本发明提供一种用于自含D，L-蛋氨酸铵盐的溶液分离容积密度(bulk density)＞550g/l的D，L-蛋氨酸的方法。
背景技术：
用于制备D，L-蛋氨酸的方法是已知的，其中D，L-蛋氨酸首先以蛋氨酸铵的形式获得。
根据US20050176115，通过在NH3存在下使用生物催化剂使2-氨基-4-甲基硫代丁腈的水溶液反应以得到D，L-蛋氨酸，从而获得含铵的D，L-蛋氨酸水溶液。然后，通过减压去除氨来沉淀D，L-蛋氨酸。因此所得D，L-蛋氨酸的纯度为99％。所得D，L-蛋氨酸的容积密度未述。
同样地在JP2004-254690中，D，L-蛋氨酸和NH3通过使2-氨基-4-甲基硫代丁腈与生物催化剂反应而形成。蛋氨酸的溶解度通过氨的存在而增加，所述氨促进了生物催化剂的去除。确切的分离条件和D，L-蛋氨酸的产物性质未在JP2004-254690中描述。
DE 60127538描述了一种由蛋氨酸酰胺通过催化皂化反应制备D，L-蛋氨酸的方法。此处，通过汽提从所得蛋氨酸铵溶液中完全去除氨，并且结晶出蛋氨酸，但所得蛋氨酸的容积密度未述。
WO 2008006977中，D，L-蛋氨酸是由蛋氨酸乙内酰脲通过与NH3的皂化而获得，并且D，L-蛋氨酸通过减压蒸发NH3和CO2获得。但未陈述有关产物性质的内容。
WO2007034065也描述了蛋氨酸乙内酰脲的氨皂化。在汽提塔中从蛋氨酸铵溶液中去除氨，随后通过冷却溶液沉淀蛋氨酸。本文中未提及所形成蛋氨酸的产物性质。
DE 10238212描述了一种方法，其中蛋氨酸乙内酰脲在水中在使用或不使用催化剂的情况下高温下皂化。NH3和CO2在结晶所得蛋氨酸之前部分去除。未提及发生结晶的溶液中CO2和氨的残留量，也未提及任何有关所得蛋氨酸容积密度的内容。
WO 2003050071描述了脂肪酸聚乙二醇酯与改性纤维素的水性混合物，所述改性纤维素在自来自蛋氨酸乙内酰脲碱性皂化、使用二氧化碳中和的蛋氨酸钾溶液结晶蛋氨酸中用作助剂。在这些存在大量钾的特定方法中，获得了高达586g/l的容积密度，在一种情况下为620g/l(使用羟乙基纤维素添加剂)。然而，未给出自含D，L-蛋氨酸铵的溶液中结晶D，L-蛋氨酸的细节。
D，L-蛋氨酸的溶解度在NH3的存在下得到增加(参见来自JP2004-254690的溶解度曲线)。
对于用于分离D，L-蛋氨酸的经济方法，相应有利的是尽可能完全地去除氨以最大化可结晶D，L-蛋氨酸的量。为了该目的，氨可通过文献已知的各种方法去除，例如汽提、减压蒸发等。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于自含蛋氨酸铵的溶液分离D，L-蛋氨酸的方法，其中D，L-蛋氨酸以＞550g/l的高容积密度获得。
本研究已显示当由水溶液结晶时，D，L-蛋氨酸通常以＜550g/l的低容积密度获得。不可能仅通过添加结晶添加剂而实现容积密度的显著增加。令人惊讶地，已显示残留量NH3与添加的添加剂组合产生了更高容积密度的D，L-蛋氨酸。
因为在含NH3和蛋氨酸的水溶液中，在一侧的蛋氨酸铵与另一侧的蛋氨酸和氨之间建立了平衡，所以以下为简单起见，仅提及NH4+浓度，无论这是涉及NH4+或NH3。
上述目的以及其它相关但未明确指出的目的通过提供一种用于在包含非离子或阴离子表面活性剂或多种非离子或阴离子表面活性剂的混合物的结晶添加剂的存在下，自含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液和/或悬浮液中结晶D，L-蛋氨酸的方法而实现，所述水溶液和/或悬浮液的Met含量(包含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐形式的总蛋氨酸)为70-180g/kg溶液和/或悬浮液(7-18wt％)，优选90-150g/kg(9-15wt％)，NH4+含量为1-5g/kg溶液和/或悬浮液(0.1-0.5wt％)，优选1.5-3.0g/kg(0.15-0.3wt％)，其中所述溶液和/或悬浮液的温度由温度范围T1＝85-110℃直接或逐步降至温度范围T2＝30-50℃，使得蛋氨酸以固体形式从该溶液和/或悬浮液中沉淀出。
含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液被理解为在此处意指所存在的总蛋氨酸(Met)的大部分溶解，而仅最多5％的少量Met以不溶即悬浮的形式存在。
含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水性悬浮液被理解为在此处意指所存在的总蛋氨酸的显著部分，即＞5％为悬浮的，而剩余部分以溶解形式存在。
相应地，当溶液中蛋氨酸的浓度为90g/kg-150g/kg时，最佳的NH4+浓度，基于蛋氨酸，为至少约5g NH4+/kg Met且不大于约60g NH4+/kg Met。
在该情况下，NH4+浓度可例如根据已知方法使用NH4+-敏感电极测定。在该情况下，通常通过在调至pH 11的样品溶液中测量并与同样调至pH 11的已知浓度的NH4Cl溶液测量结果相比较，来测定NH4+浓度。
所述溶液和/或悬浮液中的蛋氨酸浓度最易于通过HPLC测定。
通过NH4+离子的存在，添加结晶添加剂和结晶温度调节的组合描述以及使用根据本发明的方法，获得了粗粒度蛋氨酸晶体，所述晶体可容易地过滤并在干燥后具有＞550g/l的容积密度。
适用作阴离子表面活性剂的特别为根据下式1-3所表示的化合物之一或其混合物的表面活性剂：
R1-O-SO3M (式1)
R2-O-(CH2)n-SO3M (式2)
R3-(O-C2H4)n-O-SO3M (式3)
其中n为1-10的整数，M为钠或钾以及R1、R2和R3为直链、支链或环状，饱和或不饱和的C8--C20烷基或芳基。使用这些表面活性剂获得了564-588kg/l的相对高容积密度，如实施例1中表1使用添加剂2、3和4所示。
优选使用其中n等于2以及R1、R2和R3为直链的饱和C8--C18烷基的表面活性剂，因为这些易于商购并有效。特别优选使用下式的阴离子表面活性剂：
CnH2n+1-O-SO3Na，其中n＝12-18(1218G，Oleochemicals)
CnH2n+1-O-C2H4-SO3Na，其中n＝8-18(SCI 85，Clariant)
CnH2n+1-(OC2H4)2-O-SO3Na，其中n＝12(FES 27，Cognis)
在该方法的优选实施方案中，所用的非离子表面活性剂为山梨糖醇脂肪酸酯或多种山梨糖醇脂肪酸酯的混合物，特别优选聚乙氧基化山梨糖醇脂肪酸酯。山梨糖醇脂肪酸酯的优势在于它们有效且易于商购。在非常特别优选的实施方案中，非离子表面活性剂为根据式4的聚乙氧基化山梨糖醇三硬脂酸酯：
其中w+x+y+z＝20。
使用这些表面活性剂，获得578kg/l的相对高容积密度，如实施例3所示。
在发生结晶的溶液和/或悬浮液中结晶添加剂的浓度(基于活性成分)优选为至少700ppm且不大于4000ppm，基于溶液和/或悬浮液的总质量，特别优选至少750ppm且不大于2000ppm，最特别优选为至少800ppm且不大于1000ppm。这确保了添加剂效果的良好发展而不向产物溶液引入过多的外来物质。为了实现结晶添加剂的最佳用量和分布，优选以水溶液或乳液的形式使用所述结晶添加剂，其中溶液或乳液中结晶添加剂的浓度优选为2-15wt％。
在根据本发明方法的优选实施方案中，发生结晶的溶液额外包含消泡剂。消泡剂的功能是抑制在处理蛋氨酸溶液和/或悬浮液期间产生的和通过前述一些结晶添加剂引起或强化的泡沫。此外，令人惊讶地，在同时使用消泡剂和结晶添加剂期间在实现蛋氨酸容积密度的情况下出现协同效果，由此获得甚至超过600g/l的容积密度并且同时避免了富集过程的负面作用因此，根据本发明的方法也可以连续模式进行。这通过将实施例1表1中的实施例2、3和4(未添加消泡剂-＞容积密度为564-588kg/l)与实施例8、9和10(添加消泡剂-＞容积密度为630-634kg/l)比较而特别明显。另外，该实施方案使得能够使用较少的结晶添加剂。
优选使用包含硅油的消泡剂，因为这些已证明特别有效，其中优选使用动力粘度为0.65-10000mm2/s(根据DIN 53018在25℃下测量)，特别优选90-1500mm2/s的硅油。消泡剂可进一步包含有效用作乳化剂的成分，例如聚乙氧基化脂肪酸和聚乙氧基化脂肪醇的混合物。消泡剂也可包含二氧化硅。在优选实施方案中，消泡剂为包含5-10wt％硅油、0.05-1wt％二氧化硅、0.5-5wt％聚乙氧基化脂肪酸混合物、和2-7wt％聚乙氧基化脂肪醇混合物的水溶液。
优选使用消泡剂与结晶添加剂的混合物。为了实现消泡剂连续、稳定的用量，优选在使用之前进一步用水稀释。
使用硅油消泡剂意味着在根据本发明方法制备的蛋氨酸中使用合适的分析方法(例如X-射线光电子能谱，缩写为XPS)可检测到硅。
优选在根据本发明的方法中使用消泡剂使得在发生结晶的溶液或悬浮液中消泡剂：结晶添加剂的重量比(基于活性成分)为4∶1-1∶1，优选3∶1-2∶1和在该情况下结晶添加剂的浓度(基于活性成分)为至少50ppm且不大于1200ppm，基于溶液和/或悬浮液的总质量，优选100ppm-600ppm，特别优选200ppm-400ppm。在该情况下显著大于600g/l的高D，L-蛋氨酸容积密度可特别有效地见于实施例4/表3。
在该情况下，优选实施根据本发明的方法使得结晶通过将加热至85-110℃的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液和/或水性悬浮液加入到温热至30-50℃的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液和/或水性悬浮液中而发生，其中所得混合物的温度恒定维持在30-50℃。
在该情况下非常特别优选将加热至85-110℃的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液加入到温热至30-50℃的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水性悬浮液中。这样的优势在于获得了可特别有效过滤的晶体。
该方法进一步优选的实施方案的特征在于结晶以两阶段进行，其中，在第一结晶阶段中，将加热至85-110℃的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的溶液和/或悬浮液加入到温热至60-80℃的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的悬浮液中且所得混合物的温度恒定维持在60-80℃，以及其中在第二结晶阶段中，将第一结晶阶段获得的温热至60-80℃的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的悬浮液加入到温热至30-50℃的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的悬浮液中，其中所得混合物的温度恒定维持在30-50℃。在该情况下，结晶液中杂质的比例可特别有效地得到控制或者可通过在合适点排出而去除，而不影响容积密度大于550g/l的有益效果。
根据本发明方法的进一步优选实施方案的特征在于结晶通过真空结晶进行，其中第一结晶阶段的压力为60-1000mbar和如果进行两阶段结晶，则第二结晶阶段的压力为35-200mbar。这样的优势在于所用的表面不太冷。冷表面可导致不希望的局部结块。
用于本发明的结晶方法的含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液和/或水性悬浮液可通过在适量氨的存在下将D，L-蛋氨酸溶解和/或悬浮于水中而预先制备。蛋氨酸可来自任意生产过程，这使得该方法普遍适用。
已证明在该情况下有利的是蛋氨酸含量为至少90wt％，优选至少95wt％的D，L-蛋氨酸用于溶解。
特别适用于该目的的是来自任意生产过程的具有0.1-9.5wt％，优选0.2-4.5wt％残留水分的纯蛋氨酸形式和/或粗蛋氨酸形式的D，L-蛋氨酸。使用来自制备D，L-蛋氨酸的工业方法的仍为滤湿(filter-moist)性质的纯蛋氨酸或粗蛋氨酸是有利的，因为以该方式可在干燥后在该方法的最后直接获得具有所需性能，特别是容积密度＞550kg/l的D，L-蛋氨酸。
根据本发明的方法也特别适用于自含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液和/或水性悬浮液分离D，L-蛋氨酸，所述D，L-蛋氨酸铵盐通过水解D，L-蛋氨酸腈和/或D，L-蛋氨酸酰胺制备，特别是不使用除氨外的成盐的酸性或碱性皂化剂(例如HCl，H2SO4或碱金属氢氧化物例如NaOH或KOH)。该非成盐的皂化剂或皂化催化剂例如TiO2或MnO2在相关专利文献中是已知的，并且如氨作为D，L-蛋氨酸腈和/或D，L-蛋氨酸酰胺皂化的皂化剂一样，直接得到含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液和/或水性悬浮液，D，L-蛋氨酸可通过根据本发明的方法通过结晶由该水溶液和/或水性悬浮液获得。因此，该水溶液和/或水性悬浮液实践中不含有碱金属离子，例如Na+或K+离子。
因此，本发明的另一主题为一种制备D，L-蛋氨酸的方法，其中首先通过水解D，L-蛋氨酸腈和/或D，L-蛋氨酸酰胺形成D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液，和然后通过从D，L-蛋氨酸铵盐中去除部分氨由其制备含D，L-蛋氨酸和D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液和/或水性悬浮液，所述氨作为铵离子存在于其中，然后由所述水溶液和/或悬浮液通过根据本发明方法的结晶获得D，L-蛋氨酸。
因此，在根据本发明的方法中，主要形成的蛋氨酸铵溶液首先经历氨去除。用于该目的的方法为已知的：这可例如通过减压加热或通过蒸气汽提实现。
相应地，优选实施根据本发明的制备D，L-蛋氨酸的方法使得在结晶前通过蒸发和/或汽提出氨，例如通过减压加热或通过蒸汽汽提以使D，L-蛋氨酸铵盐水溶液的NH4+含量为1-5g/kg溶液和/或悬浮液，优选1.5-3.0g/kg。
此处，然而，根据本发明的铵浓度仅降至约5-约60g NH3/kg蛋氨酸的范围。在该情况下，有利的是选择足够高的温度使得D，L-蛋氨酸在去除氨期间没有沉淀而是保留于溶液中。热的蛋氨酸溶液优选通过加入到预先加入的较冷的蛋氨酸悬浮液中而快速冷却，从而发生溶解的D，L-蛋氨酸过饱和以及D，L-蛋氨酸从溶液中沉淀出。
此处也可以采用以下步骤，其中通过加入水和/或D，L-蛋氨酸，使D，L-蛋氨酸和/或D，L-蛋氨酸铵盐的水溶液和/或水性悬浮液达到适当的70-180g/kg溶液的Met含量，优选90-150g/kg溶液，这使得该方法可变且灵活应用。
沉淀的D，L-蛋氨酸优选自所得母液中分离并干燥，或者首先重结晶并自该情况下所得母液中分离之后干燥，因而干燥后最终获得纯度为至少99wt％和容积密度为至少550g/l的D，L-蛋氨酸。
此处所得母液优选返回结晶阶段，这使得蛋氨酸的损失最小化。
所述方法可以连续或分批进行。
图1通过实施例示意性地显示了根据本发明的方法的连续过程。蛋氨酸铵溶液首先进料入适合的设备A用于降低氨浓度。这通常为蒸发系统，例如包括降膜蒸发器或循环蒸发器。选择此处的条件使得产物料流中存在的NH3量为1-5g/kg溶液和/或悬浮液，同时Met浓度为70-180g/kg溶液和/或悬浮液，优选90-150g/kg。根据本发明的结晶添加剂，任选包括消泡剂，连续加入至该产物料流。含D，L-蛋氨酸和/或D，L-蛋氨酸铵盐的溶液和/或悬浮液的温度优选为90-100℃。如果需要，该Met溶液和/或悬浮液可通过一个或多个热交换器B加热至100-110℃并随后可优选在适当的结晶设备C中在一个或多个阶段快速冷却至温度30-50℃，于是D，L-蛋氨酸结晶出。如果需要，D，L-蛋氨酸悬浮液可进料入中间体容器D以允许D，L-蛋氨酸的后沉淀。最后，D，L-蛋氨酸在合适的固体/液体分离步骤E中分离，例如过滤或离心，于是如果需要，所得滤液可返回至设备A。这可带来根据本发明的添加剂的富集。
以下实施例旨在详细阐明本发明，而对其不进行限制。
实施例：
实施例1：阴离子表面活性剂添加剂筛选
将40g D，L-蛋氨酸和360g水装入烧瓶和通过于40℃的温度下泵送经热交换器循环。将加热至90℃的125g D，L-蛋氨酸在1125g水中的溶液以18ml/min的速率加入至该悬浮液，其中所加入的悬浮液的温度维持于40℃。加入650ml热溶液之后，移除500ml悬浮液并随后以18ml/min的速率再加入500ml热溶液。所得悬浮液排出，泡沫量以ml测定，和过滤掉D，L-蛋氨酸并用300ml丙酮洗涤。干燥D，L-蛋氨酸之后，测定容积密度。
对于使用NH3的实验，所需浓度以NH4+浓度计算且在初始溶液/悬浮液中进行调节。另外，蛋氨酸的量增加与添加的NH3量等摩尔的量。
结晶实验在以下添加剂的存在下进行，其中所述浓度通过在初始溶液/悬浮液中添加添加剂来调节。
添加剂1
包含6.9wt％动力粘度为1000mm2/s的硅油(AK 1000，Wacker-Chemie GmbH)、0.27wt％疏水二氧化硅(Sipernat D10，Evonik Degussa GmbH)和17.9wt％聚乙氧基化脂肪酸混合物(FS 18/90/7，Ashland Deutschland GmbH)的水性混合物用作纯消泡剂1(添加剂1，对比实施例)。
所用的纯结晶添加剂为以下阴离子表面活性剂：
添加剂2)CnH2n+1-O-SO3Na，其中n＝12-18(1218G，Oleochemicals)
添加剂3)CnH2n+1-O-C2H4-SO3Na，其中n＝8-18(SCI 85，Clariant)
添加剂4)CnH2n+1-(OC2H4)2-O-SO3Na，其中n＝12(FES 27，Cognis)
对比实施例，添加剂5)CnH2n+1-(OC2H4)12-O-SO3Na，其中n＝12(FES 993，Cognis)
对比实施例，添加剂6)CnH2n+1-(OC2H4)30-O-SO3Na，其中n＝12(FES 77，Cognis)
对于结晶添加剂与消泡剂的组合，使用水性混合物7，其在水中包含6.1wt％动力粘度为1000mm2/s的硅油(AK 1000，Wacker Chemie GmbH)、0.25wt％疏水二氧化硅(Sipernat D10，Evonik Degussa GmbH)、2.6wt％聚乙氧基化脂肪酸混合物(FS 18/90/7，Ashland Deutschland GmbH)、3.7wt％聚乙氧基化脂肪醇混合物(2.35wt％Sasol Germany GmbH，1.35wt％Brij C2，Croda Chemicals Europe)(相当于12.65wt％活性成分)。各情况下该混合物与水中5.1wt％的相应结晶添加剂(2，3或4)一起使用(相当于17.75wt％的总活性成分，水补足至100wt％)。使用以下添加剂：
添加剂8)＝(7)+(2)
添加剂9)＝(7)+(3)
添加剂10)＝(7)+(4)
各情况下，消泡剂7：结晶添加剂(2，3，4)的比例为2.5∶1(基于活性成分)。表1中浓度数据给出不包含水的添加剂的总活性成分含量，基于溶液或悬浮液的总质量。
表1
1)溶液和/或悬浮液中(类似于实施例1)
实施例2：NH4+浓度对于蛋氨酸容积密度的影响
将40g D，L-蛋氨酸和360g水装入烧瓶并通过于40℃的温度下泵送经热交换器循环。将加热至90℃的125g D，L-蛋氨酸在1125g水中的溶液以18ml/min的速率加入至该悬浮液，其中所加入的悬浮液的温度维持于40℃。加入650ml热溶液之后，移除500ml悬浮液并随后以18ml/min的速率再加入500ml热溶液。所得悬浮液排出，测定泡沫量，过滤掉蛋氨酸并用300ml丙酮洗涤。干燥蛋氨酸之后，测定容积密度。
对于使用NH3的实验，所需浓度以NH4+浓度计算，且在初始溶液/悬浮液中通过加入NH3水溶液进行调节。
结晶实验在添加剂8(根据实施例1)的存在下进行，其中所述浓度通过在初始溶液/悬浮液中根据表2添加添加剂来调节。
表2中浓度数据给出不包含水的添加剂的总活性成分含量，基于溶液或悬浮液的总质量。
表2
1)溶液和/或悬浮液中(类似于实施例1)
实施例3：非离子表面活性剂
将48g D，L-蛋氨酸、348g水和3.8g NH3水溶液(25％)以及0.32g吐温65装入烧瓶和通过于40℃的温度下泵送经热交换器循环。将加热至90℃的151g D，L-蛋氨酸、1087g水、11.8g NH3水溶液(25％)和1.0g吐温65的溶液以18ml/min的速率加入至该悬浮液，其中所加入的悬浮液的温度维持于40℃。加入650ml热溶液之后，移除500ml悬浮液并随后以18ml/min的速率再加入500ml热溶液。所得悬浮液排出，测定泡沫量，过滤掉D，L-蛋氨酸并用300ml丙酮洗涤。干燥D，L-蛋氨酸之后，测定容积密度。
生成0ml泡沫和所分离的D，L-蛋氨酸的容积密度为578g/l。
实施例4：浓度依赖实验
将48g D，L-蛋氨酸、348g水和3.8g NH3水溶液(25％)装入烧瓶和通过于40℃的温度下泵送经热交换器循环。将加热至90℃的151g D，L-蛋氨酸、1087g水和11.8g NH3水溶液(25％)的溶液以18ml/min的速率加入至该悬浮液，其中所加入的悬浮液的温度维持于40℃。加入650ml热溶液之后，移除500ml悬浮液并随后以18ml/min的速率再加入500ml热溶液。所得悬浮液排出，测定泡沫量，过滤掉D，L-蛋氨酸并用300ml丙酮洗涤。干燥D，L-蛋氨酸之后，测定容积密度。
结晶实验在以下添加剂8、9或10(根据实施例1)的存在下进行，其中所述浓度通过在初始溶液/悬浮液中根据表4添加添加剂来调节。
添加剂8)(7)+(2)
添加剂9)(7)+(3)
添加剂10)(7)+(4)
表3中浓度数据给出不包括水的添加剂的总活性成分含量，基于溶液或悬浮液的总质量。
表3
1)溶液和/或悬浮液中(类似于实施例1)
可见根据本发明的添加剂(使用消泡剂)在400-4000ppm的浓度范围下将D，L-蛋氨酸的容积密度提高至＞600g/l的值。