КРИСТАЛЛ ТРИГИДРАТА ДИ-(L)-ЛИЗИНМОНОСУЛЬФАТА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
DI-(L)-LYSINE MONOSULPHATE TRIHYDRATE CRYSTAL AND METHOD OF MAKING SAID CRYSTAL

Настоящее изобретение относится к кристаллам L-лизинсульфата и к способам получения таких кристаллов, и, в частности, к кристаллам ди-L-лизинсульфата с встроенной в структуру кристаллизационной водой, и к способу получения больших количеств таких кристаллов, которые легко выделяются из маточного раствора. И, наконец, настоящее изобретение относится к продуктам, содержащим L-лизин, полученный указанным выше новым способом.
L-лизин является одной из незаменимых аминокислот и среди других применений находит широкое применение в фармацевтической и сельскохозяйственной промышленности в качестве регулятора питания и кормовой добавки. Он известен в первую очередь в форме L-лизингидрохлорида (www.ajinomoto.co.jp/ajinomoto/A-life/aminoscience/siryou/lijin.html). Было показано, что в кормах лизин в форме ди-L-лизинсульфата действует равноценно лизину в форме L-лизингидрохлорида (Roth et al., 1994: Biological Efficiency of L-Lysine Base и L-Lysine Sulphate Compared with L-Lysine HCl in Piglets; Agribio. Res. 47 (2): 177-186 (1994)).
Известно, что кристаллы ди-L-лизинсульфата содержат безводный ди-L-лизинсульфат (Aketa et al., Stereo chemical studies XL A biomimetic conversion of L-lysine into optically active 2-substituted; Chem. Pharm. Bull. 24 (4): 623-31 (1976)). Поэтому к водному раствору ди-L-лизинсульфата часто добавляют спирт, чтобы активизировать образование кристаллов безводного ди-L-лизинсульфата. Так как добавляемый спирт должен удаляться из полученных кристаллов, к процессу получения кристаллов следует добавлять стадию дополнительной очистки, тем самым дополнительно уменьшая выход кристаллов. См. публикацию Aketa и др.
Известно, что кристаллы безводного ди-L-лизинсульфата хорошо растворимы в воде, что также способствует низким выходам кристаллов. В результате высокая концентрация кристаллов в маточном растворе вызывает понижение скорости кристаллизации. Небольшие количества кристаллов, которые, в конце концов, получают, являются очень тонкодисперсными и небольшими, что вызывает трудности при их выделении из маточного раствора, дополнительно усугубляя проблему, связанную с низким выходом.
Поэтому, очевидно, что существует потребность в усовершенствовании способов получения очищенных кристаллов L-лизина с высокой степенью выделения. Так как L-лизин является важным компонентом продуктов для ряда различных областей промышленности, очевидно, что в данных областях необходимы высокоэффективные способы кристаллизации и очистки L-лизина.
В настоящем изобретении описан новый способ кристаллизации и очистки L-лизина, который является высокоэффективным, обеспечивает существенное увеличение выходов и приводит к более легкому и более эффективному выделению кристаллов из маточного раствора. В настоящем изобретении также описана новая кристаллическая форма L-лизинсульфата.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении описан способ кристаллизации тригидрата ди-L-лизинмоносульфата и получаемые кристаллы, которые среди других превосходных качеств характеризуются превосходной выделяемостью и высокими выходами.
Согласно первому аспекту изобретения описан способ получения кристалла тригидрата ди-L-лизинмоносульфата из раствора, включающий в себя смешивание раствора лизина с серной кислотой при температуре приблизительно от -10°C до приблизительно 35°C, и предоставление возможности для образования кристаллов и извлечение кристаллов.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения описан способ получения ди-L-лизинмоносульфата, включающий в себя смешивание раствора лизина с серной кислотой при температуре приблизительно от -10°C до приблизительно до 35°C, предоставление возможности для образования кристаллов, извлечение кристаллов и сушку кристаллов для удаления кристаллизационной воды, и также описан сбор ди-L-лизинсульфата.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения описан кристалл тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, который характеризуется пиками на дифрактограмме порошка при углах дифракции 2θ 16,6° и 17,0°.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения, описан способ получения кристалла тригидрата ди-L-лизинмоносульфата из раствора, включающий в себя смешивание раствора лизина с серной кислотой при температуре приблизительно выше 40°C, и предоставление возможности для образования кристаллов, затем понижение температуры до температуры в интервале приблизительно от -10°C до приблизительно 35°C, предоставление возможности для образования кристаллов и извлечение кристаллов.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения описан способ получения кристалла тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, включающий в себя концентрирование водного раствора тригидрата ди-L-лизинмоносульфата путем упаривания, предоставление возможности для образования кристалла и извлечение упомянутого кристалла.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения описан способ получения кристалла тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, включающий в себя получение водного раствора тригидрата ди-L-лизинмоносульфата при температуре приблизительно выше 40°C, понижение температуры до температуры приблизительно в интервале от -10°C до приблизительно 35°C, и предоставление возможности для образования кристаллов и извлечение упомянутого кристалла тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения описан способ получения кристалла тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, включающий в себя добавление слабого растворителя к водному раствору тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, предоставление возможности для образования кристалла и извлечение упомянутого кристалла.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения описан способ получения столбчатого кристалла тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, включающий в себя получение суспензии пластинчатых кристаллов ди-L-лизинмоносульфата при температуре приблизительно выше 40°C, понижение температуры до температуры приблизительно в интервале от -10°C до приблизительно 35°C, предоставление возможности для образования кристаллов и извлечение упомянутых кристаллов.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения описан способ получения ди-L-лизинсульфата, включающий в себя концентрирование водного раствора тригидрата ди-L-лизинмоносульфата путем упаривания, предоставление возможности для образования кристалла, извлечение упомянутого кристалла, сушка упомянутого кристалла для удаления кристаллизационной воды и сбор упомянутого ди-L-лизинсульфата.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения описан кристалл тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения описан кристалл тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, который получают с помощью описанного выше способа.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения композицию, содержащую L-лизин, получают описанным выше способом с последующей стадией сушки.
Все другие объекты, признаки и присутствующие преимущества настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области после ознакомления со следующим подробным описанием вариантов осуществления изобретения, созданных согласно вышеизложенному, вместе с сопровождающими чертежами.
Краткое описание фигур
Далее изобретение согласно настоящей заявке будет описано более подробно со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления изобретения, данные только в качестве примера и со ссылкой на сопровождающие фигуры, на которых:
На фиг.1 проиллюстрированы кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата (микрофотография).
На фиг.2 проиллюстрированы кристаллы безводного ди-L-лизинсульфата (микрофотография).
На фиг.3 проиллюстрированы кристаллы, осаждаемые из водного раствора ди-L-лизинсульфата при различных температурах (микрофотография).
На фиг.4 графически показана зависимость между температурой и растворимостью ди-L-лизинсульфата.
На фиг.5 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
На фиг.6 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов безводного ди-L-лизинсульфата.
На фиг.7 показаны результаты термического анализа кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
На фиг.8 показаны результаты термического анализа безводного ди-L-лизинсульфата.
На фиг.9 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 1.
На фиг.10 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 2.
На фиг.11 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 3 (кристаллизация при концентрировании).
На фиг.12 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 3 (кристаллизация при охлаждении).
На фиг.13 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 3 (кристаллизация путем перегруппировки).
На фиг.14 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 3 (кристаллизация при добавлении метанола).
На фиг.15 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 3 (кристаллизация при добавлении этанола).
На фиг.16 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 3 (кристаллизация при добавлении 2-изопропилового спирта).
На фиг.17 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 4 (кристаллы I).
На фиг.18 показана дифрактограмма порошка образца кристаллов, полученных по примеру 4 (кристаллы II).
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В настоящем изобретении описан новый метод кристаллизации и способ очистки, а также новые кристаллы L-лизинсульфата для любого применения, в котором L-лизин применяется в настоящее время, такого как применение в качестве кормовых добавок или биологически активных пищевых добавок. В частности, в настоящем изобретении описано образование новых кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата вследствие нового способа очистки. В настоящем изобретении описано, как изменять и, в частности, снижать температуру кристаллизации, когда проведение кристаллизации приводит к образованию осадка нового тригидрата ди-L-лизинмоносульфата в дополнение к кристаллам безводного ди-L-лизинсульфата.
Новые кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата имеют преимущество над кристаллами безводного ди-L-лизинсульфата, поскольку они более крупные и более легко выделяются из маточного раствора. Кроме того, благодаря более низкой растворимости в воде при кристаллизации получают более высокий выход, и поскольку в кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата вода встраивается в виде кристаллизационной воды, благодаря уменьшению количества растворителя, применяемого при кристаллизации, можно ожидать повышенный выход кристаллизации.
Кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата согласно настоящему изобретению имеют увеличенный размер и улучшенную общую форму, что приводит к их более легкому выделению из маточного раствора. На фиг.1 проиллюстрированы новые кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата в форме крупных кристаллов, имеющих форму таблички. Как показано на фиг.1, такие кристаллы являются более крупными, в форме табличек и столбиков. Такие более крупные кристаллы более легко выделяются из маточного раствора на стадии выделения после кристаллизации. На фиг.2 для сравнения показаны кристаллы безводного ди-L-лизинсульфата, которые явно являются более мелкими и образуются в форме агрегатов (пластинчатых кристаллов), при получении они трудно выделяются из маточного раствора, что является причиной более низких выходов.
Кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата согласно настоящему изобретению содержат воду, встроенную в кристаллы, которая способствует образованию их предпочтительной формы, размера, и приводит к их более легкому выделению. Кристаллы предпочтительно содержат 3 моля воды, встроенной в кристаллическую решетку и приводящей к получению кристалла тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
Исходный материал для нового способа кристаллизации находится в форме раствора лизина (раствора, содержащего L-лизин в виде растворенного вещества), предпочтительно водного раствора ди-L-лизинсульфата. Раствор предпочтительно представляет собой раствор, перенасыщенный ди-L-лизинсульфатом, что способствует началу кристаллизации. Раствор ди-L-лизинсульфата, который служит в качестве исходного материала, можно приготовить любым способом, известным специалисту в данной области. Предпочтительным способом получения исходного раствора является накопление ди-L-лизинсульфата в питательном растворе, получаемое в результате ферментации. В публикации японских нерассмотренных патентных заявок (KOKAI) Heisei № 5-30985 и Heisei № 5-244969 описаны типичные способы накопления ди-L-лизинсульфата в питательном растворе путем ферментации. Процесс кристаллизации можно начинать непосредственно из такого ферментационного бульона путем упаривания с последующим охлаждением. В качестве альтернативы другой возможный способ получения исходного раствора включает в себя получение ди-L-лизина и серной кислоты из коммерческих источников и их смешивание с получением водного раствора.
Концентрацию раствора ди-L-лизинсульфата, который служит в качестве исходного материала, можно регулировать в соответствии с кристаллизацией известными в данной области способами. Обычно раствор должен быть перенасыщенным. Способы определения состава исходного раствора, включая такие параметры, как концентрация, температура и растворимость, известны в данной области. В качестве рекомендации, концентрация должна быть выше, чем растворимость ди-L-лизинсульфата. Если температура кристаллизации при одном из вариантов осуществления изобретения составляет 20°C, растворимость ди-L-лизинсульфата при данной температуре составляет 102,9 г/100 г воды. Таким образом, концентрация ди-L-лизинсульфата в растворе исходного материала для кристаллизации должна быть отрегулирована до 102,9 г/100 г воды или выше. Регулирование концентрации можно выполнять известными в данной области способами, например путем уменьшения давления или путем упаривания. Однако для достижения перенасыщенности можно применять любой известный способ регулирования концентрации.
Для получения более крупных и более легко выделяющихся кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата согласно настоящему изобретению можно применять новый способ кристаллизации согласно настоящему изобретению. Способ согласно настоящему изобретению включает в себя либо начало кристаллизации при температуре в диапазоне от -10°C до 35°C, либо начало при более высокой температуре и затем понижение температуры до необходимого диапазона температур, описанного выше. Такие температуры являются приблизительными и могут варьироваться в интервале плюс или минус 5°C. Было обнаружено, что уменьшение температуры исходного материала приводит к осаждению из водного раствора тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, который приводит к более крупной кристаллической форме. На фиг.3 проиллюстрирована форма кристаллов, осажденных при изменении температур от 5°C до 60°C с интервалами 5°C. Как можно видеть, в пределах температурного диапазона кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, которые образованы ниже 35°C, являются более крупными, имеют более выраженную форму табличек и столбиков. Выше 40°C образуются кристаллы ди-L-лизинсульфата в форме пластинок (небольшого размера и в виде агрегатов). Поэтому способ настоящего изобретения включает в себя стадию кристаллизации, на которой температура предпочтительно равна или ниже приблизительно 35°C, более предпочтительно ниже приблизительно 30°C, и еще более предпочтительно ниже приблизительно 25°C, и еще более предпочтительно ниже приблизительно 20°C. Наиболее предпочтительно температура кристаллизации составляет приблизительно 10°C. Чтобы дать толчок процессу, к раствору исходного материала можно добавлять затравочные монокристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
В частности, кристаллизацию можно проводить с помощью любой из следующих стадий:
смешивание раствора лизина с серной кислотой при температуре приблизительно от -10°C до приблизительно 35°C и предоставление возможности для образования кристалла,
смешивание раствора лизина с серной кислотой при температуре приблизительно выше 40°C и предоставление возможности для образования кристаллов и
получение водного раствора тригидрата ди-L-лизинмоносульфата при температуре приблизительно выше 40°C.
Кроме того, при другом варианте осуществления изобретения кристаллы можно осаждать в виде безводных кристаллов ди-L-лизинсульфата при температуре 40°C или выше с последующим понижением температуры до 35°C или ниже. При таком способе кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата согласно настоящему изобретению получают превращением в кристаллы безводных кристаллов ди-L-лизинсульфата. Такой способ является более эффективным в том отношении, что благодаря перегруппировке осуществляется устранение примесей.
Кроме того, кристаллизацию можно проводить согласно следующим вариантам осуществления изобретения.
Кристаллы можно осаждать с помощью концентрирования водного раствора тригидрата ди-L-лизинмоносульфата путем упаривания. Водный раствор тригидрата ди-L-лизинмоносульфата можно получать путем растворения ди-L-лизинсульфата в воде или путем добавления серной кислоты к водному раствору другой соли L-лизина, отличающейся от сульфата. Концентрация тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, в частности, не ограничивается, однако насыщенный раствор является предпочтительным. pH раствора не ограничивается при условии, что кристаллы выпадают в осадок, однако обычно равен от 5,0 до 7,0 рН. Упаривание можно проводить обычным способом. Давление может равняться обычному давлению или пониженному давлению (обычно от 2640 до 4000 Па). Температура может равняться обычной температуре или можно применять нагревание (обычно от 40,0°С до 60,0°C). Упаривание предпочтительно проводят при пониженном давлении.
Кристаллы можно осаждать при добавлении к водному раствору тригидрата ди-L-лизинмоносульфата слабого растворителя. Водный раствор тригидрата ди-L-лизинмоносульфата может представлять собой описанный выше раствор. Тип слабого растворителя не ограничивается при условии, что он уменьшает растворимость тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, например метанол, этанол или 2-изопропиловый спирт. Количество добавляемого слабого растворителя равно количеству, достаточному, чтобы обеспечить образование кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, и обычно составляет от 5 до 30 об.%. Температура обычно составляет от -10°С до 35°C.
После стадии кристаллизации кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата выделяют из маточного раствора с помощью обычных способов выделения, включая, но не ограничиваясь перечисленным, фильтрование с отсасыванием, фильтрование на центрифуге, выделение центрифугированием и пресс-фильтрование. После выделения кристаллы можно сушить любым из обычных способов, известных в данной области, и собирать для промышленного применения.
Кристаллизация при переводе
Перевод пластинчатых кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата в столбчатые кристаллы можно проводить с помощью получения суспензии пластинчатых кристаллов ди-L-лизинмоносульфата при температуре приблизительно выше 40°C, понижения температуры до температуры в диапазоне приблизительно от -10°С до 35°C, предоставления возможности для образования кристаллов и извлечения упомянутых кристаллов.
Суспензию пластинчатых кристаллов можно готовить путем добавления к воде ди-L-лизинсульфата в количестве, превышающем растворимое в воде количество, и путем перемешивания и выдерживания в течение ночи при температуре приблизительно выше 40°C. pH суспензии не ограничивается, при условии, что она поддерживается в состоянии суспензии, и обычно составляет от 5,0 до 7,0 рН.
Растворимость тригидрата ди-L-лизинмоносульфата в воде
Тригидрат ди-L-лизинмоносульфата выпадает в осадок при 35°C и ниже, а безводный ди-L-лизинсульфат выпадает в осадок при 40°C и выше. Обычно растворимость в воде имеет тенденцию непрерывно уменьшаться с понижением температуры. Однако, как показано на фиг.4, кривая растворимости тригидрата ди-L-лизинмоносульфата неожиданно прерывается при образовании безводного ди-L-лизинсульфата. То есть в пределах температурного диапазона, в котором происходит выпадение осадка тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, уровень растворимости более низкий, чем уровень растворимости, который можно было бы ожидать исходя из кривой растворимости безводного ди-L-лизинсульфата. Таким образом, было установлено, что кристаллы, осаждающиеся в виде тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, имеют лучший выход при кристаллизации, чем кристаллы, осаждающиеся в виде безводного ди-L-лизинсульфата. Поскольку в кристаллах тригидрата ди-L-лизинмоносульфата вода как таковая вовлекается в кристаллическую решетку, когда происходит кристаллизация, количество свободной воды, находящееся в надосадочной жидкости, уменьшается, поэтому в растворении лизинсульфата участвует меньше воды из надосадочной жидкости. Это способствует более высокому выходу, то есть осаждается больше кристаллов.
Характеристики тригидрата ди-L-лизинмоносульфата
Для дополнительного выявления свойств кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата согласно настоящему изобретению было проведено исследование кристаллов методами рентгенофазового анализа, термического анализа и анализа на содержание L-лизина. На фиг.5 показана дифрактограмма порошка кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, и на фиг.6 показана дифрактограмма порошка кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
Как видно на фиг.5 и 6, на дифрактограмме кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата появляются дифракционные пики при углах дифракции 2θ=16,6° и 17,0°. Такие дифракционные пики не появляются на дифрактограмме кристаллов безводного ди-L-лизинсульфата. Кроме того, хотя на дифрактограмме безводного ди-L-лизинсульфата появляется дифракционный пик при угле дифракции 2θ=13,8°, данный дифракционный пик отсутствует на дифрактограмме кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата. Поскольку кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата и кристаллы безводного ди-L-лизинсульфата дают различные дифрактограммы порошка образцов, определение проводили для двух разных кристаллических форм.
Для дополнительного выявления свойств кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата проводили термический анализ. На фиг.7 показаны результаты термического анализа кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, а на фиг.8 показаны результаты термического анализа кристаллов безводного ди-L-лизинсульфата. Сравнение фиг.7 и 8 показывает, что оба вида кристаллов дают пики поглощения тепла в области от 215°C до 300°C. Они объясняются плавлением ди-L-лизинсульфата или поглощением тепла, сопровождающим разложение.
Для тригидрата ди-L-лизинмоносульфата при 45°-60°C наблюдался характерный пик поглощения тепла. Предполагается, что возникновение данного пика поглощения тепла связано с потерей кристаллами тригидрата ди-L-лизинмоносульфата кристаллизационной воды. Таким образом, поскольку тригидрат ди-L-лизинмоносульфата теряет кристаллизационную воду при очень низкой температуре, кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата во время стадии сушки также легко теряют кристаллизационную воду, что является большим преимуществом для промышленного производства безводного ди-L-лизинсульфата. Обычно для удаления кристаллизационной воды кристалл можно сушить при температуре не менее 40°C в течение ночи. Если температура менее 40°C, кристаллы могут оставаться в гидратированном состоянии. Верхнего ограничения температуры сушки не существует, если только кристаллы не разлагаются, и обычно температура сушки определяется с точки зрения эксплуатационных затрат.
Содержание L-лизина в кристаллах тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, полученных способом по примеру 1, предпочтительно составляет около 65%. Содержание L-лизина можно измерять любым из известных в данной области способов, включая ВЭЖХ. Более предпочтительно содержание L-лизина можно повышать более чем до 75% путем перевода кристаллов в безводное состояние при удалении кристаллизационной воды приблизительно при 46°C. В публикации японской нерассмотренной патентной заявки (KOKAI) Heisei № 5-192089 приводятся примеры веществ, обычно содержащих ди-L-лизинсульфат, получаемый непосредственной сушкой ферментационного бульона, и поэтому без использования стадии очистки. Полученные таким образом кристаллы обычно содержат менее 50% L-лизина. Поэтому для сравнения отметим, что преимущество кристаллов настоящего изобретения в том, что они имеют более высокое содержание L-лизина.
Настоящее изобретение будет более конкретно объяснено ниже путем ссылки на следующие примеры, которые предназначены только для иллюстрации и не предназначены ограничить объем изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения.
ПРИМЕРЫ
Приводимые здесь данные получены с помощью анализа при следующих условиях:
a. содержание L-лизина: анализатор аминокислот Hitachi Amino Acid Analyzer L-8800 (метод анализа продуктов гидролиза белков),
b. дифрактограммы порошка: Phillips X'Pert TYPE PW3040/00 (рентгеновское излучение: CuKα, длина волны: 1,5418 Е),
c. термический анализ: дифференциальный сканирующий калориметр DSC-60 фирмы Shimadsu Seisakujo,
d. элементный анализ: анализ на содержание углерода, водорода и азота выполняли на элементном анализаторе марки EL3 (элементный); анализ на содержание кислорода выполняли на анализаторе органических элементов CHN-O-Rapid (элементный); анализ на содержание серы выполняли на анализаторе Ion chlomato analyzer (серу определяли в виде серной кислоты, которая образуется при сжигании в кислороде); все анализы проведены исследовательским центром Tore Research Center.
Пример 1
50%-ный раствор L-лизина в количестве 584 г, полученный из коммерческого источника (Daiichi Fine Chemicals, Ltd., lot 2882) помещали в 500-мл стеклянный аналитический стакан и выдерживали на водяной бане при 10°C. Затем добавляли 98%-ную серную кислоту (чистая для анализа, Junsei Kagaku lot 1L8102) в количестве 102 г и переводили L-лизин в ди-L-лизинсульфат. В результате в осадок выпадали большие столбчатые кристаллы, показанные на фиг.1.
Полученную суспензию перемешивали и выдерживали в течение ночи при 5°C, после чего маточный раствор и кристаллы разделяли путем фильтрования с отсасыванием с применением фильтровальной бумаги.
В таблице 1 приведены результаты элементного анализа. На фиг.9 показана дифрактограмма порошка.
<u>Таблица 1</u>
Пример 1
Теоретическое содержание в кристалле тригидрата ди-L-лизинмоносульфата2(С<sub>6</sub>Н<sub>16</sub>N<sub>2</sub>O<sub>2</sub>)·SО<sub>4</sub>·3Н<sub>2</sub>О
Углерод
32,38%
32,3%
Водород
8,16%
8,5%
Азот
12,42%
12,6%
Кислород
38,25%
39,5%
Сера
7,34%
7,2%
На фиг.7 показаны результаты термического анализа. Условия проведения анализа следующие:
*) QH означает количество тепла
Название файла: 2002-10-17 09-51.tad
Название прибора: DSC60
Дата отбора пробы: 02/10/17
Время отбора пробы: 09:51:54
Название образца: тригидрат 2-лизинсульфата [A1 медленно]
Количество образца: 2,750 [мг]
Комментарии: ссылки отсутствуют
[Температурная программа]
Исходная температура: 30,0
<u>Таблица 2</u>
Скорость нагревания (°С/мин)
Температура выдержки (°С)
Время выдержки(мин)
Газ
2,00
450,0
0
азот
Как показано в таблице 1, результаты элементного анализа кристаллов, полученных по примеру 1, приблизительно совпадают с теоретическим элементным составом тригидрата ди-L-лизинмоносульфата. Соответственно кристаллы, полученные по примеру 1, определяли как соответствующие тригидрату ди-L-лизинмоносульфата.
Как показано на фиг.9, кристаллы, полученные по примеру 1, давали дифракционные пики при углах дифракции 2θ=16,6° и 17,0° и не давали дифракционного пика при 13,6°. Таким образом, их определяли как соответствующие тригидрату ди-L-лизинмоносульфата.
Пример 2
В целях сравнения кристаллизацию ди-L-лизинсульфата проводили аналогичным способом, как в примере 1, за исключением того, что температура кристаллизации составляла 45°C. Незамедлительно получали дифрактограмму порошка образца кристаллов, полученных путем выделения из маточного раствора. Выделенные кристаллы также сушили при 105°C и подвергали элементному анализу.
На фиг.10 показана дифрактограмма образца. В таблице 3 приведены результаты элементного анализа.
<u>Таблица 3</u>
Пример 2
Теоретическое содержание в кристалле безводного ди-L-лизинмоносульфата2(С<sub>6</sub>Н<sub>16</sub>N<sub>2</sub>O<sub>2</sub>)·SО<sub>4</sub>
Углерод
36,76%
36,7%
Водород
7,75%
8,2%
Азот
14,12%
14,3%
Кислород
31,91%
32,7%
Сера
8,32%
8,2%
На фиг.8 приведены результаты термического анализа. Условия проведения анализа следующие:
*) QH означает количество тепла
Название файла: 2002-10-16 11-33.tad
Название прибора: DSC60
Дата отбора пробы: 02/10/16
Время отбора пробы: 11:33:50
Название образца: 2-лизинсульфат [A1]
Количество образца: 4,990 [мг]
Комментарии: ссылки отсутствуют
[Температурная программа]
Исходная температура: 30,0
<u>Таблица 4</u>
Скорость нагревания (°С/мин)
Температура выдержки (°С)
Время выдержки(мин)
Газ
10,00
450,0
0
Азот
Как показано в таблице 3, результаты элементного анализа кристаллов, полученных по примеру 3, приблизительно соответствуют теоретическому элементному составу кристаллов безводного ди-L-лизинсульфата. Соответственно кристаллы, полученные по примеру 2, определяли как соответствующие безводному ди-L-лизинсульфату.
Как показано на фиг.10, кристаллы безводного ди-L-лизинсульфата дают на дифрактограмме характерный дифракционный пик при угле дифракции 2θ=13,8°. Дополнительные пики при 2θ=16,6° и 17,0°, характерные для кристаллов тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, не наблюдались. Соответственно кристаллы, полученные по примеру 2, определяли как соответствующие безводному ди-L-лизинсульфату.
Пример 3
1. Кристаллизация при концентрировании
Водный раствор ди-L-лизинсульфата в количестве 320 г, в котором концентрация L-лизина составляла 34,5 мас.% и pH которого доводили до рН 7, применяли в качестве исходного материала и концентрировали приблизительно в 1,5 раза с помощью роторного испарителя: (давление: 30 мм Hg, температура водяной бани: 40 C). В результате наблюдалось осаждение столбчатых кристаллов.
2. Кристаллизация при охлаждении
Суспензию ди-L-лизинсульфата, pH которой доводили до рН 7, перемешивали и выдерживали в течение ночи при 60°C. Затем насыщенный раствор ди-L-лизинсульфата и кристаллы разделяли путем фильтрования с отсасыванием с применением фильтровальной бумаги. Насыщенный раствор ди-L-лизинсульфата применяли в качестве исходного материала и охлаждали от 60°C до 10°C. В результате наблюдалось осаждение столбчатых кристаллов.
3. Кристаллизация при добавлении растворителя
Водный раствор ди-L-лизинсульфата в количестве 320 г, в котором концентрация L-лизина составляла 34,5 мас.% и pH которого доводили до рН 7, применяли в качестве исходного материала и к раствору добавляли каждый из растворителей, выбранный из метанола, этанола и 2-пропилового спирта, в количестве 20% (об./об.). В результате наблюдалось осаждение столбчатых кристаллов.
4. Кристаллизация при переводе
Суспензию ди-L-лизинсульфата, pH которой доводили до рН 7, перемешивали и выдерживали в течение ночи при 60°C для получения суспензии, содержащей только небольшие пластинчатые кристаллы (кристаллы безводного ди-L-лизинсульфата). Затем суспензию охлаждали от 60°C до 10°C. В результате все пластинчатые кристаллы превращались в столбчатые кристаллы.
Применительно к каждому из полученных выше по пп.1-4 продуктов маточный раствор и кристаллы разделяли путем фильтрования с отсасыванием с применением фильтровальной бумаги. Полученные кристаллы сушили при комнатной температуре, проводили определение содержания L-лизина, рентгенофазовый анализ порошка, термический анализ и элементный анализ.
Данные, описанные в указанном примере, получали с помощью анализа при следующих условиях:
содержание L-лизина: анализатор аминокислот Hitachi Amino Acid Analyzer L-8800 (метод анализа продуктов гидролиза белков),
дифрактограммы порошка: Phillips X'Pert TYPE PW3040/00 (рентгеновское излучение: CuKα, длина волны: 1,5418 Е).
Термический анализ: дифференциальный сканирующий калориметр TG/TDA220 SII фирмы SEIKO INSTRUMENTS.
Элементный анализ: все анализы проведены исследовательским центром Tore Research Center (Report №:P101976-01).
Все кристаллы, полученные в данном примере различными способами кристаллизации, представляли собой плотные столбчатые кристаллы и отличались от формы кристаллов безводного ди-L-лизинсульфата.
Содержание L-лизина в кристаллах, полученных путем соответствующего способа кристаллизации, приведено в таблице 5.
Как показано в таблице 5, содержание L-лизина в кристаллах, полученных в данном примере, составляло приблизительно 66 мас.% и согласовывалось с теоретическим содержанием L-лизина в тригидрате ди-L-лизинмоносульфата 65 мас.%. На фиг.11-16 показаны дифрактограммы порошков образцов кристаллов, полученных соответствующими способами кристаллизации. Как видно на фиг.11-16, кристаллы, полученные по данному примеру соответствующими способами кристаллизации, дают характерные дифракционные пики при углах дифракции 2θ=16,6° и 17,0°. Таким образом, все кристаллы определяли как соответсвующие кристаллам тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
При термическом анализе, проведенном применительно к полученным в данном примере кристаллам, характерный пик поглощения тепла наблюдался при температуре от 50°С до 60°C. Предполагается, что возникновение данного пика поглощения тепла связано с потерей кристаллами тригидрата ди-L-лизинмоносульфата кристаллизационной воды.
В таблице 6 приведены результаты элементного анализа кристаллов, полученных путем соответствующих способов кристаллизации.
Как показано в таблице 6, результаты элементного анализа кристаллов, полученных по данному примеру, приблизительно совпадают с теоретическим элементным составом тригидрата ди-L-лизинмоносульфата. Соответственно все кристаллы, полученные по данному примеру, определяли как соответствующие тригидрату ди-L-лизинмоносульфата.
Пример 4
Brevibacterium flavum
2
4
4
2
4
2
AJ 11275 (NRRL B-11474) засевали в среду (pH 7,2), содержащую 100 г/л глюкозы, 8,0 г/л сульфата аммония, 1,05 г/л дрожжевого экстракта (Basco), 1,0 г/л KHPO, 0,4 г/л MgSО·7HО, 10 г/л FeSO·7HО,
4
2
1
10 мг/л MnSO·4HO, 0,2 мг/л гидрохлорида витамина B, 0,05 мг/л биотина и 0,05 мг/л поверхностно-активного вещества GD-113 (Nippon Jushi), и культивировали при перемешивании в течение 70 часов при 31,5°C для получения ферментационного бульона с L-лизином. Содержание L-лизина в полученном бульоне составляло 3,46 мас.%.
Бульон центрифугировали при скорости 4500 об./мин при 25°C в течение 20 минут с применением высокоскоростной охлаждаемой центрифуги (KUBOTA model 7930), и надосадочную жидкость применяли в виде бесклеточного раствора. Бесклеточный раствор применяли в качестве исходного материала и концентрировали приблизительно 4-кратно с помощью роторного испарителя (давление: 30 мм Hg, температура водяной бани: 60°C), и затем изменяли условия (давление: 20 мм Hg, температура водяной бани: 40°C), получая в итоге приблизительно 10-кратный концентрат. В результате наблюдалось осаждение столбчатых кристаллов.
Полученную суспензию перемешивали и выдерживали при 10°C в течение приблизительно 40 часов, после чего маточный раствор и кристаллы разделяли с помощью вибрационного разделения с применением фильтровального полотна.
Полученные кристаллы сушили при комнатной температуре и 5 раз промывали насыщенным раствором L-лизина и затем промывали этанолом. Полученные кристаллы представляли собой плотные столбчатые кристаллы и отличались по форме от кристаллов безводного ди-L-лизинсульфата. Содержание L-лизина в полученных кристаллах составляло 63 мас.% (теоретическое содержание: 65 мас.%). В дальнейшем такие кристаллы обозначали как кристаллы I.
На фиг.17 приведена дифрактограмма порошка образца кристаллов I (тригидрата ди-L-лизинмоносульфата).
Как видно из фиг.17, полученные в данном примере кристаллы I (высушенные при комнатной температуре, 25°C) дают дифракционные пики при углах дифракции 2θ=16,6° и 17,0°, которые характерны для тригидрата ди-L-лизинмоносульфата. Таким образом, кристаллы I определяли как соответствующие тригидрату ди-L-лизинмоносульфата.
В таблице 7 приведены результаты элементного анализа кристаллов, полученных таким способом кристаллизации.
<u>Таблица 7</u>
С(%)
Н(%)
N(%)
О(%)
S(%)
Теоретическое содержание в кристалле тригидрата ди-L-лизинмоносульфата
32,3
8,5
12,6
39,5
7,2
Кристаллы I, полученные по примеру 4
32,0
8,3
12,4
39,9
6,8
Как видно из таблицы 7, результаты элементного анализа полученных в данном примере кристаллов I приблизительно совпадают с теоретическим элементным составом тригидрата ди-L-лизинмоносульфата. Соответственно кристаллы I определяли как соответствующие тригидрату ди-L-лизинмоносульфата.
Затем полученные кристаллы тригидрата ди-L-лизинмоносульфата сушили при 105°C в течение 36 часов, получая при этом безводный ди-L-лизинсульфат. Содержание L-лизина в полученном безводном ди-L-лизинсульфате составляло 74 мас.% (теоретическое содержание: 74 мас.%). В дальнейшем такие кристаллы обозначали как кристаллы II.
На фиг.18 приведена дифрактограмма порошка образца кристаллов II, полученных путем сушки при 105°C (безводный ди-L-лизинсульфат).
Как видно из фиг.18, кристаллы II, полученные по данному примеру путем сушки при 105°C, дают дифракционный пик при угле дифракции 2θ=13,8°, характерный для безводного ди-L-лизинсульфата. Соответственно кристаллы определяли как соответствующие безводному ди-L-лизинсульфату.
В таблице 8 приведены результаты элементного анализа.
<u>Таблица 8</u>
С(%)
Н(%)
N(%)
О(%)
S(%)
Теоретическое содержание в кристалле тригидрата ди-L-лизинмоносульфата
36,7
8,2
14,3
32,7
8,2
Кристаллы II, полученные по примеру 4
36,9
7,8
14,3
32,6
8,2
Как видно из таблицы 8, аналитическое содержание в кристаллах II, полученных по данному примеру, приблизительно совпадает с теоретическим содержанием в кристаллах безводного ди-L-лизинсульфата. Соответственно кристаллы определяли как соответствующие безводному ди-L-лизинсульфату, полученному из тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
Определение содержания L-лизина, рентгенофазовый анализ порошка и элементный анализ проводили по примеру 3.
С учетом полученных выше результатов установлено, что безводный ди-L-лизинсульфат можно получать из имеющегося в наличии ферментационного бульона посредством тригидрата ди-L-лизинмоносульфата.
Наряду с тем, что изобретение было подробно описано со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, специалисту в данной области будет очевидно, что можно делать различные изменения и использовать равноценные аналоги, не выходя за пределы объема изобретения. Каждый из вышеупомянутых документов включен в данное описание в полном объеме путем ссылки.
Промышленная применимость
Кристалл тригидрата ди-L-лизинмоносульфата, который имеет большие размеры в форме таблички и более легко выделяется из маточного раствора.