一种高纯度圆饼状L-色氨酸晶体的制备方法及其产品

专利名称：一种高纯度圆饼状L-色氨酸晶体的制备方法及其产品

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310147964.8

专利申请（专利权）人：黑龙江新和成生物科技有限公司,浙江新和成股份有限公司
权利人地址：黑龙江省绥化市绥化经济技术开发区昊天路2号

专利发明（设计）人：石江水,王文莉,谢文平,邵卫康,彭健根,张艳红,陈剑波,石泽宇

专利摘要：本发明公开了一种高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体的制备方法及其产品，制备方法包括高温浓缩、低温浓缩和降温养晶三个阶段，通过对各个步骤的工艺参数进行精确调控，制备得到高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体；该制备方法采用传统的结晶工艺备，不采用有机溶剂、无需增加额外的设备投入，适合工业化生产；本方法制备得到的L‑色氨酸晶体，呈规则的圆饼状，粒径均匀且分布窄、晶体纯度高、晶体流动性好。

主权利要求：
1.一种高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）高温浓缩阶段：将L‑色氨酸脱色溶液置于浓缩釜中，控制浓缩釜搅拌桨的搅拌线速度为3 10m/s、浓缩釜内真空压力为0.07 0.08MPa，并将浓缩釜内料液加热至60 70℃，保~ ~ ~证析出的晶体完全打碎成细小的颗粒状晶体；
所述L‑色氨酸脱色溶液来源于大肠杆菌发酵液经膜过滤、活性炭脱色所得；
初始加入的所述L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为20 25g/L；
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经高温浓缩阶段处理后得到的L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为80 100g/L；
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（2）低温浓缩阶段：将浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度调整为0.1 0.3m/s、浓缩釜内真空~压力为0.094 0.1MPa，并将浓缩釜内料液降温至20 40℃；
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经低温浓缩阶段处理后得到的L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为120 180g/L；
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（3）降温养晶阶段：将经步骤（2）浓缩得到的L‑色氨酸晶浆转移至结晶釜中，降温后进行恒温养晶，再经后处理得到所述的高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体；
所述降温，降温速率为3 5℃/h，降至晶浆温度为10 15℃；
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所述的高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体呈规则的圆饼状，平均粒径为45 50μm，且粒径分布~集中，纯度高于98%，休止角不高于36°。
2.根据权利要求1所述的高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中：经低温浓缩阶段处理后得到的L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为160 180g/L。
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3.根据权利要求1所述的高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中：所述恒温养晶，时间为4 6h。
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4.根据权利要求1所述的高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中：所述后处理包括过滤和洗涤。 说明书 : 一种高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体的制备方法及其产品技术领域[0001] 本发明涉及氨基酸的生产领域，尤其涉及一种高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体的制备方法及其产品。背景技术[0002] L‑色氨酸化学名为L‑氨基吲哚基丙酸，分子式为C11H12N2O2，分子量为204.23，外观为白色或略带黄色的叶片状晶体或粉末，无臭或微臭，有甜味。在稀酸或稀碱中溶解，微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚，与酸在暗处加热和碱液中较稳定，与其它氨基酸或糖类共存时易分解。由于L‑色氨酸是人和动物必需的限制性氨基酸之一，广泛被用于为食品添加剂和饲料添加剂中。[0003] L‑色氨酸制备方法大体上可以分为微生物直接发酵法、微生物转化法和酶法。微生物直接发酵法生产色氨酸，以其廉价、成本低、工业化生产容易普及等优点逐渐成为主流的生产方法。微生物直接发酵法提取L‑色氨酸一般采用蒸发浓缩结晶，蒸发浓缩过程中容易出现起泡冲料现象，且获得的晶体为片状或粉末状晶体，存在晶体的形状不规则、尺寸不均匀以及流动性差的问题。[0004] 目前也有很多专利关注L‑色氨酸晶体的外观形貌、尺寸及粒径，但报道的方法均不适合产业化放大。如申请公布号为CN114773251A的专利申请中公开了一种L‑色氨酸球状晶体及其制备方法和应用，制备方法包括将L‑色氨酸溶解于酸性溶液中得到混合溶液，向上述混合溶液中加入乙酸乙酯，得到分散有球形液滴的混合溶液，再向该混合溶液中加入碱液直至pH值达到L‑色氨酸的等电点附近，制备出球形颗粒状晶体。该方法使用了有机溶剂乙酸乙酯，存在溶剂残留影响产品质量问题，另外，有机溶剂的使用对车间与设备提出了更高的要求。[0005] 又如申请公布号为CN106986808A的专利文献中公开了一种从发酵液中提取L‑色氨酸的结晶工艺，将经过加热灭活、微滤、超滤、旋蒸后的浓缩发酵液在4℃下连续施加50W超声强度结晶，超声作用时间为15‑20min，之后在4℃下恒温静置1h，再经抽滤、干燥后得到成品。本方法制备出的晶体微小且粒径均匀，但该方法在结晶过程中附加超声波场，不适合产业化放大。发明内容[0006] 针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种L‑色氨酸晶体的制备方法，采用传统的结晶工艺，通过对各个工艺流程的精确调控，制备得到呈规则的圆饼状L‑色氨酸晶体；不采用有机溶剂、无需增加额外的设备投入，适合工业化生产；本方法制备得到的L‑色氨酸晶体，粒径均匀且分布窄、晶体纯度高、晶体流动性好。[0007] 具体技术方案如下：[0008] 一种高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体的制备方法，包括如下步骤：[0009] (1)高温浓缩阶段：将L‑色氨酸脱色溶液置于浓缩釜中，控制浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度不低于3m/s、浓缩釜内真空压力不高于0.08MPa，并将浓缩釜内料液加热至不低于60℃，浓缩至L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为加入的初始L‑色氨酸脱色溶液质量浓度的3～5倍，并保证析出的晶体完全打碎成细小的颗粒状晶体；[0010] (2)低温浓缩阶段：将浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度调整至不高于0.3m/s、浓缩釜内真空压力不低于0.094MPa，并将浓缩釜内料液降温至不高于40℃，浓缩至浓缩釜内L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为步骤(1)中加入的初始L‑色氨酸脱色溶液质量浓度的6～9倍；[0011] (3)降温养晶阶段：将经步骤(2)浓缩得到的L‑色氨酸晶浆转移至结晶釜中，降温后进行恒温养晶，再经后处理得到所述的高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体。[0012] 本发明公开了一种L‑色氨酸晶体的制备方法，通过对蒸发浓缩过程的温度、真空压力、搅拌线速度以及养晶阶段的降温速率进行精准调控，制备得到圆饼状L‑色氨酸晶体，该方法制备的晶体粒径均匀且分布窄、晶体纯度高、晶体流动性好。[0013] 步骤(1)中：[0014] 所述L‑色氨酸脱色溶液来源于大肠杆菌发酵液经膜过滤、活性炭脱色所得，大肠杆菌菌种保藏号为CCTCCM2023039，名称为Trp429E。[0015] 优选的：[0016] 控制浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度为3～10m/s、浓缩釜内真空压力为0.07～0.08MPa，并将浓缩釜内料液加热至60～70℃。[0017] 经试验发现，60～70℃下L‑色氨酸的溶解度为20～25g/L，脱色液来料温度为60～70℃，若降低温度蒸发浓缩，出现晶体析出过快现象，初析晶体难以打碎成细小颗粒状；将搅拌线速度设置为3～10m/s，可以有效地将初析片状晶体打碎成细小的颗粒状晶体，从而保证圆饼状的晶体形貌和晶体粒径的均匀性。[0018] 优选的：[0019] 初始加入的所述L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为20～25g/L；[0020] 经高温浓缩阶段处理后得到的L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为80～100g/L。[0021] 经试验发现，搅拌线速度3～10m/s，真空压力0.07～0.08MPa,温度60～70℃条件下浓缩，初析晶体充分打碎成细小颗粒状晶体时脱色液L‑色氨酸的浓度刚好约为80～100g/L。[0022] 步骤(2)中：[0023] 优选的：[0024] 将浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度调整为0.1～0.3m/s、浓缩釜内真空压力调整为0.094～0.1MPa，并将浓缩釜内的料液降温至20～40℃。[0025] 经试验发现，L‑色氨酸在温度较高条件下会出现降解损失且晶体产品会出现颜色加深现象，且温度越高，时间越长，降解损失越大，晶体颜色越深。控制浓缩釜内的工艺参数在上述范围内，可一定程度上减少产品降解损失。[0026] 优选的：[0027] 经低温浓缩阶段处理后得到的L‑色氨酸脱色溶液的质量浓度为120～180g/L，进一步优选为160～180g/L。[0028] 经试验发现，浓缩终点时的L‑色氨酸浓度太低会影响结晶收率，而浓度过高，晶浆的粘度增大，会出现物料难转移问题。[0029] 步骤(3)中：[0030] 优选的：[0031] 所述降温，降温速率为3～5℃/h，降至晶浆温度为10～15℃；[0032] 所述恒温养晶，时间为4～6h。[0033] 经试验发现，若该步骤中降温速度过高，如10℃/h，会导致产物形貌不规则，无法制备得到目标形貌的产物，且产物的纯度也显著下降。[0034] 步骤(3)中：[0035] 所述后处理包括过滤和洗涤。[0036] 经试验发现，采用本方法制备的晶浆在后续的过滤过程中，过滤速度更快，很好的解决了湿晶体粘布的问题，进一步提高了生产效率。[0037] 本发明还公开了根据上述的方法制备的高纯度圆饼状L‑色氨酸晶体，经形貌表征，产物具有规则的圆饼状，平均粒径为45～50μm，且粒径分布集中。[0038] 经测试，该L‑色氨酸晶体的纯度高于98％；且流动性好，休止角不高于36°。[0039] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：[0040] 本发明制备的晶体呈规则的圆饼状，晶体粒径均匀且分布窄，晶体纯度高、流动性好。另外，本发明制备的晶浆在后续过滤过程中，过滤滤速更快，很好地解决了湿晶体粘滤布的问题，进一步提高了生产效率。附图说明[0041] 图1为实施例1制备的L‑色氨酸晶体的SEM图；[0042] 图2为实施例1制备的L‑色氨酸晶体的粒径分布图；[0043] 图3为对比例1制备产物的SEM图；[0044] 图4为对比例1制备产物的粒径分布图；[0045] 图5为对比例2制备产物的SEM图；[0046] 图6为对比例2制备产物的粒径分布图；[0047] 图7为对比例4制备产物的SEM图；[0048] 图8为对比例4制备产物的粒径分布图。具体实施方式[0049] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但是本发明的保护范围不局限与所述实施例。[0050] 实施例1[0051] (1)高温浓缩阶段：称取4kg的L‑色氨酸脱色溶液(20g/L)，先将其中1kgL‑色氨酸脱色溶液加入至浓缩釜中，控制浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度为3m/s，料液(L‑色氨酸脱色溶液)的温度为60℃，浓缩釜内真空压力为0.08MPa，浓缩过程中缓慢进料直至将剩余3kgL‑色氨酸脱色溶液进完，整个进料过程保持蒸馏水蒸出速率与脱色液进料速率一致。待进料结束后，浓缩液取样，经测试，L‑色氨酸浓度为80g/L；并通过电镜扫描检测析出的晶体外观形貌，若片状晶体未充分打碎，关闭冷凝水的出水阀，维持L‑色氨酸浓度不变，在上述的蒸发浓缩条件下继续高速搅拌，直至将析出的晶体打碎成细小颗粒状晶体。[0052] (2)低温浓缩阶段：控制浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度为0.1m/s，并缓慢降低浓缩液的温度至20℃，相应地将浓缩釜内真空度提高为0.1MPa，在此条件下继续浓缩至L‑色氨酸浓度为160g/L。[0053] (3)降温养晶阶段：将浓缩结束后得到的L‑色氨酸晶浆转移至结晶釜中，0.1m/s的低线速度搅拌下，以3℃/h的降温速率将L‑色氨酸晶浆的温度降至10℃后，维持相同的搅拌速度恒温养晶4h。过滤后得到L‑色氨酸湿晶体，将L‑色氨酸湿品置于鼓风干燥箱中60℃干燥12h，得到L‑色氨酸晶体，经测试，晶体HPLC纯度为98.54％，结晶收率89.88％。[0054] 图1为本实施例制备产物的SEM图，观察发现，晶体呈规则的圆饼状。[0055] 图2为本实施制备晶体的粒径分布图，观察该图可以发现，晶体的平均粒径为47.28μm，晶体粒径分布非常集中，其中粒径小于28.61μm的晶体占比为10％，粒径为28.61～49.25μm的晶体占比80％，粒径大于49.25μm的晶体占比10％。[0056] 实施例2[0057] (1)高温浓缩阶段：称取5kg的L‑色氨酸脱色溶液(25g/L)，先将其中1kgL‑色氨酸脱色溶液加入至浓缩釜中，控制浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度为10m/s，L‑色氨酸脱色溶液的温度70℃，浓缩釜内真空压力为0.07MPa，浓缩过程中缓慢进料直至将剩余4kgL‑色氨酸脱色溶液进完，整个过程保持蒸馏水蒸出速率与脱色液进料速率一致。待进料结束后，浓缩液取样，经测试，L‑色氨酸浓度为100g/L；通过电镜扫描检测析出的晶体外观形貌，若片状晶体未充分打碎，关闭冷凝水的出水阀，维持L‑色氨酸相同浓度，在上述蒸发浓缩条件下继续高速搅拌，直至将析出的片状晶体打碎成细小颗粒状晶体。[0058] (2)低温浓缩阶段：将浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度改为0.3m/s的低线速度搅拌，并缓慢降低浓缩液的温度至40℃，相应地提高浓缩釜内真空度为0.094MPa，在此条件下继续浓缩至L‑色氨酸浓度为180g/L。[0059] (3)降温养晶阶段：将浓缩结束后得到的L‑色氨酸晶浆转移至结晶釜中，0.3m/s的低线速度搅拌下，以5℃/h的降温速率将晶浆温度降至15℃，维持相同的搅拌速度恒温养晶6h。过滤后得到L‑色氨酸湿晶体，将L‑色氨酸湿品置于鼓风干燥箱中60℃干燥6h，得到L‑色氨酸晶体，经测试，晶体HPLC纯度为98.18％，结晶收率91.43％。[0060] 经SEM表征可知，本实施例制备得到的产物呈规则的圆饼状；经粒径分布表征，晶体的平均粒径为46.57μm，晶体粒径分布非常集中，其中粒径小于26.65μm的晶体占为10％，粒径为26.65～48.56μm的晶体占80％，粒径大于48.56μm的晶体占10％。[0061] 实施例3[0062] (1)高温浓缩阶段：称取4kg的L‑色氨酸脱色溶液(20g/L)，先将其中1kgL‑色氨酸脱色溶液加入至浓缩釜中，控制浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度为6m/s，L‑色氨酸脱色溶液的温度为65℃，浓缩釜内真空压力为0.075MPa，浓缩过程缓慢进料直至将剩余3kgL‑色氨酸脱色溶液进完，整个过程保持蒸馏水蒸出速率与脱色液进料速率一致。待进料结束后，浓缩液取样，经测试，L‑色氨酸浓度为80g/L；经电镜扫描检测析出的晶体外观形貌，若片状晶体未充分打碎，关闭冷凝水的出水阀，维持L‑色氨酸相同浓度，在上述蒸发浓缩条件下继续高速搅拌，直至将析出的片状晶体打碎成细小颗粒状晶体。[0063] (2)低温浓缩阶段：将浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度改为0.2m/s的低线速度搅拌，并缓慢降低浓缩液的温度至30℃，相应地提高浓缩釜内真空度为0.096MPa，在此条件下继续浓缩至L‑色氨酸浓度为170g/L。[0064] (3)降温养晶阶段：将浓缩结束后得到的L‑色氨酸晶浆转移至结晶釜中，0.2m/s的低线速度搅拌下，以4℃/h的降温速率将晶浆温度降至12℃，维持相同的搅拌速度恒温养晶5h。过滤后得到L‑色氨酸湿晶体，将L‑色氨酸湿品置于鼓风干燥箱中60℃干燥10h，得到L‑色氨酸晶体，经测试，晶体HPLC纯度为98.88％，结晶收率90.67％。[0065] 经SEM表征可知，本实施例制备得到的产物呈规则的圆饼状；经粒径分布表征，晶体的平均粒径为48.42μm，晶体粒径分布非常集中，其中粒径小于28.85μm的晶体占为10％，粒径为28.85～49.86μm的晶体占80％，粒径大于49.86μm的晶体占10％。[0066] 实施例4[0067] 制备工艺与实施例1中基本相同，区别仅在于，步骤(1)中，步骤(2)中，在相同的低温浓缩条件下，调整L‑色氨酸浓缩液的终点浓度为120g/L。[0068] 经测试，晶体HPLC纯度为98.84％，结晶收率为85.58％。[0069] 经SEM表征可知，本实施例制备得到的产物呈规则的圆饼状；经粒径分布表征，晶体的平均粒径为48.87μm，晶体粒径分布非常集中，其中粒径小于29.21μm的晶体占比为10％，粒径为29.21～50.28μm的晶体占80％，粒径大于50.28μm的晶体占10％。[0070] 对比例1[0071] 制备工艺与实施例1中基本相同，区别仅在于，步骤(1)中，控制浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度为1m/s，浓缩至L‑色氨酸浓度为80g/L后停止该步骤。通过电镜扫描检测析出的晶体外观形貌，片状晶体未充分打碎成细小颗粒状。[0072] 经测试，晶体HPLC纯度为97.21％，结晶收率为89.76％。[0073] 图3为本对比例制备的L‑色氨酸晶体的扫描电镜图，观察发现，产物为片状；经粒径分布表征，晶体的平均粒径为87.62μm，晶体粒径不均匀、分布宽(见图4)，其中粒径小于27.24μm占10％，27.24μm～245.5μm占80％，大于245.5μm占10％。[0074] 对比例2[0075] 制备工艺与实施例1中基本相同，区别仅在于，步骤(1)中L‑色氨酸脱色液的浓缩温度为40℃，真空压力为0.094MPa。[0076] 结果表明，晶体出现了暴析现象，片状晶体充分打碎需要延长高速搅拌时间，且最终成品的晶体外观形貌不规整，晶体粒径较小，晶体流动性较差。[0077] 经测试，晶体HPLC纯度为97.56％，结晶收率为90.05％。[0078] 图5为本对比例制备的L‑色氨酸晶体的扫描电镜图，观察发现，产物中存在圆饼状的晶体，也存在大量不规整形貌的晶体。经粒径分布表征，晶体的平均粒径为40.35μm，晶体粒径均匀(见图6)，其中粒径小于15.52μm占10％，15.52μm～68.87μm占80％，大于68.87μm占10％。[0079] 对比例3[0080] 制备工艺与实施例1中基本相同，区别仅在于，步骤(2)中，控制浓缩釜搅拌浆的搅拌线速度为0.1m/s，但浓缩液的温度继续保持60℃、浓缩釜内真空度保持0.08MPa条件进行减压浓缩，直至L‑色氨酸浓度为160g/L。[0081] 经测试，结晶产品和结晶母液颜色均加深，产品色泽和纯度受较大影响。经测试，晶体HPLC纯度为93.21％，结晶收率为88.12％。[0082] 观察发现，产物为规则的圆饼状，经粒径分布表征，晶体的平均粒径为46.65μm，晶体粒径分布非常集中，其中粒径小于27.25μm的晶体占比为10％，粒径为27.25～46.74μm的晶体占80％，粒径大于46.74μm的晶体占10％。[0083] 对比例4[0084] 制备工艺与实施例1基本相同，区别仅在于步骤(3)中，以10℃/h的降温速率将L‑色氨酸晶浆的温度降至10℃。[0085] 经测试，晶体HPLC纯度为96.56％，结晶收率为90.12％。[0086] 图7为本对比例制备的L‑色氨酸晶体的SEM图，观察发现，产物为不规则晶体；经图8的粒径分布表征，晶体的平均粒径为47.36μm，晶体粒径非常不均匀，其中粒径小于13.27μm占10％，13.27μm～191.1μm占80％，大于191.1μm占10％。[0087] 为进一步表征产物的性能，还分别对各实施例和对比例分别制备的晶浆的过滤滤速和干晶体的流动性进行了表征。性能列于下表1中。[0088] 表1[0089][0090] a：晶浆的过滤流速具体指制备工艺中步骤(3)降温养晶阶段中养晶结束后过滤得到L‑色氨酸湿晶体时的滤速；[0091] b：干晶体具体指各实施例和对比例分别制备的产物；[0092] c：休止角θ是粉体堆积层的自由斜面在静止平衡状态下，与水平面形成的最大角，休止角θ越小，摩擦力越小，流动性越好，其计算公式为tanθ＝h/r，其中，h为粉体堆积层的高，r为堆积层半径。

专利地区：黑龙江

专利申请日期：2023-02-21

专利公开日期：2024-10-25

专利公告号：CN116283711B