5’-尿苷酸(以下简称尿苷酸)作为-种基础嘧啶核苷酸，广泛应用于食品和饲料添加剂、植物生长调节剂、药品和药物前体等领域中。由于尿苷酸分子结构中没有氨基，无法与阳离子交换树脂进行离子交换，分离纯化困难；同时尿苷酸是-个多羟基、羰基的极性化合物，在乙醇-水混合溶剂中具有缔合成较大分子的倾向，晶核产生需要克服较高的能量势垒，结晶过程控制困难，极易发生初级均相爆发成核。长期以来，核苷酸生物法生产技术被日本、韩国等少数国家垄断，国内产品在纯度、粒度及晶型等方面存在着明显差距，在国际市场竞争中一直处于不利的地位。因此，相关分离精制技术的研究，对推动我国核苷酸产业发展及其相应衍生物产品的研究开发具有十分重要的经济和社会价值。　　 针对国内尿苷酸工业化生产中存在的分离纯化水平低、结晶技术落后以及产品质量差等问题，本研究通过对阴离子交换树脂分离纯化尿苷酸工艺条件的优化，明显地提高了尿苷酸分离纯化技术水平；同时，针对乙醇-水混合溶剂中尿苷酸具有缔合成较大分子的倾向，本研究利用盐的同离子效应，去水化作用和中和极性化合物中负电荷基团的功能，采用醇析和盐析协同结晶新技术，有效地控制溶质分子与水之间的氢键结合，降低溶液黏度和成核势垒，改善结晶溶液微观性质，促进了晶核的形成和生长，结晶产品质量得到明显提高。根据研究结果，将新工艺实施于工业放大，产品的各项指标均达到国际先进水平。　　 具体研究内容包括：　　 1.采用阴离交树脂分离纯化尿苷酸。通过静态筛选，得到-种尿苷酸吸附容量、分离因数及杂质去除率都较高的阴树脂SD3，其UMP吸附容量达到0.132 g·g湿树脂-1，分离因数αUMP后杂>4.0，杂质去除率为42.5％。SD3吸附UMP的热力学和动力学研究结果表明：吸附反应过程可自发进行；温度对内扩散系数影响显著；UMP浓度在1 g·L-1和6 g·L-1时分别受液膜扩散控制和颗粒扩散控制。通过系统研究SD3动态柱吸附、洗杂及洗脱UMP过程，确定室温下UMP分离纯化最佳工艺条件为：pH值1.1，浓度为3.0 g·L-1，吸附流速为6 mL·min-1，离交柱高径比4；洗杂条件为pH9.5的偏碱性溶液；洗脱条件为2％NaCl+pH2.0的偏酸性溶液。最终UMP的纯度达到96％以上，收率大于98％。　　 2.采用静态法和激光法分别测定了293.2K～318.2K范围内，尿苷酸二钠在不同比例乙醇-水混合溶剂中的溶解度、介稳区宽度与成核诱导期。以温度为目标函数，对λh方程、R-K方程与Wilson方程进行模型评价。误差分析的结果表明：在描述存在缔合作用的物系时，λh方程相比R-K方程与Wilson方程更具有优势。采用λh方程关联了4个体系的溶解度数据，分别求得各体系下的混合焓和结晶焓。与溶解度类似，超溶解度随温度升高而增加，随乙醇质量分数的增加而显著减小。在相同实验条件下，溶液的pH值和钠离子浓度升高，以及搅拌转速的降低均会增大尿苷酸二钠的介稳区宽度。　　 3.采用醇析和盐析复合结晶新技术，利用盐的同离子效应，去水化作用和中和极性化合物中负电荷基团的功能，有效地降低了溶液黏度和溶解度，改善了溶液微观环境，结晶产品质量得到明显提高。结晶过程分析的结果表明，尿苷酸二钠在乙醇溶析结晶过程中的生长由表面反应控制。随着乙醇质量分数升高，晶体生长困难，逐步由二维成核生长方式转向螺旋位错生长方式。结晶初级成核速率明显随温度的升高而减小，随乙醇质量分数的增大而增大。利用粒数密度和粒度之间的关系判别晶体生长模型，推断尿苷酸二钠晶体生长模式为粒度无关生长。　　 4.采用间歇动态法，以粒数衡算方程、溶质质量守恒和McCabe定律为基础，利用Beer-Lambert定律，借助光学关联的方法，同时引入溶析剂随时间的变化函数，建立了包含透光率变量的伴有成核和晶体生长的动力学模型，并确定出动力学参数估计所需要表征的固-液两相物理参数。通过在线测量溶液密度与透光率数据，研究了尿苷酸二钠在乙醇-水混合溶剂中自发成核结晶过程中温度、固/液相浓度随时间的变化关系，同时采用分段非线性回归的方法，得到初级成核、二次成核和晶体生长动力学经验方程：　　 初级成核速率：Bp=1.71×1020P0.22S0.93C0.26anti　　 二次成核速率：Bs=2.14×1017 P0.45·S0.71·C0.14anti·M1.02t　　 晶体生长速率：G=1.57×10-8 exp(-973.8/RT)·P0.63·S1.02C0.21anti并验证了动力学参数的准确性以及模型表达式的正确性。　　 5.依据粒数衡算原理，结合结晶动力学方程、质量衡算方程建立了尿苷酸二钠溶析结晶过程数学模型，通过Ronge-Kutta-Gill算法和FORTRAN语言实现过程模拟。模拟分析了初始过饱和溶液结晶、溶析剂恒定体积速率流加、溶析剂恒定质量分率流加、恒定生长速率等4种模式下的结晶过程特性以及不同操作条件对收率、粒度和粒度分布的影响。结果表明：恒定生长速率的操作模式有利于控制结晶过程，有效地抑制自发成核，有助于提高收率、增大产品粒度、改善粒度分布。溶析剂流加速率和结晶时间是影响尿苷酸二钠溶析结晶过程的重要因素。　　 6.结合晶体生长习性、介稳区特性、结晶动力学和过程模拟分析结果，实验考察了尿苷酸二钠溶析结晶过程中各种操作因素：如结晶温度、养晶时间、溶析剂流加方式和流加速率等对结晶收率、晶习和粒度分布的影响，建立了优化的尿苷酸二钠溶析结晶操作时间表，并成功应用于年产30吨规模的中试结晶生产，产品的各项指标均达到国际先进水平。　　 7.对尿苷酸二钠结晶产品采用X-射线单晶衍射分析，收集晶体衍射数据和单晶CIF数据，利用Cerius2软件计算得到晶体的分子空间结构与晶胞参数，并应用BFDH与AE模型对尿苷酸二钠的晶型进行了模拟。晶体结构分析的结果表明，尿苷酸二钠分子与水分子通过氢键紧密结合，相间规则排布。由于空间结构上氢键强弱的差异，导致尿苷酸二钠晶体呈片状外形。利用差示扫描量热法(DSC)测定了尿苷酸二钠的热稳定性质。尿苷酸二钠晶体在高温下热分解，无熔融相变点，结晶水在形成过程中由于结合方式不同，分别在120℃前后分两个阶段陆续脱除。　　 上述研究为尿苷酸工业化生产提供了详实的基础数据和理论依据。