(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711267585.3
(22)申请日 2017.12.05
(71)申请人 江南大学
地址 214122 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大
道1800号
(72)发明人 张军伟 宋乾宁 朱程旭 金伟
(74)专利代理机构 无锡华源专利商标事务所
(普通合伙) 32228
代理人 聂启新
(51)Int.Cl.
C07C 229/08(2006.01)
C07C 227/40(2006.01)
C08F 8/24(2006.01)
C08F 212/08(2006.01)
C08F 257/02(2006.01)
C08F 220/32(2006.01)C08F 8/32(2006.01)C08F 8/42(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种从缬氨酸发酵液中分离
缬氨酸的方法，所述方法包括如下步骤：(1)制备
提纯。本发明采用装有自制金属螯合树脂的顺序
式模拟移动床谱技术分离纯化缬氨酸，提高缬
氨酸产生率，降低了三废、运行成本和谱填料
用量。权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 108003049 A 2018.05.08
C N 108003049
A
1.一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
(1)制备螯合树脂；
(2)制备顺序式模拟移动床；
(3)分离提纯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述螯合树脂的制备方法为：
(1)将100～200份大孔苯乙烯-二乙烯苯聚合物、50～150份多聚甲醛与200～300份无水氯化锌混合，在
80℃搅拌下再加入40重量份浓硫酸和20重量份冰乙酸，并通入氯化氢气体并反应8～12h，反应结束后用蒸馏水洗涤，制得氯甲基化聚苯乙烯树脂；
(2)取50～100份步骤(1)制得的氯甲基化聚苯乙烯树脂、15～30份甲基丙烯酸酯类修饰化合物、10～50份溴化亚铜、5～10份2,2-联吡啶和20～30份N ,N -二甲基酰胺，在60～70℃条件下反应10～24h，制得氯甲基化聚合物表面接枝甲基丙烯酸酯类修饰化合物的树脂；
(3)将步骤(2)制得的树脂放入二甲基亚砜溶液中溶胀12h，通入氮气保护1h，然后加入30～50份碳酸钾和60～80份亚氨基二乙酸，制得苯乙烯亚氨基二乙酸型树脂；即所述螯合树脂；
(4)将步骤(3)制得的苯乙烯亚氨基二乙酸型树脂装柱，缓慢通入金属离子的盐溶液，使树脂上的亚氨基二乙酸功能基团完全与金属离子结合，得到金属离子配位树脂，形成谱柱；各原料以重量份数计。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述顺序式模拟移动床由6根谱柱组成，柱内装有金属离子配位树脂，每根柱均设有出料口、进料口、进水口和循环口，每根谱柱均设夹套加热保温；运行时，第一出料口和第二出料口与进料口间隔两根柱，洗脱剂进口位置处于第一出料口所在柱前端。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述分离提纯工艺包括以下步骤：
(1)进料及进洗脱剂同时排出缬氨酸和杂酸，打开1号谱柱进水口进洗脱剂，洗脱剂进量为单柱体积的1
0％～25％；打开1号谱柱出料口流出杂酸；打开4号谱柱进料口进缬氨酸发酵液，进料量为单柱体积的10％～25％；打开4号谱柱出料口流出部分缬氨酸；
(2)步骤(1)结束后关闭所有进口和出口阀门，物料不进不出、进行大循环，液流方向为由1号谱柱至6号谱柱流动，期间不再进料和出料，所述大循环料液体积不低于单柱体积的30％～50％；
(3)打开1号谱柱进水口进洗脱剂，所述洗脱剂进样量为单柱体积的1％～10％，打开5号谱柱下端出料口出余下的缬氨酸组分；
所述分离提纯步骤中谱柱的工作温度为50～70℃，洗脱剂为60～70℃热水。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述甲基丙烯酸酯类修饰化合物为甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油醚、甲基丙烯酸环氧丙酯中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述亚氨基二乙酸被三乙二胺或羧甲基天冬氨酸替代。
权 利 要 求 书1/1页CN 108003049 A
一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法
技术领域
[0001]本发明涉及生物发酵及食品领域，尤其是涉及一种采用金属螯合树脂和顺序式模拟移动床谱分离提纯缬氨酸的技术。
背景技术
[0002]缬氨酸是人体必需的八种氨基酸之一，它能促进人体的正常生长，修复组织，调节血糖，并提供需要的能量。缬氨酸可由异丁醛为原料合成，但人体本身并不能产生缬氨酸，因此需要通过外界资源来补充人体日常活动所需量的缬氨酸。然而随着现代人对高附加值产品的关注度增加，缬氨酸除了能满足人体正常的活动之外，还被制成各种具有独特功能性的产品被广泛应用在医药、化工、农业和食品等领域中。
[0003]目前，国内厂家广泛采用微生物发酵法大规模生产缬氨酸，该方法在生产缬氨酸的过程中，由于微生物的缺陷性会不可避免的产生少量杂酸。如需获得高纯度的缬氨酸，须通过分离工艺将缬氨酸与杂酸分离。传统的分离工艺有沉淀法、萃取法、膜分离法和离子交换法，由于缬氨酸和杂酸化学性质相似、等电点相近，采用传统分离工艺不仅操作复杂、耗能大、分离效率低，且需要使用大量有机化学试剂，不利于大规模生产医药级或食品级的缬氨酸。
[0004]专利号CN102432479A公开一种从L-缬氨酸发酵液中提取L-缬氨酸的方法，该发明应用离子交换树脂吸附分离的原理，利用L-缬氨酸发酵液中各杂质离子在特定pH条件下呈现出不同离子形态，除去L-缬氨酸发酵液中阴阳杂质离子，制得高纯度的L-缬氨酸产品。专利号CN105294467A公开了一种从发酵液中提取饲料级缬氨酸的方法，采用离子交换柱串联的工艺除去发酵液中的杂酸，吸附完成后使用0.5％～2％的氨水进行洗脱，然后分别使用4％～10％的盐酸和2％～4％的氢氧化钠溶液对树脂柱再生，使用纯水冲洗净的树脂柱。[0005]专利号CN101503366公开了一种膜分离与工业谱分离联用提取分离L-缬氨酸的方法，该发明应用膜分离技术除去发酵液中小分子蛋白和素后，运用工业谱分离杂酸，连续生产高纯度的L-缬氨酸。相比传统离子交换工艺，谱分离技术更高效，获得产品纯的显著提高。专利号为CN104592047A的专利中公开了一种离子交换树脂分离缬氨酸的方法。该方法采用模拟移动床技术，整套设备由数十根谱柱串联而成，并划分成多个具有不同功能的区域，可连续处理料液，同时节省28％洗脱剂的消耗和70％污水的排放。
[0006]专利号CN104744277A公开了一种模拟移动床及流化床提取三支链氨基酸的方法，采用顺序式模拟移动床分离支链氨基酸。专利号CN101168512公开了一种从缬氨酸中分离提纯缬氨酸的方法，该发明使用自制的金属螯合树脂作为谱柱填料，利用传统模拟移动床技术分离发酵液中的缬氨酸。传统模拟移动床谱分离技术存在运行成本高、溶剂用量大、控制位点多、谱填料耗量大等问题，制约着缬氨酸产业的大规模化生产。
[0007]由上可以看出，目前我国还没有采用螯合树脂为填料的顺序式模拟移动床谱分离提纯缬氨酸发酵液中的缬氨酸的研究。
[0008]在此背景下，发明人研究了以自制金属螯合树脂为填料的顺序式模拟移动床分离
缬氨酸发酵液中缬氨酸的技术。
发明内容
[0009]针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法。本发明采用装有自制金属螯合树脂的顺序式模拟移动床谱技术分离纯化缬氨酸，提高缬氨酸产生率，降低了三废、运行成本和谱填料用量。
[0010]本发明的技术方案如下：
[0011]一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：[0012](1)制备螯合树脂；
[0013](2)制备顺序式模拟移动床；
[0014](3)分离提纯。
[0015]步骤(1)中所述螯合树脂的制备方法为：
[0016](1)将100～200份大孔苯乙烯-二乙烯苯聚合物、50～150份多聚甲醛与200～300份无水氯化锌混合，在80℃搅拌下再加入40重量份浓硫酸和20重量份冰乙酸，并通入氯化氢气体并反应8～12h，反应结束后用蒸馏水洗涤，制得氯甲基化聚苯乙烯树脂；
[0017](2)取50～100份步骤(1)制得的氯甲基化聚苯乙烯树脂、15～30份甲基丙烯酸酯类修饰化合物、10～50份溴化亚铜、5～10份2,2-联吡啶和20～30份N,N-二甲基酰胺，在60～70℃条件下反应10～24h，制得氯甲基化聚合物表面接枝甲基丙烯酸酯类修饰化合物的树脂；所述甲基丙烯酸酯类修饰化合物为甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油醚、甲基丙烯酸环氧丙酯中的一种或多种；
[0018](3)将步骤(2)制得的树脂放入二甲基亚砜溶液中溶胀12h，通入氮气保护1h，然后加入30～50份碳酸钾和60～80份亚氨基二乙酸，制得苯乙烯亚氨基二乙酸型树脂；即所述螯合树脂；所述亚氨基二乙酸被三乙二胺或羧甲基天冬氨酸替代；
[0019](4)将步骤(3)制得的苯乙烯亚氨基二乙酸型树脂装柱，缓慢通入金属离子的盐溶液，使树脂上的亚氨基二乙酸功能基团完全与金属离子结合，得到金属离子配位树脂，形成谱柱；各原料用量以重量份数计。
[0020]一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法，所述步骤(2)中所述顺序式模拟移动床由6根谱柱组成，柱内装有金属离子配位树脂，每根柱均设有出料口、进料口、进水口和循环口，每根谱柱均设夹套加热保温；运行时，第一出料口和第二出料口与进料口间隔两根柱，洗脱剂进口位置处于第一出料口所在柱前端。
[0021]一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法，所述步骤(3)中所述分离提纯工艺包括以下步骤：
[0022](1)进料及进洗脱剂同时排出缬氨酸和杂酸，打开1号谱柱进水口进洗脱剂，洗脱剂进量为单柱体积的10％～25％；打开1号谱柱出料口流出杂酸；打开4号谱柱进料口进缬氨酸发酵液，进料量为单柱体积的10％～25％；打开4号谱柱出料口流出部分缬氨酸；
[0023](2)步骤(1)结束后关闭所有进口和出口阀门，物料不进不出、进行大循环，液流方向为由1号谱柱至6号谱柱流动，期间不再进料和出料，所述大循环料液体积不低于单柱体积的30％～50％；
[0024](3)打开1号谱柱进水口进洗脱剂，所述洗脱剂进样量为单柱体积的1％～10％，打开5号谱柱下端出料口出余下的缬氨酸组分；
[0025]所述分离提纯步骤中谱柱的工作温度为50～70℃，洗脱剂为60～70℃热水。[0026]本发明有益的技术效果在于：
[0027](1)本发明选择在树脂上进行化学修饰，减少传统合成反应时间，得到的金属型螯合树脂具有比表面积大、分离效率高、运行成本低等，产品出口浓度高于传统模拟移动床的水平，降低了后续浓缩成本；
[0028](2)洗脱过程中以热水作为洗脱剂，解决了离子交换树脂在洗脱过程中大量消耗酸碱的问题；且使用交联剂保护金属离子，从而保证螯合树脂的分离效率和使用寿命；[0029](3)本发明采用顺序是模拟移动床技术，相对传统模拟移动床谱分离技术，减少了树脂用量和谱柱数量，降低设备投资和生产损耗；间歇进样，减少料液反混，提高产品纯度和收率。
附图说明
[0030]图1为本发明方法流程图；
[0031]图2为顺序式模拟移动床分离提纯工艺的示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
[0033]实施例1
[0034]参照图1～2，一种从缬氨酸发酵液中分离缬氨酸的方法，包括如下步骤：[0035](1)反应器中加入100重量份的大孔苯乙烯-二乙烯苯聚合物，50重量份多聚甲醛，200重量份无水氯化锌，200重量份的浓硫酸和400重量份的冰乙酸，搅拌时通入氯化氢气体，反应12h；反应结束后用去离子水洗涤至中性，并用乙醇和丙酮洗涤，真空干燥24h，得到氯甲基化聚苯乙烯树脂(CMCPS)；
[0036](2)取50重量份步骤(1)所得CMCPS于反应器中，加入100重量份甲基丙烯酸缩水甘油酯、1.5重量份溴化亚铜、5重量份2,2′-联吡啶和20重量份N,N-二甲基酰胺密，先密封通氮气，再抽真空，70℃反应16h；反应结束后用去离子水及二乙胺四乙酸(EDTA)水溶液洗涤，再依次用乙醇和丙酮洗涤，真空干燥24h，得到CMCPS表面接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的树脂；
[0037](3)接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的树脂置于反应器中，加入二甲基亚砜浸泡溶胀12h，再加入30重量份的碳酸钾和60重量份的亚氨基二乙酸，搅拌反应36h后过滤，用热去离子水洗涤产物除去未反应的亚氨基二乙酸，再依次用乙醇和丙酮洗涤，真空干燥苯乙烯-亚氨基二乙酸树脂；
[0038](4)苯乙烯-亚氨基二乙酸树脂装入固定床柱中，通入CaCl2水溶液，将树脂转型为Ca型螯合树脂；
[0039](5)装有步骤(4)制备的Ca型螯合树脂的谱柱，采用顺序式模拟移动床分离提纯缬氨酸发酵液中的缬氨酸和杂酸；首先，进料及进洗脱剂同时排出缬氨酸和杂酸，打开1号谱柱进水口进洗脱剂，洗脱剂进量为单柱体积的10％；打开1号谱柱出料口流出杂酸；
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