L-鳥氨酸鹽酸鹽結(jié)晶新工藝研究

李干祿，朱明新，王 燕，萬(wàn)紅貴

（南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇南京210009）

L-鳥氨酸鹽酸鹽結(jié)晶新工藝研究

李干祿，朱明新，王 燕，萬(wàn)紅貴*

（南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇南京210009）

探索通過(guò)電導(dǎo)率儀在線調(diào)控結(jié)晶過(guò)程的可行性，考察添加晶種、消晶水對(duì)晶體晶形及晶體平均粒徑的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：可以根據(jù)電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)比較直觀地了解結(jié)晶速率的變化情況，進(jìn)而可以對(duì)結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行調(diào)控。5min時(shí)加2%的晶種，晶種平均粒徑為134.59μm，結(jié)晶時(shí)間4h，最終得到晶體產(chǎn)品純度99%，收率86.3%，粒徑270.6μm。

L-鳥氨酸鹽酸鹽，結(jié)晶，電導(dǎo)率，晶種，消晶水

L-鳥氨酸是人體代謝中必不可少的中間代謝產(chǎn)物，它主要參與生物體內(nèi)的尿素循環(huán)，用于生物體內(nèi)瓜氨酸、精氨酸、脯氨酸、多胺的生物合成，對(duì)于體內(nèi)氨態(tài)氮的排出有重要作用。其多功能保健作用使得近年L-鳥氨酸產(chǎn)品的開發(fā)逐漸升溫，在醫(yī)藥、保健領(lǐng)域及化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用也日益廣泛，前景一致看好。L-鳥氨酸鹽酸鹽易溶于水，不溶于乙醇［1］。通過(guò)醇析結(jié)晶我們得到了合格的晶體產(chǎn)品，但是呈粉末狀。本文主要探索了通過(guò)電導(dǎo)率儀在線調(diào)控L-鳥氨酸鹽酸鹽結(jié)晶過(guò)程的可行性，并考察添加晶種、消晶水等方法對(duì)L-鳥氨酸鹽酸鹽晶體晶形及平均粒徑的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

L-鳥氨酸濃縮液、去離子水 實(shí)驗(yàn)室制得；L-鳥氨酸鹽酸鹽 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，生物試劑；鹽酸 上海化學(xué)試劑有限公司，分析純；乙醇上海試劑一廠，分析純。

Alltech2000高效液相色譜儀 Alltech公司；DDB-6200電導(dǎo)率儀 上海雷磁儀器廠；BT00-300M恒流泵保定蘭格恒流泵有限公司；pHS-3C pH計(jì)上海三信儀表廠；JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器 常州國(guó)華電器有限公司；BS124S電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；DZF-6020真空干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；2XZ-2真空泵 上海儀表（集團(tuán)）供銷公司；HH-4恒溫水浴鍋 常州國(guó)華電器有限公司；Leica DM1000顯微鏡 Leica公司；Microtrac S3500激光粒度測(cè)定儀 Microtrac公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 電導(dǎo)率儀的應(yīng)用

1.2.1.1 電導(dǎo)率與L-鳥氨酸鹽酸鹽濃度線性關(guān)系考察 水溶液的電導(dǎo)率直接和溶解固體濃度成正比［2］。在去離子水、60%乙醇中分別配制不同濃度的L-鳥氨酸鹽酸鹽溶液，于20℃水浴鍋中保溫30min，測(cè)定各樣的電導(dǎo)率λ，作濃度與電導(dǎo)率關(guān)系曲線。

1.2.1.2 電導(dǎo)率儀在線測(cè)定結(jié)晶溶液電導(dǎo)率 a.將電導(dǎo)率儀探頭插入結(jié)晶溶液中，在線測(cè)定結(jié)晶溶液電導(dǎo)率。結(jié)晶原工藝：結(jié)晶前溶液濃度 C≈400g/L，pH=4.9，體積V=100mL，結(jié)晶溫度t=20℃，攪拌器轉(zhuǎn)速r=200r/min，乙醇用量V=1.5V原料=150mL，乙醇滴加流速為Q=0.75mL/min。

b.空白對(duì)照溶液電導(dǎo)率變化：在結(jié)晶原工藝條件下將結(jié)晶溶液換成pH=4.9，體積V=100mL的去離子水，其它條件不變，測(cè)定對(duì)照溶液的電導(dǎo)率變化。

1.2.2 晶種的加入 在結(jié)晶誘導(dǎo)期結(jié)束前即5min時(shí)加入適量晶種，考察添加晶種對(duì)晶體晶形、粒度的影響。確定晶種加入量和平均粒度時(shí)，經(jīng)常用到以下公式［3］

其中：ms、mf分別代表晶種的用量及最終產(chǎn)品的產(chǎn)量；Ls、Lf分別代表晶種和最終產(chǎn)品的平均粒度。

最終產(chǎn)品質(zhì)量、理想的晶體粒徑分別定為38g，290μm。取晶種量占最終產(chǎn)品質(zhì)量0.5%、1%、2%、3%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由公式（1）得出對(duì)應(yīng)的粒徑分別為：84.69、107.14、134.59、155.60μm。從原工藝得到的結(jié)晶產(chǎn)品中篩出各粒徑的晶種備用。

1.2.3 消晶水的加入 在成核接近結(jié)束時(shí)即60min時(shí)加入一定量的消晶水。加入消晶水體積一般約為結(jié)晶母液的10%左右［4］。據(jù)結(jié)晶原工藝，結(jié)晶60min時(shí)母液體積約134mL，取加水量分別為7%、10%、13%，即9.5、13.5、17.5mL，分連續(xù)滴加和一次性加入兩種加入方式，以主粒度為衡量指標(biāo)確定加水量和加入方式。

2 結(jié)果與討論

2.1 電導(dǎo)率與濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

2.1.1 去離子水中高濃度L-鳥氨酸鹽酸鹽濃度與λ的對(duì)應(yīng)關(guān)系 見(jiàn)圖1。

圖1 去離子水中高濃度L-鳥氨酸鹽酸鹽濃度與λ的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.1.2 60%乙醇中低濃度L-鳥氨酸鹽酸鹽濃度與λ的對(duì)應(yīng)關(guān)系 見(jiàn)圖2。

圖2 60%乙醇中低濃度L-鳥氨酸鹽酸鹽濃度與λ的對(duì)應(yīng)關(guān)系

由圖1、圖2可知，L-鳥氨酸鹽酸鹽濃度與電導(dǎo)率λ是呈線性的。故在結(jié)晶過(guò)程中可以根據(jù)電導(dǎo)率的變化推測(cè)出結(jié)晶溶液中L-鳥氨酸鹽酸鹽濃度的變化，進(jìn)而比較直觀地了解結(jié)晶速率的變化情況，根據(jù)結(jié)晶速率的變化可以對(duì)結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行調(diào)控。

2.1.3 電導(dǎo)率儀在線測(cè)定結(jié)晶母液電導(dǎo)率 電導(dǎo)率大小反映了溶液中溶質(zhì)含量的高低，溶質(zhì)濃度越高，電導(dǎo)率越大；溶質(zhì)結(jié)晶析出后，溶液中溶質(zhì)含量降低，電導(dǎo)率也降低。由圖3可見(jiàn)，水中滴加乙醇電導(dǎo)率也降低，這是因?yàn)闊o(wú)水乙醇電導(dǎo)率低于去離子水的電導(dǎo)率，而在結(jié)晶原料中滴加乙醇時(shí)電導(dǎo)率下降速率更大，這主要是因?yàn)榫Ш说纳墒谷苜|(zhì)濃度降低導(dǎo)致電導(dǎo)率也降低。

在10min時(shí)電導(dǎo)率下降趨勢(shì)突然變大，說(shuō)明有大量晶核生成，可見(jiàn)結(jié)晶誘導(dǎo)期約10min。70min后λ下降趨勢(shì)減緩，說(shuō)明成核階段已經(jīng)完全結(jié)束，結(jié)晶處于晶體生長(zhǎng)后期。在225min時(shí)乙醇滴加完畢，此時(shí)電導(dǎo)率λ=3.05ms/cm，此后電導(dǎo)率變化慢，257min時(shí)λ=2.93ms/cm，可見(jiàn)，乙醇滴加完畢后養(yǎng)晶30min即可，此時(shí)晶體生長(zhǎng)接近停止，結(jié)晶總時(shí)間約4h。電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)可以反映結(jié)晶過(guò)程，有助于對(duì)結(jié)晶進(jìn)行調(diào)控。

2.2 晶種的加入對(duì)結(jié)晶的影響

圖3 結(jié)晶過(guò)程中電導(dǎo)率的變化

各晶種加入量對(duì)應(yīng)的晶體晶形如圖4所示。

圖4 不同晶種添加量得到的晶體的照片

由圖4、表1可以發(fā)現(xiàn)，0.5%、1%的晶種加入量時(shí)，還有相當(dāng)多的碎晶形成，晶體平均粒徑較小；2%、3%的晶種加入量時(shí)，碎晶明顯較少，晶體粒徑較大，2%的加入量時(shí)，平均粒徑最大為270.6μm。這可能是因?yàn)?%加入量時(shí)，一定的過(guò)飽和度被過(guò)多的晶種所消耗，所以平均粒徑較2%時(shí)的小。故選擇晶種加入量為2%，晶種大小為134.59μm。此時(shí)結(jié)晶過(guò)程的電導(dǎo)率變化如圖5所示。

表1 不同晶種加入量對(duì)結(jié)晶的影響

可見(jiàn)，加晶種后電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)幾乎與未加晶種時(shí)的相同，70min后結(jié)晶完全處于晶體生長(zhǎng)期。

2.3 消晶水的加入對(duì)結(jié)晶的影響

由表2可見(jiàn)消晶水采用滴加方式得到的晶體平均粒徑稍大，10%的消晶水加入量得到的晶體平均粒徑較大，但還是小于未加消晶水時(shí)的平均粒徑270.6μm。晶形照片如圖6所示。

圖5 加晶種后的結(jié)晶過(guò)程電導(dǎo)率變化

表2 消晶水的加入方式和加入量對(duì)平均粒徑的影響

從圖6可以看出，晶體表面還是有很多碎晶，可見(jiàn)加消晶水的效果不明顯，并且加消晶水后晶體平均粒徑?jīng)]有增大，反而有所降低，故結(jié)晶中不加消晶水。

3 結(jié)論

3.1 電導(dǎo)率和L-鳥氨酸濃度成正比，根據(jù)結(jié)晶過(guò)程中電導(dǎo)率的變化可以看出，結(jié)晶誘導(dǎo)期為10min；成核期60、70min之后處于晶體生長(zhǎng)期，4h結(jié)晶趨于停止。

圖6 滴加10%消晶水得到的晶體照片

3.2 根據(jù)電導(dǎo)率變化趨勢(shì)，確定在5min時(shí)加入晶種。以晶形和晶體平均粒徑為衡量指標(biāo)，確定了晶種加入量為2%，平均粒徑為134.59μm時(shí)得到的晶體產(chǎn)品最好，得到的晶體產(chǎn)品純度為99%，收率86.3%，粒徑270.6μm。

［1］譚佩幸，陶宗晉.現(xiàn)代化學(xué)試劑手冊(cè)［M］.第三分冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986.

［2］張小霓，于萍，羅運(yùn)柏.溶液電導(dǎo)率法對(duì)碳酸鈣結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的研究［J］.應(yīng)用化學(xué)，2004，21（2）：187-191.

［3］ Janse A H.Nucleation and crystal growth in batchcrysta11izers［M］.Delft Netherlands，1977.

［4］張金龍.L-蘇氨酸結(jié)晶過(guò)程研究［D］.天津：天津大學(xué)，2003.

Study on the new crystallization process of L-ornithine hydrochloride

LI Gan-lu，ZHU Ming-xin，WANG Yan，WAN Hong-gui*
（College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China）

The feasibility of controlling crystallization process online was explored by conductivity meter.The effect of parameters，such as seeds，fine resolve water on the product quality was studied.The changes of crystallization rate can be intuitively understood according to the changes in conductivity，then the crystallization process can be controlled.Adding 2%crystal seed at 5min，the mean crystal grain size was 134.59μm，crystallization time was 4h. The crystallization yield was 86.3%，purity was 99%，and the mean crystal grain size was 270.6μm.

L-ornithine hydrochloride；crystallization；electrical conductivity；crystal seed；fine resolve water

TS201.1

B

1002-0306（2010）12-0252-03

2009-09-14 *通訊聯(lián)系人

李干祿，男，本科，中級(jí)工程師，研究方向：生物分離。