CN1950327A - 氨基酸的提纯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种从氨基酸的碱金属盐的水溶液中提纯氨基酸的方法，所述方法包括下列步骤：(1)阳离子交换步骤，其中，用包含阳离子交换树脂的移动床式连续离子交换装置对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯处理，以得到粗氨基酸的水溶液；和(2)阴离子交换步骤，其中，用弱碱性阴离子交换树脂从所得的粗氨基酸的水溶液中吸附除去作为共存的副产物的亚氨基二羧酸，并且甚至在对所述亚氨基二羧酸的吸附达到所述弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍使所述粗氨基酸的水溶液流过。

Description

氨基酸的提纯方法
技术领域
本发明涉及广泛用作食品添加剂、医药、农药等的原料的氨基酸的提纯方法。更具体而言，本发明涉及氨基酸的提纯方法，所述方法包括用离子交换树脂对氨基酸的碱金属盐进行脱盐提纯处理的步骤；和从其水溶液中除去亚氨基二羧酸的步骤。此外，本发明涉及包括以下步骤的氨基酸的提纯方法：在氨基酸为甘氨酸的情况中，仅结晶γ型甘氨酸或α型甘氨酸。
背景技术
[1]关于对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯的背景技术：
诸如甘氨酸或丙氨酸等氨基酸的制造方法被称为Strecker反应，所述方法包括，使氰醇与氨反应，并使对应于所得氨基酸的氨基腈(在甘氨酸的情况中是甘氨腈，在丙氨酸的情况中是氨基丙腈)水解。例如，在特公昭29-8677号公报、特公昭59-28543号公报、特公昭51-24481号公报、特公昭43-29929号公报和特公昭51-40044号公报中披露了所述方法。在Strecker方法中，获得碱金属盐形式的氨基酸。
作为由所得的氨基酸的碱金属盐的水溶液制造氨基酸的方法，已经提出了下述方法，其中用硫酸中和氨基酸的碱金属盐的水溶液，之后通过结晶方法回收氨基酸。根据结晶法，因为例如在提纯甘氨酸的钠盐的水溶液时生成的诸如硫酸钠和氯化钠等无机盐的溶解度与甘氨酸非常相似，所以不能通过一级结晶充分回收氨基酸，即甘氨酸。因而，提出了下列各种方法。即，执行以下一系列烦杂操作的方法，诸如通过对pH的烦杂调节来结晶一部分无机盐、结晶一部分亚氨基二乙酸和结晶甘氨酸等(例如，参考特公昭53-8383号公报、特许第1179351号公报和特开昭52-118421号公报)；和将在高温结晶一部分硫酸钠然后在低温结晶甘氨酸的操作重复多次的方法(例如，参考特公昭57-53775号公报)。然而，所有这些方法的操作都非常烦杂而且生产效率低下，并且其工业实施很困难。
另一方面，有文献已经提出了一种方法，该方法用阳离子交换树脂对氨基酸的碱金属盐水溶液中的碱金属离子进行阳离子交换(脱盐)，从而得到氨基酸水溶液。在特公昭29-8677号公报、特公昭36-21315号公报和特开2003-221370号公报中披露了使用弱酸性阳离子交换树脂的方法，在特公平7-68191号公报中披露了使用强酸性阳离子交换树脂的方法。
通常需要所用的离子交换树脂对碱金属和对氨基酸的氨基具有不同的吸附性，即，具有吸附选择性。因而，为了尽可能避免树脂吸附氨基酸的氨基，适宜使用弱酸性阳离子交换树脂。
此外，关于使用离子交换树脂的离子交换装置，有文献提出，通过连续移动树脂，从而相对于固定床式来说，减少所用树脂的绝对量，并改善离子交换效率和再生效率(移动床式连续离子交换装置)。例如，有文献提出了移动床式法，根据所述方法，将用于使溶液流过以供离子交换的塔、再生塔和水洗塔有机连接；使溶液流过，在塔内压力下使树脂自动排出，并移动至下一个塔的进料斗中；然后，将相当于因抽取溶液所导致的塔内压力下降而排出的量的树脂由上部进料斗导入塔中，并在塔内压力下，使具有与导入树脂的量相应的量的树脂从其他塔逐渐自动地移动至料斗中，从而回到溶液流通的初始状态；以及重复该操作以连续地移动树脂(参考特公昭38-5104号公报和宫原昭三、大曲隆昭和酒井重男合著的“Practical Ion Exchange”第72页(1972)(化学工业社))。
然而，这种使用移动床式连续离子交换装置的脱盐提纯仅用于由低浓度离子溶液进行回收。即，仍然没有利用移动床式连续离子交换装置进行高浓度离子溶液的离子交换(例如对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯)的提案。
如上所述，当使用离子交换树脂对诸如甘氨酸或丙氨酸等氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯时，考虑到由于氨基酸的吸附所导致的产物回收效率的降低，优选使用H型弱酸性阳离子交换树脂。然而，已知弱酸性阳离子交换树脂会膨胀(或溶胀)。在由H型交换为Na型的情况中，具有磺酸基作为官能团并包含苯乙烯树脂作为母体的强酸性阳离子交换树脂通常完全不会膨胀(反而会收缩)。另一方面，例如，已有报导称，在由H型交换为Na型的情况中，具有羧酸基团作为官能团并包含甲基丙烯酸树脂作为母体的弱酸性阳离子交换树脂的溶胀比为90％(体积增加至1.9倍)，包含丙烯酸树脂作为母体的弱酸性阳离子交换树脂的溶胀比为50％(体积增加至1.5倍)。当常用的固定床式装置在工业上用于离子交换过程时，存在下述缺陷。即，当树脂的体积急剧膨胀时，溶液发生偏流，从而导致离子交换反应效率下降，此外，过高的压力施加于塔的下部，造成树脂的严重损坏。因而，离子交换效率降低，必须频繁地添加树脂。此外，交换塔可能因树脂膨胀所产生的压力而变形或破裂，因此在交换装置的设计上，需要考虑强度、溶液的供应和溶液的回收的特殊构造。
因此，使用弱酸性阳离子交换树脂会造成种种问题，诸如由于树脂膨胀导致交换效率和水洗效率下降，或者在设计交换塔时须关注内插物和强度，以及因树脂损耗而必须添加树脂，等等。在使用固定床式离子交换装置对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行工业脱盐提纯时，这些问题是不利的。另外，为了对最终制为固体产品的氨基酸进行提纯，必须在尽可能高的浓度下对原料液(被处理液)进行交换处理，并利用所有离子交换基团实施有效的提纯。因而，当用固定床式离子交换装置对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯时，由于在整个交换塔内出现树脂的膨胀，因而显著出现由于树脂膨胀而造成的问题。
此外，在使用固定床式离子交换装置进行离子交换时，通常当作为产物得到的氨基酸的水溶液中碱金属的浓度达到给定值(即，在离子交换树脂的突破点)时，停止溶液的流通。在该情况中，待处理液(原料)作为由树脂携带的溶液(1m3的离子交换树脂包含0.5m3的空隙水)残存在离子交换塔中，为回收该溶液，供应纯水以进行置换(冲出)和水洗。所述水洗用水包含作为原料回收的有效组分，结果，原料被稀释。此外，树脂再生之后，同样用水洗涤树脂以除去作为再生剂使用的无机酸和无机酸的碱金属盐，然后重新让溶液流过。在该情况中，与原料的浓度相比，由于H型树脂中含有空隙水(尽管在将产物氨基酸排出之前可将空隙水弃去)，因此产物氨基酸的水溶液不可避免地被稀释。氨基酸通常制为固体产品，因而必须将水回收，而且大量的稀释在工业上是不利的。
此外，在使用固定床式离子交换装置进行离子交换处理时，通常采用上述操作，碱金属盐不可避免地在一定程度上漏进产物氨基酸的水溶液中。当试图抑制该泄漏时，在有效利用充填的离子交换树脂的顶端之前，必须终止交换处理。即，氨基酸的氨基部分地交换并吸附在离子交换树脂塔的顶端。如果过度实施水洗置换，由于存在稀释的问题，因此吸附了部分氨基酸的树脂进入再生步骤，导致损失有用的氨基酸。进而还会由于废弃物造成环境负荷增大。为避免该问题，特开2003-221370号公报中提出了在达到突破点之后进一步提供氨基酸的碱金属盐的方法，并报道，在再生处理液中氨基酸(甘氨酸)的浓度降低到110ppm/SO4。然而，该方法存在原料的再循环量增加的问题。此外，仍未解决产物中碱金属盐的泄漏问题，产物氨基酸(甘氨酸)中钠离子的浓度相当于240重量ppm/甘氨酸。
根据制造方法的不同，离子交换树脂包括由微球凝集形成一个球状颗粒而作为基质的那些树脂，和具有三维网络结构但由于交联剂的含量而致密并具有高物理强度的基质的那些树脂。前者具有由微球的凝集而产生的空间容积，因此具有高的扩散速度和离子交换速度，但是树脂强度很低，而且不可避免地具有由于树脂膨胀造成的缺陷。后者的树脂强度比前者稍优，因此预计由树脂膨胀造成的问题较少；但由于基质致密，因此树脂的离子交换速度很低，并且对碱金属和氨基酸的氨基的吸附选择性很小，因而，难以用固定床式离子交换装置进行产物氨基酸的有效回收。
[2]关于对氨基酸和亚氨基二羧酸进行分离和回收的背景技术
在利用Strecker法制造氨基酸时，要求以高纯度同时分离并回收作为反应副产物的亚氨基二羧酸和作为产物的氨基酸。
如上所述，在传统技术中利用结晶法提纯氨基酸的尝试并未成功。
已经有文献提出结晶并回收作为铜盐的氨基酸的方法，但所述方法需要烦杂操作以除去铜(例如，参考特开昭59-118747号公报)。根据利用离子交换膜电渗析法的方法，可以获得高纯度氨基酸。然而，氨基酸透过所述膜并进入排出液中，仍没有开发出仅使亚氨基二羧酸的多价离子有选择地透过的膜，因此，上述方法不能进行工业应用(例如，参考特开昭51-34114号公报)。
此外，有文献已经提出了在H型强酸性阳离子交换树脂上吸附氨基酸之后分离氨基酸的方法(例如，参见特开昭58-210027号公报)。所述方法已在实验室中实施，但其需要大量的离子交换树脂以吸附大量的氨基酸，因而很难在工业上应用。有文献已经提出使用盐型强酸性阳离子交换树脂进行色谱分离的方法(例如，参考特开平2-215746号公报)，但难以在工业规模上连续处理大量溶液，并且需要许多离子交换塔。任何一种传统技术都未披露能够以高纯度和高产率同时分离并回收氨基酸和亚氨基二乙酸的方法。
此外，有文献已经提出了下述方法，根据所述方法，使用阳离子交换树脂对氨基酸钠盐水溶液的钠离子进行阳离子交换(脱盐)，以获得包含着色物质的粗甘氨酸的水溶液，随后用弱碱性阴离子交换树脂或中碱性离子交换树脂进行处理(例如，参考特公昭54-1686号公报)。
该文献没有披露所得氨基酸(甘氨酸)的纯度(不纯物的残存量)，但披露了吸附到离子交换树脂上的甘氨酸的损失约为0.2％～1.5％。在阴离子交换时，当含有的有机酸(亚氨基二乙酸、乙醇酸、甲酸)的浓度达到给定值，即，给定量的有机酸发生泄漏的突破点时，通过停止溶液的流通来保持所得氨基酸的纯度。在该情况中，由于有机酸吸附的突破点不是阴离子交换树脂的饱和吸附点，因此在阴离子交换树脂顶端，有机酸的吸附没有达到饱和，从而存在没有经历交换的离子交换带。即，在该离子交换带，除了OH型阴离子以外，氨基酸的阴离子进行离子交换并吸附于阴离子交换树脂上。
当用碱金属盐对该离子交换带进行再生时，氨基酸中的阴离子进行离子交换并与再生液一同传送，导致氨基酸的回收损失。此外，回收液包含大量的亚氨基二乙酸，并且亚氨基二乙酸可以制为产品。然而，氨基酸混入产物中成为不纯物，因而必须进行复杂操作。
此外，通常塔中树脂所吸附的亚氨基二乙酸由于使用碱液(氢氧化钠)进行的色谱分离和再生而游离，因此，得到了钠盐形态的亚氨基二乙酸。因而，在需要酸形态的产物亚氨基二乙酸的情况中，进一步需要对成本影响极大的提纯步骤。
[3]关于对甘氨酸进行提纯的背景技术
氨基酸，尤其是甘氨酸广泛用作用于加工食品的食品添加剂、医药和农药的原料。
所述背景技术涉及甘氨酸的制造方法，更具体来说，涉及根据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三种形态(例如，参考“J.Amer.Chem.Soc.”61，1087(1939)和“Proc.Japan Acad.”30，109(1954))。对根据需要提纯甘氨酸至所需晶型(α型甘氨酸或γ型甘氨酸)的方法存在需求。
作为对甘氨酸的工业分离法，通常进行浓缩结晶、冷却结晶、溶剂结晶等，α型甘氨酸产物已商品化。α型甘氨酸的亮度高并且比γ型甘氨酸的平均粒径小，因此，考虑到用于食品添加剂的用途等，需要将其商品化。
然而，很显然该α型甘氨酸在保存时易于以岩石态牢固地固结，这会在制造、流通保存和使用上造成严重问题。这是由于在水的存在下α型甘氨酸向γ型甘氨酸转变导致的。
在该状况下，为避免α型甘氨酸的固结问题，已经提出了预先得到作为γ型甘氨酸的甘氨酸的方法。例如，特公平2-9018号公报中披露了通过在甘氨酸的饱和溶液中接种γ晶并在搅拌的同时冷却所述溶液来制造γ晶甘氨酸的方法。这种方法是关于通过在甘氨酸的饱和溶液中接种γ型甘氨酸来制造γ型甘氨酸的提案。然而，根据在该专利文献中给出的实施例，披露了所述方法基本是分批式，当冷却速率是5℃/小时时稳定获得γ型甘氨酸，而当冷却速率是50℃/小时时制得α型甘氨酸。即，假定根据渐热速率得到α型甘氨酸与γ型甘氨酸的混合物。在冷却速率为5℃/小时的缓和冷却的条件下稳定获得γ型甘氨酸，当所述方法应用于工业上时，需要大尺寸的结晶槽或多个结晶槽，这是不利的。为选择地制造仅有α型甘氨酸或γ型甘氨酸中的所需晶型，必须精确控制渐热速率。此外，该专利文献没有记载结晶用水的品质。(下面，“α型甘氨酸”和“γ型甘氨酸”有时仅分别称为“α型”和“γ型”。)
特开平9-67322号公报报道了在急冷的条件下制造γ型甘氨酸的方法，所述方法包括在结晶槽中操作时保持0.1g～2.0g甘氨酸/100g水的过饱和度。然而，该方法也需要对过饱和度进行苛刻控制。在说明书中披露到，如果其偏离了控制范围，则得到α型和γ型的混合型甘氨酸，作为具有所需晶型的甘氨酸的工业制造法这是不能令人满意的。此外，该专利文献没有提及结晶用水的品质。
此外，有文献已经提出了将结晶的α型甘氨酸转变为γ型甘氨酸的方法。
例如，特公平2-9019号公报提出了将与γ型甘氨酸和水共存的晶态的α型甘氨酸转变为γ型甘氨酸。然而，正如在该专利文献中提及的，在由α型甘氨酸向γ型甘氨酸转变的过程中，所述方法存在易于发生凝集和固结的缺陷，并且在工业上实施该方法时，需要诸如粉碎等烦杂操作以获得作为商品化产品的γ型甘氨酸。此外，专利文献没有提及结晶用水的品质。
特开平9-3015号公报提出将α型甘氨酸保存在pH为7～14的水溶液中并转变为晶态的γ型甘氨酸。然而，如上所述，在由α型甘氨酸向γ型甘氨酸转变的过程中存在易于发生凝集和固结的问题，并且在工业上实施该方法时，需要诸如粉碎等烦杂操作以获得作为商品化产品的γ型甘氨酸。此外，该专利文献提出将碱金属或碱土金属的氢氧化物、碳酸盐或氧化物添加至甘氨酸的水溶液中。然而，添加的目的仅是通过将甘氨酸水溶液的pH调节为7～14，以使α型甘氨酸转变为γ型甘氨酸。在所述专利文献中给出的实施例中，仅使用了氢氧化钠。
发明内容
涉及上述“[1]关于对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯的背景技术”的本发明的第一目的在于，在用弱酸性阳离子交换树脂对氨基酸的碱金属盐进行脱盐提纯时，避免了由于树脂膨胀所导致的各种问题，同时显著抑制了产物溶液的稀释，除此之外，明显减少了混入再生用无机酸的碱金属盐水溶液中的氨基酸的量。另外，本发明的目的是，即使使用通过常用的固定床方式不能实现氨基酸的有效提纯的离子交换树脂，也能够实现氨基酸的有效提纯。
涉及上述“[2]关于对氨基酸和亚氨基二羧酸进行分离和回收的背景技术”的本发明的第二目的是提供这样一种方法，该方法能够由包含氨基酸和亚氨基二羧酸的水溶液，以高纯度和高产率在工业上分别简单分离并提纯氨基酸和以酸的形态存在的亚氨基二羧酸。
涉及上述“[3]关于对甘氨酸进行提纯的背景技术”的本发明的第三目的提供提纯甘氨酸的简单方法，所述方法包括在工业提纯甘氨酸晶体时，以所需晶型结晶α型甘氨酸或γ型甘氨酸，而不产生α型和γ型的混合物。
本发明人已经发现，可以通过在阳离子交换步骤中使用移动床式连续离子交换装置达到第一目的，在所述阳离子交换步骤中，使用包含离子交换树脂的连续离子交换装置对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯处理，以得到粗氨基酸的水溶液(步骤(1))。
此外，本发明人已经发现可以按照下述方式实现第二目的。即，在使作为所得粗氨基酸的水溶液中的共存副产物的亚氨基二羧酸吸附在弱碱性阴离子交换树脂上并从粗氨基酸的水溶液中除去所述亚氨基二羧酸的阴离子交换步骤中，甚至在对亚氨基二羧酸的吸附达到弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍使粗氨基酸的水溶液流过，以进行亚氨基二羧酸的离子交换，从而回收被弱碱性阴离子交换树脂吸附的氨基酸(步骤(2))。
另外，本发明人已经发现，在从经历了上述步骤(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中仅结晶γ型甘氨酸或仅结晶α型甘氨酸来提纯甘氨酸的步骤中，通过使用不包含多价阳离子的水或以至少15微摩尔/升的量包含至少一种多价阳离子的水用作结晶用溶剂可以实现第三目的(步骤(3)或(4))。
本发明具有下述构成。
[1]一种从氨基酸的碱金属盐的水溶液中提纯氨基酸的方法，所述方法包括下述步骤：
(1)阳离子交换步骤，所述步骤包括用阳离子交换树脂对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯处理，以得到粗氨基酸的水溶液，其中，使用移动床式连续离子交换装置进行所述阳离子交换步骤；和
(2)阴离子交换步骤，所述步骤包括使作为共存的副产物的亚氨基二羧酸吸附在弱碱性阴离子交换树脂上，以从所得的粗氨基酸的水溶液中除去所述亚氨基二羧酸，其中，甚至在对所述亚氨基二羧酸的吸附达到所述弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍使所述粗氨基酸的水溶液流过，以便与所述亚氨基二羧酸进行阴离子交换，由此回收被所述弱碱性阴离子交换树脂吸附的氨基酸。
[2]如[1]中所述的方法，其中所述步骤(2)包括从所述包含亚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骤：
a)使所述包含亚氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触，从而使副产物亚氨基二羧酸进行离子交换，由此制得氨基酸的水溶液；
b)甚至在对所述亚氨基二羧酸的吸附达到所述弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍连续地使所述包含亚氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液与所述弱碱性阴离子交换树脂接触，由此使被所述弱碱性阴离子交换树脂截留的所述氨基酸与亚氨基二羧酸进行离子交换，从而回收所述氨基酸；
c)将残留在所述弱碱性阴离子交换树脂中的包含氨基酸的水溶液用水冲出并洗涤；
d)使水从所述弱碱性阴离子交换树脂的底部流过以进行回洗；
e)通过使碱金属氢氧化物的水溶液与所述弱碱性阴离子交换树脂接触而再生所述弱碱性阴离子交换树脂；和
f)将残留在所述弱碱性阴离子交换树脂中的包含亚氨基二羧酸的碱金属盐的水溶液用水冲出并洗涤。
[3]如[1]或[2]中所述的方法，其中所述氨基酸包括选自由甘氨酸、丙氨酸和蛋氨酸组成的组中的至少一种氨基酸。
[4]如[1]或[2]中所述的方法，其中在所述步骤(1)中使用的所述阳离子交换树脂是弱酸性阳离子交换树脂。
[5]如[1]或[2]中所述的方法，其中在所述步骤(1)中使用的所述移动床式连续离子交换装置包括至少下列三个塔：1，实施离子交换反应的交换塔；2，置换由所述离子交换树脂携带的溶液的置换塔；和3，用供应的无机酸的水溶液将所述与碱金属离子交换的树脂再生为H型树脂的再生塔。
[6]如[1]或[2]中所述的方法，其中所述亚氨基二羧酸包含选***氨基二乙酸、亚氨基二丙酸和亚氨基二-4-甲硫基丁酸组成的组中的至少一种酸。
[7]如[3]中所述的方法，其中所述氨基酸包含甘氨酸。
[8]如[7]中所述的方法，其中所述氨基酸与亚氨基二羧酸的组合是甘氨酸与亚氨基二乙酸的组合，并且所述粗氨基酸的水溶液除了包含作为副产物的亚氨基二乙酸之外，还包含乙醇酸和/或甲酸。
[9]如[7]或[8]中所述的方法，所述方法还包括下列步骤(3)：通过从经历了所述步骤(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中仅结晶γ型甘氨酸来提纯甘氨酸，其中，采用不包含多价阳离子的水作为结晶用溶剂。
[10]如[7]或[8]中所述的方法，所述方法还包括下列步骤(4)：通过从经历了所述步骤(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中仅结晶α型甘氨酸来提纯甘氨酸，其中，采用以至少15微摩尔/升的量包含至少一种多价阳离子的水作为结晶用溶剂。
附图说明
图1显示了在工业上实施本发明的步骤(1)时的交换塔的结构的一个例子。
图2显示了在工业上实施本发明的步骤(1)时的工艺流程的一个例子。
图3显示了模拟在实施例1和实施例2中使用的移动床式连续离子交换装置的试验装置。
图4显示了在溶液流经突破点后使氢氧化钠流过造成的亚氨基二乙酸的色谱分离中的各成分的重量百分比的变化。
图5显示了实施例4中得到的晶体根据X-射线衍射的测定结果。
图6显示了实施例5中得到的晶体根据X-射线衍射的测定结果。
图7显示了比较例5中得到的晶体根据X-射线衍射的测定结果。
图8显示了实施例7中使用的结晶装置。
图9显示了实施例7中得到的晶体根据X-射线衍射的测定结果。
图10显示了实施例8中得到的晶体根据X-射线衍射的测定结果。
具体实施方式
首先，将对关于上述步骤(1)的具体实施方式进行说明。
步骤(1)是使用“移动床式连续离子交换方法(装置)”对氨基酸(典型为甘氨酸)的碱金属盐进行脱盐的方法。该脱盐的一个例子可由下式表示。
  (脱盐提纯)
甘氨酸的钠盐             甘氨酸
      (树脂再生)
用于上述交换反应的离子交换树脂在由交换塔经各塔移动的同时经历液置换(原料的回收)、再生(用硫酸处理以恢复为H型)和再度液置换(防止由于空隙水导致氨基酸被稀释)，并返回至交换塔。
在步骤(1)中使用的离子交换装置优选是特公昭38-5104号公报中披露的装置，即，移动床式连续离子交换装置，其特征在于，将用于溶液流过以供离子交换的塔、再生塔和水洗塔有机连接；使溶液流过，在塔的内压力下使树脂自动排出，并移动至下一个塔的进料斗中；然后，将与由于抽取溶液所导致的塔的内压力下降而排出的树脂的量相应的量的树脂由上进料斗导入塔中；在塔的内压力下，使具有与导入树脂的量相应的量的树脂从其他塔逐渐自动地移动至料斗中，从而回到溶液流通的初始状态；重复该操作以连续地移动树脂。
步骤(1)中的离子交换装置中的塔的优选结构包括至少三个塔：进行离子交换反应的交换(吸附)塔；将由离子交换树脂携带的溶液置换的置换塔；和通过提供无机酸的水溶液将与碱金属离子进行交换的树脂再生为H型的再生塔。作为优选例，如图2中所示，使用包括下述塔的离子交换装置：进行离子交换反应的交换(吸附)塔1；第二置换塔4，其中用水置换由经历交换的离子交换树脂携带的溶液并回收处理液(原料)；再生塔3，其中通过提供无机酸的水溶液，将与碱金属离子交换的树脂再生为H型，并用水置换由再生树脂携带的溶液；以及第一置换塔2，其中用氨基酸的水溶液(粗氨基酸的水溶液，该水溶液是步骤(1)中作为产物的溶液，并在步骤(1)后经历步骤(2))置换由再生的H型离子交换树脂携带的溶液，以抑制产物溶液的稀释。在图2中，在再生塔中，在塔中段供应再生剂并在塔下段供应纯水，在一个塔中进行离子交换树脂的再生和再生树脂的液置换，但无疑可以采用包含再生塔和置换塔的两个塔。类似地，可以将交换塔与第二置换塔组合成一个塔。此外，如果允许稀释氨基酸水溶液，则可以省略第一置换塔。
下面将参考附图对工业上实施步骤(1)的一个例子进行详细说明。该说明书中的术语“移动床式”是指离子交换装置的一种类型，其中在槽内树脂以床层的形式存在并在维持其形式的同时使树脂移动。使经供液泵5由原料入口6导入交换塔1的原料液在交换塔内升高的同时，与塔内以床层形式存在的离子交换树脂10接触并进行离子交换反应，之后将处理液(氨基酸水溶液)经过滤器11由处理液出口7排出。
在该情况中，通过由泵送入的原料液使塔的内部保持在一定的加压状态。在内压力下用于离子交换的树脂与塔内的溶液一起自动地由位于塔底部的树脂出口9送至位于第二置换塔顶部的进料斗19中。在该操作持续适宜的时间后，利用循环定时器的动作关闭用于提供溶液的电磁阀15。与此同时，打开用于抽取溶液的电磁阀16，从而利用内压力和压头经过滤器12由溶液抽取口8自动排出塔内的部分溶液。因此，当塔内的液压降低时，停止将树脂压送至第二置换塔，此外，将经历再生和液置换(在第一置换塔中已经用氨基酸的水溶液置换由树脂携带的溶液)并存贮在位于塔顶部的料斗13中的树脂17经诸如球阀或蝶形阀等止回阀18利用压头差导入交换塔内部。
经过适宜的时间后，再次利用循环定时器的动作关闭用于抽取溶液的电磁阀16。与此同时，打开用于提供溶液的电磁阀15以使溶液开始流过，因此，塔内压力增大以关闭止回阀。结果，树脂停止由料斗导入，在压力下塔下部的树脂再次逐渐进入第二置换塔。类似地，经历再生和置换并且具有与由料斗导入交换塔中的树脂的量相当的量的树脂自动地逐渐由第一置换塔的下部树脂出口24排出并进入交换塔。在料斗的上部设置仅允许溶液通过的过滤器14。当在压力下由第一置换塔进入交换塔料斗中的树脂填满料斗直至料斗上部的过滤器时，不再导入树脂，因此，由于内压力的平衡而自动停止导入。
与上述相同的关系可以应用于树脂由交换塔向第二置换塔的转移、由第二置换塔向再生塔的转移和由再生塔向第一置换塔的转移。树脂和溶液在各塔中的转移以与上述交换塔中完全相同的机制进行。塔的尺寸根据诸如再生效率、置换效率和交换速度等各塔的固有条件适宜地设定。根据该树脂转移方法，树脂仅通过压头或液压转移而不使用机械转移装置，因此基本上不会造成树脂的损耗。
当在步骤(1)中使用如上所述的移动床式连续离子交换装置时，理论上仅有树脂能够向下移动而溶液不会移动，因此溶液的置换效率极高。
将经历再生处理的包含水作为空隙液的H型树脂由塔顶部的料斗导入步骤(1)中的离子交换装置的第一置换塔中。另一方面，由塔的底部供应氨基酸水溶液，树脂层中的空隙液用氨基酸水溶液置换。因而，能够抑制由于再生树脂的空隙液(水)被导入交换塔中而导致的氨基酸水溶液的稀释。实质上，在塔的下部经氨基酸的氨基使氨基酸吸附在H型树脂上。因而，在由塔底部转移至交换塔的树脂层的空隙液中含有的氨基酸与树脂所吸附的氨基酸的总浓度(在交换塔中被吸附的氨基酸与碱金属离子进行交换并脱离)绝不会被稀释至小于供应至第一置换塔的氨基酸的水溶液的浓度。
在包含氨基酸的碱金属盐的原料水溶液作为空隙液的状态下，将经历交换反应的碱金属离子交换树脂由塔顶部的料斗导入步骤(1)中的离子交换装置的第二置换塔中。碱金属离子交换树脂在包含水作为空隙液的状态下由塔的底部转移至再生塔。理论上，当供应与由料斗导入的树脂所携带的溶液的量相当的量的纯水时，可以仅通过转移树脂而不转移溶液来对树脂层的空隙液进行置换。为进一步减小在置换塔的出口处碱金属离子交换树脂的空隙液中的氨基酸的碱金属盐的浓度，可以过剩供应一定量的置换用水。具体地说，置换用水是树脂循环量的0.1倍～0.5倍(优选0.15倍～0.25倍)。结果，由于在树脂的再生处理过程中导致的氨基酸漏入无机酸的碱金属盐的水溶液中的量显著减少，因此能够减少有用的氨基酸的损失，此外，能够减轻环境负荷。
将包含氨基酸的水溶液作为空隙液并且由第一置换塔转移的H型树脂由料斗导入步骤(1)中的离子交换装置的交换塔(吸附塔)中。由塔的底部供应氨基酸的碱金属盐的水溶液，并在塔中进行离子交换反应。由塔的顶部回收脱盐的氨基酸的水溶液，在包含原料氨基酸的碱金属盐的水溶液作为空隙液的状态下，将用于离子交换反应的离子交换树脂由塔的底部转移至第二置换塔。为完成离子交换反应(完成脱盐提纯)，设定离子交换树脂的循环量，以使单位时间的离子交换树脂的总交换容量至少等于单位时间供应至该过程的碱金属阳离子的量。
考虑到氨基酸的结晶、离子交换反应中产生的热量(中和反应热)、对树脂转移的不利作用和离子交换树脂的耐热性，供应至交换塔的氨基酸的碱金属盐的水溶液的浓度不能过高。另一方面，如果浓度过低，氨基酸商品化的过程的负荷变大。因而，按碱金属离子的浓度计，浓度通常为0.5eq/L～3eq/L，优选1.0eq/L～2.5eq/L，更优选1.5eq/L～2eq/L。
步骤(1)中氨基酸的碱金属盐的脱盐提纯处理包括下述操作：将氨基酸的碱金属盐的水溶液供应至交换塔，在塔中进行离子交换反应和由塔的顶部回收氨基酸的水溶液(作为步骤(1)中的产物的粗氨基酸的水溶液)。为提高下一步骤中副产物有机酸与产物氨基酸之间的分离效率，即，增大产物氨基酸的纯度，除去(提纯)产物中的碱金属至单位产物氨基酸的碱金属的重量浓度为小于或等于200重量ppm，优选小于或等于100重量ppm，更优选小于或等于50重量ppm。
作为用作步骤(1)中离子交换树脂的再生剂的无机酸，可以使用硫酸、盐酸或硝酸。将氯离子混入产物氨基酸中是不优选的，硝酸会导致由于加热而产生氧气的问题；因而优选硫酸。
将碱金属离子交换树脂导入步骤(1)中的离子交换装置的再生塔中，所述碱金属离子交换树脂已经用于离子交换反应，在第二置换塔中已回收原料氨基酸的碱金属盐的水溶液，并且在第二置换塔中空隙液已由纯水置换。将作为再生剂的无机酸的水溶液由中部供应以进行离子交换树脂的再生，纯水由塔的底部供应，从而进行再生的H型树脂的空隙液与纯水的置换。因而，再生的H型树脂在包含水作为空隙液的状态下由塔的底部转移至第一置换塔，并从塔的顶部回收无机酸的碱金属盐的水溶液。在该情况中，如上所述，在回收的无机酸的碱金属盐的水溶液中氨基酸的浓度极低。
在步骤(1)中使用的离子交换树脂优选对碱金属和氨基酸的氨基的吸附具有选择性。此外，为尽可能避免吸附在树脂上，优选使用弱酸性阳离子交换树脂。这里，关于弱酸性阳离子交换树脂，在由H型交换为Na型的过程中，通常具有羧基作为官能团并且包含甲基丙烯酸树脂作为母体的弱酸性阳离子交换树脂的溶胀比为90％(体积增加至1.9倍)，包含丙烯酸树脂作为母体的弱酸性阳离子交换树脂的溶胀比为50％(体积增加至1.5倍)。如上所述，当在工业上利用固定床式装置时，存在下述缺陷。即，当树脂的体积急剧膨胀时，溶液发生偏流，从而导致离子交换反应效率和溶液置换效率下降，此外，过高的压力施加于塔下部的树脂，造成树脂的严重损坏。此外，假定充填在树脂塔中的全部树脂得到有效利用。那么树脂会在树脂塔的整个区域内发生膨胀。然而，在步骤(1)中，因为在连续转移离子交换树脂的同时进行离子交换反应，因而在交换塔中实际发生了交换反应的树脂层仅有部分(在许多情况中为10％～20％)显示了膨胀行为。因而，不可能发生诸如由树脂的膨胀引起的交换效率的降低和由压力损失导致的树脂破裂等问题。
在步骤(1)中使用的弱酸性阳离子交换树脂的例子包括由Organ Co.，Ltd制造的AMBERLITE IRC-76(商标)、由三菱化学(株)制造的DIAIONWK10、WK20(商标)和由Bayer AG制造的REBATID CNP80和REBATIDCNP-C(商标)等。也可以使用诸如由Bayer AG制造的REBATID TP207和TP208(商标)等螯合树脂。
在步骤(1)中使用的离子交换树脂是具有能够耐受移动床式连续装置中树脂转移的强度的离子交换树脂。具体地，优选在Na型中具有至少200g/颗粒的压碎强度的弱酸性阳离子交换树脂。压碎强度通常与树脂的粒径有关。因而，在该说明书中的树脂的压碎强度是粒径为600μm的Na交换型树脂的压碎强度，和用流变仪以2厘米/分钟的速度测定的单个颗粒的挤压破坏强度。如上测定，弱酸性阳离子交换树脂的压碎强度优选大于或等于300g/颗粒，更优选大于或等于500g/颗粒。
根据制造方法的不同，离子交换树脂通常包括由微球凝集形成一个球状颗粒而作为基质的那些树脂，和具有三维网络结构但由于交联剂的含量而具有致密和高物理强度的基质的那些树脂。前者具有由微球的凝集而产生的空间容积，因此具有高的扩散速度和离子交换速度，但是树脂强度很低。因而，在用固定床式装置实施离子交换反应时，不可避免的出现上述由于树脂膨胀造成的问题。另一方面，后者的树脂强度比前者稍优，因此预期由树脂膨胀造成的问题较少，但由于基质致密，因此树脂的离子交换速度很低，并且由于对碱金属和氨基酸的氨基的吸附选择性很小，所以难以用固定床方式有效回收产物，从而不适用。然而，根据本发明的方法，在转移树脂的同时进行离子交换反应，因此，能够将再生树脂连续地导入交换塔中。因而，如果可以确保具有适宜长度的塔，就不会出现离子交换反应效率的问题。因而，能够有效地使用具有优异强度的树脂，而且可以进一步抑制树脂的破裂。这些事实在工业实施本发明时非常有利。
在步骤(1)中使用的氨基酸的碱金属盐的水溶液优选通过诸如Strecker法等化学合成法获得。也可以使用一种水溶液，所述水溶液是通过微生物的酶反应和/或由微生物提纯的酶与固定化酶的反应得到的反应混合物，并且包含氨基酸的碱金属盐。在本发明中通过分离而制造的氨基酸是这样一种化合物，该化合物对在下述步骤(2)中使用的具有氨基的弱碱性阴离子交换树脂与氨基酸和副产物亚氨基二羧酸之间具有不同的相对亲和性，并且对氨基酸和亚氨基二羧酸的羧基的吸附能力和在置换时的游离能力不同。作为氨基酸的例子，可以提及的有甘氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、丝氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸，其中优选甘氨酸、丙氨酸和蛋氨酸。
作为在步骤(1)中使用的氨基酸的碱金属盐，优选甘氨酸和丙氨酸的碱金属盐。尤其优选甘氨酸的钠盐。在氨基酸的碱金属盐的水溶液中碱金属与羧基的摩尔比通常为1/1～1.2/1。在以诸如Strecker法合成诸如甘氨酸等氨基酸时，已知生成亚氨基二乙酸、乙醇酸、甲酸等作为副产物。可以使用阴离子交换树脂通过连续处理而吸附这些有机酸并将其除去(步骤(2))。
下面，将对关于步骤(2)的具体实施方式进行说明。
步骤(2)涉及阴离子交换步骤，所述阴离子交换步骤包括使作为步骤(1)所得的粗氨基酸的水溶液中的共存的副产物的亚氨基二羧酸吸附在弱碱性阴离子交换树脂上，以除去所述亚氨基二羧酸，所述步骤(2)的特征在于，甚至在对所述亚氨基二羧酸的吸附达到所述弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍使所述粗氨基酸的水溶液流过，以便与所述亚氨基二羧酸进行阴离子交换，由此回收被所述弱碱性阴离子交换树脂吸附的氨基酸。
步骤(2)通常包括下述一系列步骤。即，所述步骤包括：a)使包含亚氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触，从而使副产物亚氨基二羧酸进行离子交换，由此制得氨基酸的水溶液；b)甚至在对亚氨基二羧酸的吸附达到所述弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍连续地使包含亚氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触，由此使被弱碱性阴离子交换树脂截留的氨基酸与亚氨基二羧酸进行离子交换，从而回收所述氨基酸；c)将残留在弱碱性阴离子交换树脂中的包含氨基酸的水溶液用水冲出并洗涤；d)使水从弱碱性阴离子交换树脂的底部流过以进行回洗；e)使酸性比亚氨基二羧酸更强的有机酸的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触，从而进行与被弱碱性阴离子交换树脂截留的亚氨基二羧酸的离子交换，并利用色谱法分离亚氨基二羧酸，由此制得亚氨基二羧酸的水溶液；f)通过使碱金属氢氧化物的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触而再生弱碱性阴离子交换树脂；和g)将残留在弱碱性阴离子交换树脂中的包含亚氨基二羧酸的碱金属盐的水溶液用水冲出并洗涤。
在步骤(2)中分离的亚氨基二羧酸包括亚氨基二乙酸、亚氨基二丙酸、亚氨基二-4-甲硫基丁酸等。
步骤(2)包括下述一系列步骤作为特定实施方式。即，所述步骤包括：a)使包含亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸作为副产物的粗甘氨酸的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触，从而使副产物亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸进行离子交换，由此制得甘氨酸的水溶液；b)甚至在对亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的吸附达到所述弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍连续地使包含亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的粗甘氨酸的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触，由此使被弱碱性阴离子交换树脂截留的甘氨酸与亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸进行离子交换，从而回收所述甘氨酸；c)将残留在弱碱性阴离子交换树脂中的包含甘氨酸的水溶液用水冲出并洗涤；d)使水从弱碱性阴离子交换树脂的底部流过以进行回洗；e)使酸性比亚氨基二乙酸更强的有机酸的水溶液(例如，甲酸或乙醇酸的水溶液)与弱碱性阴离子交换树脂接触，从而进行与被弱碱性阴离子交换树脂截留的亚氨基二乙酸的离子交换，并利用色谱法分离亚氨基二乙酸，由此制得亚氨基二乙酸的水溶液；f)通过使碱金属氢氧化物的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触而再生弱碱性阴离子交换树脂；和g)将残留在弱碱性阴离子交换树脂中的包含亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的碱金属盐的水溶液用水冲出并洗涤。
为方便起见，下面将仅在包含亚氨基二乙酸(作为亚氨基二羧酸的典型例)、乙醇酸和甲酸作为副产物的情况中对步骤(2)进行讨论。当然，步骤(2)的内容应当由所附权利要求1的内容广义地限定，而不限于仅包含这些化合物的情况。
在步骤(2)中使用的弱碱性阴离子交换树脂通常优选这样一种弱碱性阴离子交换树脂：在分子中具有包含一级、二级或三级氨基的官能团，并且对甘氨酸的离子交换选择系数比对乙醇酸、甲酸和亚氨基二乙酸的离子交换选择系数更小，从而有选择地将甘氨酸与乙醇酸、甲酸和亚氨基二乙酸的羧基离子分离。弱碱性阴离子交换树脂的例子是由Organo Co.，Ltd.制造的AMBERLITE IRA-96SB、IRA-67、XE583、XT6050RF(商标)；由三菱化学(株)制造的DIAION WA21、WA30(商标)；由Bayer AG制造的REBATID MP-62、MP-64、VPOC-1065(商标)；由Purolite Co.，Ltd.制造的PUROLITE A-100、A-103S、A-830、A-845(商标)；和由DowChemical Corp.制造的DOWEX 66、MWA-1、WGR、WGR-2(商标)等。离子交换基是OH型。优选具有包含二级氨基的官能团并具有苯乙烯树脂母体的弱碱性阴离子交换树脂。其中，令人惊讶的是，AMBERLITEIRA-96SB的甘氨酸回收效率最高。
在包含亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸作为副产物的粗甘氨酸的水溶液中，在甘氨酸基团的重量小于或等于33重量％的条件下实施用弱碱性阴离子交换树脂进行的处理。甘氨酸基团的重量百分比可以小于或等于操作温度下的饱和浓度。为获得超过33重量％的浓度，阴离子交换树脂必须保持在大于或等于70℃，而从弱碱性阴离子交换树脂的耐热性考虑这是不优选的。在这些树脂首次使用的情况中，必须充分进行树脂的预处理和水洗，从而抑制来自树脂的不纯物混入甘氨酸中。使用的树脂量随将被除去的不纯物的种类和数量发生变化。在用弱碱性阴离子交换树脂进行副产物有机酸离子的离子交换时，相对于1kg待处理的甘氨酸，树脂的量通常为1000ml～5000ml。优选1000ml～3000ml。
在步骤(2)中，用于被离子交换树脂吸附的亚氨基二乙酸的色谱分离的洗提液优选是比亚氨基二乙酸的酸性更高的有机酸，洗提液的例子是粗氨基酸中包含的乙醇酸和甲酸。也可以使用其他有机酸，只要它们不会在执行该处理时造成问题即可。具体地，在用于从粗甘氨酸的水溶液中分离并回收甘氨酸和亚氨基二乙酸的一系列处理中使用的甲酸或乙醇酸的水溶液的浓度分别为0.5N～3N，优选1N～2N。如果浓度过低，则需要大量的洗提用水，并且亚氨基二乙酸的分离图形变得较宽。如果浓度过高，虽然亚氨基二乙酸的分离图形变得较窄，但会大量混入作为洗提液的甲酸或乙醇酸。
在步骤(2)中，用于弱碱性阴离子交换树脂再生的再生剂是碱金属氢氧化物的水溶液。优选作为碱金属的钠和钾的氢氧化物的水溶液。更优选氢氧化钠水溶液。碱金属的氢氧化物的水溶液的浓度为0.5N～3N，优选1N～2N。如果浓度过低，再生剂需要大量的水；如果浓度过高，再生时离子交换树脂易于损坏。
步骤(2)的特征在于，在步骤(b)中，被弱碱性阴离子交换树脂截留的甘氨酸与作为副产物的亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸进行离子交换以回收甘氨酸。所述步骤的显著效果在于，在步骤(e)中通过将被弱碱性阴离子交换树脂截留的亚氨基二乙酸与甲酸或乙醇酸的水溶液进行色谱分离而制得的亚氨基二乙酸的水溶液中，基本上没有混入甘氨酸。因而，在一系列处理中，甘氨酸的回收损失非常小，并能够以高纯度和高产率分别制造甘氨酸和以酸形式存在的亚氨基二乙酸。此外，能够使作为副产物的亚氨基二乙酸、甲酸和乙醇酸饱和吸附在离子交换树脂的交换基上，因而副产物的除去效率优异。当步骤(2)在工业上实施时，这些特征和效果非常有利。
在步骤(2)中，从包含作为副产物的亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的粗甘氨酸的水溶液中分离并回收甘氨酸的一系列处理可以是使用一个或独立的多个离子交换塔的分批式处理。
树脂的处理温度通常大于或等于室温，优选20℃～90℃。
处理时间随待处理液的浓度以及离子交换塔的尺寸变化，在分批式的情况中通常为1小时～6小时，优选1小时～4小时。当以连续式进行处理时，以液时空速(L/L-树脂/小时)计，树脂塔的流通速度为1～20，优选5～15。
下面，将对步骤(3)和步骤(4)的具体实施方式进行说明。
步骤(3)和步骤(4)中待处理的对象是经过步骤(1)和(2)的处理后得到的包含甘氨酸的水溶液。并不试图将在步骤(1)和(2)中使用的氨基酸限制为具体的甘氨酸(尽管甘氨酸很典型)。另一方面，将在这些步骤(3)和步骤(4)中使用的氨基酸限定为甘氨酸。
此外，作为在步骤(3)中使用的甘氨酸，可以使用通过一氯代乙酸的氨基化法、Strecker反应、乙内酰脲法等常规的已知方法得到的甘氨酸，但是当所需的产物是γ型甘氨酸时，必须使甘氨酸不包含多价阳离子。
在步骤(3)和(4)中，可以通过连续结晶法和分批式结晶法中的任何一种方法，使甘氨酸由甘氨酸的饱和水溶液中结晶。此外，在步骤(3)和(4)中，在结晶步骤中根据用作结晶用溶剂的水的品质可以任意制得α型甘氨酸和γ型甘氨酸。已知β型甘氨酸不能通过常见的水结晶获得。
为获得γ型甘氨酸，采用基本不包含多价阳离子的水作为结晶用溶剂(步骤(3))。基本不包含多价阳离子是指水中多价阳离子的浓度优选小于或等于0.2μmol/L。通过在该技术领域中常用的离子交换处理和蒸馏处理易于得到该水。
为获得α型甘氨酸，将至少15μmol/L的量的至少一种多价阳离子溶解在用作结晶用溶剂的水中(步骤(4))。在该情况中，数种多价阳离子可以作为混合物使用。多价阳离子的量(展示效果的最小必要量)根据结晶条件确定。过量添加多价阳离子会造成其混入产物中，因此用量优选15μmol/L～2000μmol/L，更优选50μmol/L～1000μmol/L。
对使用的多价阳离子不作具体限定，考虑到甘氨酸的用途，优选Ca2+、Mg2+、Fe3+、Zn2+、Al3+等，更优选Ca2+和Mg2+。这些阳离子是水的硬度成分，并例如作为碳酸氢钙包含在一般的自来水中。因而，可以通过使用一般的自来水制造α型甘氨酸。
当α型甘氨酸通过步骤(4)得到时，添加至使用水中的多价阳离子通常作为多价阳离子的盐溶解。对盐的种类不作具体限定，只要它具有必要的溶解度即可。盐的例子有氯化物、氢氧化物、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐等。
据认为，之所以在步骤(3)和(4)中通过使用离子交换水可以制得γ型甘氨酸，是因为在结晶槽内晶核形成时可以得到α型，而在水的存在下α型快速转变为热稳定的γ型甘氨酸。然而，当使用包含极微量的多价阳离子的水时，令人惊讶的是，得到的晶体都是α型甘氨酸。该效果和原因仍不清楚，但是据认为，极微量的多价阳离子对晶体生长和晶体转变机制施加了一定影响，并且晶核形成占主导。
实施例
本发明将通过下列实施例对各步骤进行说明。应当理解，这些实施例决不限定本发明，在所附权利要求表述的本发明的范围内，可以进行各种修改和变化。
首先，将对关于步骤(1)的实施例1～2和比较例1～2进行说明。
实施例1
模拟交换塔的试验：
使用模拟移动床式连续离子交换装置的内径26mm的丙烯酸树脂塔进行离子交换试验(包括模拟交换塔)。图3显示了使用的试验装置。阀V1～5是由树脂制成的气动型球阀，并能够通过定时循环控制来开启和关闭。将过滤器(由不锈钢制成的折叠编织的金属丝网)安装在配有V-2、3、5的部位以仅使得液体通过。交换塔的高度(从进液口至液体回收口的高度)为2m，计量管的高度(与每1循环的树脂的转移长度相当)是34cm。将预先浸入甘氨酸溶液中的H型弱酸性阳离子交换树脂(由Bayer AG制造的REBATID CNP-80WS；总交换容量为4.30eq/L-树脂(目录值))装入供树脂导入的料斗中。之后，打开V-1、4以将离子交换树脂充填在塔内和计量管中。将具有如表1中所示组成的甘氨酸的钠盐的水溶液装入原料罐和树脂冲出用溶液的罐中。离子交换试验的操作如下进行。通过设定循环定时器来自动切换溶液的流过和溶液的抽取。溶液流过时，打开V-3和V-2，溶液流通泵P-1工作以将甘氨酸的钠盐的溶液供应至塔中，并且在进行离子交换反应的同时，由出口V-11回收产物甘氨酸的水溶液。抽取溶液时，使泵停止并关闭V-3、2，同时打开V-1、4、5。因而，在由V-5抽取计量管和塔内的液体时，利用压头将塔内的树脂抽入计量管内，同时将与抽取树脂的量相当的量的树脂由料斗添加至塔中。
在进行实际的工业操作时，在溶液流过的过程中，抽取溶液时落下的树脂通过塔的内压力转移至下一步骤中。然而，在该试验中，在手动操作使溶液流通时由V-6导入待处理液的同时，用于离子交换后回收在计量管中的树脂由V-7回收。在该实施例中，从每1循环流过的原料液的量中减去与来自料斗的树脂一同导入塔中的甘氨酸溶液的量(50％的树脂的表观体积+抽取溶液时由塔中回收的溶液量)得到的量是每1循环的甘氨酸钠盐的处理液的量，执行所述操作，以使甘氨酸钠盐的处理液的量与每1循环导入的树脂的交换容量的比(树脂的有效使用率)为95％。
上述操作连续进行100循环以获得约40L的产物甘氨酸水溶液。利用液相色谱对每一循环回收的产物溶液进行分析。此外，用硫酸水溶液对导入的树脂和回收的树脂进行再生处理，通过分析再生液确定树脂的吸附量。表1-1～1-4显示了上述移动床式连续离子交换模拟试验的试验条件和结果。在该实施例中，每1循环导入的树脂的量按H型树脂/水计为131ml。
在该实施例的试验过程中，即使使用26mm*2000mm的高L/D(L/D＝77)的交换塔，且离子交换树脂膨胀至约1.4倍，也不会在树脂的转移行为中出现问题。此外，能够非常有效地实现Na的脱除。此外，没有发生由于树脂膨胀所导致的压力损失而造成的树脂破碎和塔的变形。树脂层中的最高达到温度为65℃，即，将温度控制在不会导致树脂的耐热性出现问题的温度。
从该试验的结果可知，根据本发明的方法，由于仅在交换塔的一部分发生离子交换树脂的膨胀，因此可以完成交换反应，而不会对交换效率产生影响，例如，发生偏流，结果，可以抑制碱金属漏进氨基酸的水溶液(步骤(1)中的产物粗氨基酸的水溶液)中，并能够得到具有很高质量的氨基酸的水溶液。在产物溶液中钠相对甘氨酸的量为14重量ppm/甘氨酸。
实施例2
模拟第二置换塔的试验：
使用实施例1中所用的试验装置(丙烯酸树脂塔)进行置换试验(包括模拟第二置换塔)，所述置换试验包括模拟移动床式连续离子交换装置。置换塔的高度(从进液口至溶液回收口的高度)为3m，计量管的高度(与每1循环的树脂的转移长度相当)是40cm。将实施例1中使用的预先浸渍有甘氨酸的钠盐溶液的Na型弱酸性阳离子交换树脂(由Bayer AG制造的REBATID CNP-80WS)装入供树脂导入的料斗中。之后，打开V-1、4以使离子交换树脂充填在塔内和计量管中。将离子交换水装入原料罐和树脂冲出用溶液的罐中。通过与实施例1中相同的方式连续进行100个循环来实施置换试验操作。仅通过供应相对于树脂循环量过剩0.26倍的置换水(以对应于该量稀释原料)而回收的树脂不吸附甘氨酸，且回收树脂的空隙液和由树脂携带的溶液中的甘氨酸的浓度为18重量ppm，即，溶液置换进行至所述浓度。表2-1～2-4显示了在该移动床式连续离子交换中第二置换塔试验的试验条件和结果。在该实施例中，根据溶液平衡确定的原料甘氨酸钠盐的水溶液的稀释率为0.76。
从该实施例的结果可知，根据本发明的方法，因为仅通过过量供给极少量的水就能够有效地实现溶液置换，所以能够回收交换反应后作为Na型树脂的空隙液的原料甘氨酸的钠盐，而不会将其过度稀释；另一方面，基本上没有甘氨酸吸附在运送至再生步骤的Na型树脂上，可以抑制甘氨酸的损失，同时显著降低在再生步骤中制得的无机酸碱金属盐水溶液中的甘氨酸浓度，因此明显减少处理的环境负荷。例如，假设以相当于Na的交换量的1.05倍当量的硫酸用作再生剂，则再生液(硫酸钠水溶液)中的甘氨酸的浓度为110ppm甘氨酸/SO4。
比较例1
固定床式离子交换试验-1：
使用内径65mm、高1500mm的透明的氯乙烯树脂塔(树脂层的高度：825mm)进行固定床式离子交换试验。将进液口设置在塔的顶部，并使待处理液流经隔膜泵。在塔底部的凸缘处设置过滤器以仅使液体流过。在通过隔膜泵控制由溶液出口流出的流出液的流速的同时，回收该流出液。在塔内充填2750ml H型弱酸性阳离子交换树脂AMBERLITEIRC76(由Organo Co.，Ltd.制造)。树脂层的高度为82cm。用与实施例1中相同的方式得到甘氨酸钠盐的水溶液(包含Na：6.3重量％，甘氨酸：16重量％，亚氨基二乙酸：1.0重量％)(Na的浓度：3.1eq/L)。使该水溶液向下流动以得到甘氨酸的水溶液。原料供给温度为40℃，通过用抽吸泵控制流速，将流通液按体积计的液时空速(LHSV)调节为3.0(L/L/小时)。每次试验中甘氨酸钠盐的水溶液的处理量为4155g。即，在该试验中钠的处理量相当于充填的离子交换树脂的总交换容量的1.06倍。在终止甘氨酸钠盐的水溶液的流通后，立即变成使纯水流过，进而溶液再继续流过。在塔的出口处回收产物溶液，每种流分250g。对每一种流分进行分析，回收开始观察到甘氨酸的流分以及随后的流分，以此作为产物甘氨酸溶液，该操作连续进行，直至产物溶液中的Na的浓度达到50ppm。相同的操作进行2次。结果如表3所示(运行1和运行2)。
在该比较例中，溶液流过时树脂层的高度仅膨胀至880mm。变为纯水后，树脂层进一步膨胀，最终的高度达到1000mm。已经发现当交换为Na型时，该离子交换树脂的膨胀率为1.6倍，但在塔中仅为1.2倍。此外，当在试验中观察塔底部溶液的回收状态时，确认在待处理液流过的末期在塔下部的树脂层中的液流(树脂层的润湿)不均匀。同时，观察到气泡混入出口液回收泵的吸入管中。此外，确认在塔的最下部在凸缘焊接部分由氯乙烯树脂制成的塔变形。
根据该比较例的结果发现，因为在进行两次试验时交换效率没有再现性，氯乙烯塔膨胀且变形，溶液在下部树脂层中的流动不均匀，在固定床式离子交换时树脂不能自由膨胀，过高的压力施加于树脂层，导致偏流，从而降低了离子交换效率。
比较例2
固定床式离子交换试验-2：
除了将REBATID CNP-80WS(由Bayer AG制造)用作树脂并且树脂的充填量为2495ml以外，用与比较例1中相同的方式进行试验。结果列于表3(运行3)。在使用CNP-80WS的情况中，在固定床式离子交换中每一次通过操作的产物甘氨酸的回收率很低，即，约为30重量％。
另一方面，使实施例和比较例中使用的弱酸性阳离子交换树脂(树脂粒径：600μm)分别重复Na交换和硫酸再生的循环，之后，采用不动工业公司制造的流变仪(NRM2005-J)，以2厘米/分钟的速度，通过挤压破坏试验测定Na型树脂的压碎强度。结果如表4中所示。在使用IRC-76的情况中，经历100次交换再生循环的试验品的树脂压碎强度降至约为新品强度的1/2。另一方面，在使用CNP-80WS的情况中，甚至在1200次循环试验后产品也没有显示出树脂压碎强度的变化。
根据该比较例可以认为，REBATID CNP-80WS对由于反复进行交换-再生导致的树脂强度的劣化具有优异的耐受性，但其对于Na阳离子与甘氨酸的氨基的吸附选择性比IRC-76的低，因此，在固定床式离子交换时难以进行产物的有效回收。另一方面，IRC-76具有优异的离子交换性能，但存在树脂强度的问题，并且存在如在比较例中的固定床式离子交换时由于树脂膨胀导致的树脂破裂和效率下降的问题。
表1
移动床式连续离子交换模拟试验的条件和结果
表1-1待处理液的组成
  甘氨酸   1.77eq酸/L
  亚氨基二乙酸   0.14eq酸/L
  钠   2.04eq-Na/L
表1-2移动床式连续离子交换试验中离子交换树脂吸附量的分析结果
  树脂量ml/循环          甘氨酸             钠 树脂膨胀率V/V
  吸附量eq/L-树脂   交换率％   吸附量eq/L-树脂   交换率％
  导入树脂   144   0.66   16.81   0.00   0.0   1.10
  回收树脂   180   0.07   2.17   2.95   94.4   1.37
表1-3  移动床式连续离子交换试验中溶液的平衡和试验条件
 时间周期(秒) 流过的溶液量(ml/循环)  树脂携带的溶液量(ml/循环) 处理液量(ml/循环)
 溶液流过  溶液抽取
 167.0  49.0  399  139  260
 Na的处理量(eq/循环)  交换容量(eq/循环)  树脂的有效使用率(％)  回收树脂的Na交换率(％)
 0.53  0.56  94.3  94.4
表1-4  移动床式连续离子交换试验的结果
    产物溶液的量(处理液的净量)     399     ml/循环(260)   ml/循环
    甘氨酸亚氨基二乙酸     2.02    eq酸/L0.14    eq酸/L
    钠     2       ppm
    Na/甘氨酸     14      ppm/甘氨酸
表2
移动床式连续离子交换中的置换塔的试验条件和结果
表2-1  由导入树脂携带的溶液，回收溶液的组成
 基质     树脂空隙     回收液     稀释率
 甘氨酸        eq酸/L     1.80     1.47     0.82
 亚氨基二乙酸  eq酸/L     0.15     0.12     0.76
 钠            eq-Na/L     1.35     1.05     0.78
表2-2  移动床式连续离子交换中置换塔模拟试验中的离子交换树脂吸附量的分析结果
  树脂量ml/循环           甘氨酸             钠     树脂膨胀率V/V
  吸附量eq/L-树脂   交换率％   吸附量eq/L-树脂     交换率％
导入树脂   216   0.11   3.92   2.80     101.7     1.56
回收树脂   229   0.00   0.00   2.57     97.8     1.64
表2-3  移动床式连续离子交换中置换塔模拟试验中的溶液的平衡和试验条件
 时间周期(秒)  流过的溶液量(ml/循环)  树脂携带的溶液量(ml/循环)  置换液量(ml/循环)
溶液流过 溶液抽取
 147.7  31.8  248  187  61
 置换水量/循环树脂量(V/V)  0.26
表2-4  移动床式连续置换试验的结果
    回收树脂中的空隙液回收树脂携带的溶液     114    ml/循环80     ml/循环
    甘氨酸亚氨基二乙酸钠     18     ppm0      ppm32     ppm
表3  固定床式离子交换试验的结果
    运行1     运行2     运行3
离子交换树脂树脂的充填量      ml总交换容量        eq     IRC-76275010.7     IRC-76275010.7     CNP-80WS249510.7
提供待处理液
浓度(重量％)      甘氨酸钠     16.06.3     16.06.3     16.06.3
处理液的量        g处理Na的量        eq处理甘氨酸的量    g处理Na/树脂交换容量eq/eq 4155.011.4664.81.06 4155.011.4664.81.06 4155.011.4664.81.06
回收产物甘氨酸溶液
浓度(重量％)      甘氨酸(重量ppm)     钠     11.558.0     12.426.0     11.431.3
产物溶液的量      g回收甘氨酸的量    g     3415.0393.4     3687.0456.5     1720.6195.4
一次通过的甘氨酸回收率g/gNa/甘氨酸   (重量ppm)     59.2     68.7     29.4
    503.5     210.0     275.6
表4  弱酸性阳离子交换树脂的压碎强度的测定结果
  Na型树脂          树脂粒径600μm
    离子交换树脂     交换-再生循环试验数(循环)     压碎强度
    挤压强度(g/颗粒)
IRC-76     0104193     427250243
CNP-80WS     01112004001200     616577673668539
下面，将对涉及步骤(2)的实施例3和比较例3进行说明。
通过邻苯二醛柱后法的高速氨基酸分析法对回收液中的甘氨酸和亚氨基二乙酸进行分析。使用岛津社制造的Shim-pack Amino-Na柱(6mm×100mm)和岛津LC-10A高速氨基酸分析***，并使用岛津社制造的荧光检测仪进行检测(以下称为“OPA分析”)。通过岛津的pH缓冲柱后电导率检测法分析乙醇酸和甲酸。使用包括由岛津社制造的Shim-packAmino-Na柱(6mm×100mm)和由岛津社制造的泵LC-10AD的岛津LC-10A有机酸分析***，并利用岛津社制造的电导率检测仪CDD-10A进行检测(以下称为“有机酸分析”)。
实施例3
通过分批式处理使溶液流过：
模拟在本发明的步骤(1)中得到的粗氨基酸的水溶液，由试剂制备包含亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸作为副产物的模拟液。甘氨酸的浓度为11.1重量％，副产物的浓度，即亚氨基二乙酸的浓度为1.26重量％，乙醇酸的浓度为658重量ppm，甲酸的浓度为321重量ppm，钠离子的含量为21重量ppm。使730g所得粗甘氨酸水溶液(pH＝3.6)向下流过充填有100ml由Organo Co.，Ltd制造的OH型弱碱性阴离子交换树脂AMBERLITE IRA-96SB(商标)的树脂塔，以便获得甘氨酸的水溶液。操作温度为40℃，流通液的液时空速为4.6(L/L/小时)。根据出口处的处理液的电导率和pH的测定结果对亚氨基二乙酸(有机酸)的离子交换状况进行实时监测，最终通过OPA分析进行确定。当流过650ml水溶液时，观察到pH＝6.3，确认所述溶液越过弱碱性阴离子交换树脂的突破点，但仍使该水溶液连续流过，当最终流过700ml的水溶液时，终止该操作。在试验后通过进行OPA分析，发现亚氨基二乙酸的泄漏从流过520ml的水溶液时的时间点开始。根据该事实，发现180ml粗甘氨酸的水溶液越过突破点。
之后，通过常用的离子交换操作，用水将残存的粗甘氨酸的水溶液向下冲出。操作温度为40℃，流通液的液时空速为4.6(L/L/小时)，流通量为100ml。根据出口处处理液的电导率的测定结果确认水置换的状况。之后，通过常见的离子交换操作，用水以向上流动的方式进行回洗。操作温度为25℃，流通液的液时空速为4.6(L/L/小时)，流通量为100ml。然后，使1N甲酸水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触，从而与被弱碱性阴离子交换树脂截留的亚氨基二乙酸进行离子交换，使亚氨基二乙酸经历色谱分离，以回收96ml亚氨基二乙酸的水溶液。操作温度为40℃，流通液的液时空速为4.6(L/L/小时)，流通量为200ml。之后，通过常用的离子交换操作，用过量的1N氢氧化钠水溶液对树脂进行再生。操作温度为40℃，流通液的液时空速为4.6(L/L/小时)，流通量为150ml。
根据出口处的处理液的电导率和pH的测定结果对离子交换状况进行实时监测。对由此得到的甘氨酸水溶液进行OPA分析，以确认甘氨酸的量为10.8重量％，且作为副产物的亚氨基二乙酸减少至167重量ppm/甘氨酸基团。根据有机酸分析，确认没有检测到作为副产物的乙醇酸和甲酸。此外，在所得亚氨基二乙酸的水溶液中亚氨基二乙酸的浓度为4.6重量％，乙醇酸浓度小于1重量ppm。乙醇酸和甲酸的浓度分别为802重量ppm和119重量ppm。甘氨酸的回收损失为0.020重量％。亚氨基二乙酸的回收率为68重量％。
关于在溶液越过突破点后通过使氢氧化钠流过而进行的亚氨基二乙酸的色谱分离，氢氧化钠的流过量和各成分的重量比如图4中所示。
比较例3
在包含作为副产物的亚氨基二乙酸、乙醇酸和甲酸的粗甘氨酸的水溶液没有越过突破点的条件下，采用甲酸水溶液进行亚氨基二乙酸的色谱分离：
为阐明通过的粗甘氨酸的水溶液越过突破点的效果，除了当粗甘氨酸水溶液的流过量达到520ml时停止溶液的流通，且不进行随后的溶液越过突破点的通过以外，在与实施例中相同的条件下顺序执行下述操作：用水冲出残存的甘氨酸水溶液；用水回洗；用1N甲酸水溶液进行色谱分离；和用1N氢氧化钠水溶液进行再生。作为分析结果，在所得甘氨酸水溶液中的亚氨基二乙酸的离子量为187重量ppm/甘氨酸基团，没有检测到甲酸和乙醇酸。然而，在所得的98ml亚氨基二乙酸水溶液中，亚氨基二乙酸的量为4.5重量％，甘氨酸的浓度为3100重量ppm，因此认为有甘氨酸的混入。甘氨酸的回收损失为0.38重量％。
下面，将对关于步骤(3)和(4)的实施例4～8和比较例4～5进行说明。
在步骤(3)或(4)中处理的甘氨酸水溶液是在步骤(1)和(2)中处理的甘氨酸水溶液，但为方便起见，采用市售的甘氨酸α晶(和γ晶)作为甘氨酸的来源。
实施例4
连续结晶试验(1)：
完全采用离子交换水作为该实施例中使用的水。对该离子交换水的各成分的分析结果与在实施例8中使用的自来水的分析结果一同如表5中所示。根据对Fe、Ca和Mg的分析值，这些阳离子的总量为0.11μmol/L。
表5结晶中使用的水的分析值
          离子交换水           自来水
  mg/L   μmol/L   mg/L   μmol/L
 Fe   0.0004   0.0072   0.0083   0.1486
 氯离子   小于或等于0.02   27.0
 Na   0.0600   2.609   17.9   778.3
 Ca(作为CaCO3)   0.00300.0075 0.075   22.0.55.0 548.9
 Mg(作为MgCO3)   0.00060.0025 0.025   5.321.8 218.1
 硬度(Ca+Mg)   0.0100   76.8
将6.4kg水添加至3.6kg市售甘氨酸α晶中，并将混合物导入由不锈钢制成的罐中，加热至90℃，同时晶体溶解，制得36重量％的水溶液。使用玻璃制可拆式烧瓶作为结晶槽，所述玻璃制可拆式烧瓶配有折流板、夹套和直径为70mm的双桨叶片，内容积为2升。30℃的温水经夹套循环。在470rpm的条件下进行搅拌的同时，将1升水导入结晶槽中。之后，开始用泵以50毫升/分钟的供给速度将36重量％的原料甘氨酸水溶液供应至结晶槽(即，原料液的滞留时间为20分钟)。控制经夹套循环的温水的温度以使结晶槽的内部温度保持为40℃。
使与通过真空泵减压的罐连接的喷管的顶端由结晶槽的上部导入结晶槽，间歇抽取槽中的内容物以使内容积保持为1升。在以每2分钟一次的条件进行抽取操作的同时，连续进行结晶操作。将试验开始后2小时抽取的浆料过滤以得到滤饼。此时，浆料浓度为12重量％，结晶槽中的pH为6.2(39℃)。使所得滤饼在40℃真空干燥2小时以获得甘氨酸晶体。
使用X射线衍射测定所得甘氨酸晶体，已经发现100％的晶体是γ型甘氨酸。使用X射线衍射的测定结果如图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射线衍射图形为，在α型甘氨酸的情况中，在2θ＝29.8°具有特征峰，在γ型甘氨酸的情况中，在2θ＝25.2°具有特征峰。根据该实施例，已经发现甚至在滞留时间为20分钟，即，过饱和度相对很高的条件下，如果使用基本上不包含多价阳离子的水进行结晶，所得晶体是γ型甘氨酸。
实施例5
连续结晶试验(2)：
将25mg碳酸钙溶解在10kg实施例4中使用的离子交换水中。即，Ca的浓度为25μmol/L。除了所述水用于试验以外，用与实施例4中相同的方式进行结晶试验。使用X射线衍射测定所得甘氨酸晶体，已经发现100％的晶体是α型甘氨酸。使用X射线衍射的测定结果如图6中所示。根据该实施例，已经发现当使用包含25μmol/L的Ca作为多价阳离子的水进行结晶时，所得晶体是α型甘氨酸。
实施例6
连续结晶试验(3)：
将44mg硫酸锌七水合物溶解在10kg实施例4中使用的离子交换水中。即，Zn的浓度为15μmol/L。除了所述水用于试验以外，用与实施例4中相同的方式进行结晶试验。
使用X射线衍射对所得甘氨酸晶体进行的测定显示，100％的晶体是α型甘氨酸。根据该实施例，已经发现甚至当使用包含15μmol/L的Zn作为多价阳离子的水进行结晶时，所得晶体是α型甘氨酸。
比较例4
连续结晶试验(4)：
将0.5g氯化钠溶解在10kg实施例4中使用的离子交换水中。即，Na的浓度为855μmol/L。除了所述水用于试验以外，用与实施例4中相同的方式进行结晶试验。
使用X射线衍射对所得甘氨酸晶体进行的测定显示，100％的晶体是γ型甘氨酸。根据该比较例，已经发现甚至当使用包含855μmol/L的Na作为一价阳离子的水进行结晶时，在使用离子交换水的情况中所得晶体是γ型甘氨酸，诸如Na等一价阳离子不是晶体多晶型现象的控制因素。
比较例5
连续结晶试验(5)：
将10mg碳酸钙溶解在10kg实施例4中使用的离子交换水中。即，Ca的浓度为10μmol/L。除了所述水用于试验以外，用与实施例4中相同的方式进行结晶试验。使用X射线衍射对所得甘氨酸晶体进行的测定显示，甘氨酸晶体是α型甘氨酸与γ型甘氨酸的混合晶体。使用X射线衍射的测定结果如图7中所示。根据该比较例，已经发现当使用以小于15μmol/L的量包含多价阳离子(Ca)的水进行结晶时，不能稳定获得α型甘氨酸。
实施例7
在该试验中完全使用离子交换水(对其成分的分析结果如表5中所示)。使用内容积为50L的结晶槽进行甘氨酸的结晶试验。结晶槽配有利用减压蒸发的缓慢加热***、浆料循环管道、浆料循环泵、夹套、直径为240mm的搅拌叶片和搅拌器。所述结晶槽为浆料循环式，并在浆料循环管线处设置用于甘氨酸的饱和水溶液(原料)的进料口。
将72kg市售甘氨酸α晶、72g亚氨基二乙酸和128kg离子交换水导入不锈钢制成的原料罐中，通过加热至80℃进行溶解以制备36重量％的粗甘氨酸水溶液。另一方面，将40kg甘氨酸α晶和126kg离子交换水装入温水罐中，并通过加热至50℃进行溶解以制备24重量％的甘氨酸水溶液。
将甘氨酸溶液由温水罐导入结晶槽中，将结晶槽中的搅拌器设定在250rpm，开动循环泵。浆料的循环流速为1.5m3/小时。开启真空泵以逐渐增大结晶槽内的真空度，溶液的温度降至40℃。使装置停止，并将3kg市售γ型甘氨酸添加至结晶槽中作为晶种。终止晶种的添加后，重新启动搅拌器、真空泵和浆料循环泵。
当结晶槽内的温度稳定时，由原料罐以30升/小时的速度供应保持在80℃的36重量％的粗甘氨酸水溶液。以15分钟的间隔回收浆料的同时，连续进行结晶试验，以在结晶槽内提供恒定液面(30L)。根据原料供给速度，滞留时间为1小时。当经过4小时后，利用离心分离机将回收浆料分成晶体和母液从而得到滤饼。此时，结晶槽内的pH为5.64。所得滤饼在40℃真空干燥2小时以获得甘氨酸晶体。结晶试验的装置如图8中所示。
使用X射线衍射对甘氨酸晶体进行的测定显示，100％的晶体是γ型甘氨酸。使用X射线衍射的测定结果如图9中所示。根据该实施例，已经发现当使用基本上不包含多价阳离子的水进行结晶时，所得晶体是γ型甘氨酸。
实施例8
除了将自来水用作试验用水(对其成分的分析结果如表5中所示)以外，用与实施例7中相同的方式进行结晶试验。使用X射线衍射对甘氨酸晶体进行的测定显示，100％的晶体是α型甘氨酸。使用X射线衍射的测定结果如图10中所示。根据该实施例，已经发现当使用包含550μmol/L的Ca和218μmol/L的Mg作为多价阳离子的自来水进行实施例4的结晶试验时，即使接种了γ晶的晶种，所得晶体也是α型甘氨酸。
工业实用性
本发明提供了制造或提纯广泛用作食品添加剂、医药、农药等的原料的诸如甘氨酸等氨基酸的工业用方法。特别地，本发明提供的方法是，由通过与碱金属的水解反应合成的氨基酸碱金属盐提纯氨基酸，进而以高纯度和高产率对作为副产物的亚氨基二羧酸与氨基酸进行简便的分离和提纯。本发明还提供以高纯度简便地结晶工业用α型甘氨酸和γ型甘氨酸的方法。

Claims (10)

1.一种从氨基酸的碱金属盐的水溶液中提纯氨基酸的方法，所述方法包括下述步骤：
(1)阳离子交换步骤，所述步骤包括用阳离子交换树脂对氨基酸的碱金属盐的水溶液进行脱盐提纯处理，以得到粗氨基酸的水溶液，其中，使用移动床式连续离子交换装置进行所述阳离子交换步骤；和
(2)阴离子交换步骤，所述步骤包括使作为共存的副产物的亚氨基二羧酸吸附在弱碱性阴离子交换树脂上，以从所得的粗氨基酸的水溶液中除去所述亚氨基二羧酸，其中，甚至在对所述亚氨基二羧酸的吸附达到所述弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍使所述粗氨基酸的水溶液流过，以便与所述亚氨基二羧酸进行阴离子交换，由此回收被所述弱碱性阴离子交换树脂吸附的氨基酸。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(2)包括从所述包含亚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骤：
a)使所述包含亚氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液与弱碱性阴离子交换树脂接触，从而使副产物亚氨基二羧酸进行离子交换，由此制得氨基酸的水溶液；
b)甚至在对所述亚氨基二羧酸的吸附达到所述弱碱性阴离子交换树脂的突破点之后，仍连续地使所述包含亚氨基二羧酸的粗氨基酸的水溶液与所述弱碱性阴离子交换树脂接触，由此使被所述弱碱性阴离子交换树脂截留的所述氨基酸与亚氨基二羧酸进行离子交换，从而回收所述氨基酸；
c)将残留在所述弱碱性阴离子交换树脂中的包含氨基酸的水溶液用水冲出并洗涤；
d)使水从所述弱碱性阴离子交换树脂的底部流过以进行回洗；
e)通过使碱金属氢氧化物的水溶液与所述弱碱性阴离子交换树脂接触而再生所述弱碱性阴离子交换树脂；和
f)将残留在所述弱碱性阴离子交换树脂中的包含亚氨基二羧酸的碱金属盐的水溶液用水冲出并洗涤。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述氨基酸包括选自由甘氨酸、丙氨酸和蛋氨酸组成的组中的至少一种氨基酸。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述步骤(1)中使用的所述阳离子交换树脂是弱酸性阳离子交换树脂。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述步骤(1)中使用的所述移动床式连续离子交换装置包括至少下列三个塔：1，实施离子交换反应的交换塔；2，置换由所述离子交换树脂携带的溶液的置换塔；和3，用供应的无机酸的水溶液将所述与碱金属离子交换的树脂再生为H型树脂的再生塔。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述亚氨基二羧酸包含选***氨基二乙酸、亚氨基二丙酸和亚氨基二-4-甲硫基丁酸组成的组中的至少一种酸。
7.如权利要求3所述的方法，其中，所述氨基酸包含甘氨酸。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述氨基酸与亚氨基二羧酸的组合是甘氨酸与亚氨基二乙酸的组合，并且所述粗氨基酸的水溶液除了包含作为副产物的亚氨基二乙酸之外，还包含乙醇酸和/或甲酸。
9.如权利要求7或8所述的方法，所述方法还包括下列步骤(3)：通过从经历了所述步骤(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中仅结晶γ型甘氨酸来提纯甘氨酸，其中，采用不包含多价阳离子的水作为结晶用溶剂。
10.如权利要求7或8所述的方法，所述方法还包括下列步骤(4)：通过从经历了所述步骤(1)和(2)的包含甘氨酸的水溶液中仅结晶α型甘氨酸来提纯甘氨酸，其中，采用以至少15微摩尔/升的量包含至少一种多价阳离子的水作为结晶用溶剂。
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