(10)申请公布号 CN 102220389 A
(43)申请公布日 2011.10.19C N 102220389 A
*CN102220389A*
(21)申请号 201110099457.9
(22)申请日 2011.04.20
C12P 13/06(2006.01)
C07C 229/22(2006.01)
C07C 227/40(2006.01)
(71)申请人横店集团家园化工有限公司
地址322118 浙江省金华市东阳市横店工业
区
(72)发明人姚苏 吕立获 何春 李平
袁志友 彭宏涛 徐新良
(74)专利代理机构浙江杭州金通专利事务所有
限公司 33100
代理人周希良 徐关寿
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开L-丝氨酸的合成方法，包括A 、
占重3％～8％的丝氨酸羟甲基转移酶；当40～
50℃时流加37％的甲醛水溶液，转化为L-丝氨酸
转化液；B 、超滤膜纯化：将A 步的L-丝氨酸转化
液在25～35℃，进口压力0.4～0.8MPa ，出口压
力0.1～0.3MPa 下通过超滤膜纯化；C 、离子交换
树脂吸附、洗脱：将B 步的渗透液调至pH 值4.5～
5.5，后通过离子交换树脂将L-丝氨酸转化液交
换至树脂上，再用0.8～1.5mol/L 盐酸洗脱；D 、
纳滤膜浓缩：将C 步的L-丝氨酸洗脱液在25～
35℃，进口压力0.4～0.8MPa ，出口压力0.1～
0.3MPa 下通过纳滤膜浓缩；浓缩后得到L-丝氨酸
高、环保压力小，适合大规模的工业化生产。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 4 页
1.一种L-丝氨酸的合成方法，其特征是按如下步骤：
A、底物浓度转化：底物为甘氨酸，在生物反应器中加入所述的底物和丝氨酸羟甲基转移酶，丝氨酸羟甲基转移酶为底物重量百分比的3％～8％；控制温度40～50℃，流加37％的甲醛水溶液，转化为L-丝氨酸转化液；
B、超滤膜纯化：将所述转化后的L-丝氨酸转化液在温度25～35℃，进口压力为0.4～
0.8Mpa，出口压力为0.1～0.3Mpa的条件下通过超滤膜纯化；
C、离子交换树脂吸附、洗脱：将所述经过超滤膜纯化的渗透液调至pH值为4.5～5.5，然后通过离子交换树脂将超滤膜纯化后的L-丝氨酸转化液交换至树脂上，再采用0.8～
1.5mol/L的盐酸溶液洗脱；
D、纳滤膜浓缩：将所述经过盐酸洗脱后的L-丝氨酸洗脱液在温度25～35℃，进口压力为0.4～0.8Mpa，出口压力为0.1～0.3Mpa的条件下通过纳滤膜浓缩；浓缩后得到L-丝氨酸成品。
2.如权利要求1所述的L-丝氨酸的合成方法，其特征在于：步骤A中，在惰性气体或氮气保护条件下，保持氧分压为0.01～0.03MPa，在40～50℃向甘氨酸底物中流加37％的甲醛水溶液，并控制反应液pH7.0-8.5。
3.如权利要求1所述的L-丝氨酸的合成方法，其特征在于：步骤B中，所述的进口压力为0.6Mpa，出口压力为0.2Mpa。
4.如权利要求1或3所述的L-丝氨酸的合成方法，其特征在于：步骤B中，所述超滤膜的膜孔径为2000～5000道尔顿。
5.如权利要求1所述的L-丝氨酸的合成方法，其特征在于：步骤C中，将所述经过超滤膜纯化的渗透液调至pH值为5.0，然后通过离子交换树脂将超滤膜纯化后的L-丝氨酸混合液交换至树脂上，再用1mol/L的盐酸溶液洗脱。
6.如权利要求1所述的L-丝氨酸的合成方法，其特征在于：步骤D中，所述的进口压力为0.6Mpa，出口压力为0.2Mpa。
7.如权利要求1或6所述的L-丝氨酸的合成方法，其特征在于：步骤D中，所述纳滤膜的膜孔径为100～200道尔顿。
8.如权利要求1所述的L-丝氨酸的合成方法，其特征在于：包括步骤E离心、烘干：将步骤D中经过纳滤膜浓缩的L-丝氨酸在转速为800rpm～1500rpm的条件下离心30～40分钟后，于温度为60～90℃，压力为-0.05～-0.09Mpa条件下烘干，得到L-丝氨酸成品。
9.如权利要求1或2所述的L-丝氨酸的合成方法，其特征在于：步骤A中，流加甲醛控制反应液的pH值7.0～8.5。
一种L-丝氨酸的合成方法
技术领域
[0001] 本发明属于生物医药技术领域，涉及一种氨基酸的合成方法，尤其涉及一种L-丝氨酸的新合成方法。
背景技术
[0002] L-丝氨酸(L-Serine)，化学名为2-氨基-3-羟基丙酸，是一种生糖氨基酸，在体内可由甘油酸作前体生物合成，苏氨酸、甘氨酸也可转化为丝氨酸。虽然L-丝氨酸属非必需氨基酸，但其作为一种生化试剂，在食品、饲料、医药、农业以及化妆品工业中应用广泛。L-丝氨酸处于氨基酸代谢的中间位置，参与许多生物物质(如甘氨酸、蛋氨酸、嘌呤等)的合成，代谢运转速度极快。因此，与其它类氨基酸相比，L-丝氨酸的直接发酵法生产十分困难，由于各种技术条件的限制，其供应量远远小于市场需求，价格也一直居高不下。[0003] 目前L-丝氨酸的制备方法主要有以下几种：化学合成法、蛋白质水解提取法、微生物发酵法和生物转化法。
[0004] 化学合成法制备的产物是外消旋体，需经过拆分得到L-丝氨酸成品，而且需在高温高压条件下生产，其工艺复杂，且成本高。
[0005] 蛋白质水解提取法主要是以含丝氨酸丰富的物质如废蚕丝、丝胶为原料进行水解提取。但丝胶原料有限，且生产成本高，无法进行大规模生产。
[0006] 微生物发酵法是以甲醇为碳源发酵转化生产，或以甘氨酸为前体，发酵转化生产丝氨酸，但合成途径较长，且转化率有限，实用运用价值不大。
[0007] 中国药科大学孙进、吴梧桐等(《酶法合成L-丝氨酸及反应液中氨基酸的分离》，文章编号2000，31(2)135～138)介绍了用含glyA的基因工程菌所表达的SHMT可催化甲醛和甘氨酸特异地合成L-丝氨酸。对酶法合成的部分条件进行了优化，并根据甲醛滴定的原理，确定了通过检测pH变化控制甲醛流加速度的方案，最终的反应液中L-丝氨酸浓度达0.2mol/L。反应结束后的酶反应液中同时含有甘氨酸和丝氨酸，利用国产717树脂获得较为理想的分离效果，L-丝氨酸的收率达77％，高效液相分析表明其中不含甘氨酸等杂质。但是采用该方法在反应过程中容易形成稀呋式碱，L-丝氨酸不易积累。因此，该文献所涉及的制备方法只处于实验室制备阶段，无法实现L-丝氨酸的工业化生产。
发明内容
[0008] 本发明针对现有采用化学合成L-丝氨酸技术中存在工艺繁琐、成本高、环保压力大等技术缺陷，提供了一种工艺简单、成本低，且适合工业化大生产、环保压力小的L-丝氨酸的合成方法。
[0009] 本发明还针对现有微生物发酵法合成L-丝氨酸周期长，达不到工业化生产要求的缺陷，提供一种生产周期短，实现工业化生产要求的L-丝氨酸的合成方法。
[0010] 本发明以甘氨酸为底物，采用生物转化法合成L-丝氨酸。本发明提供的L-丝氨酸的合成方法工艺流程简短，对设备无特殊要求、设备投资小、工艺稳定；其原料易得、生产
成本低、转化率高、成品收率高、产品质量好、环保压力小，适于工业化大生产。
[0011] 本发明底物转化步骤中采用甲醛和甘氨酸，原料成本低，易实现工业化生产，现有技术(《酶法合成L-丝氨酸及反应液中氨基酸的分离》，文章编号2000，31(2)135～138)为了保持反应过程中的离子、pH值等工艺条件，需添加磷酸盐缓冲液，不仅增加了成本，而且由于磷酸缓冲液带来的盐分导致提取困难，而本发明无需磷酸盐缓冲液，这样不仅降低成本，而且减少磷酸盐缓冲液带来的盐分，降低产品提取难度，更适合工业化生产。[0012] 本发明采用的丝氨酸羟甲基转移酶可以由大肠杆菌发酵而得，成本低廉，易工业化生产。
[0013] 为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：一种L-丝氨酸的合成方法，其按如下步骤：
[0014] A、底物浓度转化：底物为甘氨酸，在生物反应器中加入所述的底物甘氨酸和丝氨酸羟甲基转移酶，丝氨酸羟甲基转移酶为底物重量百分比的3％～8％；控制温度40～50℃，流加37％的甲醛水溶液，转化为L-丝氨酸转化液；
[0015] B、超滤膜纯化：将所述转化后的L-丝氨酸转化液在温度25～35℃，进口压力为0.4～0.8Mpa，出口压力为0.1～0.3Mpa的条件下通过超滤膜纯化；
[0016] C、离子交换树脂吸附、洗脱：将所述经过超滤膜纯化的渗透液调至pH值为4.5～5.5，然后通过阴离子交换树脂将L-丝氨酸转化液交换至树脂上，再采用0.8～1.5mol/L 的盐酸溶液洗脱；
[0017] D、纳滤膜浓缩：将所述经过盐酸洗脱后的L-丝氨酸洗脱液在温度25～35℃，进口压力为0.4～0.8Mpa，出口压力为0.1～0.3Mpa的条件下通过纳滤膜浓缩；浓缩后得到L-丝氨酸成品。
[0018] 所述的L-丝氨酸的合成方法，步骤A中，在惰性气体或氮气保护下，保持氧分压为0.01～0.03MPa。
[0019] 所述的L-丝氨酸的合成方法，步骤B中，所述的进口压力为0.6Mpa，出口压力为0.2Mpa。
[0020] 所述的L-丝氨酸的合成方法，步骤B中，所述超滤膜的膜孔径为2000～5000道尔顿。
[0021] 所述的L-丝氨酸的合成方法，步骤B中，通过超滤膜纯化去除菌体蛋白、素等物质，得到超滤膜纯化后的丝氨酸转化液。
[0022] 所述的L-丝氨酸的合成方法，步骤C中，将所述经过超滤膜纯化的渗透液调至pH 值为5.0，然后通过离子交换树脂将L-丝氨酸混合液交换至树脂上，再用1mol/L的盐酸溶液洗脱。
[0023] 所述的L-丝氨酸的合成方法中，步骤C中，所述的超滤膜纯化后的丝氨酸转化液，为丝氨酸和甘氨酸的混合液。
[0024] 所述的L-丝氨酸的合成方法，步骤D中，所述的进口压力为0.6Mpa，出口压力为0.2Mpa。
[0025] 所述的L-丝氨酸的合成方法，步骤D中，所述纳滤膜的膜孔径为100～200道尔顿。
[0026] 所述的L-丝氨酸的合成方法，其还包括步骤E离心、烘干：将步骤D中经过纳滤
膜浓缩的L-丝氨酸在转速为800rpm～1500rpm的条件下离心30～40分钟后，于温度为60～90℃，压力为-0.05～-0.09Mpa条件下烘干，得到L-丝氨酸成品。
[0027] 所述的L-丝氨酸的合成方法，步骤A中，流加37％的甲醛水溶液，控制反应体系pH值7.0～8.5。
[0028] 本发明L-丝氨酸的合成方法具有操作简单、生产周期短、生产成本低、收率高、环保压力小、适合大规模的工业化生产等优点。
[0029] 本发明具有以下创新点：
[0030] 实现了高底物甘氨酸浓度≥3mol/L条件下采用惰性气体或氮气保护下保持氧分压为0.01-0.03MPa的酶促转化反应，相对于底物甘氨酸，其摩尔转化率≥72％，产量350克/升～450克/升，目标产物产量高，原料易得，对环境友好，反应周期短，设备利用率高，设备投资小，工艺稳定，成本低，适合工业化大生产。
具体实施方式
[0031] 下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步说明。但本领域的普通技术人员应当认识到，本发明并不限于这些优选实施例。
[0032] 实施例1
[0033] 采用电子天平称量底物甘氨酸2000g，100g湿菌体加入到装有1000g去离子水的生物反应器，当温度50℃时，通过流加37％的甲醛水溶液，控制pH值8.5，通入氮气保持氧分压为0.01-0.03MPa的水溶液条件下转化为L-丝氨酸转化液；将上述转化后的L-丝氨酸转化液转移至超滤膜储槽中，在温度25℃，进口压力为0.4Mpa，出口压力为0.1Mpa条件下通过膜孔径为2000道尔顿的超滤膜纯化；纯化后L-丝氨酸转化液的收率为97％，将上述经过超滤膜纯化的渗透液用0.8mol/L的盐酸调至pH值为5.5，然后通过离子交换树脂将L-丝氨酸转化液交换至树脂上，然后用0.8mol/L的盐酸溶液分阶段洗脱；洗脱后L-丝氨酸收率为90％。
[0034] 将上述经过盐酸洗脱后的L-丝氨酸溶液在温度25℃，进口压力为0.4Mpa，出口压力为0.1Mpa的条件下通过膜孔径为150道尔顿的纳滤膜浓缩；浓缩后L-丝氨酸粗成品的收率为98％，经过纳滤膜浓缩的L-丝氨酸在转速为800rpm的离心机中离心40分钟后，通过控制真空泵压力为-0.09MPa，温度为80℃的条件下在真空干燥箱烘干，4小时后得到L-丝氨酸成品1600g。经观察，实施例1制备的L-丝氨酸呈白
结晶性粉末、无臭、味甜，经HPLC分析，实施例1制备的L-丝氨酸含量为98.5％。
[0035] 实施例2
[0036] 用电子天平称量底物甘氨酸2000g，100g湿菌体加入到装有1000g去离子水的反应釜，在温度45℃时，通过流加37％甲醛水溶液，控制pH值7.5，通入氮气保持氧分压为0.01-0.03MPa的水溶液条件下转化为L-丝氨酸转化液；将上述转化后的L-丝氨酸转化液转移至超滤膜储槽中，在温度25℃，进口压力为0.4Mpa，出口压力为0.1Mpa条件下通过膜孔径为2000道尔顿的超滤膜纯化；纯化后L-丝氨酸转化液收率为96％，将上述经过超滤膜纯化的渗透液用0.8mol/L的盐酸调至pH值为5.5，然后通过离子交换树脂将L-丝氨酸转化液交换至树脂上，然后用0.8mol/L的盐酸溶液分阶段洗脱；洗脱后L-丝氨酸收率为91％。
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