[发明专利]一种用于氨基酸生产的二氧化碳辅助双极膜电渗析系统及生产方法

说明书

本发明公开了一种用于氨基酸生产的二氧化碳辅助双极膜电渗析系统及生产方法，其特征在于：系统由双极膜电渗析装置和二氧化碳辅助装置构成，双极膜电渗析装置内形成有“碱室—料液室—酸室”的重复单元并设置有相应的贮存罐，二氧化碳辅助装置用于向料液贮存罐内通入含二氧化碳的气体，以使氨基酸盐与CO₂发生吸附平衡反应转化为相应的中性氨基酸。本发明利用二氧化碳辅助的双极膜电渗析系统分离、生产氨基酸，不需要额外酸的引入就可以提高电渗析过程中氨基酸的回收效率，且可减轻膜的污染、降低操作成本。

技术领域

本发明涉及一种用于氨基酸生产的双极膜电渗析系统及生产方法。

背景技术

氨基酸是人体新陈代谢所必须的物质，一般分为必须氨基酸和非必须氨基酸，非必须氨基酸如丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸等可以在体内合成，而必须氨基酸如丙氨酸、精氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)等则需要通过体外摄取补充。随着氨基酸需求不断增长，需要合适的生产工艺来提高氨基酸生产效率以满足需要。

传统的氨基酸制备工艺包括发酵法和化学合成法，以蛋氨酸为例，其化学合成工艺路线如图1所示，过程中产生了蛋氨酸钠和碳酸钠的中间体。为了得到蛋氨酸产品，传统的操作需要经过酸化和结晶工艺，过程中会排放高TOC废水以及无机盐废渣。

双极膜电渗析作为一种绿色的膜分离过程，可以在电场的作用下实现水解离，利用特殊的膜堆结构设计，可以将盐转化为相应的酸和碱，因此被用于水处理、生物工程、化学工程等领域。双极膜电渗析可以将有机酸盐转化为相应的有机酸和碱，而氨基酸作为一种有机酸，可以利用双极电渗析工艺实现。

专利CN103922980A、CN102002725A、CN103933861A、CN103964989报道了利用双极膜电渗析法生产蛋氨酸的工艺，指出利用双极膜电渗析水解离得到的酸和碱以及特殊设计的膜堆结构，可以将蛋氨酸钠和碳酸钠的混合料液转化为蛋氨酸和氢氧化钠产品，经过简单后处理即可得到高纯度的蛋氨酸产品以及氢氧化钠副产品。过程很大程度上提高了氨基酸的回收效率，同时减少了环境的污染。

CN104744280A报道了一种利用双极膜电渗析来制备肌氨酸的方法，利用双极膜解离出的质子和氢氧根可以将肌氨酸钠的盐溶液转化为肌氨酸和氢氧化钠，避免了废酸、废渣的排放，同时降低了操作成本。

虽然通过电渗析工艺避免了无机酸的引入，从而降低对于环境的污染，同时减少了过程成本，但是由于氨基酸本身是两性离子，电渗析过程中pH的大范围变化容易降低氨基酸的回收效率。另外由于氨基酸本身分子半径较大，在离子膜内部迁移的过程中阻力较大，容易在膜的内部与表面聚集与吸附，造成膜污染。同时有机化合物的吸附容易引起微生物的滋生，从而引起膜降解。为了避免以上问题，需要通过有效手段降低膜污染现象同时提高氨基酸的回收效率，提高经济性能。

有文献报道[1，2]，通过在线调节需要将氨基酸盐溶液的pH调节至氨基酸等电点附近，可以提高电渗析过程中氨基酸的回收效率。由于一般的氨基酸生产过程的中间料液(氨基酸盐)显碱性，通过向氨基酸发酵液/生产中间体中加入无机酸，将溶液的pH调节至氨基酸的等电点时，可以保持氨基酸分子在中性状态，从而减少荷电氨基酸离子的迁移。但是此时溶液中的碱会与添加的无机酸中和，得到NH₄Cl、NaCl、Na₂SO₄等产物，这样会提高料液中盐的含量，从而提高生产成本。

参考文献：

[1]朱永春,张宝发,李玉侠,王芬,氨基酸等电点分离方法的回收率与分离度,大学化学,(1997)52-53.

[2]金燕，张关永，许志立，谭春洪,电渗析法进行胱氨酸母液脱盐的研究,氨基酸和生物资源,(1995)13-15.

发明内容