[发明专利]一种D-半胱氨酸的生产方法

说明书

技术领域：

本发明属于氨基酸生产领域，尤其涉及一种D-半胱氨酸的生产方法。

背景技术：

半胱氨酸是一种生物体内常见的氨基酸，是人体必须的氨基酸之一，为含硫α-氨基酸，学名为2-氨基-3-巯基丙酸。半胱氨酸在动物体内是从蛋氨酸和丝氨酸经过胱硫醚而合成，半胱氨酸在体内分解时，有以下几条途径：1.直接脱去巯基和氨基，生成丙酮酸、氨和硫化氢，硫化氢再经氧化而生成硫酸；2.巯基氧化成亚磺基，然后脱去氨基和亚磺基，最后生成丙酮酸和亚硫酸，后者经氧化后可变为硫酸；3.半胱氨酸的另一代谢产物是牛磺酸，它是胆汁酸的组成成分，胆汁酸盐有助于促进脂类的消化吸收；4.半胱氨酸也是合成谷氨酰胺的原料。氨基酸中与羧基直接相连的碳原子上有个氨基，这个碳原子上连的集团或原子都不一样，称手性碳原子，当一束偏振光通过它们时，光的偏振方向将被旋转，根据旋转的方向分为左旋和右旋，即L系和D系，常见的天然半胱氨酸为L-半胱氨酸，可以通过消旋的工艺使其手性碳原子对偏振光产生右旋而制得D-半胱氨酸，D-半胱氨酸又名 (S)-2-氨基-3-巯基丙酸，分子式为C3H7NO2S，外观为白色结晶或结晶性粉末，无味、易溶于水、不溶于醇和醚，分子量为121.15，比旋光度-6.4°，熔点为185℃。D-半胱氨酸的特点是：1.在生物体内具有抱合作用，故对范围广泛的毒物如甲醛、酒精等具有有效的解毒作用；2.可有效地预防和治疗放射性伤害；3.在皮肤蛋白的角蛋白生成中维持重要的琉基酶的活性, 并且补充硫基, 以维持皮肤的正常代谢，调节表皮最下层的色素细胞生成的底层黑色素, 是种非常理想的自然美白化妆品，它可以除去皮肤本身的黑色素, 改变皮肤本身的性质, 使皮肤变得自然的美白，因此，D-半胱氨酸在生物化学、医药、化妆品等行业有广泛的用途；但D-半胱氨酸最重要的用途是作为手性药物第三代头孢抗生素头孢米诺钠的重要手性医药中间体。近年来，对通过手性药物的研究发现，D-半胱氨酸可以作为合成手性药物的原料。由于天然的半胱氨酸均为L-型，而D-型的必须人工合成，由于L-半胱氨酸来源较丰富，生产D-半胱氨酸人们自然就会想到以L-半胱氨酸为原料来生产，方法一般是先将L-半胱氨酸消旋化，然后再拆分。氨基酸的消旋大多数是在有机酸中,在醛催化下完成的，然而,此法不能用于L-半胱氨酸的消旋，因为其容易和醛环合,生成2-取代四氢噻唑-4-羧酸，曾有报道称在先制备D-4-四氢噻唑-4-羧酸,然后再使其和羟胺反应得到D-半胱氨酸的方法，但该方法中D-四氢噻唑-4-羧酸开环比较困难,同时还会发生消旋化，因此，以L-半胱氨酸为原料通过消旋法来制取D-半胱氨酸的方法在实践中操作难度较大。为了克服上述困难，本发明以DL-半胱氨酸作为主要原料，将具有高活力的浓缩色氨酸酶培养液与DL-半胱氨酸的转化液混合，在35-40℃的温度下进行酶促反应，然后调节PH值至L-色氨酸等电点，使L-色氨酸沉淀出来，得到的溶液进行浓缩、冷却、结晶即是D-半胱氨酸粗品，经过进一步精制即得到D-半胱氨酸精品。该方法经具有原料来源方便、操作工艺简单、生产条件温和、无污染废弃物排放，产品纯度高等一系列优点。 

发明内容：

本发明主要解决的问题是提供了一种D-半胱氨酸的生产方法，该方法以DL-半胱氨酸作为原料，通过和浓缩色氨酸酶培养液混合，在30℃-45℃的温度下进行酶促反应，然后分离色氨酸，得到D-半胱氨酸粗品，再将D-半胱氨酸粗品精制得到D-半胱氨酸精品，该方法具有工艺简单、生产条件温和、产品纯度高等优点，本发明使用的设备均为3吨级，使用的原料重量配比为：工业级的DL-半胱氨酸粉剂500千克、活性炭60千克、浓缩色氨酸酶培养液2千克、纯水2000千克、浓度为30%的盐酸适量、浓度为30%的氨水适量。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

一种D-半胱氨酸的生产方法，其特征是由以下步骤构成：

（1）将2000千克的纯水加入反应釜中，随即加入500千克工业级的DL-半胱氨酸粉剂，搅拌使DL-半胱氨酸全部溶解后，使用浓度为30%的盐酸调节料液的PH值为2.0，使用循环恒温系统加热，使得料液温度保持在35℃-40℃之间，此时向反应釜中加入2千克的浓缩色氨酸酶培养液，并搅拌反应11-13小时，反应结束后，使用循环恒温系统加热料液至70℃，加入40千克的活性炭，搅拌脱色0.5小时。

（2）将料液通过泵和管道送入压滤机压滤使得固液分离得到精制清液，将精制清液通过泵和管道打入中和釜，使用浓度为30%的氨水调节PH值至5.89，这时候有大量L-色氨酸结晶出现，搅拌0.5小时后结晶完毕。