[发明专利]L-丝氨酸的柱状结晶体结晶工艺及用途

说明书

技术领域

本发明属于医药生物技术领域，具体涉及L-丝氨酸柱状结晶体的结晶工艺及用途。

背景技术

1865年德国化学家Cramer首次从丝胶蛋白水解液中分离出一种带甜味的晶体，于是依其来源将此结晶命名为丝氨酸（Serine）。1880年另一德国化学家Erlenmeyer推定此化合物的化学结构为α-氨基-β-羟基丙酸（α-amino-β-hydroxy propionic acid）。1902年德国帕林大学著名化学家Fischer与Leuchs等人验证了此结构式，并确定其分子结构。1907年Fischer发现天然蛋白质中的丝氨酸是一种具有光学活性的物质，其光学活性为L-型，故蛋白质中的丝氨酸通称为L-丝氨酸。

L-丝氨酸在生物体内可由糖代谢的中间产物3-磷酸甘油酸经三步反应合成，故称为非必需氨基酸。同时，在生物体内L-丝氨酸通过体内酶作用，经脱水、脱氢生成丙酮酸，所以是一种生糖氨基酸。L-丝氨酸具有许多重要的生理功能，在生物体内是合成嘌呤、胸腺嘧啶、胆碱等的前体物，在医药、化妆品、化工和科学研究中有广泛的用途。在医药领域，L-丝氨酸是氨基酸营养输液的重要成分，是合成L-多巴、抗生素——雷米普利等产品的中间体，是合成抗癌、抗艾滋病新药和多种药物如偶氮丝氨酸、环丝氨酸、磷脂酰丝氨酸、α-取代丝氨酸和 (s)-异丝氨酸等的出发原料。在化妆品领域，L-丝氨酸是重要的自然保湿因子，应用于化妆品可起增加表皮细胞活力，延缓皮肤衰老，同时还具有抗菌、改善皮肤弹性和强化营养的作用，因此是高级化妆品必需的添加剂。

L-丝氨酸的生产方法有蛋白质提取法、化学合成法、微生物发酵法和酶转化法四种。蛋白质提取法是以丝胶、丝素、废蚕丝等蛋白质为原料，经酸水解、树脂分离、结晶提取制备L-丝氨酸。上世纪我国主要采用此法生产；化学合成法是以丙烯腈或丙烯酸甲酯或甘氨酸等为出发原料，经多步化学反应制成DL-丝氨酸，再拆分制备L-丝氨酸。日本采用丙烯腈为出发原料生产；微生物发酵法是以具有高活力丝氨酸转羟甲基酶的菌株为生产菌株，甘氨酸为前体物，经发酵把甘氨酸转化为L-丝氨酸；酶转化法是以甘氨酸和甲醛为原料，在辅助因子5-磷酸吡哆醛（PLP)和四氢叶酸(THFA)存在下，经丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）酶促反应制备L-丝氨酸。目前微生物发酵法和酶转化法已在国内外应用。

L-丝氨酸虽然有四种生产方法，但最后均需采用结晶工艺提纯产品，才能获得L-丝氨酸产品，实现经济价值。目前用于氨基酸生产的结晶工艺主要有冷却结晶、溶析结晶、蒸发结晶和等电点反应结晶四种。

1、冷却结晶是利用氨基酸在不同温度下溶解度不同的性质，采用降温方式改变溶液体系介稳定区，使氨基酸从溶液中析出。通常采取把待结晶溶液浓缩至一定浓度，然后转入结晶

罐内以逐步降温的方式，使氨基酸从溶液中析出。此工艺的溶液体系为水相，故所得产品为水合物结晶，结晶体为单斜晶。很多氨基酸如L-纈氨酸、L-赖氨酸盐酸盐、L-异亮氨酸等采用此结晶工艺。

2、溶析结晶是利用有机溶剂能迅速改变体系的介稳定区，影响氨基酸在体系中的溶解度，使氨基酸从溶液中析出。此工艺的溶液体系为水-有机溶剂相或有机溶剂-水相，故所得产品以无水物结晶为主，结晶体一般为斜方晶或方晶。一些在水相体系不易结晶或水溶解度大的氨基酸多采用此结晶工艺，如L-组氨酸、L-脯氨酸等。但加入体系的有机溶剂量越大，有机溶剂残留机率越高。

3、蒸发结晶是采用减压蒸发水分方式，在较高温度下将待结晶溶液浓缩至超溶解度状态，再逐步降温，使氨基酸从溶液中析出。此工艺的溶液体系为水相，处于超溶解度状态的氨基酸溶液放入结晶罐后，温度下降导致大量结晶迅速析出，故所得结晶是水合物和无水物的混合体。一些水溶解度很大的氨基酸盐如L-精氨酸酸盐酸盐、L-半胱氨酸盐酸盐等采用这一结晶工艺。此结晶工艺比其它工艺设备投资大、能耗高。

4、等电点反应结晶是采用加入碱调节氨基酸溶液的pH值，使氨基酸在其特定等电点下结晶析出的结晶工艺。此工艺的溶液体系为水相，结晶的晶型与加碱液速度、搅拌速度有密切关系。主要用于水溶性很低的氨基酸如L-胱氨酸、L-酪氨酸的结晶。