基于雙極膜電滲析技術的d-(-)-酒石酸清潔生產工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種D-(-)-酒石酸清潔生產工藝，具體而言涉及應用雙極膜電滲析 器從酶法轉化生產D-(-)_酒石酸的轉化液中分離D-(-)_酒石酸根離子的方法，屬于膜技 術領域。
【背景技術】
[0002] D-(-)_酒石酸（（2S，3S)_2, 3-二羥基丁烷-1，4-二羧酸）在自然界中并不常見， 主要作為手性合成的手性源和手性拆分劑應用于制藥工業中。隨著工業不斷發展，對于 D- (_) _酒石酸的需求量也在逐年遞增。
[0003]目前，工業上用于生產D-(-)_酒石酸的方法主要采用化學拆分法，將外消旋的 DL-酒石酸拆分為D-(-)-酒石酸和L-(+)-酒石酸(例如，參見美國專利US6, 346, 649)，或 利用特殊微生物將DL-酒石酸中的L- (+)-酒石酸耗盡而得(例如，參見EP0311835B)。這些 方法操作困難且成本高昂，限制了D-(-)-酒石酸的產量和應用。
[0004] 利用生物轉化生產D-(-)_酒石酸是能源節約、環境友好的方法，目前已有多種使 用生物轉化方法生產D-(-)_酒石酸的報道。例如，日本專利JP報道了一種假 單胞屬（Pseudomonas sp.)、日本專利JP和JP2000-14391A報道了產堿菌屬 (Alcaligenes sp.)、以及文獻FEMS Microbiol Lett267,214 (2007)報道了博德特氏菌 1-3等。專利CN101338285A也報道了一種博德特氏菌BK-52可用于將順式環氧琥珀酸或其 鹽轉化為D-(-)-酒石酸或其鹽。
[0005] 然而，在現有技術中，D-(-)-酒石酸生產中通常采用鈣鹽法來提取D-(-)-酒石 酸，一般通過在轉化液中加入鈣中和劑使之生成D-(-)-酒石酸鈣，經反復結晶、洗凈后加 入硫酸酸解提取D-(-)-酒石酸，并需通過活性炭脫色、離子交換去除雜離子后才可得到精 純產品。傳統的鈣鹽法在生產過程中會消耗大量的硫酸，產生副產物硫酸鈣，且提取精制過 程步驟繁多，勞動強度和生產成本高。
[0006] 雙極膜電滲析技術通過使用雙極膜，在溶液中直接將水電離為H+和OH，因此能 夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉化為對應的酸和堿，近年來在研究和應用 兩方面都得到了迅速發展。國內尚未公開利用電滲析技術制備D-(-)_酒石酸的報道， CN102698603A報道了一種酒石酸的生產方法，使用電滲析技術從粗酒石(主要成分為酒 石酸氫鉀）中提取L-(+)_酒石酸。然而，由于天然酒石的成分為L-(+)_酒石酸氫鉀，而 D-(-)_酒石酸鹽并不大量存在于自然界，因此這一方法并不適用于D-(-)-酒石酸的生產； 另一方面，在這一方法中，盡管在提取前使用氫氧化鉀將酒石中的酒石酸氫鉀轉化為溶解 度較高的酒石酸鉀，但是在提取過程中，由于陰離子交換膜和陽離子交換膜對離子的通透 性能不同，還很容易形成溶解度較低的酒石酸氫鉀（25°C條件下，溶解度僅為約8g/L)，進 而導致膜堵塞，這是不利于工業使用的；為了避免膜堵塞等不利因素，溶液中酒石酸根離子 的濃度必須保持在較低水平，導致電導率較低，需特別采用導電隔板；并且其生產效率也較 低。

【發明內容】

[0007] 針對現有技術中存在的缺陷，本發明提供了一種基于雙極膜電滲析技術的 D-(-)_酒石酸清潔生產工藝，從而有利地將酶法轉化生產酒石酸與雙極膜電滲析技術相結 合，高效地從酶法轉化液中提取D-(-)_酒石酸，簡化了生產過程，同時實現氫氧化鈉的重 復利用。
[0008] 本發明是通過如下技術方案實現的：
[0009] -種基于雙極膜電滲析技術的D-(-)_酒石酸清潔生產方法，主要包括如下步驟：
[0010] (1)使用D-型順式環氧琥珀酸水解酶（D-ESH)催化水解順式環氧琥珀酸鈉，生成 D-(-)_酒石酸鈉轉化液；
[0011] (2)通過雙極膜電滲析器將所述D-(-)_酒石酸鈉轉化液中所含的D-(-)_酒石酸 鈉轉化為D-(-)-酒石酸。
[0012] 優選的是，所述步驟（2)中使用的電滲析器的膜池構型為：（1)用陰離子交換膜分 隔成的鹽/酸二室式；或者（2)用陰離子交換膜、陽離子交換膜分隔成的酸/鹽/堿三室式。
[0013] 在鹽/酸二室式的情況下，在生產時，將D-(-)_酒石酸鈉轉化液輸送入鹽室，將 D-(-)_酒石酸溶液輸送入酸室，物料在蠕動泵的作用下循環流動，并采用下列生產條件中 的一種或多種：電流密度為80-140mA/cm2,優選140mA/cm2 ;操作溫度為25-40°C，優選40°C; 以及反應時間為4-6h，優選6h。
[0014] 在酸/鹽/堿三室式的情況下，在生產時，將D-(-)-酒石酸鈉轉化液輸送入鹽室， 將D-(-)-酒石酸溶液輸送入酸室，將NaOH溶液輸送入堿室，物料在蠕動泵的作用下循環流 動，并采用下列生產條件中的一種或多種：電流密度為80-140mA/cm2,優選80mA/cm2;操作 溫度為25-40°C，優選40°C;以及反應時間為4-6h，優選6h。
[0015] 本發明的電滲析器中可具有多個膜池，所述多個膜池采取并聯或串聯的排列方 式。優選地，本發明的電滲析器中可具有3個相串聯的膜池，所述膜池優選可采取鹽/酸二 室式構型。
[0016] 優選地，在本發明中，在所述步驟（1)之前，所述方法還包括下述步驟：用具有序 列SEQIDNO: 1的基因進行編碼，得到所述D-型順式環氧琥珀酸水解酶。
[0017] 本發明的工藝采用了雙極膜電滲析技術對酒石酸進行分離，避免了現有技術中生 產步驟繁瑣、需要消耗大量硫酸、不可避免地產生副產品等各種缺陷，并在優選的實施方式 中實現了氫氧化鈉的循環利用，整個工藝流程采用封閉式循環，具有顯著的工業應用價值 和環境效益。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明的D-(-)_酒石酸生產工藝的流程示意圖。
[0019] 圖2為本發明的鹽/酸二室式電滲析裝置制備D-(-)_酒石酸的工作原理圖，其 中，從左至右依次為酸室和鹽室。
[0020] 圖3為本發明的酸/鹽/堿三室式電滲析裝置制備D-(-)_酒石酸的工作原理圖， 其中，從左至右依次為酸室、鹽室和堿室。
[0021] 以下對本發明的優選實施方式進行詳細說明。
【具體實施方式】
[0022] 本發明的酒石酸生產工藝使用D-型順式環氧琥珀酸水解酶（D-ESH)對順式環氧 琥珀酸鈉進行水解，以獲得D-(-)_酒石酸鈉。D-ESH是一種環氧化合物水解酶（Epoxide Hydrolases,HO,屬于胞內酶，能夠立體選擇性地將水分子加成到順式環氧琥拍酸鹽上 形成D-(-)_酒石酸鹽。產D-ESH菌的使用是本領域已知的，已經報道用于產生D-ESH的 菌種主要包括假單胞桿菌（Pseudomonassp.，JP)、產喊桿菌（Alcaligenes， JP 和JP2000-14391A)、博德特氏菌（Bordetella，FEMSMicrobiolLett267， 214 (2007)和CN101338285A)等，以引用的方式將以上文獻的全部內容并入本文。
[0023] 在優選的實施方式中，將能夠對D-ESH進行編碼的基因片段連接至質粒載體上， 并導入E.coli細胞，獲得重組工程菌，并將其用于本發明。因此，在優選的實施方式中，本 發明所使用的"D-型順式環氧琥珀酸水解酶"也可以是指在反應體系中使用的上述重組工 程菌。
[0024] 優選地，本發明使用下述基因片段（SEQIDNO:1)對D-型順式環氧琥珀酸水解酶 進行編碼：
[0025] SEQIDNO： 1
[0027]目前市場上的商品化二室式或三室式雙極膜電滲析器均可用于本發明。優選的 是，本發明中所使用的電滲析器由隔板、雙極膜、陽離子交換膜和陰離子交換膜按照設定的 膜池構型組成一個膜組單位，一個或數個模組單位組裝在一對電極之間，形成雙極膜電滲 析裝置。膜池構型為用陰離子交換膜分隔成的鹽/酸二室(如圖2所示)或者為用陰離子交 換膜、陽離子交換膜分隔成的酸/鹽/堿三室式(如圖3所示)。
[0028] 在本發明的鹽/酸二室式膜池中，兩張雙極膜間用陰離子交換膜分隔成酸室與鹽 室。轉化液進入右邊的鹽室，在直流電場作用下，陰離子D-(-)_酒石酸根通過陰離子交