способ ионообменного разделения смеси фенилаланина и тирозина

Формула изобретения

1. Способ ионообменного разделения фенилаланина и тирозина, включающий пропускание смеси через колонку, заполненную анионитом АВ-17-2П в ОН-форме, и фракционное выделение растворов фенилаланина и тирозина, отличающийся тем, что процесс проводят многоступенчато, причем на второй и последующих ступенях могут использоваться по 2 колонки, где раствор фенилаланина и тирозина непрерывно пропускают через колонку(и) при периодическом изменении температуры не менее чем на 20°С в интервале 20-80°С, причем вначале сорбент насыщают аминокислотами, пропуская смесь растворов аминокислот при первом значении температуры, затем через сорбент пропускают ту же смесь аминокислот при втором значении температуры, собирают элюат, обогащенный одной из аминокислот, затем проводят регенерацию той же смесью при первом значении температуры, собирают элюат, обогащенный другой аминокислотой, после чего непрерывно циклически повторяют процесс.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одна из фракций, получаемых на каждой колонке второй и последующих ступенях, направляется для последующей обработки, а вторая может быть повторно обработана на предыдущей ступени.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что варьируют соотношение объемов, собираемых при различных значениях температуры фракций.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что многоступенчатое разделение проводят на одной и той же колонке, работающей в непрерывном режиме.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам разделения и выделения индивидуальных ароматических аминокислот из их смесей и может быть использовано в химической, микробиологической, пищевой промышленности, сельском хозяйстве.

Известны способы выделения аминокислот, в основе которых лежит классическая ионообменная хроматография [а.с. СССР №438256, С 07 С 99/12, 1977, а.с. СССР №644782, С 07 С 99/12, 1979, а.с. СССР №639862, С 07 С 99/12, 1978, а.с. СССР №979991, G 01 N 31/08, 1981, а.с. СССР №960163 С 07 С 99/12, 1982]. Недостатками этих способов являются использование для регенерации сорбентов значительного количества вспомогательных реактивов, наличие стадии предварительной подготовки растворов аминокислот перед пропусканием через ионообменник. Наиболее близок к данному изобретению способ разделения триптофана и фенилаланина (патент РФ № 2186056, С 07 С 227/40, 2002 г.), недостатком которого является неполное разделение аминокислот.

Задачей предлагаемого способа является увеличение эффективности разделения смеси фенилаланина и тирозина за счет исключения из технологического процесса вспомогательных реактивов, используемых для регенерации и перевода в рабочую форму ионитов, отказа от стоков и повышения выхода аминокислот.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе ионообменного разделения фенилаланина и тирозина, включающем пропускание смеси через колонку, заполненную анионитом АВ-17-2П в ОН-форме, и фракционное выделение растворов фенилаланина и тирозина, согласно изобретению процесс проводят многоступенчато, причем на второй и последующих ступенях могут использоваться две колонки, где раствор фенилаланина и тирозина непрерывно пропускают через колонку (и) при периодическом изменении температуры не менее чем на 20°С в интервале 20-80°С, причем вначале сорбент насыщают аминокислотами, пропуская смесь растворов аминокислот при первом значении температуры, затем через сорбент пропускают ту же смесь аминокислот при втором значении температуры, собирают элюат, обогащенный одной из аминокислот, затем проводят регенерацию той же смесью при первом значении температуры, собирают элюат, обогащенный другой аминокислотой, которой была обеднена предыдущая фракция, после чего непрерывно циклически повторяют процесс.

В результате, на выходе получают две фракции, имеющие различное соотношение концентраций аминокислот, причем, варьируя соотношение объемов собираемых при различных температурах фракций, достигают, при необходимости, увеличивая степени очистки одного из компонентов. Процесс может быть организован как одно-, так и многоступенчато, причем в качестве различных ступеней могут быть использованы как различные колонки, так и одна и та же колонка. Для обеспечения направленности процесса каждая последующая ступень может состоять из пары колонок меньшего, по сравнению с предыдущей ступенью, сечения. На второй и последующих ступенях обрабатывают различные фракции, полученные на предыдущей ступени, причем одну из получаемых фракций направляют для дальнейшей обработки, а вторую, при необходимости, повторно обрабатывать на предыдущей ступени. Степень разделения превышает получаемую известными методами, а за счет отказа от обработки сорбента вспомогательными реагентами достигается отсутствие сточных вод и, соответственно, исключается унос продуктов в стоки.

Нижний температурный уровень обусловлен тем, что поддержание температуры ниже 20°С требует использования охлаждающей аппаратуры. Верхняя граница (80°С) температуры ограничивается температурной устойчивостью разделяемых аминокислот.

Пример 1. Разделение фенилаланина (Фен) и тирозина (Тир) проводят в термостатированной ионообменной колонке сечением 0,5 см² , заполненной анионитом АВ-17-2П в ОН-форме в количестве 6 г в пересчете на сухую смолу. Высота слоя 30 см, объем слоя 15 мл. T₁=20°C, Т₂=80°С. Исходный раствор имеет концентрацию Фен 1 г/л и Тир 0,4 г/л и был получен путем растворения разделяемых аминокислот в 0.1 М растворе NaOH. Скорость пропускания раствора 2 мл/мин. Контроль за содержанием разделяемых аминокислот в растворе здесь и далее велся спектрофотометрически, согласно способу, предложенному в [ЖАХ, 2000, Т.55, №4. - С.375-377].

Вначале проводят насыщение слоя сорбента аминокислотами, для чего через колонку пропускается 1,75 л исходного раствора при T₁. Собираемый на выходе раствор содержит Фен в концентрации 0,08 г/л и Тир в следовых количествах. Он может быть направлен на упаривание для получения сухого Фен с чистотой до 89%. Пропускание раствора продолжают при Т₂ и T ₁ попеременно. При этом собирают фракции по 2 л. Концентрации компонентов на выходе из колонки представлены в табл.1. Процесс продолжают непрерывно.

Таблица 1
Концентрация (г/л) компонентов на выходе из колонки в примере 1
№ цикла	Т2		T 1
	Фен	Тир	Фен	Тир
1	0,94	0,45	1,15	0,24
2 и последующие	0,86	0,55	1,14	0,25

Начиная со второго цикла, состав собираемых фракций становиться постоянным. При этом в течение одного цикла из 4 л исходного раствора получают 2 л раствора, обогащенного Тир и содержащего Тир в концентрации 0,55 г/л и Фен в концентрации 0,86 г/л, и 2 л раствора, обогащенного Фен и содержащего Фен в концентрации 1,14 г/л и Тир в концентрации 0,25 г/л. При этом в одностадийном процессе достигается уменьшение примеси тирозина в растворе Фен в 1,6 раза и увеличение процентного содержания Тир в обогащенной им фракции в 1,4 раза. Эта фракция содержит Тир в виде пересыщенного раствора, из которого Тир выпадает в осадок без предварительного упаривания в виде кристаллов практически чистого препарата, не загрязненного (на стадии упаривания) продуктами разложения компонентов.

Пример 2. При необходимости возможно проведение многоступенчатого процесса. В качестве первой степени используют колонку сечением 1 см², количество ионита 6 г, высота слоя 20 см, объем слоя 20 мл. Исходный раствор имеет концентрацию Фен 1,2 г/л и Тир 0,4 г/л и был получен путем растворения разделяемых аминокислот в 0.1 М растворе NaOH. Скорость пропускания раствора 4 мл/мин.

Для насыщения при 293 К (T₁) пропускают 3,1 л раствора. Элюат содержит Фен в концентрации 0,01 г/л и Тир в следовых количествах. Далее раствор пропускают попеременно при Т₂ и T₁. Собирают фракции по 0,5 л. Концентрации компонентов на выходе из колонки представлены в табл.2.

Таблица 2
Концентрации (г/л) компонентов на выходе из колонки первой ступени в примере 2:
	Т2		T 1
№ цикла	Фен	Тир	Фен	Тир
1	1,12	0,21	1,28	0,11
2 и последующие	1,12	0,29	1,28	0,11

В качестве второй ступени используют колонки, аналогичные описанным в примере 1. Через первую из них пропускают на первой ступени при Т₂ раствор. Для насыщения пропускают 1,75 л раствора при T₁. При дальнейшем пропускании раствора собирают фракции по 2,25 л при каждой температуре. Концентрации компонентов в элюате представлены в таблице 3. Процесс продолжают непрерывно. Начиная со 2 цикла состав собираемых фракций постоянен.

Через вторую колонку второй ступени пропускают раствор, полученный на первой ступени при Т₁. Для насыщения пропускают 1,8 л раствора при T₁. При дальнейшем пропускании раствора собирают фракции по 2,25 л при каждой температуре. Концентрации компонентов в элюате представлены в табл.4. Процесс продолжают непрерывно. Начиная со 2 цикла состав собираемых фракций постоянен.

Таблица 3
Концентрации (г/л) компонентов на выходе из 1 колонки второй ступени в примере 2:
№ цикла		Т2		T1
		Фен	Тир	Фен	Тир
1		1,06	0,36	1,23	0,16
2 и последующие		1,01	0,41	1,28	0,16
Таблица 4
Концентрации (г/л) компонентов на выходе из 2 колонки второй ступени в примере 2:
№ цикла	Т2			T1
	Фен		Тир	Фен	Тир
1	1,26		0,13	1,53	0,06
2 и последующие	1,23		0,16	1,33	0,03

Таким образом, в результате двухстадийного процесса получают 4 равные по объему фракции, одна из которых содержит Фен в концентрации 1,33 г/л и Тир в концентрации 0,03 г/л, вторая - 1,01 и 0,41 г/л соответственно. Еще две фракции имеют концентрации компонентов, близкие к исходным, и могут быть направлены на повторную обработку. При этом в двухстадийном процессе достигается уменьшение примеси Тир в растворе Фен в 3,4 раза и увеличение процентного содержания Тир в обогащенной им фракции в 2 раза.

Пример 3. Колонку, описанную в примере 1, насыщают аминокислотами аналогичным образом. Для повышения степени очистки Фен от Тир на выходе из колонки при Т₂ собирают фракции объемом 5 л, а при T₁ - 0,5 л. Концентрации компонентов на выходе из колонки представлены в таблице 5. Процесс можно продолжать непрерывно.

Таблица 5
Концентрации (г/л) компонентов на выходе из колонки в примере 3:
№ цикла	Т2		Т 1
	Фен	Тир	Фен	Тир
1	0,97	0,43	1,18	0,20
2	0,98	0,41	1,18	0,20
3 и последующие	0,98	0,42	1,18	0,20

Начиная со 2-3 цикла, состав собираемых фракций становится постоянным. При этом в течение одного цикла из 5,5 л исходного раствора получают 0,5 л раствора, содержащего Фен в концентрации 1,18 г/л и Тир в концентрации 0,20 г/л, и 5 л раствора, содержащего компоненты в концентрациях 0,98 и 0,42 г/л соответственно. При этом в одностадийном процессе достигают 2-кратной очистки Фен.

Пример 4. На первой стадии разделения Фен и Тир производят в соответствии с примером 2. По окончании 7 цикла пропускание раствора прекращают. На второй стадии в качестве второй ступени используют ту же колонку, через которую без предварительного насыщения пропускают ранее полученный при Т₂ раствор. На выходе собирают фракции по 4,5 л при каждой температуре. По окончании пропускания имеющегося раствора, через ту же колонку без предварительного насыщения пропускают полученный на первой стадии при T₁ раствор. На выходе собирают фракции по 4,5 л при каждой температуре. Концентрации компонентов на выходе представлены в табл.6.

Таблица 6
Концентрации (г/л) компонентов на выходе из колонки в примере 4:
№ цикла	Т2		Т 1
	Фен	Тир	Фен	Тир
	Первая стадия
	Пропускание исходного раствора
1	1,12	0,21	1,28	0,11
2-7	1,12	0,29	1,28	0,11
	Вторая стадия
	Пропускание раствора, полученного на первой стадии при Т2
1	1,07	0,34	1,24	0,16
2-3	1,01	0,41	1,23	0,17
	Третья стадия
	Пропускание раствора, полученного на первой стадии при T1
1	1,08	0,33	0,31	0,08
2-3	1,23	0,16	1,31	0,08

Таким образом, использование на различных стадиях одной и той же колонки позволяет достичь той же степени разделения, что и в примере 2. При этом за счет отказа от непрерывности процесса достигается уменьшение количества используемого оборудования.