L－苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺.pdf

本发明涉及医药中间体L－苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，即利用连续离子交换分离工艺实现L－苯丙氨酸的高效提取。上柱液首先利用离心过滤去除微生物细胞及其碎片，上柱液通过连续离子交换系统吸附L－苯丙氨酸，经洗脱剂洗脱、浓缩结晶得到L－苯丙氨酸。具体工艺为：10－20g/L的上柱进料液以1－5m3/h进入连续离子交换系统，吸附pH为1－3；洗脱剂以2－4m3/h进行洗脱，收集洗脱溶液，经浓缩、结晶和干燥得到L－苯丙氨酸晶体。提取收率大于97％，产品纯度大于99％。提取过程中树脂利用率提高了30％，酸碱用量降低了80％，单位树脂的提取能力提高了3－5倍。

1、  L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，其特征在于：
a.含L-苯丙氨酸的上柱液首先利用离心过滤去除微生物细胞及其碎片；
b.处理后的上柱液浓度为10-20g/l，上柱液从进样液入口以1-5m³/h进入连续离子交换系统，吸附pH为1-3，洗脱剂从洗脱液入口以2-4m³/h进入连续离子交换系统进行洗脱，将进样液入口、洗脱液入口、萃取液出口及残液出口沿着流动方向周期变换，其中连续离子交换系统中每个系统分为四组，系统有4×n根柱组成；
c.收集萃取液，经浓缩、结晶和干燥得到L-苯丙氨酸晶体。

2、  根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，其特征在于：每个系统由解吸组、精制组、吸附组和洗杂组组成。

3、  根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，其特征在于：n一般为2-6。

4、  根据权利要求3所述的L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，其特征在于：n为4。

5、  根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，其特征在于：离子交换树脂为强酸聚苯乙烯阳离子交换树脂，颗粒度范围为0.3-1.2mm。

6、  根据权利要求1所述的L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，其特征在于：洗脱剂为碱性水溶液。

L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺
技术领域
本发明涉及医药中间体L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，即利用连续离子交换分离工艺实现L-苯丙氨酸的高效提取。
背景技术
L-苯丙氨酸是人体必需的八种氨基酸之一，主要用于：(1)作为食品添加剂合成原料，如用于甜味剂阿斯巴甜的合成；(2)作为医药原料，如氨基酸输液、综合氨基酸制剂，同时还是某些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。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、生产能力强等优点，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，苯丙酮酸酶法由于在生产工艺、成本等方面都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溶液中，除了反应底物苯丙酮酸、L-天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pH 7-9，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，然后用超滤膜去除杂蛋白，经纳滤膜脱色、脱盐和浓缩，经结晶后得到L-苯丙氨酸。
但从操作工艺和提取的经济性分析，以上方法均有缺陷。金属盐沉淀法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；膜分离技术法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；间隙离子交换法中，上柱溶液中的浓度偏低(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。因此发展高收率、低成本的L-苯丙氨酸提取方法对促进L-苯丙氨酸的产业化显得至关重要。
发明内容
本发明的目的是为提高产品的提取收率和降低提取成本，采用连续离子交换工艺实现L-苯丙氨酸的高效提取。该工艺可以提高树脂的利用率(接近95％)、减少洗脱剂的消耗，同时避免了树脂的活化、再生，节约了酸碱的消耗，减少了废液的排放。从而实现低成本、高收率、连续生产L-苯丙氨酸的目的。
本发明的目的可以通过下列措施来达到：
L-苯丙氨酸的连续离子交换提取工艺，其特征在于：
a.含L-苯丙氨酸的上柱液首先利用离心过滤去除微生物细胞及其碎片；
b.处理后的上柱液浓度为10-20g/l，上柱液从进样液入口以1-5m³/h进入连续离子交换系统，吸附pH为1-3，洗脱剂从洗脱液入口以2-4m³/h进入连续离子交换系统进行洗脱，将进样液入口、洗脱液入口、萃取液出口及残液出口沿着流动方向周期变换，其中连续离子交换系统中每个系统分为四组，系统有4×n根柱组成；
c.收集萃取液，经浓缩、结晶和干燥得到L-苯丙氨酸晶体。
本发明的目的还可以通过下列措施来达到：
连续离子交换系统中的每个系统由解吸组、精制组、吸附组和洗杂组组成。
连续离子交换系统中的4×n根柱中的n一般为2-6，优选4。
离子交换树脂为强酸聚苯乙烯阳离子交换树脂，颗粒度范围为0.3-1.2mm。
洗脱剂为碱性水溶液。
本发明具有如下优点：
1、利用连续离子交换工艺分离L-苯丙氨酸，操作简单且可以实现自动化的连续生产，提取收率高(大于97％)，产品纯度高(大于98.5％)；
2、树脂的利用率提高了30％，减少洗脱剂的消耗，同时避免了树脂的活化、再生，节约了80％的酸碱消耗，提取成本大大降低；
3、减少了离子交换过程的废液排放，实现了清洁工艺生产；
4、连续离子交换系统及其配套设备使用寿命长、装置维护方便、投资少；
设备及条件选择
连续离子交换系统，包括洗脱泵、进样泵、萃取泵、流量计、离子交换柱、电磁阀、pH计、可编程控制器、工业组态软件和工控机组成。洗脱泵流量1-5m³/h，压力0-20Mpa；进样泵流量1-5m³/h，压力0-20Mpa；萃取泵流量1-3m³/h，压力0-30Mpa；离子交换柱工作温度20-40℃。
本发明的连续离子交换系统有16根柱组成，分成两套四组系统同时运行。每个系统都分为四个组：解吸组1根柱子、精制组3根柱子、吸附组3根柱子和洗杂组1根柱子。通过工控机和配套的组态软件定期控制电磁阀的开合，将进样口、洗脱液入口、萃取液出口及残液出口沿着流动方向周期变换，从萃取液出口获得L-苯丙氨酸溶液，残液出口主要含天冬氨酸和丙酮酸。
附图说明
图1是本发明采用连续离交系统的操作示意图。
具体实施方式
实施例1：
取10m³的上柱液，L-苯丙氨酸的浓度为20克/升，以2m³/h进料速率进入连续色谱系统，吸附pH控制在2.0，再将0.3mol/l的洗脱剂以2m³/h的流率将吸附在树脂上的苯丙氨酸洗下来，再将得到的L-苯丙氨酸洗脱液浓缩、结晶和干燥后得到L-苯丙氨酸晶体197.6千克，纯度为98.8％，收率为98.5％。
实施例2：
取10m³的上柱液，L-苯丙氨酸的浓度为20克/升，以3m³/h进料速率进入连续色谱系统，吸附pH控制在2.0，再将0.3mol/l的洗脱剂以2m³/h的流率将吸附在树脂上的苯丙氨酸洗下来，再将得到的L-苯丙氨酸洗脱液浓缩、结晶和干燥后得到L-苯丙氨酸晶体196.2千克，纯度为99.7％，收率为97.8％。
实施例3：
取10m³的上柱液，L-苯丙氨酸的浓度为20克/升，以4m³/h进料速率进入连续色谱系统，吸附pH控制在2.0，再将0.5mol/l的洗脱剂以1m³/h的流率将吸附在树脂上的苯丙氨酸洗下来，再将得到地L-苯丙氨酸洗脱液浓缩、结晶和干燥后得到L-苯丙氨酸晶体195.6千克，纯度为98.4％，收率为97.2％。
实施例4：
取10m³的上柱液，L-苯丙氨酸的浓度为20克/升，以3m³/h进料速率进入连续色谱系统，吸附pH控制在3.0，再将0.5mol/l的洗脱剂以1m³/h的流率将吸附在树脂上的苯丙氨酸洗下来，再将得到的L-苯丙氨酸洗脱液浓缩、结晶和干燥后得到L-苯丙氨酸晶体197千克，纯度为99.6％，收率为98.1％。