微生物發酵液中提取分離1,3－丙二醇的方法
2023-05-02 04:01:21 3
專利名稱：微生物發酵液中提取分離1,3－丙二醇的方法
技術領域：
本發明屬於生物工程技術領域，涉及到微生物發酵液的分離技術，特別涉及到從微生物發酵液中分離1，3-丙二醇的方法。
背景技術：
眾所周知，1，3-丙二醇是一種重要的化工原料，與乙二醇、1，2-丙二醇和1，4-丁二醇有著同樣的用途，但它與對苯二甲酸合成的新型聚酯材料聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)具有許多聚酯材料所不具備的優良特性，如尼龍樣的彈性恢復、抗紫外、臭氧及氮氧化物的著色性、低靜電、低水吸附、全色範圍內無需添加任何特殊化學品而呈現出的良好的連續印染性及可生物降解性等。這些都表現出了1，3-丙二醇美好的應用前景，但其昂貴的價格卻阻礙了其應用。自從發酵法生產1，3-丙二醇成為可能以來，科研工作者一直努力探索一條既省事又可降低成本的分離方法。
目前從微生物發酵液中提取分離1，3-丙二醇，多採用帶菌發酵液經高速離心或經膜(如纖維膜)過濾分離細胞，然後通過萃取劑萃取如DE863632397和US5008473、分子篩如WO0125178、或減壓蒸餾方法提純1，3-丙二醇。上述工藝中，高速離心不僅能耗較高，而且分離能力有限。對於大宗化工原料的生產，膜過濾分離存在的缺點是成本較高，分離能力較小，分離時間長，操作壓力較高，而且易出現膜汙染膜堵塞等問題。在發酵液中直接添加助濾劑/絮凝劑，有助於沉澱部分菌體、核酸和蛋白，但發酵液中的鹽不會結晶而析出，在減壓蒸餾過程中仍會形成粘性物質，阻礙1，3-丙二醇的蒸發。Baltycka等人Biotechnology Progress(2000，1676-79)公開報導採用反應萃取，其一般步驟是，在發酵液中加入醛，使1，3-丙二醇與醛縮合，脫去有機相中水後，用鄰二甲苯或甲苯或乙苯萃取，然後通過水解得到1，3-丙二醇。可見，反應萃取工藝需要多步操作，由此造成分離效率較低，操作工藝複雜，操作條件難控制等問題使工業推廣有一定難度，目前此方面的研究仍處在實驗室階段。Malinowski等人在Biotechnology Progress(1999，13(2)127-30)報導採用液-液萃取方法，但目前離工業化還有一定距離，存在的問題是萃取效率較低，專一性強的萃取劑選擇較為困難。
發明內容
本發明的目的是針對目前發酵法生產1，3-丙二醇後續分離純化產品的工藝中存在的一些問題，如成本高，分離能力小，以及減壓蒸餾後期出現鹽結晶和粘性物質阻礙餾分蒸發等問題，而提出一種從發酵液中分離1，3-丙二醇的有效方法，使微生物發酵法生產1，3-丙二醇在技術上、經濟上可行。
本發明技術方案是1)將帶菌的發酵液直接蒸發濃縮到原發酵液體積的1/2～1/20，同時收集蒸汽，冷凝，用來配製培養基或鹼液；2)將步驟1)得到的濃縮液冷卻後，按1∶0.3～1∶5的體積比加入乙醇或甲醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、丁酮等，然後通過自然沉降或過濾或小於1000～4500轉每分鐘離心分離沉澱物，取上清液；3)將步驟2)得到的沉澱，按1∶1～1∶10的體積比加入上述同樣的醇或酮，攪拌，洗滌沉澱。然後通過自然沉降或過濾或1000～4500轉每分鐘離心分離沉澱物，取上清液；4)將步驟2)和步驟3)所得上清液混合，通過蒸餾或精餾回收醇或酮；5)將步驟4)所得的溶液通過減壓蒸餾收集富含1，3-丙二醇的餾分；步驟4)和步驟5)可以在同一裝置中進行。
本發明的效果和益處是克服了目前從微生物發酵液中提取分離1，3-丙二醇工藝存在的諸多弊端，使工藝得以簡化，成本降低，經濟可行。具體表現在帶菌發酵液直接濃縮解決了目前高速離心和膜分離能耗高，分離能力低和工藝複雜等缺點；將蒸出水收集用來配製培養基和鹼液，不僅節約水資源，而且將蒸髮夾帶的1，3-丙二醇得以回收，減少了產品的損失；加醇(或酮)不僅將菌體與發酵液得以分離，而且將發酵液中核酸、蛋白和部分鹽得以沉澱，同時也解決了減壓蒸餾後期出現的鹽結晶和粘性物質影響1，3-丙二醇蒸發等問題。
具體實施例方式
以下詳細敘述本發明技術方案和具體實施例。
步驟1將帶菌的發酵液直接蒸發濃縮到原發酵液體積的1/2～1/20，同時收集蒸汽，冷凝，用來配製培養基或鹼液，蒸發操作可以是單效的也可以是多效；步驟2將步驟1)得到的濃縮液經自然或強制冷卻到室溫後，按1∶0.3～1∶5的體積比加入乙醇或甲醇、丙醇、異丙醇、丙酮、丁酮等，攪拌10～30分鐘，靜置3～12小時，然後通過自然沉降或過濾或小於1000～4500轉每分鐘離心分離沉澱物，取上清液；步驟3將步驟2)得到的沉澱，按1∶1～1∶10的體積比加入上述同樣的醇或酮，攪拌10～30分鐘，洗滌沉澱，然後通過自然沉降或過濾或1000～4500轉每分鐘離心分離沉澱物，取上清液；步驟4將步驟2)和步驟3)所得上清液混合，通過蒸餾或精餾回收醇或酮，蒸餾或精餾可以在常壓或減壓下操作；步驟5將步驟4)所得的溶液通過減壓蒸餾收集富含1，3-丙二醇的餾分；步驟4)和步驟5)可以在同一裝置中進行。
實施例本實施例中所用發酵液是採用克雷伯氏桿菌(Klebsiella pneumoniae)批式流加甘油發酵生產1，3-丙二醇所得到的，其中1，3-丙二醇的濃度為63g/l。
克雷伯氏桿菌(K.pneumoniae)是購自中國普通微生物菌種保藏中心(CGMCC)，菌種保藏號1.1736。
分離過程分五步1)取350ml的發酵液在旋轉蒸發儀進行減壓蒸餾，真空度為0.088MPa，溫度控制≤75℃，濃縮到60～80ml；2)靜置冷卻到室溫後，加140ml 95％工業乙醇，攪拌15分鐘後靜置5小時，再在3000rpm離心10分鐘，取上清液；3)將沉澱物加70ml 95％工業乙醇，攪拌15分鐘後，在3000rpm離心10分鐘，取上清液；4)將前兩步所得上清液混合，在水浴中經減壓蒸餾，真空度為0.088MPa，溫度控制≤75℃，回收乙醇；5)通過減壓蒸餾，真空度為0.088MPa，在油浴中收集160～185℃的富含1，3-丙二醇的餾分。所得產品的純度為99％，回收率為85％。
權利要求
1.微生物發酵液中提取分離1，3-丙二醇的方法，是針對目前發酵法生產1，3-丙二醇後續分離純化1，3-丙二醇的方法中存在的問題如成本高，分離能力小，以及減壓蒸餾後期出現鹽結晶和粘性物質阻礙蒸發等，而提出一種從發酵液中分離1，3-丙二醇的方法，使微生物發酵生產1，3-丙二醇在技術上、經濟上可行，其特徵是1)將帶菌的發酵液直接蒸發濃縮到原發酵液體積的1/2～1/20；2)將步驟1)得到的濃縮液冷卻後，按1∶0.3～1∶5的體積比加入乙醇或甲醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、丁酮等，然後通過自然沉降或過濾或1000～4500轉每分鐘離心分離沉澱物，取上清液；3)將步驟2)得到的沉澱，按1∶1～1∶10的體積比加入上述同樣的醇或酮，攪拌，洗滌沉澱，然後通過自然沉降或過濾或1000～4500轉每分鐘離心分離沉澱物，取上清液；4)將步驟2)和步驟3)所得上清液混合，通過蒸餾或精餾回收醇或酮。
全文摘要
本發明屬於生物工程技術領域，涉及發酵液中提取分離產品技術，特別涉及從發酵液提取分離1，3－丙二醇的方法。本發明的特徵在於帶菌的發酵液直接蒸餾濃縮到原體積的1/2～1/20；冷卻後，按1∶0.3～1∶5的體積比加入乙醇或甲醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、丁酮等，然後通過沉降或過濾或1000～4500rpm離心分離沉澱，取上清液；再用1∶1～1∶10的體積比的同樣的醇或酮洗滌沉澱，然後通過沉降或過濾或1000～4500rpm離心分離沉澱，取上清液；將所得上清液通過蒸餾或精餾回收醇或酮。本發明解決目前發酵法生產1，3－丙二醇分離工藝中存在的問題，如分離能力小，減壓蒸餾後期出現鹽結晶和粘性物質阻礙蒸發等問題。本發明的優點是工藝簡單，分離成本低，分離時間短，產品純度高,可廣泛用於發酵法生產1，3－丙二醇產品分離。
文檔編號C07C31/00GK1460671SQ0313358
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月2日 優先權日2003年6月2日
發明者修志龍, 張代佳, 高素軍, 陳曦 申請人:大連理工大學