一种γ-氨基丁酸的新晶型及其制备方法
阅读说明：本技术 一种γ-氨基丁酸的新晶型及其制备方法 (Novel crystal form of gamma-aminobutyric acid and preparation method thereof ) 是由 董海光 杨健民 韩超 王海荣 王珂 穆淑娥 穆惠军 栾贻宏 蒋新 寻克林 于 2021-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种γ-氨基丁酸的新晶型及其制备方法,该晶型使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为20.9°±0.5°、22.3°±0.5°、26.9°±0.5°、29.7°±0.5°、35.4±0.5°、40.5°±0.5°处具有特征吸收峰。本发明通过加入γ-氨基丁酸晶体并控制结晶过程得到一种纯度较高的γ-氨基丁酸的新晶型,该晶型外观为四棱柱块状,形状规则,流动性好,稳定性高,制备方法简单易行,结晶过程经济环保,适合大规模生产。(The invention discloses a novel crystal form of gamma-aminobutyric acid and a preparation method thereof, wherein the crystal form has characteristic absorption peaks at diffraction angles 2 theta of 20.9 degrees +/-0.5 degrees, 22.3 degrees +/-0.5 degrees, 26.9 degrees +/-0.5 degrees, 29.7 degrees +/-0.5 degrees, 35.4 degrees +/-0.5 degrees and 40.5 degrees +/-0.5 degrees by using an X-ray powder diffraction pattern of CuKalpha radiation. The novel gamma-aminobutyric acid crystal form with high purity is obtained by adding the gamma-aminobutyric acid crystal and controlling the crystallization process, the crystal form is in a quadrangular prism shape, is regular in shape, good in flowability, high in stability, simple and easy to implement in preparation method, economic and environment-friendly in crystallization process, and is suitable for large-scale production.)
技术领域
本发明涉及一种γ-氨基丁酸的新晶型，还涉及该新晶型的制备方法。
背景技术
γ-氨基丁酸（GABA）作为大脑组织重要的抑制性递质，具有镇静安神，降低血压，治疗癫痫和抗衰老的功能。此外，GABA味甜，能够调节食品味道，可以与体内酒精反应，故具有醒酒消臭等作用。在医学上，可用于治疗一些病症，如治疗尿毒症、CO中毒的药物中都含有GABA。
GABA的合成方法主要有化学合成法和生物合成法，在化学法合成GABA的过程中，需要用到强酸或强碱等腐蚀性较强的溶剂，反应条件剧烈，原料毒性大，价格昂贵且存在较多安全隐患等问题。实际工业生产中，主要用生物法合成GABA。生物合成法主要研究的微生物法。微生物法包括传统的微生物发酵法以及最近几年新兴的微生物转化法。早期的发酵法主要是以大肠杆菌（Escherichia coli）发酵生产GABA为主。出于对食品安全性的考虑，后来又逐渐筛选到含有谷氨酸脱羧酶的酵母菌、乳酸菌和曲霉菌等食品安全级微生物来发酵制的GABA。但发酵法生产GABA过程中易污染、可重复性差，周期长等缺点也逐渐被工业生产所淘汰。目前工业生产中主要用微生物转化法进行生产。微生物转化法是指以L-谷氨酸或L-谷氨酸盐为底物，利用乳酸菌脱羧酶的作用，将L-谷氨酸或L-谷氨酸盐转化为GABA，得到含GABA的转化液，该转化液经过进一步的后处理即可得到GABA晶体。一般的，GABA转化液后处理过程是：将转化液升温使蛋白质变质，然后加入活性炭脱色，脱色后的转化液蒸发浓缩得浓缩液，然后将浓缩液降温析晶、固液分离、95％以上乙醇洗涤、真空干燥，得最终的GABA晶体。
专利CN201110151741中，通过三效浓缩与直接浓缩的方式进行结晶：控制一效温度60-95℃，二效温度90-115 ℃，三效温度50-85℃，控制真空度0.08Mpa～0.1Mpa；在浓缩产品含量达550～600g/L时，停止浓缩，将浓缩液打入真空浓缩结晶罐，控制真空浓缩结晶罐真空度0.08Mpa～0.1Mpa， 温度为60-75℃，在浓缩产品含量达700～900g/L时，停止加热，常压下自然降温养晶1-1.5h， 得到柱状或粉末状晶体。
专利CN107827766 A中，向溶液中加入添加剂，升温至50～80℃，搅拌使溶液澄清；然后在50～80℃下减压蒸发水分，得到悬浮液，然后对悬浮液进行过滤，得到湿产物，经干燥处理即得γ-氨基丁酸新晶型产品，得到产品DSC吸热特征峰的温度为220℃。
目前，在现有技术中未见其他类型的γ-氨基丁酸晶型的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种γ-氨基丁酸的新晶型，该晶型结晶纯度高，具有更好的稳定性。
本发明所述的γ-氨基丁酸的新晶型，该晶型使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为20.9 °±0 .5°、22 .3 °±0 .5°、26 .9 °±0 .5°、29 .7°±0 .5°、35.4±0.5°、40 .5°±0 .5°处具有特征吸收主峰。
进一步的，该晶型使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14 .6°±0.5°、20 .9°±0 .5°、22 .3 °±0 .5°、26 .9 °±0 .5°、29 .7°±0 .5°、35.4°±0 .5°、40.5°±0 .5°、41 .7°±0 .5°、42 .9°±0 .5°、44 .3°±0 .5°、46.7°±0 .5°、49.8 °±0.5°处具有特征吸收峰。
优选的，该晶型使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、20.5 °、21.2 °、22.3 °、26.5 °、26.7 °、27.2 °、28.4 °、29.4 °、29.7 °、35.3 °、40.0 °、41.2 °、42.4 °、42.9 °、44.4 °、46.7 °、49.6 °处具有特征吸收峰。
优选的，该晶型使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、20.6 °、21.2 °、22.3 °、26.5 °、26.7 °、27.2 °、28.4 °、29.4 °、29.7 °、35.4 °、40.0 °、41.2 °、42.4 °、42.9 °、44.4 °、46.7 °、49.8 °处具有特征吸收峰。
优选的，该晶型使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、20.6 °、22.3 °、23.3 °、24.0 °、26.5 °、26.9 °、27.3 °、29.5 °、29.7 °、30.1 °、32.3 °、33.8 °、35.4 °、35.9 °、38.2 °、41.0 °、41.3 °、42.2 °、42.3 °、43.0 °、44.3 °、46.6 °、46.9 °、47.2 °、49.8 °处具有特征吸收峰。
优选的，该晶型使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、21.0 °、22.5 °、23.3 °、24.0 °、26.6 °、26.9 °、27.3 °、29.5 °、29.7 °、29.9 °、30.1 °、32.3 °、33.8 °、35.5 °、35.9 °、38.2 °、41.0 °、41.3 °、42.2 °、42.3 °、43.0 °、44.4 °、46.6 °、46.9 °、47.2 °、49.9 °处具有特征吸收峰。
优选的，该晶型使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、21.3 °、22.5 °、23.3 °、24.0 °、26.9 °、27.3 °、29.5 °、29.9 °、30.1 °、32.3 °、33.8 °、35.7 °、38.2 °、40.8 °、42.2 °、42.3 °、43.0 °、44.4 °、46.6 °、46.9 °、47.2 °、49.9 °处具有特征吸收峰。
进一步的，所述晶型经DSC差热分析在(248±1)℃处具有吸热特征峰。该DSC吸热特征峰的温度为248℃左右，较现有报道的晶型产品提高了30℃左右，说明该晶型具有更好的稳定性。
进一步的，所述晶型外观为四棱柱块状，形状规则，流动性更好。
进一步的，本发明还提供了一种γ-氨基丁酸原料，该原料中包含上述γ-氨基丁酸晶型。优选的，该原料中上述γ-氨基丁酸新晶型的含量高，含量大于等于99%。
本发明还提供了上述γ-氨基丁酸新晶型的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将L-谷氨酸转化液升温至80-85℃，维持1-2h，然后降温至55-60℃，加入活性炭吸附、过滤，得滤液；
（2）将滤液浓缩析晶，至出现较多晶体时停止浓缩；
（3）向浓缩液中加入其总重量1-5%的γ-氨基丁酸晶体；
（4）将浓缩液转移至降温罐，开启搅拌，先在18-26℃下自然降温1-2h，然后间歇性以外界冷源进行降温，使温度在2-3h降至30℃，最后以0.5-2℃/min的降温速度快速降至15-24℃，然后在15-24℃下进行析晶；
（5）固液分离，将所得晶体洗涤、干燥，得γ-氨基丁酸晶型。
进一步的，步骤（1）所述的L-谷氨酸转化液是L-谷氨酸通过微生物转化法得到的γ-氨基丁酸粗品溶液。
进一步的，步骤（1）中，L-谷氨酸转化液以10-15℃/h的降温速度降至55-60℃。
进一步的，步骤（1）中，活性炭的加入量为L-谷氨酸转化液总重量的0.5-1%。
进一步的，步骤（2）中，滤液在65℃-85℃、0.06Mpa～0.1Mpa的真空度下进行浓缩。优选的，浓缩至原体积的40-50%。
进一步的，步骤（4）中，所述外界冷源指的是人为加入的冷源，例如循环冷却水、冷冻水等。
进一步的，步骤（5）中，所得晶体用95%以上的乙醇洗涤，洗涤后的晶体真空干燥，干燥温度55-60℃，在此温度下干燥2小时左右即得干燥失重小于1%的晶型，该晶型外观为四棱柱块状，颗粒大，形状规则，杂质少，纯度高，纯度在99%以上。
本发明通过加入γ-氨基丁酸晶体并控制结晶过程得到一种纯度较高的γ-氨基丁酸的新晶型，该晶型外观为四棱柱块状，形状规则，流动性好，稳定性高，制备方法简单易行，结晶过程经济环保，适合大规模生产。
附图说明
图1 是本发明实施例1所得γ-氨基丁酸晶型的XRD图。
图2是本发明实施例1所得γ-氨基丁酸晶型的DSC差热分析图。
图3是本发明实施例1所得γ-氨基丁酸晶体形貌图。
图4是对比例1所得产品的XRD图。
图5是对比例1所得产品的DSC差热分析图。
图6是对比例1所得产品的晶体形貌图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步解释和说明，下述说明仅是示例性的，并不对其内容进行限制。
下述实施例中，所用L-谷氨酸转化液是按照专利201710760851.X中的方法、以副短乳杆菌HX12-19为菌种，经其对L-谷氨酸进行转化得到的L-谷氨酸转化液，该转化液中，γ-氨基丁酸含量为200-500g/L。
下述实施例中，如无特别说明，下述各浓度均为质量百分浓度。
实施例1
1、将L-谷氨酸转化液升温至80-85℃，维持1h，然后以10-15℃/h的速度降温至55-60℃，后添加1%的活性炭，吸附、过滤，得到滤液；
2、结晶：控制温度在70℃-75℃之间，真空度0.06Mpa～0.1Mpa，蒸发浓缩上述滤液至原体积的40-50%时，出现较多颗粒，获得浓缩液。
3、向浓缩液中加入总重量2%的γ-氨基丁酸晶体；
4、降温结晶：将浓缩液转移至降温罐，开搅拌，先在18-20℃下自然降温1.5小时，降至58℃，然后间断性通15℃的冷却水降温2小时，降温至30℃，最后在外界冷源的作用下9min降温至23℃，并保持该温度进行析晶。
5、洗涤：将降温结晶后的结晶液固液分离，所得晶体用95%乙醇洗涤。
6、干燥：将洗涤后的晶体进行真空干燥，干燥温度58℃，2小时即得干燥失重小于1%的γ-氨基丁酸产品S1。
采用高效液相色谱(HPLC)法对所得的γ-氨基丁酸产品进行测定，产品的纯度为99.5％。
用X-射线衍射仪（BRUKER D8）对所得产品进行XRD测试，测试结果表明产品使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、20.5 °、21.2 °、22.3 °、26.5 °、26.7°、27.2 °、28.4 °、29.4 °、29.7 °、35.3 °、40.0 °、41.2 °、42.4 °、42.9 °、44.4 °、46.7°、49.6 °处有特征吸收峰，如图1所示。
采用差示扫描量热法(DSC)对本实施例中制备的γ-氨基丁酸新晶型产品进行测定。如图2所示，产品在249.0℃具有一个吸热特征峰。
用奥林巴斯光学显微镜对所得产品的形貌进行检测，结果如图3所示，晶体外观为四棱柱块状，颗粒较大，形状规则。
实施例2
1、L-谷氨酸转化液升温至80-85℃，维持1h，然后以10-15℃/h的速度降温至55-60℃，后添加1%的活性炭，吸附、过滤，得到滤液；
2、结晶：控制结晶的温度在65℃-70℃之间，真空度0.06Mpa～0.1Mpa，蒸发浓缩上述滤液至原体积的40-50%时，出现较多颗粒，获得浓缩液。
3、向浓缩液中加入总重量3%的γ-氨基丁酸晶体；
4、降温结晶：将浓缩液转移至降温罐，开搅拌，先在20-25℃下自然降温2.5小时，降至50℃，然后间断性通15℃的冷却水降温3小时，降温至30℃，最后在外界冷源的作用下6min降温至20℃，并保持该温度进行析晶。
5、洗涤：将降温结晶后的结晶液固液分离，所得晶体用95%乙醇洗涤。
6、干燥：将洗涤后的晶体进行真空干燥，干燥温度58℃，2小时即得干燥失重小于1%的γ-氨基丁酸产品S2。
采用高效液相色谱(HPLC)法对所得产品进行测试，产品的纯度为99 .2％。
用X-射线衍射仪：BRUKER D8对所得产品进行XRD测试，测试结果表明产品使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、20.6 °、21.2 °、22.3 °、26.5 °、26.7 °、27.2 °、28.4 °、29.4 °、29.7 °、35.4 °、40.0 °、41.2 °、42.4 °、42.9 °、44.4 °、46.7 °、49.8 °处有特征吸收峰。
采用差示扫描量热法(DSC)对本实施例中制备的γ-氨基丁酸新晶型产品进行测定。产品在248．8℃具有一个吸热特征峰。
用奥林巴斯光学显微镜对所得产品的形貌进行检测，晶体外观为四棱柱块状，颗粒较大，形状规则。
实施例3
1、L-谷氨酸转化液升温至80-85℃，维持1h，然后以10-15℃/h的速度降温至55-60℃，后添加1%的活性炭，吸附、过滤，得到滤液；
2、结晶：控制结晶的温度在75℃-80℃之间，真空度0.06Mpa～0.1Mpa，蒸发浓缩上述滤液至原体积的40-50%时，出现较多颗粒，获得浓缩液。
3、向浓缩液中加入总重量3%的γ-氨基丁酸晶体；
4、降温结晶：将浓缩液转移至降温罐，先在18-20℃下开搅拌自然降温2小时，降至53℃，然后间断性通15℃的冷却水降温3小时，降温至30℃，最后在外界冷源的作用下10min降温至18℃，并保持该温度进行析晶。
5、洗涤：将降温结晶后的结晶液固液分离，所得晶体用95%乙醇洗涤。
6、干燥：将洗涤后的固体进行真空干燥，干燥温度58℃；2小时即得干燥失重小于1%的γ-氨基丁酸产品S3。
采用高效液相色谱(HPLC)法对所得产品进行测试，产品的纯度为99 .5％。
用X-射线衍射仪：BRUKER D8对所得产品进行XRD测试。测试结果表明产品使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、20.6 °、22.3 °、23.3 °、24.0 °、26.5 °、26.9 °、27.3 °、29.5 °、29.7 °、30.1 °、32.3 °、33.8 °、35.4 °、35.9 °、38.2 °、41.0 °、41.3 °、42.2 °、42.3 °、43.0 °、44.3 °、46.6 °、46.9 °、47.2 °、49.8 °处有特征吸收峰。
采用差示扫描量热法(DSC)对本实施例中制备的γ-氨基丁酸新晶型产品进行测定。产品在247.6℃具有一个吸热特征峰。
用奥林巴斯光学显微镜对所得产品的形貌进行检测，晶体形貌为四棱柱块状，颗粒较大，形状规则。
实施例4
1、L-谷氨酸转化液升温至80-85℃，维持1h，然后以10-15℃/h的速度降温至55-60℃，后添加0.5%的活性炭，吸附、过滤，得到滤液；
2、结晶：蒸发浓缩上述滤液获得浓缩液，控制结晶的温度在80℃-85℃之间，真空度0.06Mpa～0.1Mpa，至出现较多颗粒。
3、向浓缩液中加入总重量5%的γ-氨基丁酸晶体；
4、降温结晶：将浓缩液转移至降温罐，先在18-20℃下开搅拌自然降温2小时，降温至55℃，然后间断性通15℃的冷却水约2.5小时，降温至30℃，最后在外界冷源的作用下8min降温至17℃，并保持该温度进行析晶。
5、洗涤：将降温结晶后的结晶液固液分离，所得晶体用95%乙醇洗涤。
6、干燥：将洗涤后的固体进行真空干燥，干燥温度58℃；2小时即得干燥失重小于1%的γ-氨基丁酸产品S4。
采用高效液相色谱(HPLC)法对所得产品进行测试，产品的纯度为99 .3％。
用X-射线衍射仪：BRUKER D8对所得产品进行XRD测试。测试结果表明产品使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、21.0 °、22.5 °、23.3 °、24.0 °、26.6 °、26.9 °、27.3 °、29.5 °、29.7 °、29.9 °、30.1 °、32.3 °、33.8 °、35.5 °、35.9 °、38.2 °、41.0 °、41.3 °、42.2 °、42.3 °、43.0 °、44.4 °、46.6 °、46.9 °、47.2 °、49.9 °处有特征吸收峰。
采用差示扫描量热法(DSC)对本实施例中制备的γ-氨基丁酸新晶型产品进行测定。产品在248.5℃具有一个吸热特征峰。
用奥林巴斯光学显微镜对所得产品的形貌进行检测，晶体形貌为四棱柱块状，颗粒较大，形状规则。
实施例5
1、L-谷氨酸转化液升温至80-85℃，维持1h，然后以10-15℃/h的速度降温至55-60℃，后添加1%的活性炭，吸附、过滤，得到滤液；
2、结晶：蒸发浓缩上述滤液获得浓缩液，控制结晶的温度在70℃-75℃之间，真空度0.06Mpa～0.1Mpa，至出现较多颗粒。
3、向浓缩液中加入总重量1%的γ-氨基丁酸晶体；
4、降温结晶：将浓缩液转移至降温罐，先在18-20℃下开搅拌自然降温2小时，降温至53℃，然后间断性通15℃冷却水约3小时，降温至30℃，最后在外界冷源的作用下5min降温至24℃，并保持该温度进行析晶。
5、洗涤：将降温结晶后的结晶液固液分离，所得晶体用95%乙醇洗涤。
6、干燥：将洗涤后的固体进行真空干燥，干燥温度58℃；2小时即得干燥失重小于1%的γ-氨基丁酸产品S5。
采用高效液相色谱(HPLC)法对所得产品进行测试，产品的纯度为99 .7％。
用X-射线衍射仪：BRUKER D8对所得产品进行XRD测试。测试结果表明产品使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.6 °、21.3 °、22.5 °、23.3 °、24.0 °、26.9 °、27.3 °、29.5 °、29.9 °、30.1 °、32.3 °、33.8 °、35.7 °、38.2 °、40.8 °、42.2 °、42.3 °、43.0 °、44.4 °、46.6 °、46.9 °、47.2 °、49.9 °处有特征吸收峰。
采用差示扫描量热法(DSC)对本实施例中制备的γ-氨基丁酸新晶型产品进行测定。产品在247.9℃具有一个吸热特征峰。
用奥林巴斯光学显微镜对所得产品的形貌进行检测，晶体外观为四棱柱块状，颗粒较大，形状规则。
对比例1
1、L-谷氨酸转化液升温至80-85℃，维持1h，然后以10-15℃/h的速度降温至55-60℃，后添加1%的活性炭，吸附、过滤，得到滤液；
2、结晶：控制温度在70℃-75℃之间，真空度0.06Mpa～0.1Mpa，蒸发浓缩上述滤液至原体积的40-50%时，出现较多颗粒，获得浓缩液。
3、降温结晶：将浓缩液转移至降温罐，开搅拌，先在18-20℃下自然降温2小时，降温至43℃，然后间断性通15℃冷却水约2h，直至结晶液降温至25℃，并在此温度进行析晶。
4、洗涤：将降温结晶后的结晶液固液分离，所得晶体用95%乙醇洗涤。
5、干燥：将洗涤后的固体进行真空干燥，干燥温度58℃；2小时即得干燥失重小于1%的γ-氨基丁酸产品S6。
采用高效液相色谱(HPLC)法对所得产品进行测试，产品的纯度为99 .7％。
用X-射线衍射仪：BRUKER D8对所得产品进行XRD测试，XRD图如图4所示。测试结果表明产品使用CuKα辐射的X射线粉末衍射图在衍射角2θ为14.5°，15.8°，18.9°，21.2°，23.5°，27.6°，29.73°，35.49°，42.21°，44.35°，47.31°，49.77°，52.77°处有特征吸收峰。
采用差示扫描量热法(DSC)对本对比例中制备的γ-氨基丁酸新晶型产品进行测定。产品在220.0℃具有一个吸热特征峰。
用奥林巴斯光学显微镜对所得产品的形貌进行检测，如图6所示，晶体外观形状不单一。
上述实施例和对比例制得的γ-氨基丁酸产品的吸热特征峰总结如下表1所示，其中实施例1产品的DSC差热分析图如图2所示，对比例1产品的DSC差热分析图如图5所示：
从上述结果可以看出，本发明所得晶型在(248±1)℃处具有吸热特征峰，而对比例的产品的吸热特征峰仅为220℃，明显本发明新晶型的稳定性高于对比例的产品。结合图4和6看，对比例方法所得的γ-氨基丁酸产品中晶体外观形状不单一，热稳定性也不如本发明的高纯度的晶型好。