技术领域
本发明涉及医药中间体L-苯丙氨酸生产的后提取技术，即针对酶法制 备L-苯丙氨酸转化液，利用一系列工艺实现L-苯丙氨酸的高收率、低能耗 的分离提取。
背景技术
L-苯丙氨酸是具有生理活性的芳香族氨基酸，是人和动物不能靠自身 自然合成的氨基酸之一，作为人体代谢过程中必需的八种氨基酸之一；主 要用于：(1)安全使用于任何食品饮料中；用于食品，可添加于焙烤食品中， 强化苯丙氨酸的营养作用；还与糖类发生氨基-羧化反应以改善食品香味， 以及补充人体所需功能性食品氨基酸平衡；是合成二肽甜味剂阿斯巴甜 (Aspartame)的主原料；(2)用于医药，是苯丙氨苄、甲酸溶肉瘤素等氨基 酸类抗癌药物的中间体，也是生产肾上腺素、甲状腺素和黑色素的原料， 是配制氨基酸输液及综合氨基酸制剂的重要成份，用于合成抗病毒药物、 维生素B6等。近年来，由于阿斯巴甜已成为国际市场最为流行的甜味剂 产品，在食品、饮料行业得到了广泛的应用，故成为促进L-苯丙氨酸需求 激增的最大推动力。
L-苯丙氨酸的工业化制备方法主要有发酵法和酶法。酶法生产L-苯丙 氨酸，具有产物浓度高、纯化步骤少、生产能力强优点，为当前L-苯丙氨 酸的主要生产路线。酶法生产L-苯丙氨酸又有肉桂酸酶法和苯丙酮酸酶法 两种，苯丙酮酸酶法在生产工艺、生产成本等方面比肉桂酸酶法有较大优 势，所以被当前国内外研究部门认为是最经济、最有前景的L-苯丙氨酸生 产方法。
在苯丙酮酸酶法转化液中，除了反应底物苯丙酮酸、L-天门冬氨酸以 及反应产物L-苯丙氨酸和丙酮酸等主要成分外，还有微生物细胞及其碎片、 杂蛋白、无机盐和色素等多种成分。因此选择经济合理的L-苯丙氨酸的提 取工艺对提高L-苯丙氨酸的市场竞争力十分重要。已有报道的提取方法主 要有：
1、间歇离子交换提取法：在pH＜3和pH＞10条件下，利用装填阳离 子交换树脂的固定床吸附转化液中的L-苯丙氨酸(3～5g/L)，经碱性和酸性 溶液洗脱、浓缩得到L-苯丙氨酸；
2、钙盐沉淀法：利用钙离子和苯丙氨酸形成不溶性沉淀，在pH8.5～11 之间形成沉淀，苯丙氨酸钙盐经盐酸中和、结晶得到苯丙氨酸；
3、锌盐沉淀法：用氢氧化钠调节溶液pH7～9，再向溶液中加入硫酸锌 固体得到苯丙氨酸锌盐沉淀，经酸中和、结晶得到L-苯丙氨酸；
4、膜技术提取法：利用无机陶瓷膜或有机膜过滤去除转化液中的微生 物细胞及其碎片，然后用超滤膜去除蛋白，经纳滤膜脱色、脱盐和浓缩， 经结晶后得到L-苯丙氨酸。
5、连续离子交换提取工艺：首先将L-苯丙氨酸转化液利用离心过滤 去除微生物细胞及其碎片，然后进入连续离子交换系统进行吸附，吸附至 一定浓度后，用洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液，再经浓缩、结晶和干燥后 得到L-苯丙氨酸。
从操作工艺、提取的效果以及经济性分析，上述的方法均有缺陷。已 经报道过的提取方法中，转化液去除微生物细胞及其碎片，多数采用离心 过滤操作，这种离心效果比较差，过滤损失比较大，需要及时清理滤渣； 间歇离子交换法中，上柱液中的浓度偏低(3～5g/L)，上柱树脂的利用率低 (一般为60～70％)，洗脱剂消耗大，且树脂的活化、再生和清洗需要消 耗大量的酸碱，导致整个提取成本偏高；金属盐沉淀中产生大量的盐和废 水，而且其提取收率和产品的纯度都较低；膜分离技术中由于膜设备价格 较高，且膜的维护费用较高，产品的提取成本过高；连续离子交换提取工 艺中，洗脱液的质量(比如透光率)比较差，洗脱液的浓度比较低；上述 提取方法，一般需要先结晶得到粗品后，再通过精制得到精品，这样浪费 能耗，上述提取方法中，母液中含有大量的杂质，回收利用率低。因此， 发展高收率、低成本的L-苯丙氨酸提取方法促进L-苯丙氨酸的产业化显得 至关重要。
发明内容
发明内容本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可以提高产品的 提取收率和降低提取成本，满足工业化大生产的需要苯丙酮酸酶法生产L- 苯丙氨酸的后提取工艺。
本发明的目的是这样实现的：一种苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后 提取工艺，其特征在于其工艺步骤包括：L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过 滤、模拟移动床离子交换提取和一次性结晶出产品，各工艺步骤具体包括：
步骤一、L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤
①制作预涂层：将助滤剂搅拌混匀后打入板框中，在板框滤布上形成 预涂层，预涂层厚度0.5～8mm，
②L-苯丙氨酸的转化液絮凝：在苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的转化 液中，加入絮凝剂和助滤剂，搅拌，静置，
③将絮凝后的料液通过已形成预涂层板框过滤去除微生物细胞及其碎 片，得过滤液；
步骤二、模拟移动床离子交换提取
①以步骤一的过滤液为离子交换的上柱液；上柱液从进样液入口以1～ 5m3/h速度进入连续离子交换系统中进行吸附，吸附过程中，吸附pH值控 制在1～3，吸附时间为1～5h，
②吸附结束后，用纯水从离子交换系统反洗杂入口进行反洗杂，
③将洗脱剂加热至20～60℃，从洗脱剂入口处，以2～5m3/h进入离子 交换系统进行洗脱，在洗脱pH为2～4时开始收集洗脱液，直至pH为10～ 11时停止收集，得到洗脱液；
步骤三、一次性结晶出产品
将步骤二得到的洗脱液，经过浓缩蒸氨后，先利用活性炭制成滤饼， 进行料液循环过滤，再进行活性炭脱色，脱色温度为30～80℃，pH值为 2.5～6，脱色时间20～80min，过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L-苯丙氨 酸晶体目标产品。
上述洗脱液浓缩蒸氨后其透光率低于10％，料液通过活性炭滤饼循环 过滤后料液透光率达到25～40％，活性炭脱色时，活性炭用量只需0.05～ 0.2％。
本发明苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后提取工艺，所述的工艺步骤 还包括有步骤四、母液的回收：将步骤三提取后得到的母液，再通过步骤 一所述絮凝板框过滤、步骤二所述模拟移动床离子交换提取以及步骤三所 述一次性结晶出目标产品。
使用步骤三方法提取后得到的母液，无机盐等杂质相对而言比较少， 但如将其直接脱色浓缩出来的产品，其产品的纯度、透光率及限量指标等 均不合格，采用本发明中的絮凝板框过滤后，进行离子交换提取，再经过 浓缩、结晶得到的产品，质量较高，符合标准要求。
本发明苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后提取工艺，步骤一所述絮凝 剂采用聚丙烯酰胺、硫酸铝或聚合氯化铝中的一种或数种，其加量为L-苯 丙氨酸的0.8％～1.5％体积百分比。
本发明苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸的后提取工艺，步骤一所述助滤 剂采用珠光砂、硅澡土或珍珠岩中的一种或数种，其加量为絮凝剂的 3％～5％体积百分比。
本发明上述步骤二所述洗脱剂为碱性水溶液，如液碱、氨水等，可以 回收再使用。
本发明上述步骤二所述整个离子交换过程时，离子交换柱的夹套必须 保温在40～90℃。
本发明具有如下的优点：
1、本发明采用的L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤，选择了合适的 絮凝剂、助滤剂，其过滤速度比较快，过滤的效果比较好，过滤液的浊度 在100NTU以下，透光率大于50％，过滤的损失比较小，一般在1％以下， 这样的过滤效果才能够保证一次性结晶的产品符合质量要求。
2、本发明采用的离子交换提取工艺，在对吸附终点、洗脱终点进行了 有效的控制，得到的洗脱液的浓度较高，减少下道工序的浓缩耗用的蒸气， 大大节约能源的消耗；
3、本发明采用的离子交换提取工艺，吸附后进行反洗杂，然后洗脱液 的质量得到明显的提高，其透光率能大于45％；
4、本发明采用的离子交换提取工艺，对洗脱剂及离子交换柱的夹套进 行保温，防止L-苯丙氨酸析出，使得树脂板结而导致吸附能力的下降。
5、洗脱剂回收利用，可以降低成本。
6、一次性结晶为合格的产品，减少了二次结晶所需要消耗的能源。
7、产品脱色时，利用脱色后的废活性炭制成活性炭滤饼，先进行循环 过滤，然后再进行活性炭的脱色实验，这样不仅节约了活性炭的用量，而 且提高了脱色效果。
8、母液的合理使用，不影响产品的质量，使得产品的收率提高。
附图说明
图1为本发明提取工艺过程操作示意图。
具体实施方式
实施例1：
参见图1，图1为本发明提取工艺过程操作示意图。其工艺步骤包括： L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤、模拟移动床离子交换提取、一次性结 晶出产品和母液的回收，各工艺步骤具体包括：
步骤一、L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤
①配制助滤剂和絮凝剂：
在常温条件下配制助滤剂，在5T的反应釜中，加入2.5T水，投入120kg 的助滤剂珠光砂、硅澡土或珍珠岩中的一种或数种，备用。
配制絮凝剂：在30T的反应釜中，加入15T水，升高温度到65℃，投 入280kg的絮凝剂聚丙烯酰胺、硫酸铝或聚合氯化铝中的一种或数种，搅 拌至溶解后，冷却至25℃；备用。
②制作预涂层：将助滤剂搅拌混匀后打入板框形成预涂层，预涂层厚 度3mm；备用。将助滤剂搅拌混匀后打入板框中，在板框滤布上形成预涂 层，预涂层厚度0.5～8mm。
③L-苯丙氨酸的转化液絮凝：在20T的苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸 转化液中，加入上述配制好的絮凝剂2000L和60L的助滤剂，搅拌15min 后，静置45min，
④将絮凝后的料液通过已形成预涂层板框过滤去除微生物细胞及其碎 片，得过滤液，过滤后溶液的浊度80NTU，透光率56％，收率99.0％。
步骤二、模拟移动床离子交换提取
取步骤一中得到的过滤液10m3，L-苯丙氨酸的浓度15g/L，以3m3/h 的进料速度进入离子交换系统，吸附pH值控制在1.8，吸附时间约2.5h后， 用流速为5m3/h的纯水进行反洗杂25min，再将0.5mol/L的洗脱剂液碱， 温度加热至40℃，以2.5m3/h的流速将吸附在树脂上的L-苯丙氨酸洗脱下 来，夹套需要保温80℃，当pH为2.5时开始收集洗脱液的高流，直至收 集至pH为10.8时停止。其洗脱液透光率为54.0％，收率为98.9％。
步骤三、一次性结晶出产品
取上述步骤二中得到的洗脱液9m3，其浓度为32.5g/L，浓缩蒸氨 35min，将料液循环通过利用废活性炭制成滤饼过滤45min后，将料液打入 脱色罐，加入10kg的活性炭，脱色温度为68℃，pH值为5，脱色时间30min， 过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L-苯丙氨酸晶体290.2kg，其收率为99.2％， 纯度为99.6％、透光率99.5％、比旋光度为-34.0°，限量指标均合格。
步骤四、母液的回收
取步骤三提取后得到的母液，加水稀释至浓度为15g/L后，至絮凝板 框过滤，按步骤一要求配制好助滤剂珠光砂，絮凝剂聚丙烯酰胺以及制好 板框预涂层，预涂层厚度3mm；在母液中加入絮凝剂聚丙烯酰胺、助滤剂 珠光砂搅拌后，通过已形成预涂层板框过滤来去除杂质，再将过滤好的溶 液经过离交，浓缩结晶等，产品的纯度为99.0％、透光率99.0％、比旋光 度为-33.6°，限量指标均合格。
实施例2：
在20T的苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸转化液中，加入絮凝剂硫酸铝 1800L，助滤剂硅澡土90L，搅拌25min后，静置30min；通过已形成层板 框过滤来去除微生物细胞及其碎片，得到过滤液，过滤后溶液的浊度 85NTU，透光率54％，收率99.2％。其余同实施例1。
实施例3：
取实施例2中过滤液10m3，L-苯丙氨酸的浓度15g/L，以2m3/h的进 料速度进入离交系统，吸附pH值控制在1.6，吸附时间约3h后，用流速 为4m3/h的纯水进行反洗杂20min，再将0.4mol/L的洗脱剂氨水，温度加 热至35℃，以2m3/h的流速将吸附在树脂上的L-苯丙氨酸洗脱下来，夹套 需要保温75℃，当pH为2时开始收集洗脱液的高流，直至收集至pH为 10.7时停止。其洗脱液透光率为52.0％，收率为99.2％。其余同实施例1。
实施例4：
取实施例1中得到的过滤液10m3，L-苯丙氨酸的浓度15g/L，以4m3/h 的进料速度进入离交系统，吸附pH值控制在2.0，吸附时间约2h后，用 流速为6m3/h的纯水进行反洗杂15min，再将0.3mol/L的洗脱剂，温度加 热至45℃，以3m3/h的流速将吸附在树脂上的L-苯丙氨酸洗脱下来，夹套 需要保温80℃，当pH为3时开始收集洗脱液的高流，直至收集至pH为 10.5时停止。其洗脱液透光率为48.0％，收率为99.0％。
实施例5：
取实施例1步骤二中得到的洗脱液9m3，其浓度为34.0g/L，浓缩蒸氨 40min，将料液循环通过利用废活性炭制成滤饼过滤50min后，将料液打入 脱色罐，加入8.5kg的活性炭，脱色温度为70℃，pH值为4.8，脱色时间 35min，过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L-苯丙氨酸晶体302.5kg，其收率 为98.9％，纯度为99.7％、透光率99.2％、比旋光度为-33.9°，限量指标 均合格。其余同实施例1。
实施例6：
取上述实施例4中得到的洗脱液9m3，其浓度为31.8g/L，浓缩蒸氨 30min，将料液循环通过利用废活性炭制成滤饼过滤40min后，将料液打入 脱色罐，加入9kg的活性炭，脱色温度为65℃，pH值为4.2，脱色时间40min， 过滤、浓缩、结晶、干燥，得到L-苯丙氨酸晶体282.4kg，其收率为98.7％， 纯度为99.4％、透光率99.3％、比旋光度为-34.1°，限量指标均合格。其 余同实施例1。
实施例7：
取上述实施例5、6中得到的母液，加水稀释至浓度为12g/L后，至絮 凝板框过滤，按实施例1要求配制好助滤剂，絮凝剂II以及制好板框预涂 层，预涂层厚度2mm；将母液加入絮凝剂II、助滤剂3％搅拌后，通过已 形成预涂层板框过滤来去除杂质，再将过滤好的溶液经过离交，浓缩结晶 等，产品的纯度为99.1％、透光率98.9％、比旋光度为-33.7°，限量指标 均合格。