通过塔技术生产氨基酸或其盐的方法及其生产装置的制作方法

专利名称：通过塔技术生产氨基酸或其盐的方法及其生产装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用碳酸盐型阴离子交换树脂由含氨基酸的水溶液生产氨基酸或氨基酸盐的方法以及一种减少由吸附步骤和洗脱步骤产生的副产物的量并从穿透液和洗出液中回收洗脱剂用于重复利用的系统。
背景技术：
在从含氨基酸的水溶液中分离并纯化氨基酸的方法中，使用离子交换树脂的纯化方法为最通用且具代表性的单元操作方法之一。由于氨基酸为两性电解质，因此可以使用用于将其纯化的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的任一种。通常，最经常使用强酸性阳离子交换树脂。在这种情况下，通常的方法是使调控至适当氢离子浓度的发酵液通过树脂塔，并且采用铵水溶液洗脱并回收吸附的氨基酸。代表性实例是采用阳离子交换树脂纯化L-赖氨酸，所述L-赖氨酸为一种饲料用氨基酸。离子交换树脂法具有的优点在于，能量消耗少于结晶法或电渗析法并且设备成本比薄膜分离法小。
离子交换树脂法粗略地分为吸附步骤和洗脱步骤。吸附步骤为在树脂(Resin)上吸附氨基酸(AA)的吸附步骤(下式(1))，并且洗脱步骤为使用规定的洗出液(E)将吸附在树脂上的氨基酸洗脱下来的步骤(下式(2))。
(1)(2)在上述离子交换树脂处理操作中，将从吸附步骤中排出并且包含未吸附在离子交换树脂上的物质的液体称作穿透液，并且将从洗脱步骤中排出并且包含氨基酸的液体称作洗出液。离子交换树脂法的问题如下。第一，由于洗出液不仅包含氨基酸(目标物质)而且包含洗脱剂，必须将它们分离。由于离子交换反应为平衡反应，就摩尔比而言相对于氨基酸的量，必然需要过量的洗脱剂将氨基酸从离子交换树脂上洗脱下来。它可由下式(3)表示。
(3)
(其中n＞1)因此，由于将过量的洗脱剂(式(3)中的(n-1)E)混入洗出液中，必须在洗脱步骤之后使氨基酸与洗脱剂分离。当洗脱剂为挥发性物质如铵组份时，易于仅通过浓缩除去过量的洗脱剂。但是，在非挥发性盐等情况下，难以分离出该盐，因此整个过程变得复杂并且不可避免地提高了生产成本。
第二个问题涉及也存在于穿透液中的洗脱剂的分离。通过在离子交换树脂上吸附氨基酸，不仅将在含氨基酸水溶液中未吸附的物质而且将洗脱剂从离子交换树脂上洗脱下来，进入穿透液中，如在式(1)的右边中由E所示。通常所述洗脱剂通过与发酵液等中的未吸附物质形成盐而转化为副产物。例如，当使用铵组份作为洗脱剂，采用阳离子交换树脂纯化赖氨酸发酵液时，发酵液中的硫酸根离子与洗脱剂中的铵组份结合形成硫酸铵。
当所述副产物为挥发性物质等并且易于回收时，不存在任何问题。但是，由于副产物通常为稳定的盐，因此直到该方法结束它仍然存在。因此，在使用离子交换法纯化发酵液的方法中，不可避免地产生相当比例的副产物。
作为一种克服上述离子交换树脂法缺点的方法，已知一种使用碳酸水溶液作为洗脱液，使吸附的氨基酸与阴离子交换树脂进行离子交换的方法，所述碳酸水溶液通过将二氧化碳气体在预定压力下溶解在水中获得(Pasztor，Zs.；Chanel，S.；Grevillot，G.Elution ofamino acids from anion exchange columns by means of an aqueoussolution of carbon dioxide under pressure.AIChE AnnualMeeting，Miami，Nov 15-19，1998)。在所述方法中，当将获得的洗出液释放到常压下时，存在于洗出液中的洗脱剂，即碳酸根离子转化为气体蒸发，因此洗脱剂未残留在洗出液中，如式(4)中所示。因此，不必在洗脱步骤之后使洗脱剂与目标产物分离，因此简化了洗出液的纯化。
(4)(其中n＞1)在上述方法中存在3个问题。第一，洗脱氨基酸之后，在碳酸盐型阴离子交换树脂上再吸附氨基酸的吸附步骤中，如式(5)和(6)中所示会形成二氧化碳气体泡沫。
(5)(6)当在塔内产生二氧化碳气体时，由于产生液体沟流而未获得平稳的离子交换。第二，为了在阴离子交换树脂上再吸附氨基酸，必须使碳酸盐型阴离子交换树脂再次再生为OH-型阴离子交换树脂，并因此该方法变得复杂。工业上，优选直接在碳酸盐型阴离子交换树脂上吸附氨基酸。第三，在洗脱步骤中，能够被洗脱下来的氨基酸仅限于中性氨基酸。洗脱反应在中性氢离子浓度附近进行。例如，当氨基酸为酸性氨基酸时，由于酸性氨基酸呈阴离子形式，曾经从树脂上洗脱下来的氨基酸立即被再吸附到树脂上。用显微镜观察发现通常的离子交换反应进行重复的洗脱和再吸附。但是，当使用二氧化碳气体溶于水的碳酸水溶液作为洗脱液时，洗脱液中碳酸根离子浓度低并且用于再洗脱再吸附的氨基酸所需的碳酸根离子必然不足。结果，在酸性氨基酸的情况下不能获得充分的洗脱。
另一方面，关于回收洗脱剂例如铵基团和碳酸根基团，JP-A-55-139815公开了一种在将包含于水溶液中的铵组份分馏之后在残余的液相中获得作为气态二氧化碳的二氧化碳的方法。
发明公开本发明涉及一种生产氨基酸或其盐的方法，该方法包括吸附步骤，所述吸附步骤包括在含氨基酸的水溶液在高压下通过填充有碳酸盐型阴离子交换树脂的压力密封塔的同时，吸附包含于含氨基酸的水溶液中的游离氨基酸；和洗脱步骤，所述洗脱步骤包括在压力下将含有碳酸氢根离子和/或碳酸根离子的洗脱液注入在高压下的压力密封塔内，以将吸附在阴离子交换树脂上的氨基酸洗脱下来，并且同时使阴离子交换树脂再生为碳酸盐型，从而获得氨基酸或其盐。
本发明的第二方面是根据本发明的第一方面的生产氨基酸或其盐的方法，其中包含于含氨基酸的水溶液中的氨基酸为酸性氨基酸、中性氨基酸或碱性氨基酸。
本发明的第三方面是根据本发明的第一方面或第二方面的生产氨基酸或其盐的方法，其中中性氨基酸为胱氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、酪氨酸、丝氨酸、色氨酸、瓜氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、脯氨酸、谷酰氨、蛋氨酸或甘氨酸；酸性氨基酸为谷氨酸或天冬氨酸；且碱性氨基酸为赖氨酸、鸟氨酸、精氨酸或组氨酸。
本发明的第四方面是根据本发明的第一方面至第三方面的任一项的生产氨基酸或其盐的方法，其中高压为至少0.1Mpa。
本发明的第五方面是根据本发明的第一方面至第四方面的任一项的生产氨基酸或其盐的方法，其中对于中性氨基酸而言，洗脱液为碳酸和碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液；对于酸性氨基酸而言，洗脱液为碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液；并且对于碱性氨基酸而言，洗脱液为碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液。
本发明的第六方面是一种生产氨基酸或其盐的装置，所述装置进行使含氨基酸的水溶液中的氨基酸吸附到阴离子交换树脂上的吸附步骤和将上述吸附的氨基酸从阴离子交换树脂上洗脱下来的洗脱步骤，所述装置包括至少一个压力密封塔(A)、储存罐(B)和与其连接的输送管(C)，其中，压力密封塔(A)包括控制穿透液、洗脱液等等的排放并且置于底部出口附近的阀和在其顶部控制内部压力的阀，储存罐(B)包括包含利用空气和/或惰性气体和二氧化碳气体的加压装置和送入并控制含氨基酸的水溶液、洗脱液或水和洗脱剂的阀的管线，储存罐(B)储存气体或液体并且包括控制排放量并置于底部出口附近的阀，和输送管线(C)任选包括用于输送液体的泵。
本发明的第七方面是根据本发明的第六方面的生产氨基酸或其盐的装置，其中包含于含氨基酸的水溶液中的氨基酸为酸性氨基酸、中性氨基酸或碱性氨基酸。
本发明的第八方面是根据本发明的第六方面或第七方面的生产氨基酸或其盐的装置，其中中性氨基酸为胱氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、酪氨酸、丝氨酸、色氨酸、瓜氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、脯氨酸、谷酰氨、蛋氨酸或甘氨酸；酸性氨基酸为谷氨酸或天冬氨酸；且碱性氨基酸为赖氨酸、鸟氨酸、精氨酸或组氨酸。
本发明的第九方面是根据本发明的第六方面至第八方面的任一项的生产氨基酸或其盐的装置，其中对于中性氨基酸而言，洗脱液为碳酸和碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液；对于酸性氨基酸而言，洗脱液为碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液；并且对于碱性氨基酸而言，洗脱液为碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液。
本发明的第十方面是一种由含酸性氨基酸的水溶液生产酸性氨基酸钠或酸性氨基酸钾的方法，该方法包括任选通过加热在常压下将在根据本发明的第一方面至第五方面的任一项的含酸性氨基酸铵盐的洗出液中过量的二氧化碳组份、碳酸根离子和铵组份除去，加入与酸性氨基酸几乎等摩尔量的氢氧化钠或氢氧化钾以获得酸性氨基酸钠水溶液或酸性氨基酸钾水溶液，和除去水溶剂。
本发明的第十一方面是一种由含碱性氨基酸的水溶液生产碱性氨基酸盐的方法，该方法包括任选通过加热或减压将根据本发明的第一方面至第五方面的任一项的含碱性氨基酸的洗出液中过量的二氧化碳组份、碳酸根离子和铵组份除去，加入与碱性氨基酸几乎等摩尔量的盐酸，和除去所得到的碱性氨基酸盐酸盐水溶液的水溶剂。
本发明的第十二方面是一种回收洗脱剂的方法，该方法包括加热或任选在减压下加热穿透液和/或洗出液以使碳酸根离子、酸性碳酸根离子或铵离子蒸发，从而将洗脱剂作为二氧化碳气体或氨气回收；所述穿透液通过将包含于含氨基酸的水溶液中的游离氨基酸在高压下在溶液通过填充有碳酸盐型阴离子交换柱的压力密封塔的同时在压力密封塔上吸附的吸附步骤而从压力密封塔中排放出来；所述洗出液通过洗脱步骤从压力密封塔中排放出来，洗脱步骤包括将含有碳酸氢根离子和/或碳酸根离子的洗脱液在压力下注入在高压下的压力密封塔中，将吸附到阴离子交换树脂上的氨基酸洗脱下来，并且同时使阴离子交换树脂再生成碳酸盐型并将氨基酸或其盐从其中除去。
附图简述

图1表示通过本发明的阴离子交换树脂法生产氨基酸或其盐的装置。
图2表示存在于本发明的洗出液或穿透液中作为pH控制或氮源的洗脱剂组份或铵组份的回收装置。
图3表示酸性氨基酸从碳酸盐型阴离子交换树脂上洗脱的洗脱曲线。
图4表示中性氨基酸从碳酸盐型阴离子交换树脂上洗脱的洗脱曲线。
图5表示碱性氨基酸从碳酸盐型阴离子交换树脂上洗脱的洗脱曲线。
标号和符号的说明(A)，a压力密封塔(B)，b储存罐(C)输送管线c阀d空气管线e阀f阀g泵h阀i二氧化碳气体管线j冷却水管线k冷却水管线l冷却水管线m冷却水管线n阀o发酵液、水、铵水溶液进料入口p阀q液体排出管线r阀s穿透液、冲洗废液、洗出液排出管线t泵u阀
v1、v2蒸汽管线w1、w2压缩机x氨气管线y二氧化碳气体管线z穿透液、冲洗废液、洗出液排出管线da脱气槽sp分离装置实施发明的最佳实施方案本发明包括各种氨基酸在碳酸盐型阴离子交换树脂上的吸附步骤、采用洗脱液洗脱吸附的氨基酸的洗脱步骤，并且同时将阴离子交换树脂再生为碳酸盐型。此外，本发明包括获得含有氨基酸的洗出液的洗脱步骤和通过将洗出液进行浓缩、纯化等而获得氨基酸或其盐的生产步骤。
在吸附步骤中，将任选对其氢离子浓度进行控制的含氨基酸的水溶液送入压力密封塔中，并且在该溶液通过压力密封塔的同时，使包含于其中的游离氨基酸吸附到填充在压力密封塔内的碳酸盐型阴离子交换树脂上。然后，在洗脱步骤中，将含碳酸氢根离子和/或碳酸根离子的洗脱液注入处于加压状态的压力密封塔中，将吸附在阴离子交换树脂上的氨基酸洗脱下来，并且同时使阴离子交换树脂再生为碳酸盐型。以下将更详细地针对每一步描述本发明的特征。
吸附步骤吸附步骤在压力下在压力密封塔内进行。为了保持加压状态，当压力密封塔装有能够采用气体直接加压的加压装置时，使用在水中几乎不溶的气体，例如空气、氦气、氮气或氩气将压力密封塔加压至压力为0.1MPa或更高。此外，压力密封塔可通过利用储存罐的水压直接加压至0.1MPa或更高，而不需使用采用气体的加压装置。通过将储存罐置于高的位置或采用气体对储存罐加压可保持所必须的水压。
然后，将含氨基酸的水溶液送入，以便在阴离子交换树脂上吸附游离的氨基酸。此时，碳酸根离子从阴离子交换树脂上洗脱下来进入进料液中，但由于对压力密封塔内部加压，因而二氧化碳气体不起泡。因此，在阴离子交换树脂柱内未产生由气泡产生的液体沟槽(这在常压下会产生)并且离子交换反应平稳进行。必须将进料液的氢离子浓度设定在使氨基酸的离子形式为阴离子的范围之内。此时，作为所用的氢离子浓度调节液体，如下述使用易于从穿透液回收的氨。
根据氨基酸种类，即，酸性、中性或碱性控制氢离子浓度。在酸性氨基酸的情况下，由于即使在其水溶液为中性时，即在约pH7下酸性氨基酸本身也带负电荷，因而酸性氨基酸可在不需控制氢离子浓度的情况下吸附到阴离子交换树脂上。如果需要，可采用铵组份进一步控制氢离子浓度。在中性氨基酸的情况下，当其水溶液呈pH7的状态时，中性氨基酸不带负电，因此中性氨基酸事实上不能吸附到阴离子交换树脂上。因此，为了使中性氨基酸带负电加入碱。作为碱，可使用水溶液，例如氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或铵水溶液，但考虑到减少穿透液中的副产物盐和回收并重复利用洗脱剂(本发明的目的)，优选使用铵水溶液或液氨。在碱性氨基酸的情况下，当其水溶液呈pH7的状态时，碱性氨基酸不带负电。因此，象在中性氨基酸的情况下一样，加入碱直至氢离子浓度达到使氨基酸带负电的程度。作为碱，优选使用铵水溶液或液氨。
作为本发明中使用的含氨基酸的水溶液，不仅可对不含凝固盐的预纯化的水溶液而且可对呈未纯化状态的氨基酸发酵液进行类似处理。还包括通过将发酵液进行规定的预处理例如灭菌、脱色和控制氢离子浓度而获得的水溶液和使用糖类来源例如糖浆或玉米淀粉、营养素和无机物作为发酵材料通过规定的生产细菌的需氧发酵而获得的氨基酸发酵液本身。在这种情况下，为了实施本发明，优选将液体进行规定的预处理例如通过薄膜分离、离心等除去细菌体或脱色。
本发明中使用的压力密封塔为填充有阴离子交换树脂的压力密封塔，其由玻璃或不锈钢制成，具有的耐受压力为至少0.1MPa，并且优选装配有温度控制装置例如夹套以便能够控制工艺液体的温度。压力密封塔可具有采用几乎不溶于水的气体，例如空气、氦气、氮气或氩气的加压装置，以便保持加压状态。
在各种氨基酸中，中性氨基酸为胱氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、酪氨酸、丝氨酸、色氨酸、瓜氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、脯氨酸、谷酰氨、蛋氨酸、甘氨酸等；酸性氨基酸为谷氨酸、天冬氨酸等；且碱性氨基酸为赖氨酸、鸟氨酸、精氨酸、组氨酸等。所述氨基酸可以是L-型、D-型和外消旋型的任一种。
洗脱步骤以下将描述将氨基酸从吸附氨基酸的树脂上洗脱下来的洗脱步骤。在碳酸水溶液的情况下，洗脱液的制备可通过将二氧化碳气体注入充满水的储存罐中并施加预定压力来进行。在洗脱液为碳酸铵水溶液的情况下，洗脱液的制备可通过将二氧化碳气体和氨气注入充满水的储存罐中并施加预定压力来进行，或通过将二氧化碳气体注入铵水溶液并施加预定压力来进行。具体地说，洗脱液通过将水或铵水溶液加入到储存罐中，然后向其中注入二氧化碳气体以获得固定状态，同时固定状态下储存罐的压力为0.1MPa或更高而获得。为了在储存罐中快速获得均一浓度，优选储存罐具有搅拌器或自旋转泵。为了提高二氧化碳气体的溶解度，优选温度为低温，但应注意具有低溶解度的氨基酸的情况。在上述情况下的化学反应如下式(7)-(10)所示。
在二氧化碳气体溶于水的情况下(7)(8)在二氧化碳气体溶于铵水溶液的情况下(9)(10)将在压力下如此制备的碳酸水溶液或碳酸铵水溶液送入压力密封塔。在所述情况下，将碳酸水溶液、碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液用于中性氨基酸；将碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液用于酸性氨基酸；且将碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液用于碱性氨基酸。通过使用上述碳酸水溶液、碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液，可将吸附在阴离子交换树脂上的氨基酸从阴离子交换树脂上洗脱下来。此时，使用二氧化碳气体使压力密封塔的压力为0.1MPa或更高，但是即使在压差小的时候也优选该压力高于用于储存洗出液的储存罐内的压力，以便抑制二氧化碳气体在压力密封塔内形成气泡。提供离子交换的离子是根据式(7)-(10)产生的阴离子例如碳酸根离子(CO32-)和碳酸氢根离子(HCO3-)。在所述情况下通过化学式表示的离子交换反应如下。
在洗脱液为碳酸氢盐水溶液的情况下，(11)
(其中AAN为中性氨基酸残基且AAN-H为游离的中性氨基酸)。
在洗脱液为碳酸盐水溶液的情况下，(12)(其中AAN为中性氨基酸残基且AAN-H为游离的中性氨基酸)。
在洗脱液为碳酸氢铵水溶液的情况下，(13)(其中AAA为酸性氨基酸残基且AAA-NH4为酸性氨基酸铵盐)。
在洗脱液为碳酸铵水溶液的情况下，(14)(其中AAA为酸性氨基酸残基且AAA-NH4为酸性氨基酸铵盐)，(15)(其中AAN为中性氨基酸残基且AAA-NH4为中性氨基酸铵盐)，(16)(其中AAN为中性氨基酸残基且AAA-NH4为中性氨基酸铵盐)，
(17)(其中AAB为碱性氨基酸残基且AAB-HCO3为碱性氨基酸碳酸盐)，
(18)(其中AAB为碱性氨基酸残基且AAB-NH4为碱性氨基酸碳酸盐)。
在上述情况下，在洗脱时氨基酸的离子形式为±和+的混合物。碱性氨基酸(单价)碳酸盐为AAB-H和AAB-HCO3的混合物。
在阴离子交换树脂上，如上式(11)-(18)中所示，在释放氨基酸之后吸附的是包含于洗脱液中的碳酸根离子或碳酸氢根离子而不是氨基酸。因此，再生的碳酸盐型阴离子交换树脂可循环用作下一个吸附步骤用的树脂而不需进一步处理。
当使用碳酸水溶液或碳酸氢盐水溶液作为洗脱剂时，如式(11)和(12)中所示所得到的洗出液中的氨基酸呈游离形式，但当使用碳酸铵水溶液作为洗脱剂时，如式(13)、(14)、(15)、(16)、(17)和(18)中所示获得氨基酸的铵盐或碳酸盐。由于通常将产物氨基酸以游离形式分布，优选使用碳酸水溶液作为洗脱液。但是，当使用碳酸铵水溶液作为洗脱液时，由于洗脱液中大量的碳酸根离子，洗脱效率高。
在采用碳酸水溶液难以洗脱的酸性氨基酸的情况下，优选使用碳酸铵水溶液作为洗脱液。对于中性氨基酸的纯化，使用碳酸水溶液、碳酸氢盐水溶液、碳酸氢铵水溶液或碳酸铵水溶液；并且将碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液用于碱性氨基酸的纯化。
当在短时间内处理大量含氨基酸的水溶液时，通过同时并平行按顺序进行多个上述步骤，可有效进行吸附步骤和洗脱步骤。另外，氨基酸可类似地通过使用能够被加压的间歇式装置(batch)，而不是使用压力密封塔生产。
分别地，采用洗脱液从树脂上洗脱谷氨酸(GH)的洗脱曲线如图3所示，采用洗脱液从树脂上洗脱苯丙氨酸(Phe)的洗脱曲线如图4所示，且采用洗脱液从树脂上洗脱赖氨酸(Lys)的洗脱曲线如图5所示。在各个洗脱曲线中，每树脂体积(RV)的洗出液的液体体积具有最大值并且拖尾相对较小。因此，可避免吸附在树脂上的氨基酸仍长时间吸附而未能将其洗脱下来的现象，并因此该方法为具有充分实践价值的方法。
从洗出液中回收洗脱剂如此获得的洗出液包含碳酸根离子、碳酸氢根离子和铵离子(其均为洗脱剂)，但可如式(19)-(22)中所示，通过将洗出液释放至常压下并且，如果必要，进行加热和/或浓缩使洗脱剂蒸发并除去。它们可作为洗脱剂和发酵材料回收并再利用。另一方面，在生产氨基酸或其盐的情况下，通过进行上述步骤可提高氨基酸或其盐的纯度，因此上述情况是优选的。
在洗出液包含碳酸水溶液的情况下(19)(20)在洗出液包含碳酸铵溶液的情况下(21)(22)生产谷氨酸钠盐在氨基酸具体为谷氨酸的情况下，由于在洗出液中存在谷氨酸铵(GluNH4)，通过将氢氧化钠加入到已除去过量洗脱剂的液体中，发生以下反应并获得谷氨酸钠(GluNa)。
(23)由于式(23)的反应极其平稳地进行，将氢氧化钠以与谷氨酸等摩尔的量加入就足够了。结果，在洗出液中获得高纯度谷氨酸钠溶液。在这种情况下，当使用氢氧化钾代替氢氧化钠时，获得钾盐。在氨基酸为天冬氨酸的情况下，通过采用碱的水溶液的类似处理获得天冬氨酸钠或天冬氨酸钾。
此外，参见附图详细解释说明酸性氨基酸的生产。将通过从L-谷氨酸发酵液中除去发酵细菌体获得的含酸性氨基酸的水溶液控制在中性pH左右，然后将其储存在储存罐b中。将压缩空气从空气管线d送入以将储存罐b的内部压力加压至约0.2-1MPa。此时，通过使夹套内温度为20℃的水循环通过冷却水管线l、m、j和k，将压力密封塔a和储存罐b优选保持在恒定温度下。然后，通过泵g工作，开始将L-谷氨酸发酵液输送到压力密封塔内。将在塔顶聚集的气泡充分除去并使压力密封塔a充满液体。为了在阴离子交换树脂上吸附氨基酸，打开阀f并开始排出液体和启动离子交换反应。此时，控制泵的刻度和减压阀的打开程度以便使压力密封塔的内部压力高于常压，即0.1-1MPa并且液体输送的流速为0.1-2L/hr。液体输送时间根据压力密封塔的体积不同而不同。将酸性氨基酸吸附到碳酸盐型阴离子交换树脂上。在吸附反应过程中，在压力密封塔内未发生二氧化碳气体的气泡形成。
冲洗步骤在释放储存罐b的压力之后，将储存罐b内的液体排空，然后将纯水从送料入口o送入储存罐。在采用空气将内部压力调节到0.1-2MPa之后，将在压力密封塔内残留的含酸性氨基酸的水溶液冲洗出来。
洗脱步骤将pH为10-13的铵水溶液置于储存罐b内。还向其中注入二氧化碳气体以制备碳酸铵水溶液。使冷却水在压力密封塔a和储存罐b的夹套内循环以使温度保持恒定，并将碳酸铵水溶液输送到压力密封塔a中。优选压力密封塔a的内部压力为0.1-2MPa并且液体输送的流速为0.1-1L/hr。因此，可获得从阴离子交换树脂洗脱下来的酸性氨基酸。
在将含酸性氨基酸的洗出液通过在真空下通过加热而浓缩之后，通过加入氢氧化钠水溶液使溶液中和，以使氢氧化钠的量与溶液中的L-谷氨酸等摩尔。如果必要，可通过在真空下加热将溶液浓缩，然后获得酸性氨基酸。
生产中性氨基酸可根据酸性氨基酸的生产方法中描述的方法进行中性氨基酸的生产和生产装置的构建。下面将描述不同方面。为了实现在阴离子交换树脂上的吸附，可以将含中性氨基酸的水溶液控制到pH8-13，优选pH10-pH11，从而使共存于发酵液中的铵离子带负电并促进中性氨基酸在阴离子交换树脂上的吸附。作为洗脱液，可使用碳酸水溶液、碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液。作为纯化和生产中性氨基酸用的装置，可直接使用如图1中所示的前述装置。在中性氨基酸的情况下，由于它在洗出液中为中性，因而不形成盐。
生产赖氨酸盐酸盐在氨基酸为赖氨酸的情况下，作为洗脱液，使用碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液。在这种情况下，由于赖氨酸以离子化形式(Lys+)存在于洗脱液中，通过向已除去过量洗脱液的溶液中加入盐酸，发生以下反应并获得赖氨酸盐酸盐(LysHCl)。
(24)由于式(24)的反应极其平稳地进行，将盐酸以与赖氨酸等摩尔的量加入就足够了。结果，在洗出液中获得高纯度的赖氨酸盐酸盐水溶液。
从穿透液中回收洗脱剂以下将描述从穿透液中回收洗脱剂和有效组份的步骤。在从吸附步骤排出的穿透液中，存在从阴离子交换树脂释放出来的碳酸根离子和碳酸氢根离子和在采用离子交换树脂处理之前在pH控制、发酵和纯化中用于控制氢离子浓度的铵组份。在释放至常压时，碳酸根离子转化为气体形成气泡并且铵组份也蒸发，以致于上述组份几乎在穿透液中消失。此外，当将液体加热至约70℃并且同时将其浓缩时，由于产生自碳酸根离子的二氧化碳气体的溶解度随温度升高而降低，可将碳酸根离子和碳酸氢根离子以及铵离子同时进一步从液体中除去。结果，由于可将穿透液中的洗脱剂和铵离子减少至几乎为零，可很大程度上减少副产物的量。如上所述，当二氧化碳气体和氨气同时共存时，可以其整体的形式利用它们而不需分离。另一方面，必须将上述组份彼此分离用以回收上述组份作为根据本发明目的的洗脱剂或作为发酵时的pH调节剂、氮气来源等等。为了分离，可将氨气组份蒸馏并通过例如JP-B-55-139815中公开的方法分离。结果，由于可将蒸发的二氧化碳气体回收并重复用作洗脱剂并且可将蒸发的氨回收并用于在采用离子交换树脂处理之前的发酵和纯化，所以它们的回收导致资源的有效利用和再循环或降低生产成本。
从洗出液中回收洗脱剂以下将描述从洗出液中回收洗脱剂的步骤，作为洗脱液，将碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液用于酸性氨基酸；将碳酸水溶液、碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液用于中性氨基酸；且将碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液用于碱性氨基酸。采用洗脱液将吸附在阴离子交换树脂上的氨基酸从阴离子交换树脂上洗脱下来，并且同时通过吸附存在于洗脱液中的碳酸根离子或碳酸氢根离子将阴离子交换树脂转化为碳酸盐型，从而使阴离子交换树脂再生。部分未交换的碳酸根离子和铵离子并不吸附在阴离子交换树脂上，并且直接通过阴离子交换树脂柱。因此，在洗出液中存在作为洗脱剂组份的碳酸根离子、碳酸氢根离子和铵离子，因此在本发明中将它们回收并重复利用。在吸附步骤之后，当通过将填充有阴离子交换树脂的压力密封塔的压力恢复至常压而使压力密封塔打开置于常压下，可使碳酸根离子转化为气体，形成气泡并且铵组份也蒸发，以致于所述组份几乎在洗出液中消失。此外，当将液体加热至约70℃并且同时将其浓缩时，由于二氧化碳气体的溶解度随温度升高而降低，可将碳酸根离子和碳酸氢根离子以及铵离子同时进一步从液体中除去。结果，由于可将穿透液中的洗脱剂和铵离子减少至几乎为零，可很大程度上减少副产物的量。如上所述，如果必要，可根据本发明的目的将上述分离出的洗脱剂进一步分离和回收。
氨基酸或其盐的生产装置参见图1描述本发明的氨基酸或其盐的生产装置的结构。提供填充有吸附氨基酸用的阴离子交换树脂的压力密封塔a、用于向其中送入含氨基酸的水溶液的储存罐b和用于输送发酵液和来自储存罐b的洗脱剂的泵g，并使它们与管线相连。此外，压力密封塔a具有用于排出穿透液、洗出液或冲洗液的排出管线s、置于管线上的压力密封塔a的出口附近的压力调节阀f、用于气体排放的管线q和用于控制其在压力密封塔a上部的阀r和循环冷却水管线k和j。储存罐b由用于送入发酵液、铵水溶液或洗出液的进料入口o、加压用空气管线d、送入洗脱剂的管线i、用于控制将物质从上述管线送入的阀c、h、n和p、用于控制储存罐内的压力和在储存罐出口处存在的排放量的阀e和冷却水管线l和m构成。
实施例以下参考实施例具体描述本发明。每种测定均根据下述方法进行。
L-苯丙氨酸浓度、L-谷氨酸浓度、L-脯氨酸浓度和L-赖氨酸浓度所述浓度通过由Hitachi，ltd制造的Hitachi高速氨基酸分析仪型号L-8500测定。
碳酸根浓度该浓度通过由Toray Engineering Co.，Ltd制造的实验室用TOC-TN测量装置型号TNC-6000测定。将通过分析获得的无机物碳的浓度认为是碳酸根的浓度。
铵离子浓度该浓度通过使用由Japan General K.K.制造的keltech自动取样系统型号1035/38通过蒸馏法测定。
钠离子浓度该浓度通过由Hitachi，ltd制造的极化Zeeman自动吸附分光光度计型号Z-8100测定。
计算穿透液中铵离子的量WNH4(％)WNH4(％)＝CV·CVNH4·100/RV/RVNH4(25)(其中CV浓缩的穿透液的体积(L)，CVNH4浓缩的穿透液中铵离子的量(g/L)，RV穿透液的体积(L)，RVNH4穿透液中铵离子的量(g/L))计算铵离子从穿透液中可能的回收量RNH4(％)RNH4(％)＝100-WNH4(26)
计算穿透液中碳酸根离子的量WCO3(％)WCO3(％)＝CV·CVCO3·100/RV/RVCO3(27)(其中CV浓缩的穿透液的体积(L)，CVCO3浓缩的穿透液中碳酸根离子的量(g/L)，RV穿透液的体积(L)，RVCO3穿透液中碳酸根离子的量(g/L))计算碳酸根离子从穿透液中可能的回收量RCO3(％)RCO3(％)＝100-WCO3(28)实施例1纯化L-谷氨酸发酵液制备碳酸盐型阴离子交换树脂使用由Mitsubishi Chemical Corporation制造的强碱性阴离子交换树脂SA-10A作为阴离子交换树脂。首先，使4L 0.75mol/L的碳酸氢钠水溶液以1L/h通过0.4L的氯型阴离子交换树脂4小时以将离子交换树脂转化为碳酸盐型。采用纯水将树脂彻底冲洗。
吸附步骤将总量(0.4L)填充到图1中的压力密封塔内。以下解释说明参照的是图1。将已使用微滤膜除去发酵细菌体的pH7的含L-谷氨酸的水溶液(细菌体处理的发酵液)从液体送料入口o加入到图1中的储存罐b，随后关闭阀p，所述含L-谷氨酸的水溶液具有的L-谷氨酸的含量为122g/L。然后，在确认阀h和n关闭之后，打开阀c并从空气管线d送入压缩空气以将储存罐的内部压力加压至0.4MPa。此时，通过使夹套内温度为20℃的水通过冷却水管线1、m、j和k循环，将压力密封塔a和储存罐b保持在恒定温度下。然后，打开阀e和r并且进一步通过泵g的工作，开始将L-谷氨酸发酵液输送到压力密封塔内。对于开始的几分钟而言，将在塔顶聚集的气泡使用液体排出管线q通过阀r从塔顶部分充分除去，以使压力密封塔的内部充满液体。其后，通过关闭阀r和打开阀f，开始从塔底排出液体并启动离子交换反应。此时，控制泵的刻度和减压阀的打开程度以便使压力密封塔的内部压力为0.5MPa并且液体输送的流速为0.6L/hr。液体输送持续4小时并使L-谷氨酸吸附到碳酸盐型阴离子交换树脂上。在吸附反应过程中，在压力密封塔内未发生二氧化碳气体的气泡形成并且获得令人满意的吸附。从而，获得的穿透液为2.4L/hr。
冲洗步骤然后，停止泵g并关闭减压阀f和阀e。在通过关闭阀c和打开减压阀n释放储存罐b的压力之后，打开阀p并将纯水从液体送料入口o送入储存罐。在通过关闭阀p和n、打开阀c和从空气管线d送入空气将0.4MPa的内部压力施加到储存罐中之后，通过打开阀e和减压阀f并进一步操作图1中的泵g开始送入纯水。此时，控制泵的刻度和减压阀的打开程度以便使压力密封塔的内部压力为0.5MPa并且液体输送的流速为0.8L/hr。液体输送持续4小时并将残留在阴离子交换树脂层中的L-谷氨酸发酵液冲洗出去。
洗脱步骤然后，停止泵g并关闭减压阀f和阀e。在通过关闭阀c和打开减压阀n将储存罐b的压力释放之后，打开阀p并将氢离子浓度为11的铵水溶液从液体进料入口o送入储存罐。然后，关闭阀p和n并打开阀h。从而，开始从二氧化碳管线1送入二氧化碳气体，开始使二氧化碳气体溶于铵水溶液。此时，使温度为5℃的冷水在压力密封塔和储存罐的夹套内循环以保持温度恒定。在将储存罐的内部压力保持恒定在0.6MPa之后，通过打开阀e和减压阀f并进一步操作泵g开始输送碳酸铵水溶液。此时，控制泵的刻度和减压阀的打开程度以便使压力密封塔的内部压力为0.7MPa并且液体输送的流速为0.7L/hr。液体输送持续2小时并将L-谷氨酸从阴离子交换树脂上洗脱下来以获得1.4L的洗出液。此时L-谷氨酸的浓度为15.7g/L。
脱气步骤将洗出液输送到脱气装置da中并且通过使洗出液在减压下浓缩至体积为0.62L将溶解的二氧化碳和氨通过蒸发分离。在所得到的浓缩的洗出液中，L-谷氨酸的浓度为35.8g/L并且氨的浓度为1.9g/L。残余的铵离子作为L-谷氨酸的反离子存在。将分离的二氧化碳气体和氨输送到分离回收装置sp并回收。将二氧化碳气体回收作为洗脱剂，并且将氨回收作为发酵原料、pH控制液或洗脱剂。
实施例2纯化L-苯丙氨酸发酵液吸附步骤如实施例1中一样，使用0.4L由Mitsubishi ChemicalCorporation制造的碳酸盐型强酸性阴离子交换树脂SA-10A作为阴离子交换树脂。首先，根据实施例1进行L-苯丙氨酸吸附到阴离子交换树脂上的操作。此时，作为发酵液，使用通过已采用微滤膜除去细菌体并通过使用铵水溶液将pH控制到10使L-苯丙氨酸的离子形式转化为阴离子获得的溶液。L-苯丙氨酸的浓度为29.7g/L。送入压力密封塔的流速为0.6L/hr并且液体输送时间为2.67小时。此外，储存罐的压力为0.4MPa，压力密封塔的压力为0.5MPa，并且温度为20℃。在吸附反应过程中，未发生二氧化碳气体的气泡形成。从而，获得的穿透液为1.6L/hr。
冲洗步骤然后，采用与实施例1中相同的方法冲洗树脂。使用纯水作为冲洗水并且流速为0.8L/hr，液体输送时间为4小时，储存罐的压力为0.4MPa，压力密封塔的压力为0.5MPa，并且温度为20℃。
洗脱步骤然后，从阴离子交换树脂上洗脱L-苯丙氨酸。操作步骤与实施例1中相同，但其中使用纯水而不是铵水溶液，将二氧化碳气体溶于所述纯水中。流速为1.6L/hr，液体输送时间为2.25小时，储存罐的压力为0.5MPa，压力密封塔的压力为0.6MPa，并且温度为25℃。将L-苯丙氨酸从阴离子交换树脂上洗脱下来以获得3.6L的洗出液。此时L-苯丙氨酸的浓度为7.0g/L。
脱气步骤将洗出液输送到脱气装置da中并且通过减压至体积为1.8L将溶解的二氧化碳和氨作为气体分离。在所得到的浓缩的洗出液中，L-苯丙氨酸的浓度为14.1g/L。将分离的二氧化碳气体和氨输送到分离回收装置sp并回收。将二氧化碳气体回收作为洗脱剂，并且将氨回收作为发酵原料、pH控制液或洗脱剂。
实施例3纯化L-脯氨酸吸附步骤如实施例1中一样，使用0.4L由Mitsubishi ChemicalCorporation制造的碳酸盐型强酸性阴离子交换树脂SA-10A作为阴离子交换树脂。首先，根据实施例1进行L-脯氨酸吸附到阴离子交换树脂上的操作。使用通过使用铵水溶液将pH控制到10使L-脯氨酸的离子形式转化为阴离子而获得的溶液。L-脯氨酸的浓度为106g/L。送入压力密封塔的流速为0.6L/hr并且液体输送时间为2.67小时。此外，储存罐的压力为0.4MPa，压力密封塔的压力为0.5MPa，并且温度为20℃。在吸附反应过程中，未发生二氧化碳气体的气泡形成。从而，获得的穿透液为1.6L/hr。
冲洗步骤然后，采用与实施例1中相同的方法冲洗树脂。使用纯水作为冲洗水并且流速为0.8L/hr，液体输送时间为4小时，储存罐的压力为0.4MPa，压力密封塔的压力为0.5MPa，并且温度为20℃。
洗脱步骤然后，从阴离子交换树脂上洗脱L-脯氨酸。操作步骤与实施例2中相同，其中使用纯水，将二氧化碳气体溶于所述纯水中。流速为1.6L/hr，液体输送时间为3.0小时，储存罐的压力为0.5MPa，压力密封塔的压力为0.6MPa，并且温度为25℃。将L-脯氨酸从阴离子交换树脂上洗脱下来以获得4.8L的洗出液。此时L-脯氨酸的浓度为8.0g/L。
脱气步骤将洗出液输送到脱气装置da中并且通过在减压下浓缩至体积为2.4L将溶解的二氧化碳和氨作为气体分离。在所得到的浓缩的洗出液中，L-脯氨酸的浓度为38.3g/L。将分离的二氧化碳气体和氨输送到分离回收装置sp并回收。将二氧化碳气体回收作为洗脱剂，并且将氨回收作为发酵原料、pH控制液或洗脱剂。
实施例4纯化L-赖氨酸吸附步骤所述实施例表示将本发明应用于含L-赖氨酸(一种碱性氨基酸)的水溶液的实例。如实施例1中一样，使用0.4L由MitsubishiChemical Corporation制造的碳酸盐型强酸性阴离子交换树脂SA-10A作为阴离子交换树脂。首先，根据实施例1进行L-赖氨酸吸附到阴离子交换树脂上的操作。利用通过使用铵水溶液将pH控制到12使L-赖氨酸的离子形式转化为阴离子而获得的溶液。L-赖氨酸的浓度为16.7g/L。送入压力密封塔的流速为0.6L/hr并且液体输送时间为3.0小时。此外，储存罐的压力为0.4MPa，压力密封塔的压力为0.5MPa，并且温度为20℃。在吸附反应过程中，未发生二氧化碳气体的气泡形成。从而，获得的穿透液为1.8L/hr。
冲洗步骤然后，采用与实施例1中相同的方法冲洗树脂。使用纯水作为冲洗水并且流速为0.8L/hr，液体输送时间为4小时，储存罐的压力为0.4MPa，压力密封塔的压力为0.5MPa，并且温度为20℃。
洗脱步骤从阴离子交换树脂上洗脱L-赖氨酸。操作步骤与实施例1中相同，但使用氢离子浓度为11的铵水溶液，将二氧化碳气体溶于所述铵水溶液中。流速为1.6L/hr，液体输送时间为3.0小时，储存罐的压力为0.5MPa，压力密封塔的压力为0.6MPa，并且温度为25℃。将L-赖氨酸从阴离子交换树脂上洗脱下来以获得4.8L的洗出液。此时L-赖氨酸的浓度为3.1g/L。
脱气步骤将洗出液输送到脱气装置da中并且通过在减压下浓缩至体积为1.1L将溶解的二氧化碳和氨作为气体分离。在所得到的浓缩的洗出液中，L-赖氨酸的浓度为14.4g/L，并且碳酸根离子的浓度为1.4g/L。残留的二氧化碳作为碳酸根离子存在并用作L-赖氨酸的反离子。将分离的二氧化碳气体和氨输送到分离回收装置sp并回收。将二氧化碳气体回收作为洗脱剂，并且将氨回收作为发酵原料、pH控制液或洗脱剂。
实施例5生产L-谷氨酸钠向0.62L实施例1中获得的浓缩的洗出液(L-谷氨酸的浓度35.8g/L，铵离子的浓度7.9g/L)中加入氢氧化钠水溶液，以便氢氧化钠的用量与溶液中的L-谷氨酸等摩尔，从而完成中和。结果，洗出液的体积变为0.99L。通过在真空下于86℃在加热下将溶液浓缩直至体积减少为0.30L，将氨作为气体分离除去并且获得具有如下组成的L-谷氨酸钠水溶液L-谷氨酸的浓度73.0g/L，碳酸根离子的浓度未检测到，铵离子的浓度未检测到，和钠5.6g/L。将分离的氨气输送到分离回收装置sp并回收。
实施例6生产L-赖氨酸盐酸盐向1.01L实施例4中获得的浓缩的洗出液(L-赖氨酸的浓度14.4g/L，铵离子的浓度1.4g/L)中加入盐酸，以便盐酸的用量与溶液中的L-赖氨酸等摩尔，从而完成中和。结果，洗出液的体积变为1.11L。通过在真空下于86℃在加热下将溶液浓缩直至体积减少为0.30L，将二氧化碳气体分离出去并且获得具有如下组成的L-赖氨酸水溶液L-赖氨酸的浓度73.0g/L，碳酸根离子的浓度未检测到，铵离子的浓度未检测到，和氯离子的浓度5.6g/L。将分离的二氧化碳气体输送到分离回收装置sp并回收。
实施例7将二氧化碳气体和氨从L-谷氨酸的穿透液和洗出液中回收和分离在实施例1中的吸附步骤中获得的穿透液中，将开始吸附之后直至经过0.67小时时获得的0.4L穿透液(碳酸根离子的浓度85.4g/L，铵离子的浓度12.6g/L)输送到图2中的脱气装置da中，并且使其在真空下于80℃下加热浓缩，从而获得0.08L浓缩液和0.32L混合气。在浓缩的穿透液中，碳酸根离子的浓度为1.0g/L且铵离子的浓度为8.5g/L。将混合气输送到分离回收装置sp，并分离和回收4.4g氨和24.6g二氧化碳气体。基于式(24)，穿透液中铵离子的量WNH4(％)为13.5％。基于式(24)，穿透液中碳酸根铵离子的量WCO3(％)为0.2％。因此，基于式(23)，从穿透液中回收86.5％的铵离子。另一方面，基于式(25)，可回收99.8％的从阴离子交换树脂上洗脱下来的碳酸根离子。类似地，关于洗出液，通过实施例1中所述的脱气步骤和实施例5中所述的L-谷氨酸的生产步骤，可分别回收99.8％和99.0％的铵离子和碳酸根离子。通过本发明，不仅优选将从穿透液(废水)中除去杂质作为环境措施，而且将减少的杂质回收作为洗脱剂和发酵添加剂。
实施例8将二氧化碳气体和氨从L-脯氨酸的穿透液和洗出液中回收和分离在实施例3中的吸附步骤中获得的穿透液中，将开始吸附之后直至经过0.67小时时获得的0.4L穿透液(碳酸根离子的浓度85.4g/L，铵离子的浓度6.7g/L)输送到图2中的脱气装置da中，并且使其在真空下于80℃下加热浓缩，从而获得0.09L浓缩液和0.31L混合气。在浓缩的穿透液中，碳酸根离子的浓度为1.5g/L且铵离子的浓度为1.2g/L。将混合气输送到分离回收装置sp，并分离和回收2.6g氨和24.5g二氧化碳气体。基于式(24)，穿透液中铵离子的量WNH4(％)为4.0％。基于式(24)，穿透液中碳酸根铵离子的量WCO3(％)为0.4％。因此，基于式(23)，从穿透液中回收了96.0％的铵离子。另一方面，基于式(25)，可回收99.6％的从阴离子交换树脂上洗脱下来的碳酸根离子。类似地，关于洗出液，通过实施例3中所述的脱气步骤，可回收99.9％的碳酸根离子。通过本发明，不仅优选将从穿透液(废水)中除去杂质作为环境措施，而且将减少的杂质回收作为洗脱剂和发酵添加剂。
实施例9将二氧化碳气体和氨从L-赖氨酸的穿透液中回收和分离在实施例4中的吸附步骤中获得的穿透液中，将开始吸附之后直至经过1.33小时时获得的0.8L穿透液(碳酸根离子的浓度42.7g/L，铵离子的浓度167g/L)输送到图2中的脱气装置da中，并且使其在真空下于80℃下加热浓缩，从而获得0.16L浓缩液和0.64L混合气。在浓缩的穿透液中，碳酸根离子的浓度为6.0g/L且铵离子的浓度为1.9g/L。将混合气输送到分离回收装置sp，并分离和回收133.3g氨和23.9g二氧化碳气体。基于式(24)，穿透液中铵离子的量WNH4(％)为0.2％。基于式(24)，穿透液中碳酸根铵离子的量WCO3(％)为2.8％。因此，基于式(23)，从穿透液中回收99.8％的铵离子。另一方面，基于式(25)，可回收97.2％的从阴离子交换树脂上洗脱下来的碳酸根离子。类似地，关于洗出液，通过实施例4中所述的脱气步骤和实施例5中所述的L-谷氨酸的生产步骤，可分别回收99.8％和99.2％的铵离子和碳酸根离子。通过本发明，不仅优选将从穿透液(废水)中除去杂质作为环境措施，而且将减少的杂质回收作为洗脱剂和发酵添加剂。
工业适用性本发明涉及一种使用碳酸盐型阴离子交换树脂由含氨基酸的水溶液生产氨基酸或其盐的方法、一种减少由吸附步骤产生的副产物的量和从穿透液和/或洗出液中回收洗脱剂用以重复利用的系统。
权利要求
1.一种生产氨基酸或其盐的方法，该方法包括吸附步骤，所述吸附步骤包括在含氨基酸的水溶液在高压下通过填充有碳酸盐型阴离子交换树脂的压力密封塔的同时，吸附包含于含氨基酸的水溶液中的游离氨基酸；和洗脱步骤，所述洗脱步骤包括在压力下将含有碳酸氢根离子和/或碳酸根离子的洗脱液注入在高压下的压力密封塔内，以将吸附在阴离子交换树脂上的氨基酸洗脱下来，并且同时使阴离子交换树脂再生为碳酸盐型，从而获得氨基酸或其盐。
2.根据权利要求1的生产氨基酸或其盐的方法，其中包含于含氨基酸的水溶液中的氨基酸为酸性氨基酸、中性氨基酸或碱性氨基酸。
3.根据权利要求1或2的生产氨基酸或其盐的方法，其中中性氨基酸为胱氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、酪氨酸、丝氨酸、色氨酸、瓜氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、脯氨酸、谷酰氨、蛋氨酸或甘氨酸；酸性氨基酸为谷氨酸或天冬氨酸；且碱性氨基酸为赖氨酸、鸟氨酸、精氨酸或组氨酸。
4.根据权利要求1-3的任一项的生产氨基酸或其盐的方法，其中高压为至少0.1Mpa。
5.根据权利要求1-4的任一项的生产氨基酸或其盐的方法，其中对于中性氨基酸而言，洗脱液为碳酸和碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液；对于酸性氨基酸而言，洗脱液为碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液；并且对于碱性氨基酸而言，洗脱液为碳酸铵水溶液或碳酸氢铵随溶液。
6.一种生产氨基酸或其盐的装置，所述装置执行使含氨基酸的水溶液中的氨基酸吸附到阴离子交换树脂上的吸附步骤和将所述吸附的氨基酸从阴离子交换树脂上洗脱下来的洗脱步骤，所述装置包括至少一个压力密封塔(A)、储存罐(B)和与其连接的输送管(C)，其中，压力密封塔(A)包括控制穿透液、洗脱液等等的排放并且置于底部出口附近的阀和在其顶部控制内部压力的阀，储存罐(B)包括包含利用空气和/或惰性气体和二氧化碳气体的加压装置和送入并控制含氨基酸的水溶液、洗脱液或水和洗脱剂的阀的管线，储存罐(B)储存气体或液体并且包括控制排放量并置于底部出口附近的阀，并且输送管线(C)任选包括用于输送液体的泵。
7.根据权利要求6的生产氨基酸或其盐的装置，其中包含于含氨基酸的水溶液中的氨基酸为酸性氨基酸、中性氨基酸或碱性氨基酸。
8.根据权利要求6或7的生产氨基酸或其盐的装置，其中中性氨基酸为胱氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、酪氨酸、丝氨酸、色氨酸、瓜氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、脯氨酸、谷酰氨、蛋氨酸或甘氨酸；酸性氨基酸为谷氨酸或天冬氨酸；且碱性氨基酸为赖氨酸、鸟氨酸、精氨酸或组氨酸。
9.根据权利要求6-8的任一项的生产氨基酸或其盐的装置，其中对于中性氨基酸而言，洗脱液为碳酸和碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液；对于酸性氨基酸而言，洗脱液为碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液；并且对于碱性氨基酸而言，洗脱液为碳酸铵水溶液或碳酸氢铵随溶液。
10.一种由含酸性氨基酸的水溶液生产酸性氨基酸钠或酸性氨基酸钾的方法，该方法包括任选通过加热在常压下将根据权利要求1-5任一项的含酸性氨基酸铵盐的洗出液中过量的二氧化碳组份、碳酸根离子和铵组份除去，加入与酸性氨基酸几乎等摩尔量的氢氧化钠或氢氧化钾以获得酸性氨基酸钠水溶液或酸性氨基酸钾水溶液，和除去水溶剂。
11.一种由含碱性氨基酸的水溶液生产碱性氨基酸盐的方法，该方法包括任选通过加热或减压将根据权利要求1-5任一项的含碱性氨基酸的洗出液中过量的二氧化碳组份、碳酸根离子和铵组份除去，加入与碱性氨基酸几乎等摩尔量的盐酸，和除去所得到的碱性氨基酸盐酸盐水溶液的水溶剂。
12.一种回收洗脱剂的方法，该方法包括加热或任选在减压下加热穿透液和/或洗出液以使碳酸根离子、酸性碳酸根离子或铵离子蒸发，从而将洗脱剂作为二氧化碳气体或氨气回收；所述穿透液通过将包含于含氨基酸的水溶液中的游离氨基酸在高压下在该溶液通过填充有碳酸盐型阴离子交换柱的压力密封塔的同时在压力密封塔上吸附的吸附步骤而从压力密封塔中排放出来；所述洗出液通过洗脱步骤从压力密封塔中排放出来，所述洗脱步骤包括将含有碳酸氢根离子和/或碳酸根离子的洗脱液在压力下注入在高压下的压力密封塔中，将吸附到阴离子交换树脂上的氨基酸洗脱下来，并且同时使阴离子交换树脂再生成碳酸盐型并将氨基酸或其盐从其中除去。
全文摘要
根据本发明的生产氨基酸或其盐的方法，在吸附步骤中，将含氨基酸的水溶液送入压力密封塔以使游离的氨基酸吸附到填充在压力密封塔内的碳酸盐型阴离子交换树脂上。随后，在洗脱步骤中，将含有碳酸氢根离子和/或碳酸根离子的洗脱液注入处于加压状态的压力密封塔内，以将吸附在阴离子交换树脂上的氨基酸洗脱下来，并且同时使阴离子交换树脂再生为碳酸盐型。在纯化酸性氨基酸的情况下，使用碳酸铵水溶液作为洗脱液。在纯化中性氨基酸的情况下，使用碳酸水溶液、碳酸氢盐水溶液、碳酸铵水溶液或碳酸氢铵水溶液作为洗脱液。另外，任选将从吸附步骤排出的穿透液浓缩，以从穿透液中除去可挥发的碳酸盐酸组份和铵组份。因此，可减少在穿透液中的固含量。
文档编号B01D15/00GK1753999SQ20038010997
公开日2006年3月29日 申请日期2003年12月24日 优先权日2002年12月27日
发明者楠濑泰弘, 高桥健二 申请人:味之素株式会社