背景及概述^[1][2]

L-苯丙氨酸是具有生理活性的芳香族氨基酸，是人和動(dòng)物不能靠自身自然合成的氨基酸之一，作為人體代謝過(guò)程中必需的八種氨基酸之一；主要用于：(1)安全使用于任何食品飲料中；用于食品，可添加于焙烤食品中，強(qiáng)化苯丙氨酸的營(yíng)養(yǎng)作用；還與糖類發(fā)生氨基-羧化反應(yīng)以改善食品香味，以及補(bǔ)充人體所需功能性食品氨基酸平衡；是合成二肽甜味劑阿斯巴甜(Aspartame)的主原料；(2)用于醫(yī)藥，是苯丙氨芐、甲酸溶肉瘤素等氨基酸類抗癌藥物的中間體，也是生產(chǎn)腎上腺素、甲狀腺素和黑色素的原料，是配制氨基酸輸液及綜合氨基酸制劑的重要成份，用于合成抗病毒藥物、維生素B6等。

近年來(lái)，由于阿斯巴甜已成為國(guó)際市場(chǎng)最為流行的甜味劑產(chǎn)品，在食品、飲料行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，故成為促進(jìn)L-苯丙氨酸需求激增的推動(dòng)力。

理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)^[1]

苯丙氨酸(Phenylalanine)的化學(xué)名稱為α-氨基-β-苯丙酸，分子式為C6H5C2H3(NH2)CO2H，分子量為165.19。商品主要有L-苯丙氨酸、D-苯丙氨酸和DL-苯丙氨酸，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槭称放c醫(yī)藥部門。L-苯丙氨酸為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，略苦，熔點(diǎn)283℃(分解)，比旋度-35.1°(C＝1.94，水中)，減壓升華，溶于水，難溶于甲醇、乙醇、乙醚等。

L-苯丙氨酸是8種必須氨基酸之一，同時(shí)它也是生物體內(nèi)合成酪氨酸的重要原料。苯丙氨酸是某些氨基酸藥物和氨基酸營(yíng)養(yǎng)食品所必需的成份，是合成某些抗癌藥物的中間體，如苯丙氨芐、甲酸溶肉瘤素等。其最重要的用途是與L-天冬氨酸合成二肽產(chǎn)品阿斯巴甜(Aspartame，APM)；L-苯丙氨酸的另外一個(gè)重要用途是用作營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑、氨基酸輸液和復(fù)合氨基酸制劑的成分。

L-苯丙氨酸是人體和動(dòng)物的必需氨基酸。在醫(yī)藥、食品、保健品等領(lǐng)域有很大用處，是全球風(fēng)行的新型甜味劑阿斯巴甜(Aspartame，APM)生產(chǎn)的主要原料。L-苯丙氨酸是自上世紀(jì)八十年代以來(lái)市場(chǎng)需求增長(zhǎng)最快的氨基酸品種，產(chǎn)品90％用于生產(chǎn)阿斯巴甜甜味劑，10％用于醫(yī)藥等方面中。L-苯丙氨酸在醫(yī)藥行業(yè)主要用于氨酸酸輸液和氨基酸類藥物，如抗腫瘤藥物對(duì)氟苯丙氨酸、苯丙氨芐、甲酸溶肉瘤素等，市場(chǎng)十分緊俏，今后發(fā)展前景光明。目前我國(guó)醫(yī)藥行業(yè)每年需消耗L-苯丙氨酸約400噸左右，主要依賴進(jìn)口。

目前，由于國(guó)內(nèi)氨基酸大輸液和抗癌藥的開發(fā)利用，特別是對(duì)糖精生產(chǎn)實(shí)行限制、甜菊糖甜味劑產(chǎn)品遭遇麻煩的情況下，阿斯巴甜需求量激增，大大刺激和推動(dòng)了L-苯丙氨酸的生產(chǎn)與發(fā)展。L-苯丙氨酸制備方法主要有直接發(fā)酵法、化學(xué)合成法和酶法。

直接發(fā)酵法是利用葡萄糖等原料經(jīng)微生物發(fā)酵直接生產(chǎn)出L-苯丙氨酸；化學(xué)合成法路線長(zhǎng)、副產(chǎn)物多，且產(chǎn)物為光學(xué)消旋體，需進(jìn)行光學(xué)拆分，成本高；酶法生產(chǎn)是利用L-苯丙氨酸的合成前體如苯丙酮酸或肉桂酸經(jīng)過(guò)微生物細(xì)胞內(nèi)酶系催化合成L-苯丙氨酸。用發(fā)酵法生產(chǎn)L-苯丙氨酸的過(guò)程中需要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行提取才能得到L-苯丙氨酸，目前所使用的提取方法主要是離子交換法，但是所使用的離子交換樹脂是大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹脂，這種樹脂很難將L-苯丙氨酸從發(fā)酵液中分離出來(lái)，而且收率最多能達(dá)到40％、純度最高為50％。

L-苯丙氨酸

制備 ^[2]

L-苯丙氨酸的轉(zhuǎn)化液絮凝板框過(guò)濾、模擬移動(dòng)床離子交換提取、一次性結(jié)晶出產(chǎn)品和母液的回收，各工藝步驟具體包括：

步驟一、L-苯丙氨酸的轉(zhuǎn)化液絮凝板框過(guò)濾

①配制助濾劑和絮凝劑：

在常溫條件下配制助濾劑，在5T的反應(yīng)釜中，加入2.5T水，投入120kg的助濾劑珠光砂、硅澡土或珍珠巖中的一種或數(shù)種，備用。

配制絮凝劑：在30T的反應(yīng)釜中，加入15T水，升高溫度到65℃，投入280kg的絮凝劑聚丙烯酰胺、硫酸鋁或聚合氯化鋁中的一種或數(shù)種，攪拌至溶解后，冷卻至25℃；備用。

②制作預(yù)涂層：將助濾劑攪拌混勻后打入板框形成預(yù)涂層，預(yù)涂層厚度3mm；備用。將助濾劑攪拌混勻后打入板框中，在板框?yàn)V布上形成預(yù)涂層，預(yù)涂層厚度0.5～8mm。

③L-苯丙氨酸的轉(zhuǎn)化液絮凝：在20T的苯丙酮酸酶法生產(chǎn)L-苯丙氨酸轉(zhuǎn)化液中，加入上述配制好的絮凝劑2000L和60L的助濾劑，攪拌15min后，靜置45min，

④將絮凝后的料液通過(guò)已形成預(yù)涂層板框過(guò)濾去除微生物細(xì)胞及其碎片，得過(guò)濾液，過(guò)濾后溶液的濁度80NTU，透光率56％，收率99.0％。

步驟二、模擬移動(dòng)床離子交換提取

取步驟一中得到的過(guò)濾液10m3，L-苯丙氨酸的濃度15g/L，以3m3/h的進(jìn)料速度進(jìn)入離子交換系統(tǒng)，吸附pH值控制在1.8，吸附時(shí)間約2.5h后，用流速為5m3/h的純水進(jìn)行反洗雜25min，再將0.5mol/L的洗脫劑液堿，溫度加熱至40℃，以2.5m3/h的流速將吸附在樹脂上的L-苯丙氨酸洗脫下來(lái)，夾套需要保溫80℃，當(dāng)pH為2.5時(shí)開始收集洗脫液的高流，直至收集至pH為10.8時(shí)停止。其洗脫液透光率為54.0％，收率為98.9％。

步驟三、一次性結(jié)晶出產(chǎn)品

取上述步驟二中得到的洗脫液9m3，其濃度為32.5g/L，濃縮蒸氨35min，將料液循環(huán)通過(guò)利用廢活性炭制成濾餅過(guò)濾45min后，將料液打入脫色罐，加入10kg的活性炭，脫色溫度為68℃，pH值為5，脫色時(shí)間30min，過(guò)濾、濃縮、結(jié)晶、干燥，得到L-苯丙氨酸晶體290.2kg，其收率為99.2％，純度為99.6％、透光率99.5％、比旋光度為-34.0°，限量指標(biāo)均合格。

步驟四、母液的回收

取步驟三提取后得到的母液，加水稀釋至濃度為15g/L后，至絮凝板框過(guò)濾，按步驟一要求配制好助濾劑珠光砂，絮凝劑聚丙烯酰胺以及制好板框預(yù)涂層，預(yù)涂層厚度3mm；在母液中加入絮凝劑聚丙烯酰胺、助濾劑珠光砂攪拌后，通過(guò)已形成預(yù)涂層板框過(guò)濾來(lái)去除雜質(zhì)，再將過(guò)濾好的溶液經(jīng)過(guò)離交，濃縮結(jié)晶等，產(chǎn)品的純度為99.0％、透光率99.0％、比旋光度為-33.6°，限量指標(biāo)均合格。

主要參考資料

[1] 崔建東, & 張亞楠. (2008). 苯丙氨酸解氨酶(pal)酶法合成l-苯丙氨酸的研究進(jìn)展. 中國(guó)生物工程雜志(s1), 301-305.

[2] 劉陽(yáng)生, 戴猷元, & 汪家鼎. (1999). 二(2-乙基己基)磷酸萃取l-苯丙氨酸. 化工學(xué)報(bào), 50(3), 289-295.

[3] 徐偉箭, 劉玉堂, 項(xiàng)偉中, 熊遠(yuǎn)欽, 盧彥兵, & 劉慧君. (2004). L-苯丙氨酸分子印跡聚合物的制備及其性能研究. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 31(4), 1-5.