苯丙酮酸酶法生产L－苯丙氨酸的后提取工艺

摘要

本发明涉及一种苯丙酮酸酶法生产L－苯丙氨酸的后提取工艺，其工艺步骤主要包括：L－苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤步骤：是将助滤剂搅拌混匀后打入板框中，在板框滤布上形成预涂层，在苯丙酮酸酶法生产L－苯丙氨酸的转化液中，加入絮凝剂和助滤剂，将絮凝后的料液通过板框过滤去除微生物细胞及其碎片，得过滤液；模拟移动床离子交换提取步骤：将过滤液进入连续离子交换系统中进行吸附，吸附结束后，进行反洗杂，再将洗脱剂进入离子交换系统进行洗脱，收集，得到洗脱液，一次性结晶出产品步骤：洗脱液经过浓缩蒸氨后，先利用活性炭制成滤饼，进行料液循环过滤，再进行活性炭脱色，过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L－苯丙氨酸晶体目标产品。本发明可以提高产品的提取收率和降低提取成本。

说明书

技术领域

本发明涉及医药中间体L-苯丙氨酸生产的后提取技术，即针对酶法制备L-苯丙氨酸转化液，利用一系列工艺实现L-苯丙氨酸的高收率、低能耗的分离提取。

背景技术

L-苯丙氨酸是具有生理活性的芳香族氨基酸，是人和动物不能靠自身自然合成的氨基酸之一，作为人体代谢过程中必需的八种氨基酸之一；主要用于：(1)安全使用于任何食品饮料中；用于食品，可添加于焙烤食品中，强化苯丙氨酸的营养作用；还与糖类发生氨基-羧化反应以改善食品香味，以及补充人体所需功能性食品氨基酸平衡；是合成二肽甜味剂阿斯巴甜(Aspartame)的主原料；(2)用于医药，是苯丙氨苄、甲酸溶肉瘤素等氨基酸类抗癌药物的中间体，也是生产肾上腺素、甲状腺素和黑色素的原料，是配制氨基酸输液及综合氨基酸制剂的重要成份，用于合成抗病毒药物、维生素B6等。近年来，由于阿斯巴甜已成为国际市场最为流行的甜味剂产品，在食品、饮料行业得到了广泛的应用，故成为促进L-苯丙氨酸需求激增的最大推动力。

L-苯丙氨酸的工业化制备方法主要有发酵法和酶法。酶法生产L-苯丙氨酸，具有产物浓度高、纯化步骤少、生产能力强优点，为当前L-苯丙氨酸的主要生产路线。酶法生产L-苯丙氨酸又有肉桂酸酶法和苯丙酮酸酶法两种，苯丙酮酸酶法在生产工艺、生产成本等方面比肉桂酸酶法有较大优势，所以被当前国内外研究部门认为是最经济、最有前景的L-苯丙氨酸生产方法。

在苯丙酮酸酶法转化液中，除了反应底物苯丙酮酸、L-天门冬氨酸以及反应产物L-苯丙氨酸和丙酮酸等主要成分外，还有微生物细胞及其碎片、杂蛋白、无机盐和色素等多种成分。因此选择经济合理的L-苯丙氨酸的提取工艺对提高L-苯丙氨酸的市场竞争力十分重要。已有报道的提取方法主要有：

1、间歇离子交换提取法：在pH＜3和pH＞10条件下，利用装填阳离子交换树脂的固定床吸附转化液中的L-苯丙氨酸(3～5g/L)，经碱性和酸性溶液洗脱、浓缩得到L-苯丙氨酸；

2、钙盐沉淀法：利用钙离子和苯丙氨酸形成不溶性沉淀，在pH8.5～11之间形成沉淀，苯丙氨酸钙盐经盐酸中和、结晶得到苯丙氨酸；

3、锌盐沉淀法：用氢氧化钠调节溶液pH7～9，再向溶液中加入硫酸锌固体得到苯丙氨酸锌盐沉淀，经酸中和、结晶得到L-苯丙氨酸；

4、膜技术提取法：利用无机陶瓷膜或有机膜过滤去除转化液中的微生物细胞及其碎片，然后用超滤膜去除蛋白，经纳滤膜脱色、脱盐和浓缩，经结晶后得到L-苯丙氨酸。

5、连续离子交换提取工艺：首先将L-苯丙氨酸转化液利用离心过滤去除微生物细胞及其碎片，然后进入连续离子交换系统进行吸附，吸附至一定浓度后，用洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液，再经浓缩、结晶和干燥后得到L-苯丙氨酸。

从操作工艺、提取的效果以及经济性分析，上述的方法均有缺陷。已经报道过的提取方法中，转化液去除微生物细胞及其碎片，多数采用离心过滤操作，这种离心效果比较差，过滤损失比较大，需要及时清理滤渣；间歇离子交换法中，上柱液中的浓度偏低(3～5g/L)，上柱树脂的利用率低(一般为60～70％)，洗脱剂消耗大，且树脂的活化、再生和清洗需要消耗大量的酸碱，导致整个提取成本偏高；金属盐沉淀中产生大量的盐和废水，而且其提取收率和产品的纯度都较低；膜分离技术中由于膜设备价格较高，且膜的维护费用较高，产品的提取成本过高；连续离子交换提取工艺中，洗脱液的质量(比如透光率)比较差，洗脱液的浓度比较低；上述提取方法，一般需要先结晶得到粗品后，再通过精制得到精品，这样浪费能耗，上述提取方法中，母液中含有大量的杂质，回收利用率低。因此，发展高收率、低成本的L-苯丙氨酸提取方法促进L-苯丙氨酸的产业化显得至关重要。

发明内容

发明内容本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可以提高产品的提取收率和降低提取成本，满足工业化大生产的需要苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后提取工艺。

本发明的目的是这样实现的：一种苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后提取工艺，其特征在于其工艺步骤包括：L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤、模拟移动床离子交换提取和一次性结晶出产品，各工艺步骤具体包括：

步骤一、L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤

①制作预涂层：将助滤剂搅拌混匀后打入板框中，在板框滤布上形成预涂层，预涂层厚度0.5～8mm，

②L-苯丙氨酸的转化液絮凝：在苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的转化液中，加入絮凝剂和助滤剂，搅拌，静置，

③将絮凝后的料液通过已形成预涂层板框过滤去除微生物细胞及其碎片，得过滤液；

步骤二、模拟移动床离子交换提取

①以步骤一的过滤液为离子交换的上柱液；上柱液从进样液入口以1～5m³/h速度进入连续离子交换系统中进行吸附，吸附过程中，吸附pH值控制在1～3，吸附时间为1～5h，

②吸附结束后，用纯水从离子交换系统反洗杂入口进行反洗杂，

③将洗脱剂加热至20～60℃，从洗脱剂入口处，以2～5m³/h进入离子交换系统进行洗脱，在洗脱pH为2～4时开始收集洗脱液，直至pH为10～11时停止收集，得到洗脱液；

步骤三、一次性结晶出产品

将步骤二得到的洗脱液，经过浓缩蒸氨后，先利用活性炭制成滤饼，进行料液循环过滤，再进行活性炭脱色，脱色温度为30～80℃，pH值为2.5～6，脱色时间20～80min，过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L-苯丙氨酸晶体目标产品。

上述洗脱液浓缩蒸氨后其透光率低于10％，料液通过活性炭滤饼循环过滤后料液透光率达到25～40％，活性炭脱色时，活性炭用量只需0.05～0.2％。

本发明苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后提取工艺，所述的工艺步骤还包括有步骤四、母液的回收：将步骤三提取后得到的母液，再通过步骤一所述絮凝板框过滤、步骤二所述模拟移动床离子交换提取以及步骤三所述一次性结晶出目标产品。

使用步骤三方法提取后得到的母液，无机盐等杂质相对而言比较少，但如将其直接脱色浓缩出来的产品，其产品的纯度、透光率及限量指标等均不合格，采用本发明中的絮凝板框过滤后，进行离子交换提取，再经过浓缩、结晶得到的产品，质量较高，符合标准要求。

本发明苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后提取工艺，步骤一所述絮凝剂采用聚丙烯酰胺、硫酸铝或聚合氯化铝中的一种或数种，其加量为L-苯丙氨酸的0.8％～1.5％体积百分比。

本发明苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后提取工艺，步骤一所述助滤剂采用珠光砂、硅澡土或珍珠岩中的一种或数种，其加量为絮凝剂的3％～5％体积百分比。

本发明上述步骤二所述洗脱剂为碱性水溶液，如液碱、氨水等，可以回收再使用。

本发明上述步骤二所述整个离子交换过程时，离子交换柱的夹套必须保温在40～90℃。

本发明具有如下的优点：

1、本发明采用的L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤，选择了合适的絮凝剂、助滤剂，其过滤速度比较快，过滤的效果比较好，过滤液的浊度在100NTU以下，透光率大于50％，过滤的损失比较小，一般在1％以下，这样的过滤效果才能够保证一次性结晶的产品符合质量要求。

2、本发明采用的离子交换提取工艺，在对吸附终点、洗脱终点进行了有效的控制，得到的洗脱液的浓度较高，减少下道工序的浓缩耗用的蒸气，大大节约能源的消耗；

3、本发明采用的离子交换提取工艺，吸附后进行反洗杂，然后洗脱液的质量得到明显的提高，其透光率能大于45％；

4、本发明采用的离子交换提取工艺，对洗脱剂及离子交换柱的夹套进行保温，防止L-苯丙氨酸析出，使得树脂板结而导致吸附能力的下降。

5、洗脱剂回收利用，可以降低成本。

6、一次性结晶为合格的产品，减少了二次结晶所需要消耗的能源。

7、产品脱色时，利用脱色后的废活性炭制成活性炭滤饼，先进行循环过滤，然后再进行活性炭的脱色实验，这样不仅节约了活性炭的用量，而且提高了脱色效果。

8、母液的合理使用，不影响产品的质量，使得产品的收率提高。

附图说明

图1为本发明提取工艺过程操作示意图。

具体实施方式

实施例1：

参见图1，图1为本发明提取工艺过程操作示意图。其工艺步骤包括：L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤、模拟移动床离子交换提取、一次性结晶出产品和母液的回收，各工艺步骤具体包括：

步骤一、L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤

①配制助滤剂和絮凝剂：

在常温条件下配制助滤剂，在5T的反应釜中，加入2.5T水，投入120kg的助滤剂珠光砂、硅澡土或珍珠岩中的一种或数种，备用。

配制絮凝剂：在30T的反应釜中，加入15T水，升高温度到65℃，投入280kg的絮凝剂聚丙烯酰胺、硫酸铝或聚合氯化铝中的一种或数种，搅拌至溶解后，冷却至25℃；备用。

②制作预涂层：将助滤剂搅拌混匀后打入板框形成预涂层，预涂层厚度3mm；备用。将助滤剂搅拌混匀后打入板框中，在板框滤布上形成预涂层，预涂层厚度0.5～8mm。

③L-苯丙氨酸的转化液絮凝：在20T的苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸转化液中，加入上述配制好的絮凝剂2000L和60L的助滤剂，搅拌15min后，静置45min，

④将絮凝后的料液通过已形成预涂层板框过滤去除微生物细胞及其碎片，得过滤液，过滤后溶液的浊度80NTU，透光率56％，收率99.0％。

步骤二、模拟移动床离子交换提取

取步骤一中得到的过滤液10m³，L-苯丙氨酸的浓度15g/L，以3m³/h的进料速度进入离子交换系统，吸附pH值控制在1.8，吸附时间约2.5h后，用流速为5m³/h的纯水进行反洗杂25min，再将0.5mol/L的洗脱剂液碱，温度加热至40℃，以2.5m³/h的流速将吸附在树脂上的L-苯丙氨酸洗脱下来，夹套需要保温80℃，当pH为2.5时开始收集洗脱液的高流，直至收集至pH为10.8时停止。其洗脱液透光率为54.0％，收率为98.9％。

步骤三、一次性结晶出产品

取上述步骤二中得到的洗脱液9m³，其浓度为32.5g/L，浓缩蒸氨35min，将料液循环通过利用废活性炭制成滤饼过滤45min后，将料液打入脱色罐，加入10kg的活性炭，脱色温度为68℃，pH值为5，脱色时间30min，过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L-苯丙氨酸晶体290.2kg，其收率为99.2％，纯度为99.6％、透光率99.5％、比旋光度为-34.0°，限量指标均合格。

步骤四、母液的回收

取步骤三提取后得到的母液，加水稀释至浓度为15g/L后，至絮凝板框过滤，按步骤一要求配制好助滤剂珠光砂，絮凝剂聚丙烯酰胺以及制好板框预涂层，预涂层厚度3mm；在母液中加入絮凝剂聚丙烯酰胺、助滤剂珠光砂搅拌后，通过已形成预涂层板框过滤来去除杂质，再将过滤好的溶液经过离交，浓缩结晶等，产品的纯度为99.0％、透光率99.0％、比旋光度为-33.6°，限量指标均合格。

实施例2：

在20T的苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸转化液中，加入絮凝剂硫酸铝1800L，助滤剂硅澡土90L，搅拌25min后，静置30min；通过已形成层板框过滤来去除微生物细胞及其碎片，得到过滤液，过滤后溶液的浊度85NTU，透光率54％，收率99.2％。其余同实施例1。

实施例3：

取实施例2中过滤液10m³，L-苯丙氨酸的浓度15g/L，以2m³/h的进料速度进入离交系统，吸附pH值控制在1.6，吸附时间约3h后，用流速为4m³/h的纯水进行反洗杂20min，再将0.4mol/L的洗脱剂氨水，温度加热至35℃，以2m³/h的流速将吸附在树脂上的L-苯丙氨酸洗脱下来，夹套需要保温75℃，当pH为2时开始收集洗脱液的高流，直至收集至pH为10.7时停止。其洗脱液透光率为52.0％，收率为99.2％。其余同实施例1。

实施例4：

取实施例1中得到的过滤液10m³，L-苯丙氨酸的浓度15g/L，以4m³/h的进料速度进入离交系统，吸附pH值控制在2.0，吸附时间约2h后，用流速为6m³/h的纯水进行反洗杂15min，再将0.3mol/L的洗脱剂，温度加热至45℃，以3m³/h的流速将吸附在树脂上的L-苯丙氨酸洗脱下来，夹套需要保温80℃，当pH为3时开始收集洗脱液的高流，直至收集至pH为10.5时停止。其洗脱液透光率为48.0％，收率为99.0％。

实施例5：

取实施例1步骤二中得到的洗脱液9m³，其浓度为34.0g/L，浓缩蒸氨40min，将料液循环通过利用废活性炭制成滤饼过滤50min后，将料液打入脱色罐，加入8.5kg的活性炭，脱色温度为70℃，pH值为4.8，脱色时间35min，过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L-苯丙氨酸晶体302.5kg，其收率为98.9％，纯度为99.7％、透光率99.2％、比旋光度为-33.9°，限量指标均合格。其余同实施例1。

实施例6：

取上述实施例4中得到的洗脱液9m³，其浓度为31.8g/L，浓缩蒸氨30min，将料液循环通过利用废活性炭制成滤饼过滤40min后，将料液打入脱色罐，加入9kg的活性炭，脱色温度为65℃，pH值为4.2，脱色时间40min，过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L-苯丙氨酸晶体282.4kg，其收率为98.7％，纯度为99.4％、透光率99.3％、比旋光度为-34.1°，限量指标均合格。其余同实施例1。

实施例7：

取上述实施例5、6中得到的母液，加水稀释至浓度为12g/L后，至絮凝板框过滤，按实施例1要求配制好助滤剂，絮凝剂II以及制好板框预涂层，预涂层厚度2mm；将母液加入絮凝剂II、助滤剂3％搅拌后，通过已形成预涂层板框过滤来去除杂质，再将过滤好的溶液经过离交，浓缩结晶等，产品的纯度为99.1％、透光率98.9％、比旋光度为-33.7°，限量指标均合格。