利用顺酐制备L‑天冬氨酸和L‑丙氨酸的方法技术

本发明专利技术提供利用顺酐制备L‑天冬氨酸和L‑丙氨酸的方法，包括：以顺酐为原料加热水合制得马来酸溶液，向其中加入马来酸异构酶和L‑天冬氨酸酶，所得酶转化液经过滤、浓缩脱氨后，以马来酸溶液作为酸化剂调pH至L‑天冬氨酸等电点2.8，结晶析出L‑天冬氨酸。进一步利用L‑天冬氨酸脱羧酶，将L‑天冬氨酸转化为L‑丙氨酸。本发明专利技术采用双酶法一步反应制备L‑天冬氨酸，工艺简便，转化率高，可有效控制副产物苹果酸的产生，产品质量好；以马来酸作为酸化剂等点结晶制备L‑天冬氨酸，结晶母液可用作酶反应底物循环利用，大大降低废水排放量，符合绿色环保理念。此外，采用酶法进一步将L‑天冬氨酸转化为L‑丙氨酸，使整套工艺获得的产品多元化，更具有市场竞争力。

【技术实现步骤摘要】
利用顺酐制备L-天冬氨酸和L-丙氨酸的方法
本专利技术涉及生物化工领域，具体地说，涉及利用顺酐制备L-天冬氨酸和L-丙氨酸的方法。
技术介绍
L-丙氨酸为白色结晶或结晶性粉末，无异臭，带有甜味。化学性能稳定，易溶于水(16.5％，25℃)，不溶于乙醚或丙酮。分解温度为297℃，等电点5.79，pKa-COOH＝2.34，pKa-NH3＝9.60，[α]25D+14.6(C＝0.5～2.0g/ml，5mol/LHCl)。5％L-丙氨酸水溶液的pH值为5.5-7.0。化学结构式为：L-丙氨酸的分子式为C3H7O2N，分子量89.09，包括α-丙氨酸和β-丙氨酸两种同分异构体。L-丙氨酸是人体非必需氨基酸，在生物体内甘氨酸的氨基转移至丙酮酸而成。在葡萄糖-丙氨酸循环中，保持低血氨水平。丙氨酸是血液中氮的优良运输工具。另外，L-丙氨酸是一种有效生糖氨基酸。丙氨酸是构成蛋白质的基本单位，是组成人体蛋白质的20种氨基酸之一。目前，它主要用于生化研究、组织培养、肝功能测定，作为增味剂，可增加调味品的调味效果，还可用作酸味矫正剂，改善有机酸的酸味。L-丙氨酸自1993年开始在国内小批量生产，1993-2013年采用的技术主要是酶催化技术，以L-天门冬氨酸为原料，利用L-天门冬氨酸-β-脱羧酶进行催化，脱去L-天门冬氨酸β位上的羧基生成L-丙氨酸。期间，由安徽省应用技术研究所从日本引进该技术，并进行技术改进。从2013年开始，采用发酵法生产L-丙氨酸，主要原料为葡萄糖，旨在替代价格较高的L-天门冬氨酸原料，降低L-丙氨酸的生产成本。目前，国内L-丙氨酸实际生产的企业有三家，安徽华恒生物科技股份有限公司(产能20000t/a)、烟台恒源生物工程股份有限公司(产能2600t/a)和淮北新旗氨基酸有限公司(产能4000t/a)。德国BASF公司年需求量在4000吨以上，主要用于合成日化产品，该公司2014年1-5月份总计进口L-丙氨酸超过2000吨。美国年需求量约为2000吨，主要作为食品添加剂。其它国家和地区年需求量约为2000吨，主要用于医药原料和食品添加剂。国外正在开发环保新材料聚合乳酸，该产品需要L-丙氨酸作为助剂，一旦市场推广应用，将会极大拓展L-丙氨酸的应用市场空间。L-天冬氨酸又称L-天门冬氨酸，是一种酸性氨基酸，其化学名为L(+)-氨基丁二酸，分子式为C4H7NO4，分子量133.1，化学结构式为：L-天冬氨酸生产应用十分广泛，因其具有酸味，可作为酸味调节剂，其具有两个羧基，容易生产稳定的天冬氨酸盐，适用于各种食品的营养强化和风味调节，如天冬氨酸钠是一种鲜味剂，也可以与呈味核苷酸等联用，具有解除人体疲劳的作用。L-天冬氨酸作为主要原料可以合成甜味剂阿斯巴甜，阿斯巴甜作为代替蔗糖的首选甜味剂，欧美国家需求强劲。天冬氨酸能调节脑和神经的代谢功能，其左旋体L-天冬氨酸广泛用做氨解毒剂，肝机能促进剂，疲劳恢复剂等医药用品和各种清凉饮料的添加剂；其外消旋体DL-天冬氨酸(DL-Asp)可用于合成DL-天冬氨酸钾镁盐(脉安定)，可用于治疗心律失常、心动过速、心力衰竭、心肌梗塞、心绞痛、肝炎和肝硬化等疾病。DL-天冬氨酸还可作为合成多肽的原料，其氨基酸的取代衍生物(NMDLA)可以作为治疗神经类疾病和大脑疾病的药物，如天冬氨酸的衍生物N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)能明显增强视神经单元放电单元的兴奋作用，可作为哺乳动物中枢神经系统中重要的兴奋神经递质受体之一。L-天冬氨酸的工业生产始于上世纪七十年代的日本，早期采用传统的微生物发酵法，即以糖类物质为基础原料，通过细胞的新陈代谢来积累，再经过适当的提取精制工艺而制成。由于该工艺生产周期长，副产物多且技术风险大，导致生产成本高。随着生物酶技术的发展，特别是固定化酶技术研究的不断深入，到了八十年代，由于采用酶法生产所需的主要原料富马酸能得以大量廉价生产，据此开发出以固定化酶法进行生产的技术，并且逐步取代了传统的发酵工艺，成为当时主要的生产方法。该工艺设备投入多，技术要求高，使产品的生产成本相对较高。近年来随着市场竞争的日趋激烈，如何有效降低生产成本，提高产品质量成为关键；而固定化酶法由于自身工艺上的限制，决定了其无法进一步降低成本。由于L－天冬氨酸主要用于食品添加剂、合成阿斯巴甜、丙氨酸、聚天冬氨酸方面，而这些产品的市场需求逐年加大，尤其是阿斯巴甜，目前全球有一百多个国家在使用，产量已增至1.8万t/a。随着肥胖和糖尿病的高发，对低热量食品的需求不断加大，阿斯巴甜作为代替蔗糖的首选甜味剂，欧美国家需求强劲。L-天冬氨酸在我国的生产历史不长，规模化生产始于上世纪九十年代中后期，经过十多年的发展，已形成一定的产业规模，合计年生产能力约在8～10万吨左右，但生产规模在5000吨以上的仅有为数不多的几个厂家。近几年由于L-天冬氨酸的应用领域不断扩大，需求大幅度增长，尤其在合成阿斯巴甜和聚天冬氨酸方面，国际国内需求量的增加导致产量也在逐年增加，有较大的潜在市场需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供利用顺酐制备L-天冬氨酸和L-丙氨酸的方法。目前生产L-天冬氨酸的工艺多以富马酸为原料经过酶转化获得L-天冬氨酸，其中富马酸由马来酸经过异构化获得，但异构化过程副产物苹果酸的含量较高，需进行多步分离纯化得到富马酸，利用此种工艺生产L-天冬氨酸较为繁琐。本专利技术旨在提供一种从顺酐一步酶转化法获得L-天冬氨酸，中间不经过富马酸过程，工艺简便，转化率高，产品质量好，同时采用膜分离技术对L-天冬氨酸结晶母液进行净化，去除杂质和无机盐，母液可重复循环套用，废水排放量低，L-天冬氨酸收率高。为了实现本专利技术目的，本专利技术的利用顺酐制备L-天冬氨酸和L-丙氨酸的方法，包括以下步骤：S1、以顺酐为原料，加热进行水合反应得到马来酸溶液；S2、向马来酸溶液中加入马来酸异构酶和L-天冬氨酸酶，在一定pH值下进行酶转化反应，所得酶转化液依次经过微孔过滤、纳滤膜过滤；S3、滤液经浓缩脱氨后，以马来酸溶液作为酸化剂调pH值至L-天冬氨酸等电点2.8，采用连续等电结晶的方式结晶析出L-天冬氨酸，晶浆液经离心、洗涤、干燥后制得L-天冬氨酸晶体。S4、为了进一步制备L-丙氨酸，向细菌发酵产生的pH8.8-9.0的L-天冬氨酸脱羧酶发酵液中加入上述制得的L-天冬氨酸晶体，采用少量多次连续性投料方式，于48-50℃反应60-72h，控制反应体系pH值不低于6.5；反应结束后，离心收集沉淀(湿晶体)，用水洗涤，烘干即得L-丙氨酸成品，产品质量标准达到国家标准。S1具体为：称取一定量顺酐加水于20-80℃(优选60℃)溶解，得到15-80％(优选60％)的马来酸溶液。S2具体步骤如下：S21、将马来酸溶液加入酶反应釜中，调节反应釜温度为30-50℃，用氨水调pH值至7.0-9.0，作为反应底物。S22、按反应底物体积的2％-30％分别加入马来酸异构酶酶液和L-天冬氨酸酶酶液，于30-50℃反应8-18h，然后加热至80-105℃保持30-60min(优选80℃保持30min)，对酶进行灭活，得到酶转化液。其中，所述马来酸异构酶酶液和L-天冬氨酸酶酶液的酶活力分别为120-150U/mL。S23、酶转化液依次经过陶瓷膜微孔过滤及纳滤膜过本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用顺酐制备L‑天冬氨酸和L‑丙氨酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、以顺酐为原料，加热进行水合反应得到马来酸溶液；S2、向马来酸溶液中加入马来酸异构酶和L‑天冬氨酸酶，在一定pH值下进行酶转化反应，所得酶转化液依次经过微孔过滤、纳滤膜过滤；S3、滤液经浓缩脱氨后，以马来酸溶液作为酸化剂调pH值至L‑天冬氨酸等电点2.8，采用连续等电结晶的方式结晶析出L‑天冬氨酸，晶浆液经离心、洗涤、干燥后制得L‑天冬氨酸晶体；S4、向细菌发酵产生的pH8.8‑9.0的L‑天冬氨酸脱羧酶发酵液中加入上述制得的L‑天冬氨酸晶体，采用少量多次连续性投料方式，于48‑50℃反应60‑72h，控制反应体系pH值不低于6.5；反应结束后，离心收集沉淀，用水洗涤，烘干即得L‑丙氨酸成品。

【技术特征摘要】
1.利用顺酐制备L-天冬氨酸和L-丙氨酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、以顺酐为原料，加热进行水合反应得到马来酸溶液；S2、向马来酸溶液中加入马来酸异构酶和L-天冬氨酸酶，在一定pH值下进行酶转化反应，所得酶转化液依次经过微孔过滤、纳滤膜过滤；S3、滤液经浓缩脱氨后，以马来酸溶液作为酸化剂调pH值至L-天冬氨酸等电点2.8，采用连续等电结晶的方式结晶析出L-天冬氨酸，晶浆液经离心、洗涤、干燥后制得L-天冬氨酸晶体；S4、向细菌发酵产生的pH8.8-9.0的L-天冬氨酸脱羧酶发酵液中加入上述制得的L-天冬氨酸晶体，采用少量多次连续性投料方式，于48-50℃反应60-72h，控制反应体系pH值不低于6.5；反应结束后，离心收集沉淀，用水洗涤，烘干即得L-丙氨酸成品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1具体为：称取一定量顺酐加水于20-80℃溶解，得到15-80％的马来酸溶液。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，S2具体步骤如下：S21、将马来酸溶液加入酶反应釜中，调节反应釜温度为30-50℃，用氨水调pH值至7.0-9.0，作为反应底物；S22、按反应底物体积的2％-30％分别加入马来酸异构酶酶液和L-天冬氨酸酶酶液，于30-50℃反应8-18h，然后加热至80-105℃保持30-60min，对酶进行灭活，得到酶转化液；其中，所述马来酸异构酶酶液和L-天冬氨酸酶酶液的酶活力分别为120-150U/mL；S23、酶转化液依次经过陶瓷膜微孔过滤及纳滤膜过滤。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S23中使用0.05-0.2μm孔径的陶瓷膜过滤，进膜压力0.2-0.3MPa，出膜压力0.15-0.2Mpa，运...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，张飞，冯杰，潘声龙，马德金，杨为华，穆晓玲，张雪锋，
申请(专利权)人：安徽丰原发酵技术工程研究有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34