基于双极膜电渗析技术的d-(-)-酒石酸清洁生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种D-(-)-酒石酸清洁生产工艺，具体而言涉及应用双极膜电渗析 器从酶法转化生产D-(-)_酒石酸的转化液中分离D-(-)_酒石酸根离子的方法，属于膜技 术领域。
【背景技术】
[0002] D-(-)_酒石酸（（2S，3S)_2, 3-二羟基丁烷-1，4-二羧酸）在自然界中并不常见， 主要作为手性合成的手性源和手性拆分剂应用于制药工业中。随着工业不断发展，对于 D- (_) _酒石酸的需求量也在逐年递增。
[0003]目前，工业上用于生产D-(-)_酒石酸的方法主要采用化学拆分法，将外消旋的 DL-酒石酸拆分为D-(-)-酒石酸和L-(+)-酒石酸(例如，参见美国专利US6, 346, 649)，或 利用特殊微生物将DL-酒石酸中的L- (+)-酒石酸耗尽而得(例如，参见EP0311835B)。这些 方法操作困难且成本高昂，限制了D-(-)-酒石酸的产量和应用。
[0004] 利用生物转化生产D-(-)_酒石酸是能源节约、环境友好的方法，目前已有多种使 用生物转化方法生产D-(-)_酒石酸的报道。例如，日本专利JP1996-245497报道了一种假 单胞属（Pseudomonas sp.)、日本专利JP1975-1445586和JP2000-14391A报道了产碱菌属 (Alcaligenes sp.)、以及文献FEMS Microbiol Lett267,214 (2007)报道了博德特氏菌 1-3等。专利CN101338285A也报道了一种博德特氏菌BK-52可用于将顺式环氧琥珀酸或其 盐转化为D-(-)-酒石酸或其盐。
[0005] 然而，在现有技术中，D-(-)-酒石酸生产中通常采用钙盐法来提取D-(-)-酒石 酸，一般通过在转化液中加入钙中和剂使之生成D-(-)-酒石酸钙，经反复结晶、洗净后加 入硫酸酸解提取D-(-)-酒石酸，并需通过活性炭脱色、离子交换去除杂离子后才可得到精 纯产品。传统的钙盐法在生产过程中会消耗大量的硫酸，产生副产物硫酸钙，且提取精制过 程步骤繁多，劳动强度和生产成本高。
[0006] 双极膜电渗析技术通过使用双极膜，在溶液中直接将水电离为H+和OH，因此能 够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱，近年来在研究和应用 两方面都得到了迅速发展。国内尚未公开利用电渗析技术制备D-(-)_酒石酸的报道， CN102698603A报道了一种酒石酸的生产方法，使用电渗析技术从粗酒石(主要成分为酒 石酸氢钾）中提取L-(+)_酒石酸。然而，由于天然酒石的成分为L-(+)_酒石酸氢钾，而 D-(-)_酒石酸盐并不大量存在于自然界，因此这一方法并不适用于D-(-)-酒石酸的生产； 另一方面，在这一方法中，尽管在提取前使用氢氧化钾将酒石中的酒石酸氢钾转化为溶解 度较高的酒石酸钾，但是在提取过程中，由于阴离子交换膜和阳离子交换膜对离子的通透 性能不同，还很容易形成溶解度较低的酒石酸氢钾（25°C条件下，溶解度仅为约8g/L)，进 而导致膜堵塞，这是不利于工业使用的；为了避免膜堵塞等不利因素，溶液中酒石酸根离子 的浓度必须保持在较低水平，导致电导率较低，需特别采用导电隔板；并且其生产效率也较 低。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种基于双极膜电渗析技术的 D-(-)_酒石酸清洁生产工艺，从而有利地将酶法转化生产酒石酸与双极膜电渗析技术相结 合，高效地从酶法转化液中提取D-(-)_酒石酸，简化了生产过程，同时实现氢氧化钠的重 复利用。
[0008] 本发明是通过如下技术方案实现的：
[0009] -种基于双极膜电渗析技术的D-(-)_酒石酸清洁生产方法，主要包括如下步骤：
[0010] (1)使用D-型顺式环氧琥珀酸水解酶（D-ESH)催化水解顺式环氧琥珀酸钠，生成 D-(-)_酒石酸钠转化液；
[0011] (2)通过双极膜电渗析器将所述D-(-)_酒石酸钠转化液中所含的D-(-)_酒石酸 钠转化为D-(-)-酒石酸。
[0012] 优选的是，所述步骤（2)中使用的电渗析器的膜池构型为：（1)用阴离子交换膜分 隔成的盐/酸二室式；或者（2)用阴离子交换膜、阳离子交换膜分隔成的酸/盐/碱三室式。
[0013] 在盐/酸二室式的情况下，在生产时，将D-(-)_酒石酸钠转化液输送入盐室，将 D-(-)_酒石酸溶液输送入酸室，物料在蠕动泵的作用下循环流动，并采用下列生产条件中 的一种或多种：电流密度为80-140mA/cm2,优选140mA/cm2 ;操作温度为25-40°C，优选40°C; 以及反应时间为4-6h，优选6h。
[0014] 在酸/盐/碱三室式的情况下，在生产时，将D-(-)-酒石酸钠转化液输送入盐室， 将D-(-)-酒石酸溶液输送入酸室，将NaOH溶液输送入碱室，物料在蠕动泵的作用下循环流 动，并采用下列生产条件中的一种或多种：电流密度为80-140mA/cm2,优选80mA/cm2;操作 温度为25-40°C，优选40°C;以及反应时间为4-6h，优选6h。
[0015] 本发明的电渗析器中可具有多个膜池，所述多个膜池采取并联或串联的排列方 式。优选地，本发明的电渗析器中可具有3个相串联的膜池，所述膜池优选可采取盐/酸二 室式构型。
[0016] 优选地，在本发明中，在所述步骤（1)之前，所述方法还包括下述步骤：用具有序 列SEQIDNO: 1的基因进行编码，得到所述D-型顺式环氧琥珀酸水解酶。
[0017] 本发明的工艺采用了双极膜电渗析技术对酒石酸进行分离，避免了现有技术中生 产步骤繁琐、需要消耗大量硫酸、不可避免地产生副产品等各种缺陷，并在优选的实施方式 中实现了氢氧化钠的循环利用，整个工艺流程采用封闭式循环，具有显著的工业应用价值 和环境效益。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的D-(-)_酒石酸生产工艺的流程示意图。
[0019] 图2为本发明的盐/酸二室式电渗析装置制备D-(-)_酒石酸的工作原理图，其 中，从左至右依次为酸室和盐室。
[0020] 图3为本发明的酸/盐/碱三室式电渗析装置制备D-(-)_酒石酸的工作原理图， 其中，从左至右依次为酸室、盐室和碱室。
[0021] 以下对本发明的优选实施方式进行详细说明。
【具体实施方式】
[0022] 本发明的酒石酸生产工艺使用D-型顺式环氧琥珀酸水解酶（D-ESH)对顺式环氧 琥珀酸钠进行水解，以获得D-(-)_酒石酸钠。D-ESH是一种环氧化合物水解酶（Epoxide Hydrolases,HO,属于胞内酶，能够立体选择性地将水分子加成到顺式环氧琥拍酸盐上 形成D-(-)_酒石酸盐。产D-ESH菌的使用是本领域已知的，已经报道用于产生D-ESH的 菌种主要包括假单胞杆菌（Pseudomonassp.，JP1996-245497)、产喊杆菌（Alcaligenes， JP1975-145586 和JP2000-14391A)、博德特氏菌（Bordetella，FEMSMicrobiolLett267， 214 (2007)和CN101338285A)等，以引用的方式将以上文献的全部内容并入本文。
[0023] 在优选的实施方式中，将能够对D-ESH进行编码的基因片段连接至质粒载体上， 并导入E.coli细胞，获得重组工程菌，并将其用于本发明。因此，在优选的实施方式中，本 发明所使用的"D-型顺式环氧琥珀酸水解酶"也可以是指在反应体系中使用的上述重组工 程菌。
[0024] 优选地，本发明使用下述基因片段（SEQIDNO:1)对D-型顺式环氧琥珀酸水解酶 进行编码：
[0025] SEQIDNO： 1
[0027]目前市场上的商品化二室式或三室式双极膜电渗析器均可用于本发明。优选的 是，本发明中所使用的电渗析器由隔板、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜按照设定的 膜池构型组成一个膜组单位，一个或数个模组单位组装在一对电极之间，形成双极膜电渗 析装置。膜池构型为用阴离子交换膜分隔成的盐/酸二室(如图2所示)或者为用阴离子交 换膜、阳离子交换膜分隔成的酸/盐/碱三室式(如图3所示)。
[0028] 在本发明的盐/酸二室式膜池中，两张双极膜间用阴离子交换膜分隔成酸室与盐 室。转化液进入右边的盐室，在直流电场作用下，阴离子D-(-)_酒石酸根通过阴离子交