ｌ－天冬氨酸结晶过程研究.doc

L-天冬氨酸结晶过程研究,_天冬氨酸结晶过程研究吴月范伟平欧阳平凯(南京化工大学生物工程与科学系南京210009)j奇姜本文从分子构型变化的现点,分析了漓加,调节溶液pH对L-Asp溶解度的影响,研究了晶种的加入量和H:s0(的滴加速度对L-Asp结晶动力学的影响(确定了间歇冷却探作曲关t词卜天冬氧酸等电点结晶冷却结矗线(氨基酸的精制多采用反应沉淀结晶的方法,共通用的方法是调pH值至等电点沉淀法。在工业生产中,这是一个混合反应沉淀结晶和冷却缕晶过程的耦合过程。而关于反应沉淀结晶和冷却结晶耦合过程的文献鲜有报道。7本文对工-ASp:的结晶过程作了研究,莺点研究解决L-Asp反应沉淀结晶过程中过饱和度过大。晶体颗粒细枣聚团的问题,为工艺优化设计和工业化生产提供了技术基础数据,同时也为类似的通过调pH值控制生化产品结晶过程动力学的研究,提供了有价值的基础数据。1材料与方法„11(1实验材料L-Asp酶转化液,经活性炭脱色处理,浓度为23,,pH为8(87。„1(2实验方法1(2(1加酸量与pH的关系取转化液lOOml,恒蛆于800C,滴加40,H2sq调节pH(记录pH:随加酸量的变化,作pH值变化哇Il线。1(2(2L-Asp的结晶操作取转化液100ral,恒湮于80。C,滴加40,H2sq调节pH至4(3左右,oC),过滤,干加入一定量的晶种(再滴加40,巩s04至溶液pH为2(8,控温冷却至室温(30??。“1“?燥至恒重。。2结果与讨论2(1邸吼调pH值沉淀L-AsP机理„在等电点沉淀结晶过程中,蹦旨酸的加入,反应液的pH值始终在变化之中,而pH值与L—Asp的溶解震又有着密切的关系。测定L(Asp转化液的pH随加酸量昀变化曲11线。实验结果见图1。吾由图l可以看到,转化液的阳由8(87变化到2(8,曲线上存在2个较为明显的拐点,?分别在p_H=4(?和pHi3(7处。这两点拐点将曲线分?三段。当加醺量小于4ml,即结晶液中的口H值高于4(3:时,酸量的微小变化,就会导致溶液的pH值急剧下降,箍在这段时间戌没有晶volumcof40,H?SOo(m1)体析出。继续加酸,结晶液中开始有晶体析出。H2S04的图IDH值随加酸量的变化曲线滴加量在4,lOml时,随着酸量的增加,溶液中的pH值变化却变化不大,仅从4(3下降到3(72,滴定曲线中出现,个平台。这一过程产生的过饱和度大,因此析出大量晶体。当加酸量大于lOml,随着酸量的增加,pH明显下降,但下降的速度不及第段那么快。一之所以会出现这种变化,主要是由于L—Asp在溶液中的分子构型发生了改变。对于L-Asp来说,其离解过程如下:+f00“+i00一+'00一?00一型。必弋H洲弋H当}bN弋H;垒毫洲1H}H,。i雨。}l-h专i产*亏袁6扣伪HCOOHC00C00R-席R+FL-Asp是双羧基氨基酸,而转化液中有过量的NH,与水形成水合分子NH,OH,在pH值为8(87时,NH(oH与L-Asp分子亲电亲合形成水台分子链,溶解度很大,此时L-Asp主要以R一的形式存在。随着硫酸的加入,在第一阶段(:pH随之剧烈下降。这主要是由于H2s0(是,种强电解质,在加入到溶液中后,迅速解离出大茸的H+。一方面,这些H+中和了转化液中残存的NH,,迅速改变了溶液的酸_脏:另一方面谯该pH范围内自L-Asp主要还是以R一的形式存在(其构型基本不变,只是加入H2s04,L-Asp岛H20分子的缔台体开始解离。第二阶段是一个平台区域,此时L-Asp的构型开始发生变化,其D位上的一一。一接受o。H+,形成-C00tt,L-Asp由R一形式开始转为R2(2晶种加入量的影响一琶g文j一、、,,、(苫答100一?(a)1,(”2,围2晶种加^量对平均粒度的髟晌1图3不同的晶种加A量得到的产品晶种加入量对产品的平均粒度影响的实验结果见圈2。晶体的相差显微照片见图3。从图2中1(7,2mm左右(从相差显微摄可以看出,晶种的加入量不同,产品的平均粒度在影的照片中可以看到,当晶种的加入量为2,时,产品的晶形较为完整,颗粒大小分布均匀,很少有凝并现象。而在其他几种情况下,晶体颗粒大小不均,凝并现象较为严重。根据扩散理论,晶体的生长速度与其表面积有关In”。当晶种的加量较少时,晶种的总的表面积小,溶质嵌入晶面的表面反应来不及消耗由于调节pH,L-Asp溶解度大幅度下降而产生的过高的过饱和度。这时(过剩的过饱和度会产生大量的籽晶,从而使结晶液的浓度急剧下降,而后续的冷却过程所产生的过饱和度远不能使众多细小的籽晶长大。同时(这些细小的晶粒容易再溶解,溶质义会堆积在大的颗粒的表面,而小的颗粒之间也会凝并成晶簇,这从相差显徽?摄影照片中可以看得很清楚(图3?)。另一方面,当晶种的加量较寥时,溶液中的过饱和度相对不足,