用于提純芳香族氨基酸的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提純芳香族氨基酸（即，包含芳香環(huán)的氨基酸，且首先為色氨酸、 苯基丙氨酸、酪氨酸和組氨酸）的方法。
【背景技術】
[0002] 芳香族氨基酸可以通過發(fā)酵、通過酶促或者經(jīng)由合成路徑而制備。
[0003] 色氨酸、苯基丙氨酸和組氨酸（用于嬰兒）為必需氨基酸家族中的成員：例如，它 們用作營養(yǎng)補充物。
[0004] 必須通過發(fā)酵、合成、酶促路徑制備的氨基酸包含雜質(zhì)（糖和殘留酶解物、礦物、 色素）。為了達到對于其商業(yè)用途所需的純度，這些雜質(zhì)必須被去除。
[0005] 已經(jīng)開發(fā)出多種提純方法用以提純芳香族氨基酸。它們基于如下主要技術：結晶、 液/液萃取以及結合在樹脂上。
[0006] 利用結晶的提純通過含水或溶劑路徑實施。有時提供在結晶前的預處理步驟以便 提高晶體的純度。這可以是在活性碳上的提純步驟（文獻：CN101245047和CN102146052); 在不銹鋼過濾器上的膜濾步驟（文獻：CN101376646);超過濾步驟（文獻：CN101691349); 或者用于去除多種類型雜質(zhì)的多個連續(xù)過濾的組合，例如，微量過濾/超過濾/納米過濾程 序（文獻：CN01812009)。
[0007] 為了獲得更好的純度，在結晶過程中有時加入溶劑，例如醋酸（文獻JP2097801 和EP1 756 055)，或者脂肪族醇（文獻：EP0 274 728)。這些溶劑的使用導致制備成本和 用于處理或者再循環(huán)母液的成本增大。
[0008] 第二種提純路徑由進行氨基酸的液/液萃取組成。因此，提出了色氨酸的提純，可 通過使用用于形成反向膠束相的表面活性劑（文獻：CN102382030)，或者通過使用甲苯（文 獻：EP0 299 715)。這些技術對于獲得高純度絕不是充分的。需要預處理和后處理步驟。 而且，大量體積溶劑的使用對于處于幾千噸/年/單位規(guī)模的工業(yè)體積氨基酸的處理在經(jīng) 濟上是不令人感興趣的。
[0009] 最后，第三種路徑提出了在聚合物樹脂上進行處理。
[0010] 在文獻CN101812488、CN101948420和US2013/0079527中，所述的提純是基于在吸 附（因而中性）樹脂上捕集并結合氨基酸，而后用乙醇洗脫（在前兩個文獻中）或者用鹽 洗脫（在第三個文獻中）。
[0011] 文獻FR2 581 654描述了在弱交聯(lián)的強陽離子聚苯乙烯樹脂上吸附色氨酸。使目 標化合物沉淀，然后在酸溶液（特別是pH值為1至2的硫酸或者鹽酸的溶液）中溶解。所 述酸溶液而后與陽離子交換樹脂接觸，用水清洗，隨后用堿洗脫。這種"間歇"式方法是現(xiàn) 今應用于工業(yè)中所普遍使用的路徑。
[0012] 文獻FR1 502 814描述了在強陽離子樹脂或者強陰離子樹脂上吸附色氨酸。在兩 種情況下，所選擇的樹脂具有低交聯(lián)率。在強陽離子樹脂的情況下，在與所述樹脂接觸之 前，包含色氨酸的混合物的pH值調(diào)節(jié)至2。按兩種階段進行洗脫：首先用中性鹽溶液洗脫 以去除污染的氨基酸，而后用堿溶液洗脫以脫附色氨酸。這是一種需要兩種不同的洗脫劑 和大量回收試劑的方法。
[0013] 上述在樹脂上處理的缺點是需要大量消耗濃的化學回收試劑（通常，2至10質(zhì) 量％)用以在結合后洗脫氨基酸。流出液的量相當于回收試劑的量也是會發(fā)生的。
[0014] 文獻US5, 300, 653描述了在凝膠型強陽離子樹脂上從其它非芳香族氨基酸中于 單個柱上分批分離至少一種芳香族氨基酸，其首先用堿金屬轉化為鹽的形式。包含所述氨 基酸的溶液優(yōu)選具有2至12的pH值。當所述溶液通過所述樹脂時，所述氨基酸被吸附，而 后用水對其進行脫附而不需要任何酸或堿或有機溶劑。
[0015] 這種方法的缺點是該洗脫方式不能夠控制樹脂的離子類型。實際上，存在于溶液 中待處理的陽離子種類可以用堿金屬進行交換而不使用任何能夠保持初始離子類型的洗 脫劑。在氨基酸間進行的分離操作可能受到這些不合時宜的離子交換機制的影響：因此，生 成的氨基酸的收率和純度會擔負隨時間以非受控方式減少或改變的風險。
[0016] 這些在樹脂上的處理多數(shù)是基于"間歇"式應用，S卩非連續(xù)應用。所述樹脂布置在 柱中，并且逐次洗脫劑（必須包含氨基酸；清洗水；回收的溶液一鹽溶液、堿溶液、酸溶液或 者醇溶液）通過柱逐次地濾過。
[0017] 但是，前述文獻US2013/0079527描述了一種在具有包括三個分離區(qū)域的模擬移 動床（SMB)的層析系統(tǒng)中的于XAD7型吸附樹脂上的半連續(xù)分離。該系統(tǒng)用水或者用鹽進 行洗脫。這種方法的缺點是在吸附樹脂上進行操作，因而樹脂比離子交換樹脂更昂貴。吸 附樹脂也趨于被快速污染。其使用需要用醇、用堿和用酸的清洗程序用于去除由于導致污 染的雜質(zhì)，這增大了對于成本和裝機設備的操作局限。
[0018] 因此，需要開發(fā)用于提純芳香族氨基酸的改進方法，特別是能夠以最小的化學品 消耗分離目標氨基酸和雜質(zhì)，例如鹽、糖、色素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明首先涉及一種從初始混合物中提純氨基酸的方法，其中，所述氨基酸包含 芳香環(huán)并且具有酸度常數(shù)Ka，所述方法包括：
[0020]-第一步：在pH大于或者等于pKa的條件下，使所述初始混合物與強陽離子樹脂 接觸，
[0021] -第二步：用pH值大于所述第一步的pH值的洗脫劑的水溶液進行洗脫，從而可以 收集富含氨基酸的流體。
[0022] 根據(jù)實施方式，所述初始混合物進一步包含糖和/或鹽，并且其中所述富含氨基 酸的流體包含的糖和/或鹽比所述初始混合物少。
[0023] 根據(jù)實施方式，第二步洗脫為等度洗脫步驟。
[0024] 根據(jù)實施方式，所述氨基酸具有堿度常數(shù)Kb，并且在所述第一步過程中，pH值小 于或等于pKb-3,優(yōu)選小于或等于pKb-4,最優(yōu)選小于或等于pKb-5并且理想的是小于或等 于pKb_6〇
[0025] 根據(jù)實施方式，所述第二步洗脫直接在所述第一步接觸之后進行，而無任何居間 的清洗。
[0026] 根據(jù)實施方式，所述洗脫劑溶液為在水中的堿的溶液，所述堿優(yōu)選為蘇打、鉀堿、 氨或者它們的混合物，并且更優(yōu)選氨。
[0027] 根據(jù)實施方式，所述堿在洗脫劑溶液中的濃度為0. 01至50g/L，優(yōu)選0. 2至20g/ L，更優(yōu)選0? 5至10g/L，并且最優(yōu)選1至5g/L。
[0028] 根據(jù)實施方式，在第二步中使用的洗脫劑溶液中的堿的摩爾數(shù)與在第一步中進行 接觸的所述初始混合物中的氨基酸的摩爾數(shù)的比為小于或等于3,優(yōu)選小于或等于2,優(yōu)選 小于或等于1. 5,優(yōu)選小于或等于1，優(yōu)選小于或等于0. 9,優(yōu)選小于或等于0. 8,優(yōu)選小于或 等于0. 7,優(yōu)選小于或等于0. 6,優(yōu)選小于或等于0. 5,優(yōu)選小于或等于0. 4。
[0029] 根據(jù)實施方式，所述氨基酸為色氨酸或者苯基丙氨酸或酪氨酸或組氨酸。
[0030] 根據(jù)實施方式，所述強陽離子樹脂為聚苯乙烯-二乙烯基苯共聚物。
[0031] 根據(jù)實施方式，所述強陽離子樹脂的交聯(lián)率為5至12%，優(yōu)選6至11%，更優(yōu)選7 至10%，優(yōu)選8至9%。
[0032] 根據(jù)實施方式，所述強陽離子樹脂為單價陽離子形式，優(yōu)選Na+或K+或NH4+形式， 并且最優(yōu)選NH4+形式。
[0033] 根據(jù)實施方式，所述方法在多柱層析裝置中實施，所述裝置優(yōu)選包括至多30個 柱，更優(yōu)選至多20個柱，或者至多12個柱，或者至多8個柱，或者至多6個柱。
[0034] 根據(jù)實施方式，所述方法在具有非固定床的層析裝置中實施，并且優(yōu)選在具有模 擬移動床，或者實際移動床，或者改進模擬移動床，或者順序模擬移動床的層析裝置中實 施，并且優(yōu)選在具有順序模擬移動床的層析裝置中實施。
[0035] 根據(jù)實施方式，所述初始混合物在原料混合物的處理結束時獲得，所述原料混合 物優(yōu)選為發(fā)酵漿液（must)、合成漿液或者酶促漿液，并且所述處理優(yōu)選包括選自離心、前過 濾、結晶、切向過濾、微量過濾和超過濾中的一個或多個步驟。
[0036] 根據(jù)實施方式，所述方法包括用于濃縮富含氨基酸的流體的一個或多個步驟，優(yōu) 選選自通過蒸發(fā)（且特別是通過具有降膜的蒸發(fā)）的濃縮、通過多效蒸發(fā)的濃縮、膜濃縮以 及特別是納米過濾。
[0037] 根據(jù)實施方式，在所述濃縮步驟結束時，一方面收集濃縮的氨基酸流體，另一方面 收集洗脫劑溶液流體，所述方法包括向第二步洗脫重復循環(huán)這一流體或者溶液。
[0038] 根據(jù)實施方式，用于第二步的洗脫劑溶液的pH值與第一步的pH值之間的差為大 于或等于2,優(yōu)選大于或等于4,更優(yōu)選大于或等于6,并且特別地為大于或等于8。
[0039] 就本發(fā)明而言，可以克服現(xiàn)有技術的缺點。更具體地是提供了一種改進的用于提 純芳香族氨基酸的方法，特別是以化學品的最小消耗分離了目標氨基酸和雜質(zhì)（例如