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CN104926709A - 一种l-色氨酸的精制方法 - Google Patents

一种l-色氨酸的精制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种L-色氨酸的精制方法，该精制方法包括：将粗品溶解在水和乙酸的混合溶剂中；加入抗氧化剂，调节pH值；加入活性炭脱色后过滤；冷却结晶，离心收集晶体，烘干得L-色氨酸。采用本发明方法精制得到的L-色氨酸产品纯度不小于99.5%，且与真空浓缩重结晶精制方法相比，节省了大部分蒸汽能耗，单次产量提高了50%以上。

Description

一种L-色氨酸的精制方法
技术领域
本发明涉及一种L-色氨酸的精制方法，属生物化工领域。
背景技术
L-色氨酸学名β-吲哚丙氨酸，相对分子量204.23。呈白色或略带黄色的叶片状结晶或粉末，无臭或微臭，溶于热吡啶，微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚。在稀酸或稀碱中溶解，长时间光照则着色。与水共热产生少量吲哚，如在NaOH或CuSO4存在下加热，则产生大量吲哚。与酸在暗处加热不稳定。在碱液中较稳定，但存在其它氨基酸或糖类时易分解。
    L-色氨酸是人体和动物生命活动中必需的氨基酸之一，对人和动物的生长发育、新陈代谢起着重要的作用，广泛应用于医药、食品和饲料等方面。L-色氨酸是一些植物蛋白中比较缺乏的氨基酸，用它强化食品和做饲料添加剂对提高植物蛋白质的利用率具有重要的作用，它是继蛋氨酸(Met)、赖氨酸(Lys)和苏氨酸（Thr）之后的第四大饲料添加氨基酸。
    2003年全球色氨酸需求在1180吨，2009年达到3500吨，年均复合增长率16.8%。2011年全球色氨酸需求已达10000吨左右。目前色氨酸均采用发酵法生产，采用菌种大多为大肠杆菌基因工程菌，产酸水平45-60g/L。2003年国内色氨酸消耗量130吨/年，2009年以前我国色氨酸主要依赖于进口。2009年开始，中国开始较大规模投产色氨酸。目前生产色氨酸的厂家有浙江升华拜克、山东鲁抗、安徽丰原、吉林大成等。国外的主要生产厂家有日本味之素、德国德固赛等为主要生产国。
    L-色氨酸的生产最早主要依靠蛋白质水解法和化学合成法，但是随着对微生物法生产L-色氨酸研究的不断深入，微生物法已经走向实用并处于主导地位。目前，L-色氨酸的生产方法主要是发酵法，其精制结晶方法主要有等电点法、溶析结晶法、真空浓缩结晶与冷却结晶法等。L-色氨酸在水中的溶解度较小，且在酸性条件下随pH值的改变变化不大，所以在L-色氨酸的工业生产上中很少使用等电点结晶法。专利CN101376646A和武彩莲的《发酵液中L-色氨酸的分离纯化工艺研究》中均提到在L-色氨酸的过饱和溶液中加入一定量的50~95%乙醇进行溶析结晶。其不足之处是加入的有机溶剂量较大，回收使用时还需消耗蒸汽，另外，在结晶过程中加入有机溶剂还有可能造成晶型的转变。专利CN101531626A中公开了一种L-色氨酸粗品的精制方法，将粗品溶解于20倍质量的水中，脱色后的滤液冷却至5~15℃，再在滤液中加入15%体积比的80%乙酸保温搅拌结晶。该方法耗费大量溶剂，且最终母液中乙酸含量较低，无法重复利用。专利US5057615中公开了一种乙酸水溶液中L-色氨酸的精制工艺，但是未提及添加L-色氨酸的抗氧化剂及控制pH值范围以增加L-色氨酸在乙酸水溶液中的稳定性，L-色氨酸仍然会分解而造成损失。专利CN101245047中公开了一种L-色氨酸粗品的提纯方法，将L-色氨酸粗品按质量浓度1~1.5%溶解在水中，活性炭脱色后再进行膜过滤，滤液经真空浓缩至原体积的6~10%后冷却至3~5℃结晶。其不足是色氨酸在水中的溶解度很低（25℃溶解度1.136%，75℃溶解度2.795%），采用浓缩结晶时耗费大量蒸汽，且在水溶液中长时间真空浓缩会造成L-色氨酸分解，造成产品收率和纯度降低。
发明内容
  本发明的目的是提供一种L-色氨酸粗品的精制工艺，达到较高的收率和节省能耗的目的。其特征在于该精制工艺包括：
(1)将L-色氨酸粗品溶解在乙酸-水的混合溶剂中；
(2)在步骤(1)所得的混合溶液中加入抗氧化剂，用碱液调节pH值至2.0～5.0；
(3)将活性炭加入到步骤(2)所得混合溶液中，在设定温度下进行脱色；
(4)将步骤(3)脱色后所得滤液进行冷却结晶，离心或抽滤收集晶体，烘干得L-色氨酸精品。
乙酸水混合溶剂中乙酸的体积浓度为20～80%，粗品溶解温度为60～95℃。
步骤(3)中加入活性炭为一种粉状糖用活性炭，用量质量分数为5～20%(w/w)，设定脱色温度为60～95℃。
冷却结晶过程中温度从60～95℃逐渐降温至4～20℃。L-色氨酸粗品与抗氧化剂的质量比为4：1-200:1.
本发明中加入抗氧化剂为亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、维生素C、维生素E中的一种或多种复合。
本发明中加入碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水中的一种或多种复合。
本发明具有以下优点：
（1）L-色氨酸在乙酸水溶液中的溶解度大于其在水溶液中的溶解度，节省了大量溶剂，也节省了后期由于真空浓缩消耗的大量蒸汽。
（2）由于L-色氨酸在乙酸水溶液中溶解度很大，所以该工艺与传统的水溶液做为溶剂的结晶工艺相比，单批次的粗品处理量提高50%以上。
（3）由于L-色氨酸在乙酸水溶液中溶解度随温度的变化较大，进行冷却结晶的收率也比在水溶液中的结晶收率高。
（4）由于在混合溶液中加入抗氧化剂，增加了L-色氨酸的稳定性。
（5）在特定的pH范围内进行脱色、结晶，能避免因极限pH值造成的L-色氨酸分解。
（6）冷却结晶过程中有控制的逐渐降温，避免了由于温度降低过快造成的L-色氨酸爆发成核，从而提高了晶体品质。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明提供的方法进一步说明，但并不因此而限制本发明，还应包括：在不偏离本发明范围条件下，对公开的方案进行本领域技术人员显而易见各种改变。
实施例1
20g色氨酸粗品（纯度80.21%）溶解于100mL75%的乙酸水溶液中，升温至95℃使其溶解。在溶液中加入1g无水Na2SO3、4M氢氧化钠溶液调节pH为2.0。按粗品质量15%的比例加入3g活性炭保温搅拌脱色0.5h，脱色温度为75℃，快速抽滤后3h内以10℃/h的降温速率冷却结晶，然后2h内匀速降温至4℃冷却结晶。抽滤收集晶体，烘干。晶体共13.73g，纯度为99.6%，结晶收率为92.2 %。
实施例2
20g色氨酸粗品（纯度87.4%）溶解于100mL80%的乙酸水溶液中，升温至60℃使其溶解。在溶液中加入5g无水Na2SO3，4M氢氧化钠溶液调节pH为5.0。按粗品质量20%的比例加入4g活性炭保温搅拌脱色0.5h，脱色温度为95℃，快速抽滤后3h内以10℃/h的降温速率冷却结晶，然后2h内匀速降温至20℃冷却结晶。抽滤收集晶体，烘干。晶体共15.07g，纯度为99.7%，结晶收率为94.3%。
实施例3
20g色氨酸粗品（纯度77.37%）溶解于100mL50%的乙酸水溶液中，升温至80℃使其溶解。在溶液中加入1g无水NaHSO3，4M氢氧化钠溶液调节pH为2.5。按粗品质量15%的比例加入3g活性炭保温搅拌脱色0.5h，脱色温度为65℃，快速抽滤后3h内以10℃/h的降温速率冷却结晶，然后2h内匀速降温至15℃冷却结晶。抽滤收集晶体，烘干。晶体共14.85g，纯度为99.5%，结晶收率为95.2%。
实施例4
20g色氨酸粗品（纯度70.7%）溶解于100mL20%的乙酸水溶液中，升温至90℃使其溶解。在溶液中加入0.1g维生素c，4M氢氧化钠溶液调节pH为2.5。按粗品质量5%的比例加入1g活性炭保温搅拌脱色0.5h，脱色温度为85℃，快速抽滤后3h内以10℃/h的降温速率冷却结晶，然后2h内匀速降温至20℃冷却结晶。抽滤收集晶体，烘干。晶体共12.6g，纯度为99.9%，结晶收率为96.6%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种L-色氨酸的精制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将L-色氨酸粗品溶解在乙酸-水的混合溶剂中；
(2)在步骤(1)所得的混合溶液中加入抗氧化剂，用碱液调节pH值至2.0～5.0；
(3)将活性炭加入到步骤(2)所得混合溶液中，在设定温度下进行脱色；
(4)将步骤(3)脱色后所得滤液进行冷却结晶，离心或抽滤收集晶体，烘干得L-色氨酸精品。
2.根据权利要求1所述的精制方法，其特征在于：乙酸水混合溶剂中乙酸的体积浓度为20～80%，粗品溶解温度为60～95℃。
3.根据权利要求1所述的精制方法，其特征在于：加入抗氧化剂为亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、维生素C、维生素E中的一种或多种复合，碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水中的一种或多种复合。
4.根据权利要求1所述的精制方法，其特征在于：步骤(3)中加入活性炭为一种粉状糖用活性炭，用量质量分数为5～20%(w/w)，设定脱色温度为60～95℃。
5.根据权利要求1所述的精制方法，其特征在于：冷却结晶过程中温度从60～95℃逐渐降温至4～20℃。
6.根据权利要求1所述的精制方法，其特征在于：L-色氨酸粗品与抗氧化剂的质量比为4：1-200:1。
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