一种以羟脯氨酸废水为原料制备L‑丙氨酸的方法

摘要

本发明涉及羟脯氨酸废水再利用的方法，具体涉及一种以羟脯氨酸工艺废水为原料备L‑丙氨酸的方法。本发明采用高温氧化的方法以羟脯氨酸废水为原料制备L‑丙氨酸，“活性炭脱色浓缩+醇溶液分离+醇（酮）溶液重结晶”耦合工艺分离提纯L‑丙氨酸。通过核磁分析和比旋光度测定确定所得产品为纯品L‑丙氨酸。本发明实现了废水资源化，降低了废水处理成本，实现了资源和环境的可持续发展目标。

说明书

技术领域

本发明涉及羟脯氨酸废水再利用的方法，具体涉及一种以生产羟脯氨酸工艺废水为原料制备L-丙氨酸的方法。

背景技术

用以生产羟脯氨酸的明胶水解液中含有大量丰富的氨基酸，其中甘氨酸39.56mg/mL、羟脯氨酸21.65mg/mL、脯氨酸21.71mg/mL、苯丙氨酸15.75mg/mL、精氨酸9.8mg/mL等二十种氨基酸。工业上常用明胶水解-氧化法生产羟脯氨酸，该生产工艺以明胶颗粒为原材料，经过盐酸水解、亚硝酸钠氧化、高温还原、活性炭脱色和离子交换过程得到羟脯氨酸。

明胶废水为经过离子交换收集L-羟脯氨酸后的柱后解析液，其中含有大量的脯氨酸和少量的L-羟脯氨酸。离子交换过程须用大量的盐酸、氨水，产生的废水具有高氯，高氨氮的特点。所以离子交换在废水中分离提纯氨基酸成本高，污染大，废水的排放与治理成为该工艺亟待解决的难题。目前国内外工业上大都与其他工业废水一同进行处理，造成了很大的资源和能源浪费，同时也增加了环境治理成本。

L-丙氨酸的制备现有工艺主要是采用微生物发酵法，通过培养D-丙氨酸短杆菌或棒状杆菌属的微生物突变体，在培养液中积累并分离得到L-丙氨酸（CN 1038669A）。此外，从一种能有效产L-天门冬氨酸-β-脱羧酶的德阿昆哈假单孢菌的培养基进行筛选，获得高产量、高酶活的发酵源制备 L-丙氨酸，但发酵法生产L-丙氨酸工艺复杂。羟脯氨酸和脯氨酸在高温条件下开环，生成L-丙氨酸，但是由于明胶中成分比较复杂，加之L-羟脯氨酸生产过程中的氧化环节反应不彻底，使得废水中杂质氨基酸较多，色素含量大，从而造成生成的L-丙氨酸的杂质种类多、量大、分离难度大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备过程简单，控制、操作简便，能耗和资源耗费少，过程中无挥发性腐蚀气体产生，生产操作环境好，环境污染低的L-丙氨酸的制备方法，实现了资源和环境的可持续发展。具体的，针对生产羟脯氨酸产生的废水存在的问题以及L-丙氨酸的性质，本发明将羟脯氨酸废水高温氧化制备L-丙氨酸，采用“活性炭脱色+减压浓缩+醇溶液分离+醇（酮）溶液重结晶”分离提纯L-丙氨酸。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种以羟脯氨酸废水为原料制备L-丙氨酸的方法，包括以下步骤：

a、取羟脯氨酸废水于反应釜内80-120℃反应6-8h，将溶液离心，得到母液；

b、将步骤a中的母液，加入质量分数0.5-3%的活性炭60-70℃下脱色2-3h，过滤得无色透明溶液，减压浓缩得到固体；

c、将步骤b中固体加入醇的水溶液，50-60℃下溶解2-3h，过滤、干燥，得到L-丙氨酸粗品；

d、将步骤c中的L-丙氨酸粗品溶于水中，配制55-70℃L-丙氨酸饱和水溶液，向上述饱和水溶液中加入醇或酮，直至溶液中细小晶体析出，降温至15-25℃，恒温老化6-8h，过滤、干燥，得到L-丙氨酸纯品。

进一步地，步骤d中以150-300rpm搅拌速率，0.1-0.5℃/min的降温速率降至15-25℃。

进一步地，步骤c中的醇为甲醇、乙醇或正丁醇中的一种。优选的为甲醇。

进一步地，步骤c中的醇的水溶液中醇与水的质量比例为98-90：2-10。作为对上述分离提纯方法的优化，所述步骤c中甲醇与水的质量比为92：8，“甲醇+水”混合溶剂水量不足，导致杂质不能全部溶解；水过量会引入其他杂质，导致后续分离过程更加复杂。

进一步地，步骤d中的醇或酮为乙醇或异丙醇或丙酮。作为对上述分离提纯方法的优化，所述步骤d中的醇为乙醇，结晶参数分别是滴加速率3g/min，搅拌速率200rpm，降温速率0.3℃/min，终点温度15℃，老化时间6h。

本发明采用“高温氧化+活性炭脱色+减压浓缩+醇溶液分离+醇（酮）溶液重结晶”工艺从羟脯氨酸废水中制备L-丙氨酸。制备主要是高温条件下L-羟脯氨酸与L-脯氨酸开环生成L-丙氨酸，“醇溶液分离”主要是醇与水混合，其中醇包括甲醇、无水乙醇、正丁醇，醇与水质量比为98-90:2-10的混合溶液分离L-丙氨酸。“醇（酮）溶液重结晶”工艺是对L-丙氨酸的精制过程。L-丙氨酸易溶于水，难溶于一些醇（酮）溶剂，所以使用溶析结晶的方法对L-丙氨酸进行精制。

本发明以羟脯氨酸废水为原料制备L-丙氨酸，大大减小后续废水治理的压力。本工艺分离精制过程简单，控制、操作简便，能耗和资源耗费少；结晶过程无挥发性腐蚀气体产生，生产操作环境好，环境污染低，优化了车间生产环境，降低了工人劳动强度，实现了资源和环境的可持续发展。

附图说明

图1本发明产品的1H-NMR谱图

图2本发明产品的13C-NMR谱图。

具体实施方式

实施例一

本实施例涉及一种以羟脯氨酸废水为原料制备L-丙氨酸的方法，具体包括以下步骤：

a、取羟脯氨酸废水，反应釜内高温110℃，反应6h，将溶液离心、得到L-丙氨酸母液；

b、将步骤a中所得到的母液，65℃下加入的3%（质量分数）食品级活性炭脱色2h，过滤得到无色透明的溶液，减压浓缩得到固体；

c、将步骤b中所得的固体，加入“甲醇+水”，其中甲醇：水质量比=90：10，在55℃下溶解2h，过滤干燥得到L-丙氨酸粗品；

d、将步骤c中所得L-丙氨酸粗品进行重结晶，65℃下配置L-丙氨酸的饱和水溶液，充分溶解2h，以1g/min的滴加速率加入无水乙醇，直至溶液中有细小晶体析出时，停止溶析剂的滴加。以150rpm的搅拌速率，0.2℃/min的降温速率降至15℃，恒温老化6h，真空抽滤、干燥得到L-丙氨酸的纯品。

实施例二

本实施例涉及一种以羟脯氨酸废水为原料制备L-丙氨酸的方法，具体包括以下步骤：

a、取羟脯氨酸废水，反应釜内高温100℃，反应7h，将溶液离心、得到L-丙氨酸母液。

b、将步骤a中所得到的水，60℃下加入的0.5%（质量分数）食品级活性炭脱色3h，过滤得到无色透明的溶液，减压浓缩得到固体。

c、将步骤b中所得的固体，加入“无水乙醇+水”，其中无水乙醇：水=92：8。在60℃下溶解3h，过滤干燥得到L-丙氨酸粗品。

d、将步骤c中所得L-丙氨酸粗品进行重结晶，70℃下配置L-丙氨酸的饱和水溶液，充分溶解2h，以3g/min的滴加速率加入异丙醇，直至溶液中有细小晶体析出时，停止溶析剂的滴加。以300rpm的搅拌速率，0.1℃/min的降温速率降20℃，恒温老化7h，真空抽滤得到L-丙氨酸的纯品。

实施例三

本实施例涉及一种以羟脯氨酸废水为原料制备L-丙氨酸的方法，具体包括以下步骤：

a、取羟脯氨酸废水，反应釜内高温80℃，反应8h，将溶液离心、得到L-丙氨酸母液。

b、取明胶废水，65℃下加入的1%（质量分数）食品级活性炭脱色1.5h，过滤得到无色透明的溶液，减压浓缩得到固体。

c、将步骤a中所得的固体，加入“正丁醇+水”，其中正丁醇：水=95：5。在50℃下溶解2h，过滤干燥得到L-丙氨酸粗品。

d、将步骤b中所得L-丙氨酸粗品进行重结晶，55℃下配置L-丙氨酸的饱和水溶液，充分溶解2h，以3g/min的滴加速率加入异丙醇，直至溶液中有细小晶体析出时，停止溶析剂的滴加。以200rpm的搅拌速率，0.5℃/min的降温速率降至23℃，恒温老化6h，真空抽滤得到L-丙氨酸的纯品。

实施例四

本实施例涉及一种以羟脯氨酸废水为原料制备L-丙氨酸的方法，具体包括以下步骤：

a、取羟脯氨酸废水，反应釜内高温120℃，反应6h，将溶液离心、得到L-丙氨酸母液。

b、取明胶废水，63℃下加入的2%（质量分数）食品级活性炭脱色2.5h，过滤得到无色透明的溶液，减压浓缩得到固体。

c、将步骤b中所得的固体，加入“甲醇+水”，其中甲醇：水=92：8。在55℃下溶解2h，过滤干燥得到L-丙氨酸粗品。

d、将步骤c中所得L-丙氨酸粗品进行重结晶，65℃下配置L-丙氨酸的饱和水溶液，充分溶解2h，以5g/min的滴加速率加入无水乙醇，直至溶液中有细小晶体析出时，停止溶析剂的滴加。以250rpm的搅拌速率，0.3℃/min的降温速率降至16℃，恒温老化8h，真空抽滤得到L-丙氨酸的纯品。

实施例五

本实施例涉及一种以羟脯氨酸废水为原料制备L-丙氨酸的方法，具体包括以下步骤：

a、取羟脯氨酸废水，反应釜内高温80℃，反应8h，将溶液离心、得到L-丙氨酸母液。

b、将步骤a中所得的水，65℃下加入的1.5%（质量分数）食品级活性炭脱色3h，过滤得到无色透明的溶液，减压浓缩得到固体。

c、将步骤b中所得的固体，加入“无水乙醇+水”，其中无水乙醇：水=95：5。在55℃下溶解2h，过滤干燥得到L-丙氨酸粗品。

d、将步骤c中所得L-丙氨酸粗品进行重结晶，65℃下配置L-丙氨酸的饱和水溶液，充分溶解2h，以3g/min的滴加速率加入丙酮，直至溶液中有细小晶体析出时，停止溶析剂的滴加。以150rpm的搅拌速率，0.2℃/min的降温速率降至15℃，恒温老化7h，真空抽滤得到L-丙氨酸的纯品。

实施例六

本实施例涉及一种以羟脯氨酸废水为原料制备L-丙氨酸的方法，具体包括以下步骤：

a、取羟脯氨酸废水，反应釜内高温100℃，反应7h，将溶液离心、得到L-丙氨酸母液。

b、将步骤a中所得的母液，65℃下加入的2.5%（质量分数）食品级活性炭脱色3h，过滤得到无色透明的溶液，减压浓缩得到固体。

c、将步骤b中所得的固体，加入“甲醇+水”，其中甲醇：水=92：8。在55℃下溶解2h，过滤干燥得到L-丙氨酸粗品。

d、将步骤c中所得L-丙氨酸粗品进行重结晶，65℃下配置L-丙氨酸的饱和水溶液，充分溶解2h，以3g/min的滴加速率加入无水乙醇，直至溶液中有细小晶体析出时，停止溶析剂的滴加。以200rpm的搅拌速率，0.3℃/min的降温速率降至15℃，恒温老化6h，真空抽滤得到L-丙氨酸的纯品。

本发明样品的核磁分析结果如下：

¹H-NMR（500>2O）谱图如图1所示，可以得出，δ1.467-1.482（m，J=7.5HZ，3H），3.755-3.799（m，1H），δ4.776为溶剂峰，δ3.552为水峰。由于样品在水中溶解度较大，选择D₂O为溶剂，NH₂与COOH中的活泼H被溶剂峰覆盖。

¹³C-NMR（500>2O）谱图如图2所示，可以得出，δ175.75（1C），50.50(CH)，16.13（CH₃），依次为-COOH中的C，与-NH₂相连的C，CH₃中的C，δ50.50（CH）由于受到-NH₂的影响，向低场移动。

与文献中报道的L-丙氨酸的核磁数据一致，根据核磁数据可知该化合物的分子式为CH3CH(NH2)COOH，本发明得到的产品为纯L-丙氨酸，基本不含杂质。

对该产品进行比旋度的测试，均在13.5-15.5°之间，由此进一步表明该产品为L-丙氨酸。