基于雙極膜電滲析技術(shù)的l-(+)-酒石酸清潔生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種L-(+)-酒石酸清潔生產(chǎn)工藝，具體而言涉及應(yīng)用雙極膜電滲析 器從酶法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)L-(+)_酒石酸的轉(zhuǎn)化液中分離L-(+)_酒石酸根離子的方法，屬于膜技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] L- (+) _酒石酸是一種天然有機(jī)酸，廣泛分布于自然界，特別是葡萄和羅望子果中。 L- (+) _酒石酸是一種重要的食品添加劑和化工原料。作為食品添加劑，L- (+)-酒石酸可作 為酸味劑、防腐劑和乳化穩(wěn)定劑；在工業(yè)方面主要用于印染的防染劑、照相顯影劑、金屬離 子隱匿劑；在制藥工業(yè)中，可作為藥物拆分劑，特別是在抗結(jié)核藥乙胺丁醇的生產(chǎn)過程中， L_(+)_酒石酸作為唯一的、不可替代的手性拆分劑已取得成功應(yīng)用；L_(+)_酒石酸在電鍍 和制革等行業(yè)也有廣泛的用途。
[0003]目前，生產(chǎn)L-(+)_酒石酸的方法主要有抽提法、糖質(zhì)發(fā)酵法、化學(xué)拆分法和生 物酶法，其中，生物酶法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)L- (+)-酒石酸是目前應(yīng)用最為廣泛的方法之一。在 L- (+)_酒石酸生產(chǎn)中，通常采用鈣鹽法來提取L- (+)-酒石酸，一般通過在轉(zhuǎn)化液中加入鈣 中和劑使之生成L-(+)_酒石酸鈣，經(jīng)反復(fù)結(jié)晶、洗凈后加入硫酸酸解提取L-(+)_酒石酸， 并需通過活性炭脫色、離子交換去除雜離子后才可得到精純產(chǎn)品。傳統(tǒng)的鈣鹽法在生產(chǎn)過 程中會(huì)消耗大量的硫酸，產(chǎn)生副產(chǎn)物硫酸鈣，且提取精制過程步驟繁多，勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成 本高。
[0004] 專利申請(qǐng)CN102093208A在傳統(tǒng)的生物酶轉(zhuǎn)化生產(chǎn)方法的基礎(chǔ)上作出了改進(jìn)，通 過循環(huán)使用硫酸鈣，減少了固體廢棄物副產(chǎn)物的生成，解決了環(huán)境污染的問題；然而，這一 方法仍需消耗大量硫酸，并且同樣存在提取精制過程繁瑣的缺陷。
[0005] 雙極膜電滲析技術(shù)通過使用雙極膜，在溶液中直接將水電離為H+和0H-，因此 能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的酸和堿，近年來在研究和 應(yīng)用兩方面都得到了迅速發(fā)展。國內(nèi)已有利用電滲析技術(shù)制備L_(+)_酒石酸的報(bào)道， CN102698603A報(bào)道了一種酒石酸的生產(chǎn)方法，使用電滲析技術(shù)從粗酒石(主要成分為酒石 酸氫鉀）中提取L-(+)-酒石酸。在這一方法中，盡管在提取前使用氫氧化鉀將酒石中的酒 石酸氫鉀轉(zhuǎn)化為溶解度較高的酒石酸鉀，但是在提取過程中，由于陰離子交換膜和陽離子 交換膜對(duì)離子的通透性能不同，還很容易形成溶解度較低的酒石酸氫鉀（25°C條件下，溶解 度僅為約8g/L)，進(jìn)而導(dǎo)致膜堵塞，這是不利于工業(yè)使用的；為了避免膜堵塞等不利因素， 溶液中酒石酸根離子的濃度必須保持在較低水平，導(dǎo)致電導(dǎo)率較低，需特別采用導(dǎo)電隔板； 并且其生產(chǎn)效率也較低。同時(shí)，受葡萄產(chǎn)量、產(chǎn)區(qū)及季節(jié)的影響，不同地區(qū)葡萄中的酒石酸 氫鉀含量不同，從而不利于工業(yè)生產(chǎn)，并且其產(chǎn)量也無法滿足現(xiàn)代工業(yè)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于雙極膜電滲析技術(shù)的 L-(+)-酒石酸清潔生產(chǎn)工藝，從而有利地將酶法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)酒石酸與雙極膜電滲析技術(shù)相結(jié) 合，高效地從酶法轉(zhuǎn)化液中提取L-(+)_酒石酸，簡化了生產(chǎn)過程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氫氧化鈉的重 復(fù)利用。
[0007] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種基于雙極膜電滲析技術(shù)的L-(+)_酒石酸清潔生產(chǎn)方法，主要包括如下步驟：
[0009] (1)使用L-型順式環(huán)氧琥珀酸水解酶（L-ESH)催化水解順式環(huán)氧琥珀酸鈉，生成 L_(+)_酒石酸鈉轉(zhuǎn)化液；
[0010] (2)通過雙極膜電滲析器將所述L-(+)_酒石酸鈉轉(zhuǎn)化液中所含的L-(+)_酒石酸 鈉轉(zhuǎn)化為L-(+)-酒石酸。
[0011] 優(yōu)選的是，所述步驟（2)中使用的電滲析器的膜池構(gòu)型為：（1)用陰離子交換膜分 隔成的鹽/酸二室式；或者（2)用陰離子交換膜、陽離子交換膜分隔成的酸/鹽/堿三室式。
[0012] 在鹽/酸二室式的情況下，在生產(chǎn)時(shí)，將L-(+)_酒石酸鈉轉(zhuǎn)化液輸送入鹽室，將 L_(+)_酒石酸溶液輸送入酸室，物料在蠕動(dòng)泵的作用下循環(huán)流動(dòng)，并采用下列生產(chǎn)條件中 的一種或多種：電流密度為80-140mA/cm2,優(yōu)選140mA/cm2 ;操作溫度為25-50°C，優(yōu)選50°C; 以及反應(yīng)時(shí)間為4-6h，優(yōu)選6h。
[0013] 在酸/鹽/堿三室式的情況下，在生產(chǎn)時(shí)，將L- (+)-酒石酸鈉轉(zhuǎn)化液輸送入鹽室， 將L- (+)-酒石酸溶液輸送入酸室，將NaOH溶液輸送入堿室，物料在蠕動(dòng)泵的作用下循環(huán)流 動(dòng)，并采用下列生產(chǎn)條件中的一種或多種：電流密度為80-140mA/cm2,優(yōu)選80mA/cm2 ;操作 溫度為25-50°C，優(yōu)選40°C;以及反應(yīng)時(shí)間為4-6h，優(yōu)選6h。
[0014] 本發(fā)明的電滲析器中可具有多個(gè)膜池，所述多個(gè)膜池采取并聯(lián)或串聯(lián)的排列方 式。優(yōu)選地，本發(fā)明的電滲析器中可具有3個(gè)相串聯(lián)的膜池，所述膜池優(yōu)選可采取鹽/酸二 室式構(gòu)型。
[0015] 優(yōu)選地，在本發(fā)明中，在所述步驟（1)之前，所述方法還包括下述步驟：用具有序 列SEQIDNO: 1的基因進(jìn)行編碼，得到所述L-型順式環(huán)氧琥珀酸水解酶。
[0016] 本發(fā)明的工藝采用了雙極膜電滲析技術(shù)對(duì)酒石酸進(jìn)行分離，避免了現(xiàn)有技術(shù)中生 產(chǎn)步驟繁瑣、需要消耗大量硫酸、不可避免地產(chǎn)生副產(chǎn)品等各種缺陷，并在優(yōu)選的實(shí)施方式 中實(shí)現(xiàn)了氫氧化鈉的循環(huán)利用，整個(gè)工藝流程采用封閉式循環(huán)，具有顯著的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值 和環(huán)境效益；另一方面，由于本發(fā)明以酶轉(zhuǎn)化法來制備L_(+)_酒石酸，避免了使用酒石作 為原料所產(chǎn)生的各種不利問題，同時(shí)，由于L_(+)_酒石酸鈉的高溶解性，本發(fā)明的工藝能 夠以較高濃度對(duì)L_(+)_酒石酸進(jìn)行分離，提高了L_(+)酒石酸的生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的L_(+)_酒石酸生產(chǎn)工藝的流程示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明的鹽/酸二室式電滲析裝置制備L-(+)_酒石酸的工作原理圖，其 中，從左至右依次為酸室和鹽室。
[0019] 圖3為本發(fā)明的酸/鹽/堿三室式電滲析裝置制備L_(+)_酒石酸的工作原理圖， 其中，從左至右依次為酸室、鹽室和堿室。
[0020] 以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明的酒石酸生產(chǎn)工藝使用L-型順式環(huán)氧琥珀酸水解酶（L-ESH)對(duì)順式環(huán)氧 琥珀酸鈉進(jìn)行水解，以獲得L-(+)_酒石酸鈉。L-ESH是一種環(huán)氧化合物水解酶（Epoxide Hydrolases,HO,屬于胞內(nèi)酶，能夠立體選擇性地將水分子加成到順式環(huán)氧琥拍酸鹽上 形成L-(+)_酒石酸鹽。產(chǎn)L-ESH菌的使用是本領(lǐng)域已知的，已經(jīng)報(bào)道用于產(chǎn)生L-ESH 的菌種主要包括假單胞桿菌（Pseudomonassp.，US4028185A)、產(chǎn)堿桿菌（Alcaligenes, US3957579A)、棒狀桿菌（Corynebacterium，張建國，棒狀桿菌固定化細(xì)胞生產(chǎn)L-(+)-酒石 酸，生物工程學(xué)報(bào)，2000,16 (2M88-192)、瓦氏根瘤菌（Rhizobiumvalidum，US4028185A)、 酒石酸諾卡氏菌（Nocardiatartaricans，鄭璞等，用諾卡氏菌酶法轉(zhuǎn)化順式環(huán)氧琥拍酸生 產(chǎn)L-(+)_酒石酸的研究，工業(yè)微生物，1994,4 (3):12-17)、赤紅球菌（Rhodococcusruber， 潘克俠等，產(chǎn)順式環(huán)氧琥珀酸水解酶的紅球菌Ml菌株的分離鑒定及其產(chǎn)酶條件優(yōu)化，微生 物學(xué)報(bào)，2004,44 (3):276-280)、博德特氏菌（8(^(16七611&，潘海峰等，產(chǎn)順式環(huán)氧琥珀酸 水解酶的博德特氏菌BK-52的篩選、鑒定及其產(chǎn)酶條件優(yōu)化，微生物學(xué)報(bào)，2008,48 (8): 1075-1081)等，以引用的方式將以上文獻(xiàn)的全部內(nèi)容并入本文。
[0022] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，將能夠?qū)-ESH進(jìn)行編碼的基因片段連接至質(zhì)粒載體上， 并導(dǎo)入E.coli細(xì)胞，獲得重組工程菌，并將其用于本發(fā)明。因此，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本 發(fā)明所使用的"L-型順式環(huán)氧琥珀酸水解酶"也可以是指在反應(yīng)體系中使用的上述重組工 程菌。
[0023] 優(yōu)選地，本發(fā)明使用下述基因片段（SEQIDNO:1)對(duì)L-型順式環(huán)氧琥珀酸水解酶 進(jìn)行編碼：
[0024]SEQIDNO： 1
[0026]目前市場上的商品化二室式或三室式雙極膜電滲析器均可用于本發(fā)明。優(yōu)選的 是，本發(fā)明中所使用的電滲析器由隔板、雙極膜、陽離子交換膜和陰離子交換膜按照設(shè)定的 膜池構(gòu)型組成一個(gè)膜組單位，一個(gè)或數(shù)個(gè)模組單位組裝在一對(duì)電極之間，形成雙極膜電滲 析裝置。膜池構(gòu)型為用陰離子交換膜分隔成的鹽/酸二室(如圖2所示)或者為用陰離子交 換膜、陽離子交換膜分隔成的酸/鹽/堿三室式(如圖3所示)。
[0027] 在本發(fā)明的鹽/酸二室式膜池中，兩張雙極膜間用陰離子交換膜分隔成酸室與鹽 室。轉(zhuǎn)化液進(jìn)入右邊的鹽室，在直流電場作用下，陰離子L_(+)_酒石酸根通過陰離子交換 膜進(jìn)入左邊酸室，形成L-(+)-酒石酸；而在鹽室中的陽離子（Na+)與雙極膜產(chǎn)生的OH-形 成堿。這種電滲析法可制得純L-(+)-酒石酸和鹽與堿的混合物。
[0028]