一种高纯度颗粒状L-缬氨酸晶体及其制备方法和其应用

技术领域

本发明属于生物化学领域，具体涉及一种高纯度颗粒状L-缬氨酸晶体及其制备方法和其应用。

背景技术

缬氨酸为机体必需氨基酸和营养物质，被广泛应用于食品、医药、化妆品、饲料等领域，被广泛用作食品添加剂、饲料添加剂、营养增补剂、风味剂、化妆品添加剂、药物(包括抗生素、除草剂等)的制备前体等，市场需求巨大。

L-缬氨酸是机体必须氨基酸和生糖氨基酸，具有保持神经系统机能正常运转、增强免疫能力、促进肝脏再生等功效，并被广泛用作营养增补剂或用于制备药物(如缬沙坦、利托那韦和洛匹那韦等)的关键前体。但L-缬氨酸的纯度和堆积密度均难以满足医药级(纯度大于99％)的要求。

微生物发酵制备L-缬氨酸的方法具有采用生物基原料、高效率转化、反应温和、环保经济等优点，从而被行业广泛运用。该方法以葡萄糖为原料，经微生物发酵获得L-缬氨酸发酵液。发酵液经除菌、脱色、浓缩、结晶、分离等处理，得到L-缬氨酸晶体和L-缬氨酸结晶母液。发酵液中的蛋白质、色素、糖、其他氨基酸(如丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等)等杂质成分及其含量成为影响L-缬氨酸纯度的关键因素。

CN110643547A公开了一种产L-缬氨酸的黄色短杆菌及其用于制备L-缬氨酸的方法。但此方法制得的缬氨酸晶体堆积密度低、纯度低、不利于生产、包装和运输，且存在成本高等缺陷。为此，需要开发更为高效的L-缬氨酸的提纯方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯度颗粒状L-缬氨酸晶体的制备方法，包括如下步骤：

(1)将待纯化的L-缬氨酸溶液浓缩至饱和溶液或近饱和溶液；

(2)向步骤(1)制得的饱和溶液或近饱和溶液中添加颗粒状L-缬氨酸晶浆，至L-缬氨酸晶体生长稳定后，将其浓缩；在搅拌条件下，将浓缩液降温析晶，分离、洗涤、干燥，即得。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(1)中，待纯化的L-缬氨酸溶液为L-缬氨酸发酵液或待纯化的L-缬氨酸固体配制而成的溶液经过前处理后所得，所述前处理包括除菌、除盐、除杂酸、脱色步骤。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(1)中，待纯化的L-缬氨酸溶液的透光率不低于80％。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(1)中，待纯化的L-缬氨酸溶液浓度可为任意浓度，优选≥40g/L，还优选≥45g/L。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(1)中，待纯化的L-缬氨酸溶液pH6-7。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(1)中，浓缩选自真空浓缩、减压浓缩、薄膜浓缩、常压浓缩的任一种或其组合。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(1)中，浓缩温度为40-90℃，优选为50-80℃，更优选为60-70℃。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(1)中，搅拌速度为5-50r/min，优选为10-30r/min。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，所述L-缬氨酸晶浆为L-缬氨酸固体在水中形成的含L-缬氨酸晶体和L-缬氨酸溶液的两相混合物。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，L-缬氨酸晶浆pH为2.0-7.0，优选pH为3.0-6.0，更优选pH为3.5-5.0。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，L-缬氨酸晶浆浓度为50-200g/L，优选为100-150g/L。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，L-缬氨酸晶浆选自一次加入、多次加入、流加加入的任一种。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，多次为≥2次。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，流加速度为1-10L/min，优选为3-8L/min。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，浓缩温度为40-100℃，优选为50-90℃，更优选为60-80℃。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，浓缩2-15倍，优选为5-10倍。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，搅拌速度为5-50r/min，优选为5-30r/min，更优选为5-15r/min。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，降温温度至5-15℃，优选为8-10℃。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，降温选自自然冷却降温、强制冷却降温的任一种或其组合，所述强制冷却降温采用冷却介质对结晶体系实现强制降温，所述冷却介质选自冷凝水、冰水、乙醇、乙二醇的任一种或其组合。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，所述分离选自过滤、离心、膜处理的任一种或其组合。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，将收集分离后得到的湿晶体，经洗涤处理后干燥，优选所述洗涤所用溶剂为水。

本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)中，所述干燥选自真空干燥、减压干燥、常压干燥、沸腾干燥、气流干燥的任一种或其组合。

本发明的优选技术方案中，制得的L-缬氨酸晶体的堆积密度不低于0.60g/mL，优选不低于0.80g/mL，更优选不低于0.90g/mL。

本发明的优选技术方案中，制得的L-缬氨酸晶体的纯度不低于99.0％，优选不低于99.5％，更优选不低于99.9％。

本发明的优选技术方案中，制得的L-缬氨酸晶体粒径大小为0.2-0.5mm。

本发明的另一目的在于提供一种高堆积密度的L-缬氨酸晶体，所述晶体的堆积密度不低于0.60g/mL，优选不低于0.80g/mL，更优选不低于0.90g/mL。

本发明的优选技术方案中，所述L-缬氨酸晶体的纯度不低于99.0％，优选不低于99.5％，更优选不低于99.9％。

本发明的优选技术方案中，制得的L-缬氨酸晶体为颗粒状，粒径大小为0.2-0.5mm。

本发明的另一目的在于提供本发明的L-缬氨酸颗粒状晶体用于制备食品、食品添加剂、药品、医药中间体、医药原料、营养增补剂、氨基酸药物、饲料、饲料添加剂的任一种中的应用。

“近饱和溶液”是指本领域技术人员做重结晶实验时，待重结晶物质的接近饱和溶液的常规程度。

除非另有说明，本发明涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本发明涉及液体与固体之间的百分比时，所述百分比为体积/重量百分比；本发明涉及固体与液体之间的百分比时，所述百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。

除非另有说明，本发明采用下述方法检测：

1.L-缬氨酸晶体的堆积密度检测方法为：采用粉体振实密度仪XF-20检测，振幅为3–30mm，振实250次。

2.L-缬氨酸晶体的纯度检测方法为：采用文献1(何晨光等，用高效液相色谱定量分析分支链氨基酸，生物技术通讯，2009年第20卷第4期)公开的高效液相色谱法检测。

3.L-缬氨酸的晶体形态采用显微镜观察，放大倍数40倍。

4.待纯化的L-缬氨酸溶液的滤液透光率：将滤液在430nm波长下用紫外分光分光度计检测透光率，纯水为空白。

与现有技术相比，本发明具有下述有益技术效果：

1、本发明在待纯化的L-缬氨酸溶液中添加成型度较好的颗粒状缬氨酸晶体，通过优化其结晶纯化条件，制得了高堆积密度、高纯度的L-缬氨酸晶体，显著提高了L-缬氨酸的质量和收率，降低其成本。

2、本发明在浓缩罐进行结晶，同时完成浓缩和结晶，避免不同罐/釜的转移，节约了工艺流程。

3、本发明的纯化方法操作简便，显著缩短生产周期并显著降低其成本，且具有绿色环保、能耗少、利于工业化生产等优点。

附图说明

图1实施例1所得颗粒状L-缬氨酸晶体

图2对比例1所得粉末状L-缬氨酸晶体

图3对比例2所得鳞片状L-缬氨酸晶体

图4实施例1-4和对比例1-2的L-缬氨酸晶体堆积密度检测结果

图5实施例1-4和对比例1-2的L-缬氨酸晶体纯度检测结果

具体实施方式

以下参照实施例说明本发明，但本发明不局限于实施例。

待纯化的L-缬氨酸溶液的制备方法，包括下述步骤：

(1)收取L-缬氨酸发酵液300m

(2)向过滤清液中加入0.5％活性炭，在60℃下搅拌脱色60分钟，使用板框压滤机进行压滤处理，得到第二次过滤清液；

(3)采用截留分子量为1000道尔顿的纳滤膜对第二次过滤清液进行膜过滤，收集得到第三次过滤清液；

(4)向第三次过滤清液中加入0.5％活性炭，在60℃下搅拌脱色60分钟，使用板框压滤机进行压滤处理，收集得到44m

经检测，第四次过滤清液中，L-缬氨酸含量49.3g/L，透光率88.6％。

(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m

(2)按照5L/min的流速向步骤(1)的浓缩液中持续流加颗粒状L-缬氨酸晶浆(晶浆pH＝4.0，晶浆中L-缬氨酸浓度为130g/L)，待L-缬氨酸晶体生长稳定后结束流加晶浆；流加晶浆过程中，使浓缩罐中的温度缓慢升高至80℃，在20r/min的搅拌条件下继续对溶液浓缩至体积为0.65m

(3)缓慢降温至10℃，并调整浓缩罐的转速为10r/min，对步骤(2)的浓缩液搅拌4h，得到晶体溶液；

(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理，用100L纯水进行淋洗，收集得到湿品晶体268.9kg；

(5)在流化床中，对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥，干燥温度121℃，干燥时间2h，收集得到L-缬氨酸干品227.4kg。

经检测，L-缬氨酸干品的外观呈颗粒状，见图1，堆积密度、纯度见图4-5。

(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m

(2)按照5L/min的流速向步骤(1)的浓缩液中持续流加颗粒状L-缬氨酸晶浆(晶浆pH＝4，晶浆中L-缬氨酸浓度为130g/L)，待L-缬氨酸晶体生长稳定后结束流加晶种，在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下，继续对溶液浓缩至体积为0.65m

(3)缓慢降温至10℃，并调整浓缩罐的转速为10r/min，对步骤(2)的浓缩液搅拌4h，得到晶体溶液；

(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理，用100L纯水进行淋洗，收集得到湿品晶体268.5kg；

(5)在流化床中，对步骤(4)所得湿品晶体进行真空干燥，干燥温度121℃，干燥时间2h，收集得到L-缬氨酸干品226.3kg。

经检测，L-缬氨酸干品的外观呈颗粒状，堆积密度、纯度见图4-5。

(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m

(2)按照5L/min的流速向步骤(1)的浓缩液中持续流加颗粒状L-缬氨酸晶浆(晶浆pH＝7.0，晶浆中L-缬氨酸浓度为130g/L)，待L-缬氨酸晶体生长稳定后结束流加晶种，在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下，继续对溶液浓缩至体积为0.69m

(3)缓慢降温至10℃，并调整浓缩罐的转速为10r/min，对步骤(2)的浓缩液搅拌4小时，得到晶体溶液；

(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理，用100L纯水进行淋洗，收集得到湿品晶体261.2kg；

(5)在流化床中，对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥，干燥温度121℃，干燥时间2h，收集得到L-缬氨酸干品223.4kg。

经检测，L-缬氨酸干品的外观呈颗粒状，堆积密度、纯度见图4-5。

(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m

(2)向步骤(1)的浓缩液中一次性加入450L颗粒状L-缬氨酸晶浆(晶浆pH＝4，晶浆中L-缬氨酸浓度为130g/L)，待L-缬氨酸晶体生长稳定后结束流加晶种，在65℃、20r/min和-1.0Mpa条件下，继续对溶液浓缩至体积为0.68m

(3)缓慢降温至10℃，并调整浓缩罐的转速为10r/min，对步骤(2)的浓缩液搅拌4小时，得到晶体溶液；

(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理，用100L纯水进行淋洗，收集得到湿品晶体261.7kg；

(5)在流化床中，对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥，干燥温度121℃，干燥时间2h，收集得到L-缬氨酸干品224.8kg。

经检测，L-缬氨酸干品的外观呈颗粒状，堆积密度、纯度见图4-5。

(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m

(2)使浓缩罐中的温度缓慢升高至80℃，在20r/min的搅拌条件下继续对溶液浓缩至体积为0.61m

(3)缓慢降温至10℃，并调整浓缩罐的转速为10r/min，对步骤(2)的浓缩液搅拌4h，得到晶体溶液；

(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理，用100L纯水进行淋洗，收集得到湿品晶体207.2kg；

(5)在流化床中，对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥，干燥温度121℃，干燥时间2h，收集得到L-缬氨酸干品186.5kg。

经检测，L-缬氨酸干品的外观呈粉末状，见图2，堆积密度、纯度见图4-5。

(1)取参考例1制得的待纯化的L-缬氨酸溶液4.4m

(2)使浓缩罐中的温度缓慢升高至65℃，在20r/min的搅拌条件下继续对溶液浓缩至体积为0.66m

(3)缓慢降温至10℃，并调整浓缩罐的转速为10r/min，对步骤(2)的浓缩液搅拌4h，得到晶体溶液；

(4)对步骤(3)所得晶体溶液进行离心处理，用100L纯水进行淋洗，收集得到湿品晶体204.9kg；

(5)在流化床中，对步骤(4)所得湿品晶体进行气流干燥，干燥温度121℃，干燥时间2h，收集得到L-缬氨酸干品172.1kg。

经检测，L-缬氨酸干品的外观呈鳞片状，见图3，堆积密度、纯度见图4-5。

以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求保护的范围。