專利名稱：氨基酸的提純方法
技術領域：
本發(fā)明涉及廣泛用作食品添加劑、醫(yī)藥、農藥等的原料的氨基酸的提純方法。更具體而言，本發(fā)明涉及氨基酸的提純方法，所述方法包括用離子交換樹脂對氨基酸的堿金屬鹽進行脫鹽提純處理的步驟；和從其水溶液中除去亞氨基二羧酸的步驟。此外，本發(fā)明涉及包括以下步驟的氨基酸的提純方法在氨基酸為甘氨酸的情況中，僅結晶γ型甘氨酸或α型甘氨酸。
背景技術：
關于對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純的
背景技術：
諸如甘氨酸或丙氨酸等氨基酸的制造方法被稱為Strecker反應，所述方法包括，使氰醇與氨反應，并使對應于所得氨基酸的氨基腈(在甘氨酸的情況中是甘氨腈，在丙氨酸的情況中是氨基丙腈)水解。例如，在特公昭29-8677號公報、特公昭59-28543號公報、特公昭51-24481號公報、特公昭43-29929號公報和特公昭51-40044號公報中披露了所述方法。在Strecker方法中，獲得堿金屬鹽形式的氨基酸。
作為由所得的氨基酸的堿金屬鹽的水溶液制造氨基酸的方法，已經提出了下述方法，其中用硫酸中和氨基酸的堿金屬鹽的水溶液，之后通過結晶方法回收氨基酸。根據結晶法，因為例如在提純甘氨酸的鈉鹽的水溶液時生成的諸如硫酸鈉和氯化鈉等無機鹽的溶解度與甘氨酸非常相似，所以不能通過一級結晶充分回收氨基酸，即甘氨酸。因而，提出了下列各種方法。即，執(zhí)行以下一系列煩雜操作的方法，諸如通過對pH的煩雜調節(jié)來結晶一部分無機鹽、結晶一部分亞氨基二乙酸和結晶甘氨酸等(例如，參考特公昭53-8383號公報、特許第1179351號公報和特開昭52-118421號公報)；和將在高溫結晶一部分硫酸鈉然后在低溫結晶甘氨酸的操作重復多次的方法(例如，參考特公昭57-53775號公報)。然而，所有這些方法的操作都非常煩雜而且生產效率低下，并且其工業(yè)實施很困難。
另一方面，有文獻已經提出了一種方法，該方法用陽離子交換樹脂對氨基酸的堿金屬鹽水溶液中的堿金屬離子進行陽離子交換(脫鹽)，從而得到氨基酸水溶液。在特公昭29-8677號公報、特公昭36-21315號公報和特開2003-221370號公報中披露了使用弱酸性陽離子交換樹脂的方法，在特公平7-68191號公報中披露了使用強酸性陽離子交換樹脂的方法。
通常需要所用的離子交換樹脂對堿金屬和對氨基酸的氨基具有不同的吸附性，即，具有吸附選擇性。因而，為了盡可能避免樹脂吸附氨基酸的氨基，適宜使用弱酸性陽離子交換樹脂。
此外，關于使用離子交換樹脂的離子交換裝置，有文獻提出，通過連續(xù)移動樹脂，從而相對于固定床式來說，減少所用樹脂的絕對量，并改善離子交換效率和再生效率(移動床式連續(xù)離子交換裝置)。例如，有文獻提出了移動床式法，根據所述方法，將用于使溶液流過以供離子交換的塔、再生塔和水洗塔有機連接；使溶液流過，在塔內壓力下使樹脂自動排出，并移動至下一個塔的進料斗中；然后，將相當于因抽取溶液所導致的塔內壓力下降而排出的量的樹脂由上部進料斗導入塔中，并在塔內壓力下，使具有與導入樹脂的量相應的量的樹脂從其他塔逐漸自動地移動至料斗中，從而回到溶液流通的初始狀態(tài)；以及重復該操作以連續(xù)地移動樹脂(參考特公昭38-5104號公報和宮原昭三、大曲隆昭和酒井重男合著的“Practical Ion Exchange”第72頁(1972)(化學工業(yè)社))。
然而，這種使用移動床式連續(xù)離子交換裝置的脫鹽提純僅用于由低濃度離子溶液進行回收。即，仍然沒有利用移動床式連續(xù)離子交換裝置進行高濃度離子溶液的離子交換(例如對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純)的提案。
如上所述，當使用離子交換樹脂對諸如甘氨酸或丙氨酸等氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純時，考慮到由于氨基酸的吸附所導致的產物回收效率的降低，優(yōu)選使用H型弱酸性陽離子交換樹脂。然而，已知弱酸性陽離子交換樹脂會膨脹(或溶脹)。在由H型交換為Na型的情況中，具有磺酸基作為官能團并包含苯乙烯樹脂作為母體的強酸性陽離子交換樹脂通常完全不會膨脹(反而會收縮)。另一方面，例如，已有報導稱，在由H型交換為Na型的情況中，具有羧酸基團作為官能團并包含甲基丙烯酸樹脂作為母體的弱酸性陽離子交換樹脂的溶脹比為90％(體積增加至1.9倍)，包含丙烯酸樹脂作為母體的弱酸性陽離子交換樹脂的溶脹比為50％(體積增加至1.5倍)。當常用的固定床式裝置在工業(yè)上用于離子交換過程時，存在下述缺陷。即，當樹脂的體積急劇膨脹時，溶液發(fā)生偏流，從而導致離子交換反應效率下降，此外，過高的壓力施加于塔的下部，造成樹脂的嚴重損壞。因而，離子交換效率降低，必須頻繁地添加樹脂。此外，交換塔可能因樹脂膨脹所產生的壓力而變形或破裂，因此在交換裝置的設計上，需要考慮強度、溶液的供應和溶液的回收的特殊構造。
因此，使用弱酸性陽離子交換樹脂會造成種種問題，諸如由于樹脂膨脹導致交換效率和水洗效率下降，或者在設計交換塔時須關注內插物和強度，以及因樹脂損耗而必須添加樹脂，等等。在使用固定床式離子交換裝置對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行工業(yè)脫鹽提純時，這些問題是不利的。另外，為了對最終制為固體產品的氨基酸進行提純，必須在盡可能高的濃度下對原料液(被處理液)進行交換處理，并利用所有離子交換基團實施有效的提純。因而，當用固定床式離子交換裝置對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純時，由于在整個交換塔內出現樹脂的膨脹，因而顯著出現由于樹脂膨脹而造成的問題。
此外，在使用固定床式離子交換裝置進行離子交換時，通常當作為產物得到的氨基酸的水溶液中堿金屬的濃度達到給定值(即，在離子交換樹脂的突破點)時，停止溶液的流通。在該情況中，待處理液(原料)作為由樹脂攜帶的溶液(1m3的離子交換樹脂包含0.5m3的空隙水)殘存在離子交換塔中，為回收該溶液，供應純水以進行置換(沖出)和水洗。所述水洗用水包含作為原料回收的有效組分，結果，原料被稀釋。此外，樹脂再生之后，同樣用水洗滌樹脂以除去作為再生劑使用的無機酸和無機酸的堿金屬鹽，然后重新讓溶液流過。在該情況中，與原料的濃度相比，由于H型樹脂中含有空隙水(盡管在將產物氨基酸排出之前可將空隙水棄去)，因此產物氨基酸的水溶液不可避免地被稀釋。氨基酸通常制為固體產品，因而必須將水回收，而且大量的稀釋在工業(yè)上是不利的。
此外，在使用固定床式離子交換裝置進行離子交換處理時，通常采用上述操作，堿金屬鹽不可避免地在一定程度上漏進產物氨基酸的水溶液中。當試圖抑制該泄漏時，在有效利用充填的離子交換樹脂的頂端之前，必須終止交換處理。即，氨基酸的氨基部分地交換并吸附在離子交換樹脂塔的頂端。如果過度實施水洗置換，由于存在稀釋的問題，因此吸附了部分氨基酸的樹脂進入再生步驟，導致損失有用的氨基酸。進而還會由于廢棄物造成環(huán)境負荷增大。為避免該問題，特開2003-221370號公報中提出了在達到突破點之后進一步提供氨基酸的堿金屬鹽的方法，并報道，在再生處理液中氨基酸(甘氨酸)的濃度降低到110ppm/SO4。然而，該方法存在原料的再循環(huán)量增加的問題。此外，仍未解決產物中堿金屬鹽的泄漏問題，產物氨基酸(甘氨酸)中鈉離子的濃度相當于240重量ppm/甘氨酸。
根據制造方法的不同，離子交換樹脂包括由微球凝集形成一個球狀顆粒而作為基質的那些樹脂，和具有三維網絡結構但由于交聯劑的含量而致密并具有高物理強度的基質的那些樹脂。前者具有由微球的凝集而產生的空間容積，因此具有高的擴散速度和離子交換速度，但是樹脂強度很低，而且不可避免地具有由于樹脂膨脹造成的缺陷。后者的樹脂強度比前者稍優(yōu)，因此預計由樹脂膨脹造成的問題較少；但由于基質致密，因此樹脂的離子交換速度很低，并且對堿金屬和氨基酸的氨基的吸附選擇性很小，因而，難以用固定床式離子交換裝置進行產物氨基酸的有效回收。
關于對氨基酸和亞氨基二羧酸進行分離和回收的背景技術在利用Strecker法制造氨基酸時，要求以高純度同時分離并回收作為反應副產物的亞氨基二羧酸和作為產物的氨基酸。
如上所述，在傳統技術中利用結晶法提純氨基酸的嘗試并未成功。
已經有文獻提出結晶并回收作為銅鹽的氨基酸的方法，但所述方法需要煩雜操作以除去銅(例如，參考特開昭59-118747號公報)。根據利用離子交換膜電滲析法的方法，可以獲得高純度氨基酸。然而，氨基酸透過所述膜并進入排出液中，仍沒有開發(fā)出僅使亞氨基二羧酸的多價離子有選擇地透過的膜，因此，上述方法不能進行工業(yè)應用(例如，參考特開昭51-34114號公報)。
此外，有文獻已經提出了在H型強酸性陽離子交換樹脂上吸附氨基酸之后分離氨基酸的方法(例如，參見特開昭58-210027號公報)。所述方法已在實驗室中實施，但其需要大量的離子交換樹脂以吸附大量的氨基酸，因而很難在工業(yè)上應用。有文獻已經提出使用鹽型強酸性陽離子交換樹脂進行色譜分離的方法(例如，參考特開平2-215746號公報)，但難以在工業(yè)規(guī)模上連續(xù)處理大量溶液，并且需要許多離子交換塔。任何一種傳統技術都未披露能夠以高純度和高產率同時分離并回收氨基酸和亞氨基二乙酸的方法。
此外，有文獻已經提出了下述方法，根據所述方法，使用陽離子交換樹脂對氨基酸鈉鹽水溶液的鈉離子進行陽離子交換(脫鹽)，以獲得包含著色物質的粗甘氨酸的水溶液，隨后用弱堿性陰離子交換樹脂或中堿性離子交換樹脂進行處理(例如，參考特公昭54-1686號公報)。
該文獻沒有披露所得氨基酸(甘氨酸)的純度(不純物的殘存量)，但披露了吸附到離子交換樹脂上的甘氨酸的損失約為0.2％～1.5％。在陰離子交換時，當含有的有機酸(亞氨基二乙酸、乙醇酸、甲酸)的濃度達到給定值，即，給定量的有機酸發(fā)生泄漏的突破點時，通過停止溶液的流通來保持所得氨基酸的純度。在該情況中，由于有機酸吸附的突破點不是陰離子交換樹脂的飽和吸附點，因此在陰離子交換樹脂頂端，有機酸的吸附沒有達到飽和，從而存在沒有經歷交換的離子交換帶。即，在該離子交換帶，除了OH型陰離子以外，氨基酸的陰離子進行離子交換并吸附于陰離子交換樹脂上。
當用堿金屬鹽對該離子交換帶進行再生時，氨基酸中的陰離子進行離子交換并與再生液一同傳送，導致氨基酸的回收損失。此外，回收液包含大量的亞氨基二乙酸，并且亞氨基二乙酸可以制為產品。然而，氨基酸混入產物中成為不純物，因而必須進行復雜操作。
此外，通常塔中樹脂所吸附的亞氨基二乙酸由于使用堿液(氫氧化鈉)進行的色譜分離和再生而游離，因此，得到了鈉鹽形態(tài)的亞氨基二乙酸。因而，在需要酸形態(tài)的產物亞氨基二乙酸的情況中，進一步需要對成本影響極大的提純步驟。
關于對甘氨酸進行提純的背景技術氨基酸，尤其是甘氨酸廣泛用作用于加工食品的食品添加劑、醫(yī)藥和農藥的原料。
所述背景技術涉及甘氨酸的制造方法，更具體來說，涉及根據需要制造所需晶型的甘氨酸的方法。甘氨酸的晶型包括α、β、γ三種形態(tài)(例如，參考“J.Amer.Chem.Soc.”61，1087(1939)和“Proc.Japan Acad.”30，109(1954))。對根據需要提純甘氨酸至所需晶型(α型甘氨酸或γ型甘氨酸)的方法存在需求。
作為對甘氨酸的工業(yè)分離法，通常進行濃縮結晶、冷卻結晶、溶劑結晶等，α型甘氨酸產物已商品化。α型甘氨酸的亮度高并且比γ型甘氨酸的平均粒徑小，因此，考慮到用于食品添加劑的用途等，需要將其商品化。
然而，很顯然該α型甘氨酸在保存時易于以巖石態(tài)牢固地固結，這會在制造、流通保存和使用上造成嚴重問題。這是由于在水的存在下α型甘氨酸向γ型甘氨酸轉變導致的。
在該狀況下，為避免α型甘氨酸的固結問題，已經提出了預先得到作為γ型甘氨酸的甘氨酸的方法。例如，特公平2-9018號公報中披露了通過在甘氨酸的飽和溶液中接種γ晶并在攪拌的同時冷卻所述溶液來制造γ晶甘氨酸的方法。這種方法是關于通過在甘氨酸的飽和溶液中接種γ型甘氨酸來制造γ型甘氨酸的提案。然而，根據在該專利文獻中給出的實施例，披露了所述方法基本是分批式，當冷卻速率是5℃/小時時穩(wěn)定獲得γ型甘氨酸，而當冷卻速率是50℃/小時時制得α型甘氨酸。即，假定根據漸熱速率得到α型甘氨酸與γ型甘氨酸的混合物。在冷卻速率為5℃/小時的緩和冷卻的條件下穩(wěn)定獲得γ型甘氨酸，當所述方法應用于工業(yè)上時，需要大尺寸的結晶槽或多個結晶槽，這是不利的。為選擇地制造僅有α型甘氨酸或γ型甘氨酸中的所需晶型，必須精確控制漸熱速率。此外，該專利文獻沒有記載結晶用水的品質。(下面，“α型甘氨酸”和“γ型甘氨酸”有時僅分別稱為“α型”和“γ型”。)特開平9-67322號公報報道了在急冷的條件下制造γ型甘氨酸的方法，所述方法包括在結晶槽中操作時保持0.1g～2.0g甘氨酸/100g水的過飽和度。然而，該方法也需要對過飽和度進行苛刻控制。在說明書中披露到，如果其偏離了控制范圍，則得到α型和γ型的混合型甘氨酸，作為具有所需晶型的甘氨酸的工業(yè)制造法這是不能令人滿意的。此外，該專利文獻沒有提及結晶用水的品質。
此外，有文獻已經提出了將結晶的α型甘氨酸轉變?yōu)棣眯透拾彼岬姆椒ā?br> 例如，特公平2-9019號公報提出了將與γ型甘氨酸和水共存的晶態(tài)的α型甘氨酸轉變?yōu)棣眯透拾彼?。然而，正如在該專利文獻中提及的，在由α型甘氨酸向γ型甘氨酸轉變的過程中，所述方法存在易于發(fā)生凝集和固結的缺陷，并且在工業(yè)上實施該方法時，需要諸如粉碎等煩雜操作以獲得作為商品化產品的γ型甘氨酸。此外，專利文獻沒有提及結晶用水的品質。
特開平9-3015號公報提出將α型甘氨酸保存在pH為7～14的水溶液中并轉變?yōu)榫B(tài)的γ型甘氨酸。然而，如上所述，在由α型甘氨酸向γ型甘氨酸轉變的過程中存在易于發(fā)生凝集和固結的問題，并且在工業(yè)上實施該方法時，需要諸如粉碎等煩雜操作以獲得作為商品化產品的γ型甘氨酸。此外，該專利文獻提出將堿金屬或堿土金屬的氫氧化物、碳酸鹽或氧化物添加至甘氨酸的水溶液中。然而，添加的目的僅是通過將甘氨酸水溶液的pH調節(jié)為7～14，以使α型甘氨酸轉變?yōu)棣眯透拾彼帷Ｔ谒鰧＠墨I中給出的實施例中，僅使用了氫氧化鈉。

發(fā)明內容
涉及上述“[1]關于對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純的背景技術”的本發(fā)明的第一目的在于，在用弱酸性陽離子交換樹脂對氨基酸的堿金屬鹽進行脫鹽提純時，避免了由于樹脂膨脹所導致的各種問題，同時顯著抑制了產物溶液的稀釋，除此之外，明顯減少了混入再生用無機酸的堿金屬鹽水溶液中的氨基酸的量。另外，本發(fā)明的目的是，即使使用通過常用的固定床方式不能實現氨基酸的有效提純的離子交換樹脂，也能夠實現氨基酸的有效提純。
涉及上述“[2]關于對氨基酸和亞氨基二羧酸進行分離和回收的背景技術”的本發(fā)明的第二目的是提供這樣一種方法，該方法能夠由包含氨基酸和亞氨基二羧酸的水溶液，以高純度和高產率在工業(yè)上分別簡單分離并提純氨基酸和以酸的形態(tài)存在的亞氨基二羧酸。
涉及上述“[3]關于對甘氨酸進行提純的背景技術”的本發(fā)明的第三目的提供提純甘氨酸的簡單方法，所述方法包括在工業(yè)提純甘氨酸晶體時，以所需晶型結晶α型甘氨酸或γ型甘氨酸，而不產生α型和γ型的混合物。
本發(fā)明人已經發(fā)現，可以通過在陽離子交換步驟中使用移動床式連續(xù)離子交換裝置達到第一目的，在所述陽離子交換步驟中，使用包含離子交換樹脂的連續(xù)離子交換裝置對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純處理，以得到粗氨基酸的水溶液(步驟(1))。
此外，本發(fā)明人已經發(fā)現可以按照下述方式實現第二目的。即，在使作為所得粗氨基酸的水溶液中的共存副產物的亞氨基二羧酸吸附在弱堿性陰離子交換樹脂上并從粗氨基酸的水溶液中除去所述亞氨基二羧酸的陰離子交換步驟中，甚至在對亞氨基二羧酸的吸附達到弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍使粗氨基酸的水溶液流過，以進行亞氨基二羧酸的離子交換，從而回收被弱堿性陰離子交換樹脂吸附的氨基酸(步驟(2))。
另外，本發(fā)明人已經發(fā)現，在從經歷了上述步驟(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中僅結晶γ型甘氨酸或僅結晶α型甘氨酸來提純甘氨酸的步驟中，通過使用不包含多價陽離子的水或以至少15微摩爾/升的量包含至少一種多價陽離子的水用作結晶用溶劑可以實現第三目的(步驟(3)或(4))。
本發(fā)明具有下述構成。
一種從氨基酸的堿金屬鹽的水溶液中提純氨基酸的方法，所述方法包括下述步驟(1)陽離子交換步驟，所述步驟包括用陽離子交換樹脂對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純處理，以得到粗氨基酸的水溶液，其中，使用移動床式連續(xù)離子交換裝置進行所述陽離子交換步驟；和(2)陰離子交換步驟，所述步驟包括使作為共存的副產物的亞氨基二羧酸吸附在弱堿性陰離子交換樹脂上，以從所得的粗氨基酸的水溶液中除去所述亞氨基二羧酸，其中，甚至在對所述亞氨基二羧酸的吸附達到所述弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍使所述粗氨基酸的水溶液流過，以便與所述亞氨基二羧酸進行陰離子交換，由此回收被所述弱堿性陰離子交換樹脂吸附的氨基酸。
如[1]中所述的方法，其中所述步驟(2)包括從所述包含亞氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液中回收氨基酸的下述一系列步驟a)使所述包含亞氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，從而使副產物亞氨基二羧酸進行離子交換，由此制得氨基酸的水溶液；b)甚至在對所述亞氨基二羧酸的吸附達到所述弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍連續(xù)地使所述包含亞氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液與所述弱堿性陰離子交換樹脂接觸，由此使被所述弱堿性陰離子交換樹脂截留的所述氨基酸與亞氨基二羧酸進行離子交換，從而回收所述氨基酸；c)將殘留在所述弱堿性陰離子交換樹脂中的包含氨基酸的水溶液用水沖出并洗滌；d)使水從所述弱堿性陰離子交換樹脂的底部流過以進行回洗；e)通過使堿金屬氫氧化物的水溶液與所述弱堿性陰離子交換樹脂接觸而再生所述弱堿性陰離子交換樹脂；和
f)將殘留在所述弱堿性陰離子交換樹脂中的包含亞氨基二羧酸的堿金屬鹽的水溶液用水沖出并洗滌。
如[1]或[2]中所述的方法，其中所述氨基酸包括選自由甘氨酸、丙氨酸和蛋氨酸組成的組中的至少一種氨基酸。
如[1]或[2]中所述的方法，其中在所述步驟(1)中使用的所述陽離子交換樹脂是弱酸性陽離子交換樹脂。
如[1]或[2]中所述的方法，其中在所述步驟(1)中使用的所述移動床式連續(xù)離子交換裝置包括至少下列三個塔1，實施離子交換反應的交換塔；2，置換由所述離子交換樹脂攜帶的溶液的置換塔；和3，用供應的無機酸的水溶液將所述與堿金屬離子交換的樹脂再生為H型樹脂的再生塔。
如[1]或[2]中所述的方法，其中所述亞氨基二羧酸包含選自由亞氨基二乙酸、亞氨基二丙酸和亞氨基二-4-甲硫基丁酸組成的組中的至少一種酸。
如[3]中所述的方法，其中所述氨基酸包含甘氨酸。
如[7]中所述的方法，其中所述氨基酸與亞氨基二羧酸的組合是甘氨酸與亞氨基二乙酸的組合，并且所述粗氨基酸的水溶液除了包含作為副產物的亞氨基二乙酸之外，還包含乙醇酸和/或甲酸。
如[7]或[8]中所述的方法，所述方法還包括下列步驟(3)通過從經歷了所述步驟(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中僅結晶γ型甘氨酸來提純甘氨酸，其中，采用不包含多價陽離子的水作為結晶用溶劑。
如[7]或[8]中所述的方法，所述方法還包括下列步驟(4)通過從經歷了所述步驟(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中僅結晶α型甘氨酸來提純甘氨酸，其中，采用以至少15微摩爾/升的量包含至少一種多價陽離子的水作為結晶用溶劑。


圖1顯示了在工業(yè)上實施本發(fā)明的步驟(1)時的交換塔的結構的一個例子。
圖2顯示了在工業(yè)上實施本發(fā)明的步驟(1)時的工藝流程的一個例子。
圖3顯示了模擬在實施例1和實施例2中使用的移動床式連續(xù)離子交換裝置的試驗裝置。
圖4顯示了在溶液流經突破點后使氫氧化鈉流過造成的亞氨基二乙酸的色譜分離中的各成分的重量百分比的變化。
圖5顯示了實施例4中得到的晶體根據X-射線衍射的測定結果。
圖6顯示了實施例5中得到的晶體根據X-射線衍射的測定結果。
圖7顯示了比較例5中得到的晶體根據X-射線衍射的測定結果。
圖8顯示了實施例7中使用的結晶裝置。
圖9顯示了實施例7中得到的晶體根據X-射線衍射的測定結果。
圖10顯示了實施例8中得到的晶體根據X-射線衍射的測定結果。
具體實施例方式
首先，將對關于上述步驟(1)的具體實施方式
進行說明。
步驟(1)是使用“移動床式連續(xù)離子交換方法(裝置)”對氨基酸(典型為甘氨酸)的堿金屬鹽進行脫鹽的方法。該脫鹽的一個例子可由下式表示。
(脫鹽提純)甘氨酸的鈉鹽 甘氨酸(樹脂再生)用于上述交換反應的離子交換樹脂在由交換塔經各塔移動的同時經歷液置換(原料的回收)、再生(用硫酸處理以恢復為H型)和再度液置換(防止由于空隙水導致氨基酸被稀釋)，并返回至交換塔。
在步驟(1)中使用的離子交換裝置優(yōu)選是特公昭38-5104號公報中披露的裝置，即，移動床式連續(xù)離子交換裝置，其特征在于，將用于溶液流過以供離子交換的塔、再生塔和水洗塔有機連接；使溶液流過，在塔的內壓力下使樹脂自動排出，并移動至下一個塔的進料斗中；然后，將與由于抽取溶液所導致的塔的內壓力下降而排出的樹脂的量相應的量的樹脂由上進料斗導入塔中；在塔的內壓力下，使具有與導入樹脂的量相應的量的樹脂從其他塔逐漸自動地移動至料斗中，從而回到溶液流通的初始狀態(tài)；重復該操作以連續(xù)地移動樹脂。
步驟(1)中的離子交換裝置中的塔的優(yōu)選結構包括至少三個塔進行離子交換反應的交換(吸附)塔；將由離子交換樹脂攜帶的溶液置換的置換塔；和通過提供無機酸的水溶液將與堿金屬離子進行交換的樹脂再生為H型的再生塔。作為優(yōu)選例，如圖2中所示，使用包括下述塔的離子交換裝置進行離子交換反應的交換(吸附)塔1；第二置換塔4，其中用水置換由經歷交換的離子交換樹脂攜帶的溶液并回收處理液(原料)；再生塔3，其中通過提供無機酸的水溶液，將與堿金屬離子交換的樹脂再生為H型，并用水置換由再生樹脂攜帶的溶液；以及第一置換塔2，其中用氨基酸的水溶液(粗氨基酸的水溶液，該水溶液是步驟(1)中作為產物的溶液，并在步驟(1)后經歷步驟(2))置換由再生的H型離子交換樹脂攜帶的溶液，以抑制產物溶液的稀釋。在圖2中，在再生塔中，在塔中段供應再生劑并在塔下段供應純水，在一個塔中進行離子交換樹脂的再生和再生樹脂的液置換，但無疑可以采用包含再生塔和置換塔的兩個塔。類似地，可以將交換塔與第二置換塔組合成一個塔。此外，如果允許稀釋氨基酸水溶液，則可以省略第一置換塔。
下面將參考附圖對工業(yè)上實施步驟(1)的一個例子進行詳細說明。該說明書中的術語“移動床式”是指離子交換裝置的一種類型，其中在槽內樹脂以床層的形式存在并在維持其形式的同時使樹脂移動。使經供液泵5由原料入口6導入交換塔1的原料液在交換塔內升高的同時，與塔內以床層形式存在的離子交換樹脂10接觸并進行離子交換反應，之后將處理液(氨基酸水溶液)經過濾器11由處理液出口7排出。
在該情況中，通過由泵送入的原料液使塔的內部保持在一定的加壓狀態(tài)。在內壓力下用于離子交換的樹脂與塔內的溶液一起自動地由位于塔底部的樹脂出口9送至位于第二置換塔頂部的進料斗19中。在該操作持續(xù)適宜的時間后，利用循環(huán)定時器的動作關閉用于提供溶液的電磁閥15。與此同時，打開用于抽取溶液的電磁閥16，從而利用內壓力和壓頭經過濾器12由溶液抽取口8自動排出塔內的部分溶液。因此，當塔內的液壓降低時，停止將樹脂壓送至第二置換塔，此外，將經歷再生和液置換(在第一置換塔中已經用氨基酸的水溶液置換由樹脂攜帶的溶液)并存貯在位于塔頂部的料斗13中的樹脂17經諸如球閥或蝶形閥等止回閥18利用壓頭差導入交換塔內部。
經過適宜的時間后，再次利用循環(huán)定時器的動作關閉用于抽取溶液的電磁閥16。與此同時，打開用于提供溶液的電磁閥15以使溶液開始流過，因此，塔內壓力增大以關閉止回閥。結果，樹脂停止由料斗導入，在壓力下塔下部的樹脂再次逐漸進入第二置換塔。類似地，經歷再生和置換并且具有與由料斗導入交換塔中的樹脂的量相當的量的樹脂自動地逐漸由第一置換塔的下部樹脂出口24排出并進入交換塔。在料斗的上部設置僅允許溶液通過的過濾器14。當在壓力下由第一置換塔進入交換塔料斗中的樹脂填滿料斗直至料斗上部的過濾器時，不再導入樹脂，因此，由于內壓力的平衡而自動停止導入。
與上述相同的關系可以應用于樹脂由交換塔向第二置換塔的轉移、由第二置換塔向再生塔的轉移和由再生塔向第一置換塔的轉移。樹脂和溶液在各塔中的轉移以與上述交換塔中完全相同的機制進行。塔的尺寸根據諸如再生效率、置換效率和交換速度等各塔的固有條件適宜地設定。根據該樹脂轉移方法，樹脂僅通過壓頭或液壓轉移而不使用機械轉移裝置，因此基本上不會造成樹脂的損耗。
當在步驟(1)中使用如上所述的移動床式連續(xù)離子交換裝置時，理論上僅有樹脂能夠向下移動而溶液不會移動，因此溶液的置換效率極高。
將經歷再生處理的包含水作為空隙液的H型樹脂由塔頂部的料斗導入步驟(1)中的離子交換裝置的第一置換塔中。另一方面，由塔的底部供應氨基酸水溶液，樹脂層中的空隙液用氨基酸水溶液置換。因而，能夠抑制由于再生樹脂的空隙液(水)被導入交換塔中而導致的氨基酸水溶液的稀釋。實質上，在塔的下部經氨基酸的氨基使氨基酸吸附在H型樹脂上。因而，在由塔底部轉移至交換塔的樹脂層的空隙液中含有的氨基酸與樹脂所吸附的氨基酸的總濃度(在交換塔中被吸附的氨基酸與堿金屬離子進行交換并脫離)絕不會被稀釋至小于供應至第一置換塔的氨基酸的水溶液的濃度。
在包含氨基酸的堿金屬鹽的原料水溶液作為空隙液的狀態(tài)下，將經歷交換反應的堿金屬離子交換樹脂由塔頂部的料斗導入步驟(1)中的離子交換裝置的第二置換塔中。堿金屬離子交換樹脂在包含水作為空隙液的狀態(tài)下由塔的底部轉移至再生塔。理論上，當供應與由料斗導入的樹脂所攜帶的溶液的量相當的量的純水時，可以僅通過轉移樹脂而不轉移溶液來對樹脂層的空隙液進行置換。為進一步減小在置換塔的出口處堿金屬離子交換樹脂的空隙液中的氨基酸的堿金屬鹽的濃度，可以過剩供應一定量的置換用水。具體地說，置換用水是樹脂循環(huán)量的0.1倍～0.5倍(優(yōu)選0.15倍～0.25倍)。結果，由于在樹脂的再生處理過程中導致的氨基酸漏入無機酸的堿金屬鹽的水溶液中的量顯著減少，因此能夠減少有用的氨基酸的損失，此外，能夠減輕環(huán)境負荷。
將包含氨基酸的水溶液作為空隙液并且由第一置換塔轉移的H型樹脂由料斗導入步驟(1)中的離子交換裝置的交換塔(吸附塔)中。由塔的底部供應氨基酸的堿金屬鹽的水溶液，并在塔中進行離子交換反應。由塔的頂部回收脫鹽的氨基酸的水溶液，在包含原料氨基酸的堿金屬鹽的水溶液作為空隙液的狀態(tài)下，將用于離子交換反應的離子交換樹脂由塔的底部轉移至第二置換塔。為完成離子交換反應(完成脫鹽提純)，設定離子交換樹脂的循環(huán)量，以使單位時間的離子交換樹脂的總交換容量至少等于單位時間供應至該過程的堿金屬陽離子的量。
考慮到氨基酸的結晶、離子交換反應中產生的熱量(中和反應熱)、對樹脂轉移的不利作用和離子交換樹脂的耐熱性，供應至交換塔的氨基酸的堿金屬鹽的水溶液的濃度不能過高。另一方面，如果濃度過低，氨基酸商品化的過程的負荷變大。因而，按堿金屬離子的濃度計，濃度通常為0.5eq/L～3eq/L，優(yōu)選1.0eq/L～2.5eq/L，更優(yōu)選1.5eq/L～2eq/L。
步驟(1)中氨基酸的堿金屬鹽的脫鹽提純處理包括下述操作將氨基酸的堿金屬鹽的水溶液供應至交換塔，在塔中進行離子交換反應和由塔的頂部回收氨基酸的水溶液(作為步驟(1)中的產物的粗氨基酸的水溶液)。為提高下一步驟中副產物有機酸與產物氨基酸之間的分離效率，即，增大產物氨基酸的純度，除去(提純)產物中的堿金屬至單位產物氨基酸的堿金屬的重量濃度為小于或等于200重量ppm，優(yōu)選小于或等于100重量ppm，更優(yōu)選小于或等于50重量ppm。
作為用作步驟(1)中離子交換樹脂的再生劑的無機酸，可以使用硫酸、鹽酸或硝酸。將氯離子混入產物氨基酸中是不優(yōu)選的，硝酸會導致由于加熱而產生氧氣的問題；因而優(yōu)選硫酸。
將堿金屬離子交換樹脂導入步驟(1)中的離子交換裝置的再生塔中，所述堿金屬離子交換樹脂已經用于離子交換反應，在第二置換塔中已回收原料氨基酸的堿金屬鹽的水溶液，并且在第二置換塔中空隙液已由純水置換。將作為再生劑的無機酸的水溶液由中部供應以進行離子交換樹脂的再生，純水由塔的底部供應，從而進行再生的H型樹脂的空隙液與純水的置換。因而，再生的H型樹脂在包含水作為空隙液的狀態(tài)下由塔的底部轉移至第一置換塔，并從塔的頂部回收無機酸的堿金屬鹽的水溶液。在該情況中，如上所述，在回收的無機酸的堿金屬鹽的水溶液中氨基酸的濃度極低。
在步驟(1)中使用的離子交換樹脂優(yōu)選對堿金屬和氨基酸的氨基的吸附具有選擇性。此外，為盡可能避免吸附在樹脂上，優(yōu)選使用弱酸性陽離子交換樹脂。這里，關于弱酸性陽離子交換樹脂，在由H型交換為Na型的過程中，通常具有羧基作為官能團并且包含甲基丙烯酸樹脂作為母體的弱酸性陽離子交換樹脂的溶脹比為90％(體積增加至1.9倍)，包含丙烯酸樹脂作為母體的弱酸性陽離子交換樹脂的溶脹比為50％(體積增加至1.5倍)。如上所述，當在工業(yè)上利用固定床式裝置時，存在下述缺陷。即，當樹脂的體積急劇膨脹時，溶液發(fā)生偏流，從而導致離子交換反應效率和溶液置換效率下降，此外，過高的壓力施加于塔下部的樹脂，造成樹脂的嚴重損壞。此外，假定充填在樹脂塔中的全部樹脂得到有效利用。那么樹脂會在樹脂塔的整個區(qū)域內發(fā)生膨脹。然而，在步驟(1)中，因為在連續(xù)轉移離子交換樹脂的同時進行離子交換反應，因而在交換塔中實際發(fā)生了交換反應的樹脂層僅有部分(在許多情況中為10％～20％)顯示了膨脹行為。因而，不可能發(fā)生諸如由樹脂的膨脹引起的交換效率的降低和由壓力損失導致的樹脂破裂等問題。
在步驟(1)中使用的弱酸性陽離子交換樹脂的例子包括由Organ Co.，Ltd制造的AMBERLITE IRC-76(商標)、由三菱化學(株)制造的DIAIONWK10、WK20(商標)和由Bayer AG制造的REBATID CNP80和REBATIDCNP-C(商標)等。也可以使用諸如由Bayer AG制造的REBATID TP207和TP208(商標)等螯合樹脂。
在步驟(1)中使用的離子交換樹脂是具有能夠耐受移動床式連續(xù)裝置中樹脂轉移的強度的離子交換樹脂。具體地，優(yōu)選在Na型中具有至少200g/顆粒的壓碎強度的弱酸性陽離子交換樹脂。壓碎強度通常與樹脂的粒徑有關。因而，在該說明書中的樹脂的壓碎強度是粒徑為600μm的Na交換型樹脂的壓碎強度，和用流變儀以2厘米/分鐘的速度測定的單個顆粒的擠壓破壞強度。如上測定，弱酸性陽離子交換樹脂的壓碎強度優(yōu)選大于或等于300g/顆粒，更優(yōu)選大于或等于500g/顆粒。
根據制造方法的不同，離子交換樹脂通常包括由微球凝集形成一個球狀顆粒而作為基質的那些樹脂，和具有三維網絡結構但由于交聯劑的含量而具有致密和高物理強度的基質的那些樹脂。前者具有由微球的凝集而產生的空間容積，因此具有高的擴散速度和離子交換速度，但是樹脂強度很低。因而，在用固定床式裝置實施離子交換反應時，不可避免的出現上述由于樹脂膨脹造成的問題。另一方面，后者的樹脂強度比前者稍優(yōu)，因此預期由樹脂膨脹造成的問題較少，但由于基質致密，因此樹脂的離子交換速度很低，并且由于對堿金屬和氨基酸的氨基的吸附選擇性很小，所以難以用固定床方式有效回收產物，從而不適用。然而，根據本發(fā)明的方法，在轉移樹脂的同時進行離子交換反應，因此，能夠將再生樹脂連續(xù)地導入交換塔中。因而，如果可以確保具有適宜長度的塔，就不會出現離子交換反應效率的問題。因而，能夠有效地使用具有優(yōu)異強度的樹脂，而且可以進一步抑制樹脂的破裂。這些事實在工業(yè)實施本發(fā)明時非常有利。
在步驟(1)中使用的氨基酸的堿金屬鹽的水溶液優(yōu)選通過諸如Strecker法等化學合成法獲得。也可以使用一種水溶液，所述水溶液是通過微生物的酶反應和/或由微生物提純的酶與固定化酶的反應得到的反應混合物，并且包含氨基酸的堿金屬鹽。在本發(fā)明中通過分離而制造的氨基酸是這樣一種化合物，該化合物對在下述步驟(2)中使用的具有氨基的弱堿性陰離子交換樹脂與氨基酸和副產物亞氨基二羧酸之間具有不同的相對親和性，并且對氨基酸和亞氨基二羧酸的羧基的吸附能力和在置換時的游離能力不同。作為氨基酸的例子，可以提及的有甘氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、絲氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸，其中優(yōu)選甘氨酸、丙氨酸和蛋氨酸。
作為在步驟(1)中使用的氨基酸的堿金屬鹽，優(yōu)選甘氨酸和丙氨酸的堿金屬鹽。尤其優(yōu)選甘氨酸的鈉鹽。在氨基酸的堿金屬鹽的水溶液中堿金屬與羧基的摩爾比通常為1/1～1.2/1。在以諸如Strecker法合成諸如甘氨酸等氨基酸時，已知生成亞氨基二乙酸、乙醇酸、甲酸等作為副產物?？梢允褂藐庪x子交換樹脂通過連續(xù)處理而吸附這些有機酸并將其除去(步驟(2))。
下面，將對關于步驟(2)的具體實施方式
進行說明。
步驟(2)涉及陰離子交換步驟，所述陰離子交換步驟包括使作為步驟(1)所得的粗氨基酸的水溶液中的共存的副產物的亞氨基二羧酸吸附在弱堿性陰離子交換樹脂上，以除去所述亞氨基二羧酸，所述步驟(2)的特征在于，甚至在對所述亞氨基二羧酸的吸附達到所述弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍使所述粗氨基酸的水溶液流過，以便與所述亞氨基二羧酸進行陰離子交換，由此回收被所述弱堿性陰離子交換樹脂吸附的氨基酸。
步驟(2)通常包括下述一系列步驟。即，所述步驟包括a)使包含亞氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，從而使副產物亞氨基二羧酸進行離子交換，由此制得氨基酸的水溶液；b)甚至在對亞氨基二羧酸的吸附達到所述弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍連續(xù)地使包含亞氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，由此使被弱堿性陰離子交換樹脂截留的氨基酸與亞氨基二羧酸進行離子交換，從而回收所述氨基酸；c)將殘留在弱堿性陰離子交換樹脂中的包含氨基酸的水溶液用水沖出并洗滌；d)使水從弱堿性陰離子交換樹脂的底部流過以進行回洗；e)使酸性比亞氨基二羧酸更強的有機酸的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，從而進行與被弱堿性陰離子交換樹脂截留的亞氨基二羧酸的離子交換，并利用色譜法分離亞氨基二羧酸，由此制得亞氨基二羧酸的水溶液；f)通過使堿金屬氫氧化物的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸而再生弱堿性陰離子交換樹脂；和g)將殘留在弱堿性陰離子交換樹脂中的包含亞氨基二羧酸的堿金屬鹽的水溶液用水沖出并洗滌。
在步驟(2)中分離的亞氨基二羧酸包括亞氨基二乙酸、亞氨基二丙酸、亞氨基二-4-甲硫基丁酸等。
步驟(2)包括下述一系列步驟作為特定實施方式。即，所述步驟包括a)使包含亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸作為副產物的粗甘氨酸的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，從而使副產物亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸進行離子交換，由此制得甘氨酸的水溶液；b)甚至在對亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的吸附達到所述弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍連續(xù)地使包含亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的粗甘氨酸的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，由此使被弱堿性陰離子交換樹脂截留的甘氨酸與亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸進行離子交換，從而回收所述甘氨酸；c)將殘留在弱堿性陰離子交換樹脂中的包含甘氨酸的水溶液用水沖出并洗滌；d)使水從弱堿性陰離子交換樹脂的底部流過以進行回洗；e)使酸性比亞氨基二乙酸更強的有機酸的水溶液(例如，甲酸或乙醇酸的水溶液)與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，從而進行與被弱堿性陰離子交換樹脂截留的亞氨基二乙酸的離子交換，并利用色譜法分離亞氨基二乙酸，由此制得亞氨基二乙酸的水溶液；f)通過使堿金屬氫氧化物的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸而再生弱堿性陰離子交換樹脂；和g)將殘留在弱堿性陰離子交換樹脂中的包含亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的堿金屬鹽的水溶液用水沖出并洗滌。
為方便起見，下面將僅在包含亞氨基二乙酸(作為亞氨基二羧酸的典型例)、乙醇酸和甲酸作為副產物的情況中對步驟(2)進行討論。當然，步驟(2)的內容應當由所附權利要求1的內容廣義地限定，而不限于僅包含這些化合物的情況。
在步驟(2)中使用的弱堿性陰離子交換樹脂通常優(yōu)選這樣一種弱堿性陰離子交換樹脂在分子中具有包含一級、二級或三級氨基的官能團，并且對甘氨酸的離子交換選擇系數比對乙醇酸、甲酸和亞氨基二乙酸的離子交換選擇系數更小，從而有選擇地將甘氨酸與乙醇酸、甲酸和亞氨基二乙酸的羧基離子分離。弱堿性陰離子交換樹脂的例子是由Organo Co.，Ltd.制造的AMBERLITE IRA-96SB、IRA-67、XE583、XT6050RF(商標)；由三菱化學(株)制造的DIAION WA21、WA30(商標)；由Bayer AG制造的REBATID MP-62、MP-64、VPOC-1065(商標)；由Purolite Co.，Ltd.制造的PUROLITE A-100、A-103S、A-830、A-845(商標)；和由DowChemical Corp.制造的DOWEX 66、MWA-1、WGR、WGR-2(商標)等。離子交換基是OH型。優(yōu)選具有包含二級氨基的官能團并具有苯乙烯樹脂母體的弱堿性陰離子交換樹脂。其中，令人驚訝的是，AMBERLITEIRA-96SB的甘氨酸回收效率最高。
在包含亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸作為副產物的粗甘氨酸的水溶液中，在甘氨酸基團的重量小于或等于33重量％的條件下實施用弱堿性陰離子交換樹脂進行的處理。甘氨酸基團的重量百分比可以小于或等于操作溫度下的飽和濃度。為獲得超過33重量％的濃度，陰離子交換樹脂必須保持在大于或等于70℃，而從弱堿性陰離子交換樹脂的耐熱性考慮這是不優(yōu)選的。在這些樹脂首次使用的情況中，必須充分進行樹脂的預處理和水洗，從而抑制來自樹脂的不純物混入甘氨酸中。使用的樹脂量隨將被除去的不純物的種類和數量發(fā)生變化。在用弱堿性陰離子交換樹脂進行副產物有機酸離子的離子交換時，相對于1kg待處理的甘氨酸，樹脂的量通常為1000ml～5000ml。優(yōu)選1000ml～3000ml。
在步驟(2)中，用于被離子交換樹脂吸附的亞氨基二乙酸的色譜分離的洗提液優(yōu)選是比亞氨基二乙酸的酸性更高的有機酸，洗提液的例子是粗氨基酸中包含的乙醇酸和甲酸。也可以使用其他有機酸，只要它們不會在執(zhí)行該處理時造成問題即可。具體地，在用于從粗甘氨酸的水溶液中分離并回收甘氨酸和亞氨基二乙酸的一系列處理中使用的甲酸或乙醇酸的水溶液的濃度分別為0.5N～3N，優(yōu)選1N～2N。如果濃度過低，則需要大量的洗提用水，并且亞氨基二乙酸的分離圖形變得較寬。如果濃度過高，雖然亞氨基二乙酸的分離圖形變得較窄，但會大量混入作為洗提液的甲酸或乙醇酸。
在步驟(2)中，用于弱堿性陰離子交換樹脂再生的再生劑是堿金屬氫氧化物的水溶液。優(yōu)選作為堿金屬的鈉和鉀的氫氧化物的水溶液。更優(yōu)選氫氧化鈉水溶液。堿金屬的氫氧化物的水溶液的濃度為0.5N～3N，優(yōu)選1N～2N。如果濃度過低，再生劑需要大量的水；如果濃度過高，再生時離子交換樹脂易于損壞。
步驟(2)的特征在于，在步驟(b)中，被弱堿性陰離子交換樹脂截留的甘氨酸與作為副產物的亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸進行離子交換以回收甘氨酸。所述步驟的顯著效果在于，在步驟(e)中通過將被弱堿性陰離子交換樹脂截留的亞氨基二乙酸與甲酸或乙醇酸的水溶液進行色譜分離而制得的亞氨基二乙酸的水溶液中，基本上沒有混入甘氨酸。因而，在一系列處理中，甘氨酸的回收損失非常小，并能夠以高純度和高產率分別制造甘氨酸和以酸形式存在的亞氨基二乙酸。此外，能夠使作為副產物的亞氨基二乙酸、甲酸和乙醇酸飽和吸附在離子交換樹脂的交換基上，因而副產物的除去效率優(yōu)異。當步驟(2)在工業(yè)上實施時，這些特征和效果非常有利。
在步驟(2)中，從包含作為副產物的亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的粗甘氨酸的水溶液中分離并回收甘氨酸的一系列處理可以是使用一個或獨立的多個離子交換塔的分批式處理。
樹脂的處理溫度通常大于或等于室溫，優(yōu)選20℃～90℃。
處理時間隨待處理液的濃度以及離子交換塔的尺寸變化，在分批式的情況中通常為1小時～6小時，優(yōu)選1小時～4小時。當以連續(xù)式進行處理時，以液時空速(L/L-樹脂/小時)計，樹脂塔的流通速度為1～20，優(yōu)選5～15。
下面，將對步驟(3)和步驟(4)的具體實施方式
進行說明。
步驟(3)和步驟(4)中待處理的對象是經過步驟(1)和(2)的處理后得到的包含甘氨酸的水溶液。并不試圖將在步驟(1)和(2)中使用的氨基酸限制為具體的甘氨酸(盡管甘氨酸很典型)。另一方面，將在這些步驟(3)和步驟(4)中使用的氨基酸限定為甘氨酸。
此外，作為在步驟(3)中使用的甘氨酸，可以使用通過一氯代乙酸的氨基化法、Strecker反應、乙內酰脲法等常規(guī)的已知方法得到的甘氨酸，但是當所需的產物是γ型甘氨酸時，必須使甘氨酸不包含多價陽離子。
在步驟(3)和(4)中，可以通過連續(xù)結晶法和分批式結晶法中的任何一種方法，使甘氨酸由甘氨酸的飽和水溶液中結晶。此外，在步驟(3)和(4)中，在結晶步驟中根據用作結晶用溶劑的水的品質可以任意制得α型甘氨酸和γ型甘氨酸。已知β型甘氨酸不能通過常見的水結晶獲得。
為獲得γ型甘氨酸，采用基本不包含多價陽離子的水作為結晶用溶劑(步驟(3))?；静话鄡r陽離子是指水中多價陽離子的濃度優(yōu)選小于或等于0.2μmol/L。通過在該技術領域中常用的離子交換處理和蒸餾處理易于得到該水。
為獲得α型甘氨酸，將至少15μmol/L的量的至少一種多價陽離子溶解在用作結晶用溶劑的水中(步驟(4))。在該情況中，數種多價陽離子可以作為混合物使用。多價陽離子的量(展示效果的最小必要量)根據結晶條件確定。過量添加多價陽離子會造成其混入產物中，因此用量優(yōu)選15μmol/L～2000μmol/L，更優(yōu)選50μmol/L～1000μmol/L。
對使用的多價陽離子不作具體限定，考慮到甘氨酸的用途，優(yōu)選Ca2+、Mg2+、Fe3+、Zn2+、Al3+等，更優(yōu)選Ca2+和Mg2+。這些陽離子是水的硬度成分，并例如作為碳酸氫鈣包含在一般的自來水中。因而，可以通過使用一般的自來水制造α型甘氨酸。
當α型甘氨酸通過步驟(4)得到時，添加至使用水中的多價陽離子通常作為多價陽離子的鹽溶解。對鹽的種類不作具體限定，只要它具有必要的溶解度即可。鹽的例子有氯化物、氫氧化物、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽等。
據認為，之所以在步驟(3)和(4)中通過使用離子交換水可以制得γ型甘氨酸，是因為在結晶槽內晶核形成時可以得到α型，而在水的存在下α型快速轉變?yōu)闊岱€(wěn)定的γ型甘氨酸。然而，當使用包含極微量的多價陽離子的水時，令人驚訝的是，得到的晶體都是α型甘氨酸。該效果和原因仍不清楚，但是據認為，極微量的多價陽離子對晶體生長和晶體轉變機制施加了一定影響，并且晶核形成占主導。
實施例本發(fā)明將通過下列實施例對各步驟進行說明。應當理解，這些實施例決不限定本發(fā)明，在所附權利要求表述的本發(fā)明的范圍內，可以進行各種修改和變化。
首先，將對關于步驟(1)的實施例1～2和比較例1～2進行說明。
實施例1模擬交換塔的試驗使用模擬移動床式連續(xù)離子交換裝置的內徑26mm的丙烯酸樹脂塔進行離子交換試驗(包括模擬交換塔)。圖3顯示了使用的試驗裝置。閥V1～5是由樹脂制成的氣動型球閥，并能夠通過定時循環(huán)控制來開啟和關閉。將過濾器(由不銹鋼制成的折疊編織的金屬絲網)安裝在配有V-2、3、5的部位以僅使得液體通過。交換塔的高度(從進液口至液體回收口的高度)為2m，計量管的高度(與每1循環(huán)的樹脂的轉移長度相當)是34cm。將預先浸入甘氨酸溶液中的H型弱酸性陽離子交換樹脂(由Bayer AG制造的REBATID CNP-80WS；總交換容量為4.30eq/L-樹脂(目錄值))裝入供樹脂導入的料斗中。之后，打開V-1、4以將離子交換樹脂充填在塔內和計量管中。將具有如表1中所示組成的甘氨酸的鈉鹽的水溶液裝入原料罐和樹脂沖出用溶液的罐中。離子交換試驗的操作如下進行。通過設定循環(huán)定時器來自動切換溶液的流過和溶液的抽取。溶液流過時，打開V-3和V-2，溶液流通泵P-1工作以將甘氨酸的鈉鹽的溶液供應至塔中，并且在進行離子交換反應的同時，由出口V-11回收產物甘氨酸的水溶液。抽取溶液時，使泵停止并關閉V-3、2，同時打開V-1、4、5。因而，在由V-5抽取計量管和塔內的液體時，利用壓頭將塔內的樹脂抽入計量管內，同時將與抽取樹脂的量相當的量的樹脂由料斗添加至塔中。
在進行實際的工業(yè)操作時，在溶液流過的過程中，抽取溶液時落下的樹脂通過塔的內壓力轉移至下一步驟中。然而，在該試驗中，在手動操作使溶液流通時由V-6導入待處理液的同時，用于離子交換后回收在計量管中的樹脂由V-7回收。在該實施例中，從每1循環(huán)流過的原料液的量中減去與來自料斗的樹脂一同導入塔中的甘氨酸溶液的量(50％的樹脂的表觀體積+抽取溶液時由塔中回收的溶液量)得到的量是每1循環(huán)的甘氨酸鈉鹽的處理液的量，執(zhí)行所述操作，以使甘氨酸鈉鹽的處理液的量與每1循環(huán)導入的樹脂的交換容量的比(樹脂的有效使用率)為95％。
上述操作連續(xù)進行100循環(huán)以獲得約40L的產物甘氨酸水溶液。利用液相色譜對每一循環(huán)回收的產物溶液進行分析。此外，用硫酸水溶液對導入的樹脂和回收的樹脂進行再生處理，通過分析再生液確定樹脂的吸附量。表1-1～1-4顯示了上述移動床式連續(xù)離子交換模擬試驗的試驗條件和結果。在該實施例中，每1循環(huán)導入的樹脂的量按H型樹脂/水計為131ml。
在該實施例的試驗過程中，即使使用26mm*2000mm的高L/D(L/D＝77)的交換塔，且離子交換樹脂膨脹至約1.4倍，也不會在樹脂的轉移行為中出現問題。此外，能夠非常有效地實現Na的脫除。此外，沒有發(fā)生由于樹脂膨脹所導致的壓力損失而造成的樹脂破碎和塔的變形。樹脂層中的最高達到溫度為65℃，即，將溫度控制在不會導致樹脂的耐熱性出現問題的溫度。
從該試驗的結果可知，根據本發(fā)明的方法，由于僅在交換塔的一部分發(fā)生離子交換樹脂的膨脹，因此可以完成交換反應，而不會對交換效率產生影響，例如，發(fā)生偏流，結果，可以抑制堿金屬漏進氨基酸的水溶液(步驟(1)中的產物粗氨基酸的水溶液)中，并能夠得到具有很高質量的氨基酸的水溶液。在產物溶液中鈉相對甘氨酸的量為14重量ppm/甘氨酸。
實施例2模擬第二置換塔的試驗使用實施例1中所用的試驗裝置(丙烯酸樹脂塔)進行置換試驗(包括模擬第二置換塔)，所述置換試驗包括模擬移動床式連續(xù)離子交換裝置。置換塔的高度(從進液口至溶液回收口的高度)為3m，計量管的高度(與每1循環(huán)的樹脂的轉移長度相當)是40cm。將實施例1中使用的預先浸漬有甘氨酸的鈉鹽溶液的Na型弱酸性陽離子交換樹脂(由Bayer AG制造的REBATID CNP-80WS)裝入供樹脂導入的料斗中。之后，打開V-1、4以使離子交換樹脂充填在塔內和計量管中。將離子交換水裝入原料罐和樹脂沖出用溶液的罐中。通過與實施例1中相同的方式連續(xù)進行100個循環(huán)來實施置換試驗操作。僅通過供應相對于樹脂循環(huán)量過剩0.26倍的置換水(以對應于該量稀釋原料)而回收的樹脂不吸附甘氨酸，且回收樹脂的空隙液和由樹脂攜帶的溶液中的甘氨酸的濃度為18重量ppm，即，溶液置換進行至所述濃度。表2-1～2-4顯示了在該移動床式連續(xù)離子交換中第二置換塔試驗的試驗條件和結果。在該實施例中，根據溶液平衡確定的原料甘氨酸鈉鹽的水溶液的稀釋率為0.76。
從該實施例的結果可知，根據本發(fā)明的方法，因為僅通過過量供給極少量的水就能夠有效地實現溶液置換，所以能夠回收交換反應后作為Na型樹脂的空隙液的原料甘氨酸的鈉鹽，而不會將其過度稀釋；另一方面，基本上沒有甘氨酸吸附在運送至再生步驟的Na型樹脂上，可以抑制甘氨酸的損失，同時顯著降低在再生步驟中制得的無機酸堿金屬鹽水溶液中的甘氨酸濃度，因此明顯減少處理的環(huán)境負荷。例如，假設以相當于Na的交換量的1.05倍當量的硫酸用作再生劑，則再生液(硫酸鈉水溶液)中的甘氨酸的濃度為110ppm甘氨酸/SO4。
比較例1固定床式離子交換試驗-1使用內徑65mm、高1500mm的透明的氯乙烯樹脂塔(樹脂層的高度825mm)進行固定床式離子交換試驗。將進液口設置在塔的頂部，并使待處理液流經隔膜泵。在塔底部的凸緣處設置過濾器以僅使液體流過。在通過隔膜泵控制由溶液出口流出的流出液的流速的同時，回收該流出液。在塔內充填2750ml H型弱酸性陽離子交換樹脂AMBERLITEIRC76(由Organo Co.，Ltd.制造)。樹脂層的高度為82cm。用與實施例1中相同的方式得到甘氨酸鈉鹽的水溶液(包含Na6.3重量％，甘氨酸16重量％，亞氨基二乙酸1.0重量％)(Na的濃度3.1eq/L)。使該水溶液向下流動以得到甘氨酸的水溶液。原料供給溫度為40℃，通過用抽吸泵控制流速，將流通液按體積計的液時空速(LHSV)調節(jié)為3.0(L/L/小時)。每次試驗中甘氨酸鈉鹽的水溶液的處理量為4155g。即，在該試驗中鈉的處理量相當于充填的離子交換樹脂的總交換容量的1.06倍。在終止甘氨酸鈉鹽的水溶液的流通后，立即變成使純水流過，進而溶液再繼續(xù)流過。在塔的出口處回收產物溶液，每種流分250g。對每一種流分進行分析，回收開始觀察到甘氨酸的流分以及隨后的流分，以此作為產物甘氨酸溶液，該操作連續(xù)進行，直至產物溶液中的Na的濃度達到50ppm。相同的操作進行2次。結果如表3所示(運行1和運行2)。
在該比較例中，溶液流過時樹脂層的高度僅膨脹至880mm。變?yōu)榧兯?，樹脂層進一步膨脹，最終的高度達到1000mm。已經發(fā)現當交換為Na型時，該離子交換樹脂的膨脹率為1.6倍，但在塔中僅為1.2倍。此外，當在試驗中觀察塔底部溶液的回收狀態(tài)時，確認在待處理液流過的末期在塔下部的樹脂層中的液流(樹脂層的潤濕)不均勻。同時，觀察到氣泡混入出口液回收泵的吸入管中。此外，確認在塔的最下部在凸緣焊接部分由氯乙烯樹脂制成的塔變形。
根據該比較例的結果發(fā)現，因為在進行兩次試驗時交換效率沒有再現性，氯乙烯塔膨脹且變形，溶液在下部樹脂層中的流動不均勻，在固定床式離子交換時樹脂不能自由膨脹，過高的壓力施加于樹脂層，導致偏流，從而降低了離子交換效率。
比較例2固定床式離子交換試驗-2除了將REBATID CNP-80WS(由Bayer AG制造)用作樹脂并且樹脂的充填量為2495ml以外，用與比較例1中相同的方式進行試驗。結果列于表3(運行3)。在使用CNP-80WS的情況中，在固定床式離子交換中每一次通過操作的產物甘氨酸的回收率很低，即，約為30重量％。
另一方面，使實施例和比較例中使用的弱酸性陽離子交換樹脂(樹脂粒徑600μm)分別重復Na交換和硫酸再生的循環(huán)，之后，采用不動工業(yè)公司制造的流變儀(NRM2005-J)，以2厘米/分鐘的速度，通過擠壓破壞試驗測定Na型樹脂的壓碎強度。結果如表4中所示。在使用IRC-76的情況中，經歷100次交換再生循環(huán)的試驗品的樹脂壓碎強度降至約為新品強度的1/2。另一方面，在使用CNP-80WS的情況中，甚至在1200次循環(huán)試驗后產品也沒有顯示出樹脂壓碎強度的變化。
根據該比較例可以認為，REBATID CNP-80WS對由于反復進行交換-再生導致的樹脂強度的劣化具有優(yōu)異的耐受性，但其對于Na陽離子與甘氨酸的氨基的吸附選擇性比IRC-76的低，因此，在固定床式離子交換時難以進行產物的有效回收。另一方面，IRC-76具有優(yōu)異的離子交換性能，但存在樹脂強度的問題，并且存在如在比較例中的固定床式離子交換時由于樹脂膨脹導致的樹脂破裂和效率下降的問題。
表1移動床式連續(xù)離子交換模擬試驗的條件和結果表1-1待處理液的組成

表1-2移動床式連續(xù)離子交換試驗中離子交換樹脂吸附量的分析結果

表1-3 移動床式連續(xù)離子交換試驗中溶液的平衡和試驗條件

表1-4 移動床式連續(xù)離子交換試驗的結果

表2移動床式連續(xù)離子交換中的置換塔的試驗條件和結果表2-1 由導入樹脂攜帶的溶液，回收溶液的組成

表2-2 移動床式連續(xù)離子交換中置換塔模擬試驗中的離子交換樹脂吸附量的分析結果

表2-3 移動床式連續(xù)離子交換中置換塔模擬試驗中的溶液的平衡和試驗條件

表2-4 移動床式連續(xù)置換試驗的結果

表3 固定床式離子交換試驗的結果

表4 弱酸性陽離子交換樹脂的壓碎強度的測定結果Na型樹脂 樹脂粒徑600μm

下面，將對涉及步驟(2)的實施例3和比較例3進行說明。
通過鄰苯二醛柱后法的高速氨基酸分析法對回收液中的甘氨酸和亞氨基二乙酸進行分析。使用島津社制造的Shim-pack Amino-Na柱(6mm×100mm)和島津LC-10A高速氨基酸分析系統，并使用島津社制造的熒光檢測儀進行檢測(以下稱為“OPA分析”)。通過島津的pH緩沖柱后電導率檢測法分析乙醇酸和甲酸。使用包括由島津社制造的Shim-packAmino-Na柱(6mm×100mm)和由島津社制造的泵LC-10AD的島津LC-10A有機酸分析系統，并利用島津社制造的電導率檢測儀CDD-10A進行檢測(以下稱為“有機酸分析”)。
實施例3通過分批式處理使溶液流過模擬在本發(fā)明的步驟(1)中得到的粗氨基酸的水溶液，由試劑制備包含亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸作為副產物的模擬液。甘氨酸的濃度為11.1重量％，副產物的濃度，即亞氨基二乙酸的濃度為1.26重量％，乙醇酸的濃度為658重量ppm，甲酸的濃度為321重量ppm，鈉離子的含量為21重量ppm。使730g所得粗甘氨酸水溶液(pH＝3.6)向下流過充填有100ml由Organo Co.，Ltd制造的OH型弱堿性陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA-96SB(商標)的樹脂塔，以便獲得甘氨酸的水溶液。操作溫度為40℃，流通液的液時空速為4.6(L/L/小時)。根據出口處的處理液的電導率和pH的測定結果對亞氨基二乙酸(有機酸)的離子交換狀況進行實時監(jiān)測，最終通過OPA分析進行確定。當流過650ml水溶液時，觀察到pH＝6.3，確認所述溶液越過弱堿性陰離子交換樹脂的突破點，但仍使該水溶液連續(xù)流過，當最終流過700ml的水溶液時，終止該操作。在試驗后通過進行OPA分析，發(fā)現亞氨基二乙酸的泄漏從流過520ml的水溶液時的時間點開始。根據該事實，發(fā)現180ml粗甘氨酸的水溶液越過突破點。
之后，通過常用的離子交換操作，用水將殘存的粗甘氨酸的水溶液向下沖出。操作溫度為40℃，流通液的液時空速為4.6(L/L/小時)，流通量為100ml。根據出口處處理液的電導率的測定結果確認水置換的狀況。之后，通過常見的離子交換操作，用水以向上流動的方式進行回洗。操作溫度為25℃，流通液的液時空速為4.6(L/L/小時)，流通量為100ml。然后，使1N甲酸水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，從而與被弱堿性陰離子交換樹脂截留的亞氨基二乙酸進行離子交換，使亞氨基二乙酸經歷色譜分離，以回收96ml亞氨基二乙酸的水溶液。操作溫度為40℃，流通液的液時空速為4.6(L/L/小時)，流通量為200ml。之后，通過常用的離子交換操作，用過量的1N氫氧化鈉水溶液對樹脂進行再生。操作溫度為40℃，流通液的液時空速為4.6(L/L/小時)，流通量為150ml。
根據出口處的處理液的電導率和pH的測定結果對離子交換狀況進行實時監(jiān)測。對由此得到的甘氨酸水溶液進行OPA分析，以確認甘氨酸的量為10.8重量％，且作為副產物的亞氨基二乙酸減少至167重量ppm/甘氨酸基團。根據有機酸分析，確認沒有檢測到作為副產物的乙醇酸和甲酸。此外，在所得亞氨基二乙酸的水溶液中亞氨基二乙酸的濃度為4.6重量％，乙醇酸濃度小于1重量ppm。乙醇酸和甲酸的濃度分別為802重量ppm和119重量ppm。甘氨酸的回收損失為0.020重量％。亞氨基二乙酸的回收率為68重量％。
關于在溶液越過突破點后通過使氫氧化鈉流過而進行的亞氨基二乙酸的色譜分離，氫氧化鈉的流過量和各成分的重量比如圖4中所示。
比較例3在包含作為副產物的亞氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的粗甘氨酸的水溶液沒有越過突破點的條件下，采用甲酸水溶液進行亞氨基二乙酸的色譜分離為闡明通過的粗甘氨酸的水溶液越過突破點的效果，除了當粗甘氨酸水溶液的流過量達到520ml時停止溶液的流通，且不進行隨后的溶液越過突破點的通過以外，在與實施例中相同的條件下順序執(zhí)行下述操作用水沖出殘存的甘氨酸水溶液；用水回洗；用1N甲酸水溶液進行色譜分離；和用1N氫氧化鈉水溶液進行再生。作為分析結果，在所得甘氨酸水溶液中的亞氨基二乙酸的離子量為187重量ppm/甘氨酸基團，沒有檢測到甲酸和乙醇酸。然而，在所得的98ml亞氨基二乙酸水溶液中，亞氨基二乙酸的量為4.5重量％，甘氨酸的濃度為3100重量ppm，因此認為有甘氨酸的混入。甘氨酸的回收損失為0.38重量％。
下面，將對關于步驟(3)和(4)的實施例4～8和比較例4～5進行說明。
在步驟(3)或(4)中處理的甘氨酸水溶液是在步驟(1)和(2)中處理的甘氨酸水溶液，但為方便起見，采用市售的甘氨酸α晶(和γ晶)作為甘氨酸的來源。
實施例4連續(xù)結晶試驗(1)完全采用離子交換水作為該實施例中使用的水。對該離子交換水的各成分的分析結果與在實施例8中使用的自來水的分析結果一同如表5中所示。根據對Fe、Ca和Mg的分析值，這些陽離子的總量為0.11μmol/L。
表5結晶中使用的水的分析值

將6.4kg水添加至3.6kg市售甘氨酸α晶中，并將混合物導入由不銹鋼制成的罐中，加熱至90℃，同時晶體溶解，制得36重量％的水溶液。使用玻璃制可拆式燒瓶作為結晶槽，所述玻璃制可拆式燒瓶配有折流板、夾套和直徑為70mm的雙槳葉片，內容積為2升。30℃的溫水經夾套循環(huán)。在470rpm的條件下進行攪拌的同時，將1升水導入結晶槽中。之后，開始用泵以50毫升/分鐘的供給速度將36重量％的原料甘氨酸水溶液供應至結晶槽(即，原料液的滯留時間為20分鐘)?？刂平泭A套循環(huán)的溫水的溫度以使結晶槽的內部溫度保持為40℃。
使與通過真空泵減壓的罐連接的噴管的頂端由結晶槽的上部導入結晶槽，間歇抽取槽中的內容物以使內容積保持為1升。在以每2分鐘一次的條件進行抽取操作的同時，連續(xù)進行結晶操作。將試驗開始后2小時抽取的漿料過濾以得到濾餅。此時，漿料濃度為12重量％，結晶槽中的pH為6.2(39℃)。使所得濾餅在40℃真空干燥2小時以獲得甘氨酸晶體。
使用X射線衍射測定所得甘氨酸晶體，已經發(fā)現100％的晶體是γ型甘氨酸。使用X射線衍射的測定結果如圖5中所示。例如，如在WO01/02075中披露的，已知α型甘氨酸和γ型甘氨酸的X射線衍射圖形為，在α型甘氨酸的情況中，在2θ＝29.8°具有特征峰，在γ型甘氨酸的情況中，在2θ＝25.2°具有特征峰。根據該實施例，已經發(fā)現甚至在滯留時間為20分鐘，即，過飽和度相對很高的條件下，如果使用基本上不包含多價陽離子的水進行結晶，所得晶體是γ型甘氨酸。
實施例5連續(xù)結晶試驗(2)將25mg碳酸鈣溶解在10kg實施例4中使用的離子交換水中。即，Ca的濃度為25μmol/L。除了所述水用于試驗以外，用與實施例4中相同的方式進行結晶試驗。使用X射線衍射測定所得甘氨酸晶體，已經發(fā)現100％的晶體是α型甘氨酸。使用X射線衍射的測定結果如圖6中所示。根據該實施例，已經發(fā)現當使用包含25μmol/L的Ca作為多價陽離子的水進行結晶時，所得晶體是α型甘氨酸。
實施例6連續(xù)結晶試驗(3)將44mg硫酸鋅七水合物溶解在10kg實施例4中使用的離子交換水中。即，Zn的濃度為15μmol/L。除了所述水用于試驗以外，用與實施例4中相同的方式進行結晶試驗。
使用X射線衍射對所得甘氨酸晶體進行的測定顯示，100％的晶體是α型甘氨酸。根據該實施例，已經發(fā)現甚至當使用包含15μmol/L的Zn作為多價陽離子的水進行結晶時，所得晶體是α型甘氨酸。
比較例4連續(xù)結晶試驗(4)將0.5g氯化鈉溶解在10kg實施例4中使用的離子交換水中。即，Na的濃度為855μmol/L。除了所述水用于試驗以外，用與實施例4中相同的方式進行結晶試驗。
使用X射線衍射對所得甘氨酸晶體進行的測定顯示，100％的晶體是γ型甘氨酸。根據該比較例，已經發(fā)現甚至當使用包含855μmol/L的Na作為一價陽離子的水進行結晶時，在使用離子交換水的情況中所得晶體是γ型甘氨酸，諸如Na等一價陽離子不是晶體多晶型現象的控制因素。
比較例5
連續(xù)結晶試驗(5)將10mg碳酸鈣溶解在10kg實施例4中使用的離子交換水中。即，Ca的濃度為10μmol/L。除了所述水用于試驗以外，用與實施例4中相同的方式進行結晶試驗。使用X射線衍射對所得甘氨酸晶體進行的測定顯示，甘氨酸晶體是α型甘氨酸與γ型甘氨酸的混合晶體。使用X射線衍射的測定結果如圖7中所示。根據該比較例，已經發(fā)現當使用以小于15μmol/L的量包含多價陽離子(Ca)的水進行結晶時，不能穩(wěn)定獲得α型甘氨酸。
實施例7在該試驗中完全使用離子交換水(對其成分的分析結果如表5中所示)。使用內容積為50L的結晶槽進行甘氨酸的結晶試驗。結晶槽配有利用減壓蒸發(fā)的緩慢加熱系統、漿料循環(huán)管道、漿料循環(huán)泵、夾套、直徑為240mm的攪拌葉片和攪拌器。所述結晶槽為漿料循環(huán)式，并在漿料循環(huán)管線處設置用于甘氨酸的飽和水溶液(原料)的進料口。
將72kg市售甘氨酸α晶、72g亞氨基二乙酸和128kg離子交換水導入不銹鋼制成的原料罐中，通過加熱至80℃進行溶解以制備36重量％的粗甘氨酸水溶液。另一方面，將40kg甘氨酸α晶和126kg離子交換水裝入溫水罐中，并通過加熱至50℃進行溶解以制備24重量％的甘氨酸水溶液。
將甘氨酸溶液由溫水罐導入結晶槽中，將結晶槽中的攪拌器設定在250rpm，開動循環(huán)泵。漿料的循環(huán)流速為1.5m3/小時。開啟真空泵以逐漸增大結晶槽內的真空度，溶液的溫度降至40℃。使裝置停止，并將3kg市售γ型甘氨酸添加至結晶槽中作為晶種。終止晶種的添加后，重新啟動攪拌器、真空泵和漿料循環(huán)泵。
當結晶槽內的溫度穩(wěn)定時，由原料罐以30升/小時的速度供應保持在80℃的36重量％的粗甘氨酸水溶液。以15分鐘的間隔回收漿料的同時，連續(xù)進行結晶試驗，以在結晶槽內提供恒定液面(30L)。根據原料供給速度，滯留時間為1小時。當經過4小時后，利用離心分離機將回收漿料分成晶體和母液從而得到濾餅。此時，結晶槽內的pH為5.64。所得濾餅在40℃真空干燥2小時以獲得甘氨酸晶體。結晶試驗的裝置如圖8中所示。
使用X射線衍射對甘氨酸晶體進行的測定顯示，100％的晶體是γ型甘氨酸。使用X射線衍射的測定結果如圖9中所示。根據該實施例，已經發(fā)現當使用基本上不包含多價陽離子的水進行結晶時，所得晶體是γ型甘氨酸。
實施例8除了將自來水用作試驗用水(對其成分的分析結果如表5中所示)以外，用與實施例7中相同的方式進行結晶試驗。使用X射線衍射對甘氨酸晶體進行的測定顯示，100％的晶體是α型甘氨酸。使用X射線衍射的測定結果如圖10中所示。根據該實施例，已經發(fā)現當使用包含550μmol/L的Ca和218μmol/L的Mg作為多價陽離子的自來水進行實施例4的結晶試驗時，即使接種了γ晶的晶種，所得晶體也是α型甘氨酸。
工業(yè)實用性本發(fā)明提供了制造或提純廣泛用作食品添加劑、醫(yī)藥、農藥等的原料的諸如甘氨酸等氨基酸的工業(yè)用方法。特別地，本發(fā)明提供的方法是，由通過與堿金屬的水解反應合成的氨基酸堿金屬鹽提純氨基酸，進而以高純度和高產率對作為副產物的亞氨基二羧酸與氨基酸進行簡便的分離和提純。本發(fā)明還提供以高純度簡便地結晶工業(yè)用α型甘氨酸和γ型甘氨酸的方法。
權利要求
1.一種從氨基酸的堿金屬鹽的水溶液中提純氨基酸的方法，所述方法包括下述步驟(1)陽離子交換步驟，所述步驟包括用陽離子交換樹脂對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純處理，以得到粗氨基酸的水溶液，其中，使用移動床式連續(xù)離子交換裝置進行所述陽離子交換步驟；和(2)陰離子交換步驟，所述步驟包括使作為共存的副產物的亞氨基二羧酸吸附在弱堿性陰離子交換樹脂上，以從所得的粗氨基酸的水溶液中除去所述亞氨基二羧酸，其中，甚至在對所述亞氨基二羧酸的吸附達到所述弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍使所述粗氨基酸的水溶液流過，以便與所述亞氨基二羧酸進行陰離子交換，由此回收被所述弱堿性陰離子交換樹脂吸附的氨基酸。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(2)包括從所述包含亞氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液中回收氨基酸的下述一系列步驟a)使所述包含亞氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液與弱堿性陰離子交換樹脂接觸，從而使副產物亞氨基二羧酸進行離子交換，由此制得氨基酸的水溶液；b)甚至在對所述亞氨基二羧酸的吸附達到所述弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍連續(xù)地使所述包含亞氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液與所述弱堿性陰離子交換樹脂接觸，由此使被所述弱堿性陰離子交換樹脂截留的所述氨基酸與亞氨基二羧酸進行離子交換，從而回收所述氨基酸；c)將殘留在所述弱堿性陰離子交換樹脂中的包含氨基酸的水溶液用水沖出并洗滌；d)使水從所述弱堿性陰離子交換樹脂的底部流過以進行回洗；e)通過使堿金屬氫氧化物的水溶液與所述弱堿性陰離子交換樹脂接觸而再生所述弱堿性陰離子交換樹脂；和f)將殘留在所述弱堿性陰離子交換樹脂中的包含亞氨基二羧酸的堿金屬鹽的水溶液用水沖出并洗滌。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，所述氨基酸包括選自由甘氨酸、丙氨酸和蛋氨酸組成的組中的至少一種氨基酸。
4.如權利要求1或2所述的方法，其中，在所述步驟(1)中使用的所述陽離子交換樹脂是弱酸性陽離子交換樹脂。
5.如權利要求1或2所述的方法，其中，在所述步驟(1)中使用的所述移動床式連續(xù)離子交換裝置包括至少下列三個塔1，實施離子交換反應的交換塔；2，置換由所述離子交換樹脂攜帶的溶液的置換塔；和3，用供應的無機酸的水溶液將所述與堿金屬離子交換的樹脂再生為H型樹脂的再生塔。
6.如權利要求1或2所述的方法，其中，所述亞氨基二羧酸包含選自由亞氨基二乙酸、亞氨基二丙酸和亞氨基二-4-甲硫基丁酸組成的組中的至少一種酸。
7.如權利要求3所述的方法，其中，所述氨基酸包含甘氨酸。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述氨基酸與亞氨基二羧酸的組合是甘氨酸與亞氨基二乙酸的組合，并且所述粗氨基酸的水溶液除了包含作為副產物的亞氨基二乙酸之外，還包含乙醇酸和/或甲酸。
9.如權利要求7或8所述的方法，所述方法還包括下列步驟(3)通過從經歷了所述步驟(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中僅結晶γ型甘氨酸來提純甘氨酸，其中，采用不包含多價陽離子的水作為結晶用溶劑。
10.如權利要求7或8所述的方法，所述方法還包括下列步驟(4)通過從經歷了所述步驟(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中僅結晶α型甘氨酸來提純甘氨酸，其中，采用以至少15微摩爾/升的量包含至少一種多價陽離子的水作為結晶用溶劑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種從氨基酸的堿金屬鹽的水溶液中提純氨基酸的方法，所述方法包括下列步驟(1)陽離子交換步驟，其中，用包含陽離子交換樹脂的移動床式連續(xù)離子交換裝置對氨基酸的堿金屬鹽的水溶液進行脫鹽提純處理，以得到粗氨基酸的水溶液；和(2)陰離子交換步驟，其中，用弱堿性陰離子交換樹脂從所得的粗氨基酸的水溶液中吸附除去作為共存的副產物的亞氨基二羧酸，并且甚至在對所述亞氨基二羧酸的吸附達到所述弱堿性陰離子交換樹脂的突破點之后，仍使所述粗氨基酸的水溶液流過。
文檔編號C07C229/16GK1950327SQ200580014618
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月6日 優(yōu)先權日2004年4月7日
發(fā)明者高松義和, 山本實, 佐藤祥成 申請人:旭化成化學株式會社