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CN110536881A - 蛋氨酸的制造方法和制造设备 - Google Patents

蛋氨酸的制造方法和制造设备 Download PDF

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CN110536881A
CN110536881A CN201880027677.0A CN201880027677A CN110536881A CN 110536881 A CN110536881 A CN 110536881A CN 201880027677 A CN201880027677 A CN 201880027677A CN 110536881 A CN110536881 A CN 110536881A
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CN
China
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methionine
mother liquor
precipitate
crystal mother
reaction solution
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Pending
Application number
CN201880027677.0A
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大本宣仁
佐藤庆孝
森川正幸
古泉善行
山城直也
片上良辅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Publication date
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C319/20—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides of sulfides by reactions not involving the formation of sulfide groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07C319/00—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本申请发明提供蛋氨酸的制造方法，其包括：(1)反应工序：在碱性化合物的存在下，将5‑[2‑(甲硫基)乙基]咪唑烷‑2,4‑二酮进行水解，得到包含蛋氨酸的碱盐的反应液的工序；(2)第一结晶工序：向前述反应液中导入二氧化碳，使蛋氨酸从前述反应液中析出，得到蛋氨酸初晶和初晶母液的工序；以及(3)第二结晶工序：向前述初晶母液中添加醇并导入二氧化碳，得到包含析出的析出物的浆料、且所述析出物包含蛋氨酸次晶，将所得浆料供于离心分离，固液分离成蛋氨酸次晶和次晶母液，使用过滤器将残留在所得次晶母液中的前述析出物进行分离的工序。

Description

蛋氨酸的制造方法和制造设备
技术领域
本专利申请要求基于日本专利申请2017-087750号(2017年4月27日申请)的巴黎公约的优先权和权益，通过引用至此而将上述申请中记载的全部内容组入本说明书中。
本发明涉及通过5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮的水解反应而制造蛋氨酸的方法。
背景技术
蛋氨酸是动物体内无法合成的一种必须氨基酸，其被广泛用作动物用饲料添加剂，在工业上利用化学工厂设备进行制造。
作为制造蛋氨酸的方法，已知有将5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮进行水解的方法(例如参照专利文献1)。该方法中进行第一结晶工序并进行第二晶工序，所述第一结晶工序中，通过将5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮进行水解后，导入二氧化碳而使蛋氨酸析出，分离成蛋氨酸和母液，所述第二晶工序中，使通过该第一结晶工序得到的母液中溶解的蛋氨酸等有效成分析出，分离成该有效成分和母液。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5307512号公报。
发明内容
发明要解决的课题
通过上述第二结晶工序而将作为有效成分的析出物和母液加以分离时，该析出物的一部分或者不会沉降而浮游在母液中，或者漂浮在母液的液面上，由此存在有效成分残留在母液中的情况。由于这种有效成分的损耗会影响制造成本，因此重要的是减少该损耗。
本发明的目的在于，在蛋氨酸的制造方法中，有效地回收溶解在通过第一结晶工序的分离蛋氨酸后的母液中的蛋氨酸等有效成分，减少制造损耗。
用于解决课题的手段
本发明人等进行了深入研究，结果发现：使溶解在通过第一结晶工序的分离蛋氨酸后的母液中的蛋氨酸等有效成分析出并利用固液分离进行回收时，通过使用离心分离机和过滤器进行该固液分离而能够有效地回收该有效成分，并减少制造损耗。
本申请的发明包括以下的技术方案。
1. 蛋氨酸的制造方法(以下在本说明书中有时记作“本发明的蛋氨酸的制造方法”)，其特征在于，包括下述工序(1)~(3)：
(1)反应工序：在碱性化合物的存在下，将5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮进行水解，得到包含蛋氨酸的碱盐的反应液的工序；
(2)第一结晶工序：向前述反应液中导入二氧化碳，使蛋氨酸从前述反应液中析出，得到蛋氨酸初晶和初晶母液的工序；以及
(3)第二结晶工序：向前述初晶母液中添加醇并导入二氧化碳，得到包含析出的析出物的浆料、且所述析出物包含蛋氨酸次晶后，将前述浆料供于离心分离，固液分离成蛋氨酸次晶和次晶母液，使用过滤器将残留在所得次晶母液中的前述析出物进行分离的工序。
2. 根据前项1所述的蛋氨酸的制造方法，其中，使前述析出物溶解于前述初晶母液，并添加至前述反应液中。
3. 根据前项1或2所述的蛋氨酸的制造方法，其中，将前述次晶母液的一部分再循环至前述第二结晶工序。
4. 根据前项1~3中任一项所述的蛋氨酸的制造方法，其中，前述固液分离中的离心力相对于重力为100倍以上且4000倍以下。
5. 根据前项1~4中任一项所述的蛋氨酸的制造方法，其中，前述过滤器的材质为聚苯硫醚或聚丙烯。
6. 蛋氨酸的制造设备(以下在本说明书中有时记作“本发明的蛋氨酸的制造设备”)，其特征在于，其设置有：
反应设备，其中在碱性化合物的存在下将5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮进行水解，得到包含蛋氨酸的碱盐的反应液；
第一结晶设备，其中向前述反应液中导入二氧化碳，使蛋氨酸从前述反应液中析出；
第二结晶设备，其中向分离通过前述第一结晶设备得到的蛋氨酸后而得到的初晶母液中添加醇并导入二氧化碳，由此得到包含析出的析出物的浆料；
离心分离机，其用于对包含前述析出物的浆料进行固液分离；以及
过滤器，其中分离在利用该离心分离机进行固液分离而得到的次晶母液中残留的前述析出物。
根据本申请发明的蛋氨酸的制造方法，通过在第二结晶工序中使用离心分离机对包含析出物的浆料进行固液分离后，并使用过滤器分离在通过该固液分离而分离的次晶母液中残留的析出物，由此能够回收无法用离心分离机进行分离的或漂浮在液体上或浮游在液体中的析出物，能够减少制造蛋氨酸时的损耗。
附图说明
图1是本申请所述的制造方法的实施方式涉及的蛋氨酸的制造方法中使用的离心分离机周围的说明图。
图2是本申请所述的实施方式涉及的蛋氨酸的制造方法中的第二结晶工序前后的流程图。
图3是次晶母液的过滤试验中使用的过滤性能试验装置的概略构成图。
图4是表示每个过滤器的过滤时间与过滤量的关系的图。
具体实施方式
说明蛋氨酸的制造方法。其中，以下说明的实施方式例示出用于说明的蛋氨酸的制造方法，蛋氨酸的制造方法不限定于以下内容。
本申请的蛋氨酸的制造方法中，通过将5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮用于原料，并将其在碱性化合物的存在下进行水解，从而得到含有碱盐形式的蛋氨酸的反应液〔(1)反应工序〕。
作为原料的5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮可通过例如使2-羟基-4-甲硫基丁腈与氨和二氧化碳发生反应或者与碳酸铵发生反应来制备。
作为碱性化合物，可列举出例如氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾等，也可以根据需要而使用它们中的2种以上。对于碱性化合物的用量，相对于1摩尔5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮，以钾或钠计通常为2~10摩尔、优选为3~6摩尔。此外，水的用量相对于1重量份5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮通常为2~20重量份。
反应工序中进行的水解反应利用搅拌式或非搅拌式、并且连续式或间歇(分批)式的反应槽进行。
该水解反应可以在以表压计为0.5~1MPa左右的加压下加热至150~200℃左右来进行。反应时间通常为10分钟~24小时。
为了从这样得到的水解反应液中取出蛋氨酸，通过向该反应液中导入二氧化碳而进行结晶，并利用过滤、倾析等将所得浆料分离成析出物和母液，从而以初晶的形式获得析出的蛋氨酸〔(2)第一结晶工序〕。本说明书中，“初晶母液”是指在第一结晶工序中分离蛋氨酸而得到的母液。
通过导入二氧化碳，二氧化碳被反应液吸收，蛋氨酸的碱盐形成游离的蛋氨酸而析出。
二氧化碳的导入可以在以表压计通常为0.1~1MPa、优选为0.2~0.5MPa的加压下进行。
结晶温度通常为0~50℃、优选为10~30℃。此外，对于结晶时间，将至水解反应液因二氧化碳而饱和、蛋氨酸充分析出为止的时间作为基准即可，通常为10分钟~24小时。
所分离的蛋氨酸根据需要在进行清洗、pH调节等后，通过进行干燥而制成制品即可。该干燥可通过在微减压下、大气压下或加压下加热至50~160℃左右来进行，干燥时间通常为10分钟~24小时。
图2表示本发明的实施方式涉及的蛋氨酸的制造方法中的第二结晶工序前后的流程图。初晶母液中残留有溶解度相当量的蛋氨酸，还包含作为前述碱性化合物而可再循环的化合物。本说明书中，有效成分是指蛋氨酸和作为前述碱性化合物而可再循环的化合物。对于作为前述碱性化合物而可再循环的化合物，可列举出例如碳酸氢钾、碳酸钾、氢氧化钾、以及与有机物结合的钾(蛋氨酸钾、甲酸钾、乙酸钾等)。由于初晶母液中包含这些有效成分，因此，期望将初晶母液再循环至工序(1)的水解反应，另一方面，还包含原料中的杂质、由水解时的副反应引起的杂质、例如甘氨酸、丙氨酸之类的除蛋氨酸之外的氨基酸、着色成分等，因此，因再循环而导致这些杂质被裹挟进水解反应中。因而，初晶母液的再循环并非总量，而是需要在杂质不蓄积的范围内进行，其比例相对于初晶母液的总量通常为50~90重量%、优选为60~85重量%。
虽然未记载在图2中，但期望初晶母液的再循环通过将该初晶母液进行浓缩并将该浓缩液作为再循环液来进行。通过该浓缩，能够从初晶母液中馏去二氧化碳，能够获得碱性得以提高且有利于水解反应的再循环液。此外，通过以100~140℃的高温进行该浓缩，初晶母液中的碳酸氢钾被转化成碳酸钾的反应(2KHCO3→K2CO3＋H2O＋CO2)得以促进，能够获得碱性进一步提高且有利于水解反应的再循环液。该浓缩可以在大气压下、减压下或加压下进行，但如上所述为了在高温下进行，有效的是采用加压条件。浓缩率通常为1.2~4倍、优选为1.5~3.5倍，此处，浓缩率是指浓缩前的液体重量相对于浓缩后的液体重量的比例(浓缩前的液体重量/浓缩后的液体重量)，以下也相同。
为了使溶解在该初晶母液中的有效成分析出而以析出物的形式进行回收，将未被再循环的部分的初晶母液(经浓缩的母液)的一部分或全部用于结晶。本实施方式中，该结晶通过向初晶母液中添加醇并导入二氧化碳来进行，通过将所得浆料分离成析出物和次晶母液，从而将溶解在初晶母液中的有效成分进行回收〔(3)第二结晶工序〕。
以下，将通过向初晶母液中添加醇并导入二氧化碳而析出的析出物记作“本析出物”。此外，本说明书中，“次晶母液”是指在第二结晶工序中分离本析出物而得到的母液，意指后述使用离心分离机进行固液分离而得到的母液和使用过滤器分离本析出物而得到的母液这两者。需要说明的是，也可以不对浓缩后的初晶母液进行再循环，而是将其总量用于该结晶。
虽然未记载在图2中，但用于第二结晶工序的初晶母液优选与要经再循环的初晶母液同样进行浓缩。通过该浓缩，能够提高本析出物的回收率。该浓缩可以在与要经再循环的初晶母液的浓缩相同的条件下进行，也可以将初晶母液的总量浓缩后，分成再循环用途和第二结晶工序用途。
在初晶母液的浓缩中，母液中的碱性上升，通过第一结晶工序而转化的游离的蛋氨酸恢复至蛋氨酸的碱盐。因而，在第二结晶工序中，也通过向浓缩后的初晶母液与醇的混合液中导入二氧化碳而将蛋氨酸的碱盐再次转化成游离的蛋氨酸。
此外，优选在上述初晶母液的浓缩后进行加热处理，通过其中包含的蛋氨酸二肽(两分子蛋氨酸的脱水缩合物)的水解而促进蛋氨酸的再生。该加热处理可以在以表压计为0.5~2.0MPa左右的加压下以140~180℃左右的温度来进行，热处理时间通常为10分钟~24小时。
作为添加至初晶母液中的前述醇，通常使用烷基的碳原子数为1~5的烷基醇，其中，优选为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇之类的能够与水以任意比例混合的醇中的1种或2种以上，特别优选为异丙醇。醇的用量相对于用于结晶的初晶母液通常为0.05~5重量倍、优选为0.1~2重量倍。需要说明的是，向初晶母液中添加醇的操作可以在导入二氧化碳之前进行，也可以与二氧化碳的导入同时进行。
第二结晶工序中的二氧化碳的导入可以与第一结晶工序同样地在以表压计通常为0.1~1.0MPa、优选为0.2~0.5MPa的加压下进行。
结晶温度通常为0~50℃、优选为5~20℃。此外，对于结晶时间，将至添加有醇的初晶母液因二氧化碳而饱和、本析出物充分析出为止的时间作为基准即可，通常为10分钟~24小时。
图1表示在第二结晶工序中将包含本析出物的浆料连续分离成本析出物和次晶母液的离心分离机周边的说明图。图1记载了作为卧式离心分离机之一的倾析器10的概略截面图等。倾析器10呈现具备以图1描画的中心线作为中心进行旋转的旋转筒体11以及能够与该旋转筒体11具有旋转速度差的螺杆13的构成，本实施方式中，使浆料连续流入至中心线附近，使本析出物从图1的纸面上左侧的第一流出口11a流出，且使次晶母液从处于图1的纸面上旋转筒体的右侧的第二流出口11b流出，从而分离成本析出物和次晶母液。需要说明的是，针对离心分离机的型号，没有特别限定，在扩大生产规模的情况下，优选为连续式。可以使用立式的离心分离机，还可以采用卧式或圆筒型的离心分离机。
利用前述离心分离机的固液分离中的离心力相对于重力期望为100倍以上且4000倍以下。即，离心效果：Z＝mrω2/mg、m：质量[kg]、r：旋转半径[m]、ω：角速度[rad/s]、g：重力加速度[m/s2]的值期望为100以上且4000以下。
本实施方式中，在利用离心分离机的固液分离中未被分离而残留在次晶母液中的本析出物使用过滤器12进行分离。如上所述，包含本析出物的浆料通过离心分离而被分离成本析出物和次晶母液。此时，本析出物的一部分未被沉降而或浮游在液体中或漂浮在液面上，由此残留在次晶母液中。因而，本实施方式中，设置有用于将次晶母液中残留的本析出物进行分离的过滤器12。
该过滤器的材质优选为聚丙烯或聚苯硫醚，更优选为聚苯硫醚。这是因为：由于浆料为碱性，因此将该液体进行过滤时，既能够确保过滤器的性能又能够延长过滤器的寿命。由此，能够减轻更换过滤器的保养作业，且能够实现与更换过滤器相伴的成本的降低。此外，虽未图示，但作为过滤器的应用，通过例如并列设置过滤器，每隔一定时间交替液体所通过的过滤器，从而能够在液体未通过时将利用过滤器收集的滤饼用例如初晶母液进行回收。此外，也可以通过将过滤器设为1台并将母液暂时贮藏于罐等中，利用1台进行运转。
过滤器只要是能够收集次晶母液所包含的析出物的尺寸即可，可以是任意过滤器。设为能够收集粒径为0.1~1,000μm、优选为1~500μm的析出物的过滤器。
如图2所示，所回收的本析出物被再循环至工序(1)的水解反应。此时，期望使本析出物溶解于再循环用途的初晶母液，并添加至反应液中。
通过过滤器而分离本析出物后的次晶母液中仍然溶解并包含有效成分。如图2所示，本实施方式中，为了从该次晶母液中进一步回收有效成分，期望通过将次晶母液浓缩后，对其一部分进行加热处理[加热工序]，并且将该加热处理后的液体再循环至(3)第二结晶工序(优选与初晶母液的浓缩液进行混合)，从而回收有效成分。
此外，次晶母液不是总量再循环，而是优选再循环一部分并排出余量。这是因为：与初晶母液同样地，次晶母液也包含杂质。通过将次晶母液的一部分再循环至第二结晶工序，并排除余量，从而能够减轻由杂质蓄积导致的对反应工序、结晶工序造成的不良影响。残留在次晶母液中的本析出物的损耗导致制造成本的增加，减少该损耗在再循环次晶母液的一部分并排出余量的方法中越来越重要。
通过次晶母液的浓缩，能够提高蛋氨酸的回收率，且能够馏去第二结晶工序中添加的醇。
此外，通过浓缩后的加热处理，因其中包含的蛋氨酸二肽的水解而促进蛋氨酸的再生。该加热处理在以表压计为0.5~2MPa左右的加压下在150~200℃、优选以160~180℃的温度下进行。热处理时间优选为0.3~10小时、更优选为0.5~5小时。
该加热处理可以进行至蛋氨酸二肽相对于蛋氨酸的比值优选为5~50重量%、更优选为5~40重量%为止。
实施例
以下示出本发明的实施例，但本发明不限定于此。
[实施例1]
图3示出包含本析出物的次晶母液的过滤试验中使用的过滤性能试验装置20的概略构成图。过滤性能试验装置20在过滤机22的底侧具备与第二结晶工序中使用的过滤器相同、且平均孔径为5μm、通气量为5-15L/(dm2×min)＠20mmW.C.材质为聚丙烯的过滤试验用过滤器26。此处，通气量5-15L/(dm2×min)＠20mmW.C.表示：在200Pa的条件下使空气通过时，在1分钟内通过过滤器的空气量相对于过滤器的单位面积(1dm2)为5~15L。向设置有该过滤试验用过滤器26的过滤机中供给包含本析出物的次晶母液，从压缩空气供给装置21供给规定流量的压缩空气。此时，压缩空气的压力调整利用减压阀23来进行，压力值利用压力计25来测定。此外，所供给的压缩空气的流量利用流量计24来测定。通过了过滤试验用过滤器26的次晶母液滴下至过滤机22的下方。测定残留在过滤试验用过滤器26上的本析出物的重量和含液率。含液率是通过使用红外水分计，将干燥温度设为80℃并干燥至30秒钟的含液率变化量达到0.05重量%以下为止而测定的值。
通过向初晶母液中添加醇并导入二氧化碳，得到包含析出的析出物的浆料后，利用离心分离机将该浆料进行固液分离，由此得到次晶母液。将该次晶母液200g供给至过滤机22，将过滤压力设为以表压计为0.3MPa，用30分钟进行过滤。过滤装置用过滤器26上的本析出物的重量为7.4g、含液率为23.2重量%。通过由这些值进行计算而求出的、从次晶母液中回收的本析出物的重量为5.68g。此外，通过目视来确认过滤前后的次晶母液的外观变化。次晶母液的外观在过滤前是浑浊的，但过滤后是透明的。
[实施例2]
图4示出使用2个过滤器进行过滤时的过滤时间与过滤量的关系的图，表1示出实验所使用的过滤器的主要规格，表2示出实验结果。在本实施例中，使用了实施例1中使用的过滤性能试验装置。
[表1]
。
需要说明的是，孔径表示过滤器的平均孔径(μm)。此外，通气量表示在200Pa的条件下使空气通过时，相对于过滤器的单位面积(1dm2)在1分钟内通过过滤器的空气量(L)。
[表2]
。
过滤器No.1的材质为聚丙烯，其它规格如表2所示。在图4的表示中，为了便于理解而记载了过滤器的材质。过滤器No.2的材质为聚苯硫醚(PPS)，其它规格及实验时的规格如表2和第[0055]段所示。由图4可以明确：通过适当地选择通气量和孔径，作为过滤器，使用任意材质均没有问题。
附图标记说明
10 倾析器
11 旋转筒体
12 过滤器
13 螺杆
20 过滤性能试验装置
21 压缩空气供给装置
22 过滤机
23 减压阀
24 流量计
25 压力计
26 过滤试验用过滤器。

Claims (6)

1.蛋氨酸的制造方法，其特征在于，包括下述工序(1)~(3)：
(1)反应工序：在碱性化合物的存在下，将5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮进行水解，得到包含蛋氨酸的碱盐的反应液的工序；
(2)第一结晶工序：向所述反应液中导入二氧化碳，使蛋氨酸从所述反应液中析出，得到蛋氨酸初晶和初晶母液的工序；
(3)第二结晶工序：向所述初晶母液中添加醇并导入二氧化碳，得到包含析出的析出物的浆料、且所述析出物包含蛋氨酸次晶后，
将所述浆料供于离心分离，固液分离成蛋氨酸次晶和次晶母液，使用过滤器将残留在所得次晶母液中的所述析出物进行分离的工序。
2.根据权利要求1所述的蛋氨酸的制造方法，其中，使所述析出物溶解于所述初晶母液，并添加至所述反应液中。
3.根据权利要求1或2所述的蛋氨酸的制造方法，其中，将所述次晶母液的一部分再循环至所述第二结晶工序。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的蛋氨酸的制造方法，其中，所述固液分离中的离心力相对于重力为100倍以上且4000倍以下。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的蛋氨酸的制造方法，其中，所述过滤器的材质为聚苯硫醚或聚丙烯。
6.蛋氨酸的制造设备，其特征在于，其设置有：
反应设备，其中在碱性化合物的存在下将5-[2-(甲硫基)乙基]咪唑烷-2,4-二酮进行水解，得到包含蛋氨酸的碱盐的反应液；
第一结晶设备，其中向所述反应液中导入二氧化碳，使蛋氨酸从所述反应液中析出；
第二结晶设备，其中向分离通过所述第一结晶设备得到的蛋氨酸后而得到的初晶母液中添加醇并导入二氧化碳，由此得到包含析出的析出物的浆料；
离心分离机，其用于对包含所述析出物的浆料进行固液分离；以及
过滤器，其中分离在利用该离心分离机进行固液分离而得到的次晶母液中残留的所述析出物。
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