V,3室溶液初始pH值控制为9.74时,电渗析效果较好。此时,Cl-脱除率为95.6％,能耗为9.0 kW·h·kg-1,电流效率为20.5％；3室溶液初始pH主要影响L-赖氨酸的回收率,当其初始。pH值为9.74时,L-赖氨酸的回收率最高,为93.2％。另外,升高操作温度,有利于提高电流效率和降低能耗。
　　 双极膜电渗析实验中,通过双极膜水解离生成的氢氧根对脱盐室中氯离子的替代作用来脱除L-赖氨酸盐酸盐中的氯离子。采用不同操作电压、L-赖氨酸盐酸盐初始浓度以及操作温度等条件,考察了各条件对电渗析效果的影响。实验结果表明:室温条件下,当L-赖氨酸盐酸盐初始浓度为0.6mol·L-1,操作电压为40V时,Cl-脱除率较高,为85.6％,电流效率为21.4％,能耗29.0 kW·h·kg-1。电渗析温度对Cl-脱除率、能耗和电流效率均有一定影响,升高温度能使Cl-脱除率增加、能耗降低、电流效率升高。
　　 三种不同膜组合方式均能脱除L-赖氨酸盐酸盐中的氯离子制备L-赖氨酸。离子替代型电渗析能达到最大的氯离子脱除率,较高的电流效率和较低的能耗,因而电渗析效果最好。