CN104803909B - L‑哌啶甲酸的分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种L‑哌啶甲酸的分离方法,将含L‑哌啶甲酸的待分离液通过催化树脂,树脂吸附饱和后,以碱性溶液作为洗脱剂对树脂进行洗脱,收集洗脱液,将洗脱液结晶、干燥得到L‑哌啶甲酸。含L‑哌啶甲酸的待分离液通过催化树脂的流速为0.4~3 mL/min。所述催化树脂为D103‑MTBE或者WS‑3催化树脂。催化树脂填充量为每克湿树脂吸附0.1‑0.2 g L‑哌啶甲酸。所述碱性溶液为0.05‑0.1%(v/v)的氨水。该方法简单、方便,节约生产成本。

Description

L-哌啶甲酸的分离方法
技术领域
本发明涉及氨基酸的分离方法,具体涉及一种L-哌啶甲酸的分离方法。
背景技术
L-哌啶甲酸又名L-高脯氨酸,是L-赖氨酸的衍生物,可作为医药中间体或生物尼龙的生产前体。目前,国内外L-哌啶甲酸的生产多采用化学合成、光催化和生物催化方式。生物催化过程温和,且产物专一,极具应用潜力。日本Mercian 制药公司利用重组氨转移酶LAT 和同类的P5C 还原酶将L- 赖氨酸转化为L- 哌啶酸。尽管如此,生物法获得的L-哌啶甲酸的分离纯化,国内却尚无报道。
氨基酸类物质的树脂分离常用的是阳离子交换树脂。D103-MTBE催化树脂目前被用于合成甲基叔丁基醚(MTBE),甲基叔戊基醚(TAME),轻汽油醚化的催化剂,以及某些以强酸为催化剂和有机反应,以及作为催化剂载体等。目前还没有关于将D103-MTBE催化树脂用于类似L-哌啶甲酸发酵液这类生物制品分离的相关专利和报道。
发明内容
本发明提供了一种L-哌啶甲酸的分离方法,该方法简单方便、能耗低,可大幅度降低下游分离纯化成本。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种L-哌啶甲酸的分离方法,将含L-哌啶甲酸的待分离液通过催化树脂,树脂吸附饱和后,以碱性溶液作为洗脱剂对树脂进行洗脱,收集洗脱液,将洗脱液结晶、干燥得到L-哌啶甲酸。
含L-哌啶甲酸的待分离液通过催化树脂的流速为0.4~3 mL/min。
所述催化树脂为D103-MTBE催化树脂。
所述催化树脂为WS-3催化树脂。
催化树脂填充量为每克湿树脂吸附0.1-0.2 g L-哌啶甲酸。
所述碱性溶液为0.05-0.1%(v/v)的氨水。
含L-哌啶甲酸的待分离液通过催化树脂的流速优选为1mL/min。
所述碱性溶液优选体积浓度为0.1%的氨水。
本发明所述的结晶和干燥的方法可以为本领域公知的各种方法,包括但不限于溶剂蒸发、真空蒸发、低压真空干燥等。
发明人在实验中发现D103-MTBE或者WS-3催化树脂能够高效分离L-哌啶甲酸,并且待分离液中可以包含磷酸盐、L-赖氨酸等杂质。所述待分离液可以为微生物发酵生产L-哌啶甲酸所得的混合液,也可以为其他合成途径所得。本发明提供的分离方法,适用于将L-哌啶甲酸与某些理化特性与其相似的化合物例如磷酸盐、L-赖氨酸等分开,在树脂吸附洗脱之前可以先对待分离溶液做适当去杂处理,比如过滤。
由于本发明采用的是树脂吸附-洗脱来将L-哌啶甲酸与某些理化特性与其相似的化合物分开,因此本发明对所述含L-哌啶甲酸的待分离液中的L-哌啶甲酸浓度没有特别限定。一般地优选待分离液中含有的L-哌啶甲酸浓度为5-30 g/L, pH值为7.0-8.0。
有益效果:
本发明提供的L-哌啶甲酸的分离方法,简单方便、能耗低,分离得到的L-哌啶甲酸纯度高,收率高。
附图说明
图1为L-哌啶甲酸、L-赖氨酸含量分析的高效液相色谱图谱,图中,出峰时间2.720min、3.105min的物质为磷酸盐(磷酸氢二钾、磷酸二氢钾),出峰时间为5.273 min的物质为L-赖氨酸、出峰时间为19.104min的物质为L-哌啶甲酸。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述,给出的实施例仅为了阐述本发明,而不是限制本发明的范围。
L-哌啶甲酸溶液的制备
用发酵法制备:发酵底物为L-赖氨酸25 g/L,用50mM磷酸盐缓冲液(PBS缓冲液)调整发酵液pH为7.0-8.0。培养方法:将重组E.coliBL21(DE3)(Hanxiao Ying, Jing Wang,Zhen Wang, Jiao Feng, Kequan Chen, Yan Li, Ouyang Pingkai. Enhancedconversion of L-lysine to L-pipecolic acid using a recombinant Escherichiacoli containing lysine cyclodeaminase as whole-cell biocatalyst[J]. Journalof Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2015, http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.molcatb.2015.05.001)接入种子培养基(胰蛋白胨10g/L,酵母提取物5g/L, NaCl 10g/L,用1mM NaOH溶液调整培养基pH为 7.0-8.0),在37 ℃、200 rpm下培养18小时。20%的接种量接入1L发酵罐中的发酵培养基中,400 rpm、37 ℃下培养48小时。放罐时,L-哌啶甲酸的产量是10-20 g/L,然后将发酵液通过分子量50 KDa的超滤膜去掉菌体和大部分蛋白质,得到的溶液作为以下实施例中进行L-哌啶甲酸分离的待分离液。
L-哌啶甲酸和L-赖氨酸的浓度是通过美国Alltech 1500型高效液相色谱仪检测。检测条件为:Prevail C18色谱柱(250×4.6 mm,i.d. 5 μm);柱温:30 ℃;流动相:0.4%(v/v)三氟乙酸水溶液;流速:0.5ml/min;检测器:蒸发光散射检测器(ELSD);检测器温度:120℃;载气:氮气(纯度99.9%);载气流速:4 L/min;进样体积:10 μL。
L-哌啶甲酸纯度为L-哌啶甲酸在结晶、干燥所得固形物中的质量百分比。
L-哌啶甲酸收率为结晶、干燥后所得L-哌啶甲酸与初始待分离L-哌啶甲酸的质量百分比。
实施例1
本实施例对上述发酵法制备得到的含L-哌啶甲酸的发酵液作进一步分离提纯,含L-哌啶甲酸的发酵液中L-哌啶甲酸10 g/L,L-赖氨酸2 g/L,磷酸盐 50 mM。
用35 g D103-MTBE催化树脂填充固定床,平衡后将含L-哌啶甲酸的待分离液上柱,流速0.4 mL/min,400 mL后吸附饱和,然后用0.05%(v/v)氨水进行洗脱,洗脱液体积为688 mL,经HPLC测定洗脱液中L-哌啶甲酸浓度为5.54 g/L。结晶、干燥后L-哌啶甲酸产品纯度97.8%,收率95.4%。
实施例2
本实施例对上述发酵法制备得到的含L-哌啶甲酸的发酵液作进一步分离提纯,含L-哌啶甲酸的发酵液中L-哌啶甲酸30 g/L,L-赖氨酸5 g/L,磷酸盐20 mM。
用200 gD103-MTBE催化树脂填充固定床,平衡后将含L-哌啶甲酸的待分离液上柱,流速1 mL/min,550 ml后吸附饱和,然后用0.1%(v/v)氨水进行洗脱,洗脱液体积为800ml,经HPLC测定洗脱液中L-哌啶甲酸浓度为13.66 g/L,结晶、干燥后L-哌啶甲酸产品纯度98.2%,收率99.1%。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的分离L-哌啶甲酸的方法。
本实施例对上述发酵法制备得到的含L-哌啶甲酸的发酵液作进一步分离提纯,含L-哌啶甲酸的发酵液中L-哌啶甲酸5 g/L,L-赖氨酸15 g/L,磷酸盐100 mM。
用15 gD103-MTBE催化树脂填充固定床,平衡后将含L-哌啶甲酸的待分离液上柱,流速3 ml/min,420 ml后吸附饱和,然后用0.08%(v/v)氨水进行洗脱,洗脱液体积为730ml,经HPLC测定洗脱液中L-哌啶甲酸浓度为1.94 g/L,结晶、干燥后L-哌啶甲酸产品纯度98.5%,收率98.6%。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的分离L-哌啶甲酸的方法与常规氨基酸分离方法的比较。
分别用25 gD103-MTBE催化树脂、WS-3催化树脂、WA-3氨基酸专用树脂、D001阳离子交换树脂、D113阳离子交换树脂、D002阳离子交换树脂,填充固定床,平衡后将800 mL浓度为14 g/L的L-哌啶甲酸溶液上柱,流速1 mL/min,吸附饱和后,然后用0.1%(v/v)氨水进行洗脱,结晶、干燥后测定L-哌啶甲酸的纯度和收率,结果见表1。
表1:
D103-MTBE WS-3 WA-3 D001 D113 D002
纯度 98.6% 96.4% 86.5% 67.9% 72.7% 63.8%
收率 99.1% 97.3% 88.4% 55.3% 76.2% 51.0%

Claims (6)

1.一种L-哌啶甲酸的分离方法,其特征在于:所述分离方法适用于将L-哌啶甲酸与理化特性相似的磷酸盐、L-赖氨酸分开,将含L-哌啶甲酸的待分离液通过催化树脂,树脂吸附饱和后,以碱性溶液作为洗脱剂对树脂进行洗脱,收集洗脱液,将洗脱液结晶、干燥得到L-哌啶甲酸;所述催化树脂为D103-MTBE催化树脂或者WS-3催化树脂;所述碱性溶液为0.05-0.1%(v/v)的氨水。
2.根据权利要求1所述的L-哌啶甲酸的分离方法,其特征在于:含L-哌啶甲酸的待分离液通过催化树脂的流速为0.4~3 mL/min。
3.根据权利要求1所述的L-哌啶甲酸的分离方法,其特征在于:催化树脂填充量为每克湿树脂吸附0.1-0.2 g L-哌啶甲酸。
4.根据权利要求1所述的L-哌啶甲酸的分离方法,其特征在于:所述含L-哌啶甲酸的待分离液中含有的L-哌啶甲酸浓度为5-30 g/L。
5.根据权利要求1所述的L-哌啶甲酸的分离方法,其特征在于:所述碱性溶液为0.1%(v/v)的氨水。
6.根据权利要求2所述的L-哌啶甲酸的分离方法,其特征在于:含L-哌啶甲酸的待分离液通过催化树脂的流速为1mL/min。
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