本发明涉及一种酶拆分技术领域，具体涉及一种混旋泛解酸内酯连续拆分的方法及其装置。
背景技术：
d-泛酸钙作为b族维生素的一员，被广泛用于饲料添加剂、食品添加剂和医药领域，特别在动物饲料添加剂中不可或缺，需求量逐年上升，近几年更是形成了供不应求的局面，价格不断上扬。
在d-泛酸钙的生产中，d-泛解酸(化学名称：(+)2,4-二羟基-3,3-二甲基丁酸)是关键中间体。化学法合成d-泛酸工艺成熟，但步骤繁琐且对消旋化产物进行结晶拆分费用昂贵。利用生物酶法生产光学纯的d-泛酸可进一步升级合成工艺，生物酶法主要包括利用生物菌体发酵生产和酶法催化。生物菌体发酵法利用基因工程技术在大肠杆菌、谷氨酸棒状杆菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母等宿主菌中表达泛酸生物合成基因和氨基酸生物合成基因，并利用基因工程菌进行微生物发酵，泛酸产量较高，但微生物发酵法发酵液成分复杂，后续的产物分离提取较困难。酶法催化可以替代化学反应过程中拆分步骤，且微生物酶(串珠镰孢霉菌)水解拆分技术可以获得很高的光学纯度，且环境友好，而得到广泛应用，但依旧存在拆分成本较高和拆分效率较低等问题。
目前无论采用哪种方式，拆分现状均是采用间歇式生产，即采用较大型的容器(通常采用地槽)，将dl-酯(混旋的泛解酸内酯)配制一定浓度的水溶液，投入一定量的拆分酶，搅拌若干时间，期间用氨水调整ph值，拆分的水解液达到旋光度要求后过滤，得到的混合溶液由dl-酯、l-酯和d-酸组成；而后停止操作，输出水解液，重新注入新的dl-酯，重复上述操作，拆分效率低下。
技术实现要素：
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种混旋泛解酸内酯连续拆分的方法及其装置，可以实现混旋泛解酸内酯的连续拆分，提高效率的同时能够节约场地降低成本。
本发明所采用的技术方案：一种混旋泛解酸内酯连续拆分的方法，向拆分柱内加入拆分酶和混旋泛解酸内酯水溶液进行拆分，拆分达到平衡后，从拆分柱底部开始连续输送混旋泛解酸内酯水溶液进行连续拆分，平衡后的溶液则从拆分柱顶端流出，连续输送混旋泛解酸内酯水溶液的速率a满足如下条件：
式中：a为速率，单位为l/min，v为拆分柱容积，单位为l；t为拆分一拆分柱容积的混旋泛解酸内酯达到平衡所用的设定拆分时间，单位为h；60表示60min/h。
进一步的，本发明中拆分酶的加入量g满足如下条件：
g为拆分酶的加入量，单位g；v为拆分柱容积，单位为l；c为混旋泛解酸内酯浓度，单位为g/ml；t为拆分体积v的混旋泛解酸内酯溶液达到平衡所用的设定拆分时间，单位h；η为拆分达到平衡时的水解率，具体为水解成的d-泛解酸的量/初始投入dl-泛解酸内酯的总量；x为酶活，单位为μmol/min·g；130为d-泛解酸内酯分子量。
本发明的t，即拆分体积v的混旋泛解酸内酯溶液达到平衡所用的设定拆分时间，一般为自主设定的时间，可根据拆分柱的大小、拆分量的多少进行自主选择，一般在24-36h之间，如24h，36h等。
在拆分过程中，随着d-泛解酸的生成，ph值会随之下降，为了保证拆分酶的拆分活性，本发明拆分过程优选控制ph值为5.2-8.8，优选6-7.5，更优选为6.5-7.1；发明人发现在此范围内，可以较好的保证拆分酶的活性，尤其在优选范围内，拆分酶活性达到最高。为了避免带入其他杂质，如金属离子等，本发明调节ph所用的碱为氨水。
为了实现更好更快的拆分效果，本发明优选在拆分柱内通入空气进行鼓泡搅拌，使拆分柱中的拆分酶处于沸腾状态，分散均匀，从而提高拆分效率，保证拆分效果。
本发明拆分达到平衡的判断标准为拆分柱内溶液ph值几乎无变化，一般ph是稳定在6.5-7.0之间，更经常的，ph是在6.8左右。
为了保证底部输送的混旋泛解酸内酯水溶液与已经达到拆分平衡的溶液不完全混淆，本发明拆分柱的长径比(即长度与直径的比)需要满足(9-15)：1，优选为(10-12.5)：1。
本发明所述方法可以实现连续拆分的目的，通过拆分柱底部连续按照特定速率通入旋泛解酸内酯水溶液，顶部流出达到拆分平衡的溶液来实现连续拆分的目的；当继续输送混旋泛解酸内酯水溶液之后，通过定时检测拆分柱顶部流出的溶液的旋光度，当旋光度下降到规定的数值，一般为+8以下，说明酶的活性有所下降，可以通过补充新酶的方式继续不间断进行拆分，当补充多次后，拆分柱中由于酶的积累，浓度增大，粘稠到影响传质过程，可以更换新酶；发明经过研究发现，一般当总的酶的用量(最初加入加后续补充)达到混旋泛解酸内酯量的1/4时，需要更换新酶，即需要满足总的酶的用量小于混旋泛解酸内酯量的1/4。
本发明还提供一种用于混旋物质连续拆分的装置，所述装置包括拆分柱、原料罐、碱液储罐，所述原料罐通过原料输送泵与拆分柱底部的进料口相连，所述碱液储罐通过碱液输送泵与拆分柱底部的碱液进口相连；所述拆分柱管体处连接ph探头，拆分柱顶端设有出料口；所述原料输送泵具有或连接有流量控制阀。
进一步的，本发明所述的ph探头和碱液输送泵连接流量控制器，通过ph探头检测拆分柱中溶液的ph值，当ph值低于5.2时，流量控制器控制碱液输送泵补充碱液，直至调整ph为5.2-8.8，停止补充碱液。优选的调整ph为6-7.5，更优选为6.5-7.1；当ph值几乎无变化，一般ph是稳定在6.5-7.0之间，更经常的，ph是在6.8左右时，表示拆分酶活性明显下降，此时可以控制原料输送泵停止加入原料。
进一步的，本发明所述的流量控制阀控制的原料流速a满足如下条件
式中：a为速率，单位为l/min，v为拆分柱容积，单位为l；t为拆分一拆分柱容积的混旋泛解酸内酯达到平衡所用的设定拆分时间，单位为h；60表示60min/h。
进一步的，本发明所述拆分柱底端连接空气压缩机，可以通过空气压缩机向拆分柱内鼓入空气进行鼓泡搅拌，使得拆分酶处于沸腾状，分散均匀；优选的拆分柱底端与空气压缩机相连处设有阀门，可以通过阀门控制气流大小，使拆分酶沸腾状态达到拆分柱高度的1/3～2/3为佳，可以既保证拆分效率，又保证顶部已经达到拆分平衡液体不于未达到平衡的液体的完全混淆，确保已经达到拆分平衡液体的流出。
进一步的，本发明拆分柱的长径比(即长度与直径的比)需要满足(9-15)：1，优选为(10-12.5)：1，在此范围内，可以保证底部输送的混旋泛解酸内酯水溶液与已经达到拆分平衡的溶液不完全混淆。
进一步的，为了避免带入其他杂质，如金属离子等，本发明所述的碱液储罐中为氨水。
进一步的，拆分柱管体处还设有补酶口，可用于酶活降低时补充拆分酶。
进一步的，拆分柱顶端内部设有过滤元件，可以防止拆分酶随液体流出。
进一步的，拆分柱底端内部也设有过滤元件，即可以分散空气，又可防止酶倒流回进料口堵塞管道。
进一步的，拆分柱的顶端设有取样口，用于取样检测溶液的旋光度，当旋光度下降到规定的数值，一般为+8以下，说明酶的活性有所下降，可以补充新酶，当补充多次后，拆分柱中由于酶的积累，浓度增大，粘稠到影响传质过程，可以更换新酶；一般当总的酶的用量(最初加入加后续补充)达到混旋泛解酸内酯量的1/4时，需要更换新酶，即需要满足总的酶的用量小于混旋泛解酸内酯量的1/4。
进一步的，所述出料口连接拆分液储罐，用于储存从出料口流出的达到拆分平衡的液体；更优选的，所述出料口和拆分液储罐之间还设有流量仪，用于监测产量。
本发明相对于现有技术的优势：
1)可以通过拆分柱底部连续按照特定速率通入旋泛解酸内酯水溶液，顶部流出达到拆分平衡的溶液来实现连续拆分，拆分效率高；且可以通过连接流量控制器等实现自动控制。
2)无需建造拆分池，占地面积小，降低成本；
3)本发明通过在拆分柱内鼓泡搅拌，与传统拆分方法中泵强制循环相比，对酶活性破坏性更小，可以延长酶的寿命，此外，经过试验发现，传统间歇式拆分方法中，当底物浓度下降到某个范围(如2％以下)，虽然酶依然具有活性但无法工作；而本申请所述方法，始终可以保持酶的正常工作状态，直至酶完全失活；经过多次实验发现，通常间歇拆分，每24-30小时就要过滤一次酶重新投料，而本发明所述的连续拆分方法可5天左右才开始补加新酶。
本发明所称的“内酯”“dl-酯”或“dl-内酯”，均为混旋的泛解酸内酯，即；
本发明所称的“d-酸”，即为d-泛解酸；
本发明所称的“l-酯”，即为l-泛解酸内酯。
附图说明
图1是本发明所述的拆分装置的结构示意图；
其中：1拆分柱，2原料罐，3原料输送泵，4补酶口，5拆分液储罐，6流量仪，7ph探头，8流量控制器，9碱液输送泵，10碱液储罐，11空气压缩机，12取样口,13进料口，14碱液进口，15出料口；16过滤元件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，凡在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明的保护范围之内。下面实施例未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域的公知手段。
实施例1
一种混旋泛解酸内酯连续拆分的方法，向拆分柱内加入拆分酶和混旋泛解酸内酯水溶液进行拆分，拆分达到平衡后，从拆分柱底部开始连续输送混旋泛解酸内酯水溶液进行连续拆分，平衡后的溶液则从拆分柱顶端流出，连续输送混旋泛解酸内酯水溶液的速率a满足如下条件：
式中：a为速率，单位为l/min，v为拆分柱容积，单位为l；t为拆分一拆分柱容积的混旋泛解酸内酯达到平衡所用的设定拆分时间，单位为h；60表示60min/h。
本实施例中拆分酶的加入量g满足如下条件：
g为拆分酶的加入量，单位g；v为拆分柱容积，单位为l；c为混旋泛解酸内酯浓度，单位为g/ml；t为拆分一拆分柱容积的混旋泛解酸内酯达到平衡所用的设定拆分时间，单位h；η为拆分达到平衡时的水解率，具体为水解成的d-泛解酸的量/初始投入dl-泛解酸内酯的总量；x为酶活，单位为μmol/min·g；130为d-泛解酸内酯分子量。
本实施例中的t，即拆分一拆分柱容积的混旋泛解酸内酯达到平衡所用的设定拆分时间，一般为自主设定的时间，可根据拆分柱的大小、拆分量的多少进行自主选择，如24h，36h等。拆分过程可以控制ph值为5.2-8.8，优选6-7.5，更优选为6.5-7.1；达到平衡的判断标准为拆分柱内溶液ph值几乎无变化，一般ph是稳定在6.5-7.0之间，更经常的，ph是在6.8左右。调节ph所用的碱为氨水。
本实施例在拆分柱内还可以通入空气进行鼓泡搅拌，使拆分柱中的拆分酶处于沸腾状态，分散均匀，从而提高拆分效率，保证拆分效果。
本实施例中，拆分柱的长径比(即长度与直径的比)需要满足(9-15)：1，优选为(10-12.5)：1，在此范围内可以保证底部输送的混旋泛解酸内酯水溶液与已经达到拆分平衡的溶液不完全混淆。
实施例2
如图1所示的一种用于混旋物质连续拆分的装置：
所述装置包括拆分柱1、原料罐2、碱液储罐10，所述原料罐2通过原料输送泵3与拆分柱1底部的进料口13相连，所述碱液储罐10通过碱液输送泵9与拆分柱1底部的碱液进口14相连；所述拆分柱1上装有ph探头7，拆分柱1顶端设有出料口15；所述原料输送泵3具有或连接有流量控制阀。流量控制阀控制的原料流速a满足如下条件
式中：a为速率，单位为l/min，v为拆分柱容积，单位为l；t为拆分一拆分柱容积的混旋泛解酸内酯达到平衡所用的设定拆分时间，单位为h；60表示60min/h。
本实施例所述的ph探头7和碱液输送泵14连接流量控制器8，通过ph探头7检测拆分柱1中溶液的ph值，当ph值低于5.2时，流量控制器8控制碱液输送泵14补充碱液，直至调整ph为5.2-8.8，停止补充碱液。优选的调整ph为6-7.5，更优选为6.5-7.1；当ph值几乎无变化，一般ph是稳定在6.5-7.0之间，更经常的，ph是在6.8左右时，表示拆分酶活性明显下降，此时可以控制原料输送泵3停止加入原料。
本实施例拆分柱1底端连接空气压缩机11，可以通过空气压缩机11向拆分柱1内鼓入空气进行鼓泡搅拌，使得拆分酶处于沸腾状，分散均匀；优选的拆分柱底端与空气压缩机相连处设有阀门，可以通过阀门控制气流大小，使拆分酶沸腾状态达到拆分柱高度的1/3～2/3为佳，可以既保证拆分效率，又保证顶部已经达到拆分平衡液体不于未达到平衡的液体的完全混淆，确保已经达到拆分平衡液体的流出。
本实施例拆分柱1的长径比(即长度与直径的比)需要满足(9-15)：1，优选为(10-12.5)：1，在此范围内，可以保证底部输送的混旋泛解酸内酯水溶液与已经达到拆分平衡的溶液不完全混淆。
拆分柱1管体处还设有补酶口4，可用于酶活降低时补充拆分酶。拆分柱顶端内部设有过滤元件16，可以防止拆分酶随液体流出。拆分柱底端内部也设有过滤元件16，即可以分散空气，又可防止酶倒流回进料口堵塞管道。拆分柱1的顶端设有取样口12，用于取样检测溶液的旋光度。出料口15连接拆分液储罐5，用于储存从出料口15流出的达到拆分平衡的液体；出料口15和拆分液储罐5之间还设有流量仪6，用于监测产量。
将待拆分的混旋泛解酸内酯配制成水溶液，置于原料罐2中，氨水配制成10％的水溶液置于碱液储罐10中。
采用实施例1所述方法和实施例2所述设备，用原料罐2中的溶液和一定量的拆分酶调成浆状，加入到拆分柱1中，用原料液充满，安装好ph探头7，如图1所示。图中双实线为管道，实虚双线为信号线和控制线。
开启空气压缩机11，常温下向水解柱内通入空气进行鼓泡搅拌，通入空气量用一个阀门调节，使得拆分酶处于沸腾状，分散均匀。
混旋泛解酸内酯水溶液在拆分酶的作用下，其中的d-泛解酸内酯逐步水解为d-泛解酸，导致体系ph值下降，由ph探头7感知并传输至ph控制器8，指挥氨水输送泵9动作，将氨水从氨水储罐10中向拆分柱中输送，当ph值上升到合适的范围后自动停止补充氨水。
通常ph值控制于5.5-8.5，较合适的范围6.5-7.5，最佳6.8-7.2。
经拆分一定时间后，从ph探头感知的ph值几乎无变化或氨水输送泵超过20分钟无需工作，证明柱中的水解拆分已经达到平衡。
手动开启原料输送泵3，向柱内输送混旋泛解酸内酯溶液，输送速度约为a(l/min)：
通常根据拆分酶的活性(水解能力)进行计算，配制的浓度可使d-泛解酸内酯在t内(t＝24-36小时)水解达到所需的水平。
随着原料液的输入，柱内d-泛解酸内酯浓度上升，拆分酶继续开始工作，生成d-泛解酸后ph值下降，氨水自动补充，直至上方有料液流出，经流量计6作为产量累积监控使用，从取样口12取样检测旋光度＞+8。
通常只要酶的活性没有变化，或者轻微变化可以接受，就可以一直连续拆分。在连续拆分过程中，原料速度a衡定，氨水的补充量几乎也是衡定的。若干时间(通常120小时，而同样规模下，间歇式拆分通常每24-30小时就要过滤一次酶重新投料)后，因酶活下降，氨水的补充速度也开始下降，从取样口取样检测到的旋光度＜+8，需要补充新酶。
当补充3-4次后，每次补充原抽入酶量的20％左右，酶的总量达到初始投入的1.6-1.8倍，拆分柱中由于酶的积累，浓度增大，粘稠到影响传质过程，应更换新酶。