發酵生產1,5-二氨基戊烷的方法

2023-05-19 05:50:41 2

專利名稱：發酵生產1,5-二氨基戊烷的方法
發酵生產1，5- 二氨基戊烷的方法本發明涉及一種從含1，5-二氨基戊烷(DAP)的發酵液中分離DAP的方法、一種使 用該分離方法發酵生產DAP的方法以及一種使用以該方式分離和發酵生產的DAP製備含 DAP的聚合物的方法。
背景技術：
1，5-二氨基戊烷(也常稱為1，5-戊二胺或屍胺；下文稱為DAP)是化學工業中重 要的原料。DAP例如用於製備聚醯胺、聚脲或聚氨酯及其共聚物。此外，已知經賴氨酸脫羧發酵生產或酶催生產DAP —段時間了。就此已經描述了 從發酵液中分離目標產物的各種方法。如EP-A-1482055描述了在反應期間調節pH的二羧酸存在下賴氨酸的酶催脫羧。 通過首先將含目標產物的溶液脫色和濃縮並然後在冷卻結晶法中結晶DAP 二羧酸鹽來分 離該方法中產生的DAP 二羧酸鹽。W0-A-2006/123778描述了在二氧化碳存在下通過賴氨酸酶催脫羧製備DAP碳酸 鹽。通過濃縮反應溶液和消除二氧化碳形成DAP。JP 2004-208646描述了通過將含L-賴氨酸二羧酸鹽的溶液酶催脫羧並加入選自 醇、酮和腈的有機溶劑將DAP 二羧酸鹽沉澱來製備DAP 二羧酸鹽。JP 2004-222569描述了通過使用表達L-賴氨酸脫羧酶的棒狀細菌，調整培養上 清液到PH 12並用極性有機溶劑萃取DAP來製備DAP。最後，JP 2004-000114描述了通過使用表達L-賴氨酸脫羧酶的大腸桿菌 (E. coli)細胞轉化高度濃縮的L-賴氨酸單鹽酸鹽，調整反應溶液到13並用極性有機 溶劑萃取反應產物，隨後蒸餾來製備DAP。然而，基於藉助有機溶劑的DAP萃取的現有技術方法尤其不利，因為目標產物的 產量不是最理想且尤其是萃取步驟太慢以及整個方法太耗時，這極其不利於以工業規模實 施該製備。發明簡述因此本發明的目的是進一步改進從發酵液中分離DAP(屍胺)。更特定地，其旨在 進一步提高目標產物的產量和改進分離，尤其是溶劑型萃取所需時間。令人驚奇的是，通過提供如下一種方法實現該目的，其中a)首先調整發酵液到鹼 性PH，然後熱處理，並此後用合適的有機萃取劑萃取。含DAP的發酵副產物，尤其是乙醯 基-DAP，在這裡驚奇地發現水解裂解而釋放出目標產物。另一驚人之處是發現萃取步驟中 相分離速率可大幅度提高。該相分離速率的增加例如在複合營養培養基如酵母提取物存在 下後處理來自微生物發酵的發酵液時尤其明顯。附圖描述

圖1描述了從發酵液中分離DAP的整個方法的本發明特定實施方案的流程圖。圖2顯示了在pH 13.7下通過回流發酵液進行五小時的熱處理期間乙醯 基-DAP (三角形)水解裂解形成DAP (菱形)。殘留的賴氨酸含量(正方形)在熱處理期間 保持不變。
圖3顯示了在加熱方法中和隨後發酵液的回流期間氨的釋放。下曲線_氣體量； 上曲線-內部溫度線圖。發明詳述1.優詵實施方案本發明涉及一種從含1，5_ 二氨基戊烷(DAP)的發酵液中分離DAP的方法，其中 a)鹼化發酵液，b)熱處理髮酵液，c)用有機萃取劑萃取DAP，* d)從取出的有機相中分離 DAP。在該方法的第一特定方案中，調整發酵液到pH> 11，例如尤其是》11.5或》12， 例如尤其是彡12-14，或12. 5-13. 8，或13-13. 8，或13. 5-13. 7。為此，尤其通過加入鹼金屬 氫氧化物或鹼土金屬氫氧化物如鈉、鉀或鈣的氫氧化物調整PH。通過調整pH可將材料分布進一步優化，最佳傳質條件可設定在約pH12. 5以上。通過調整pH也可將任選存在的乙醯基-DAP裂解進一步優化，最佳裂解條件(裂 解動力學)可設定在約PH 13以上-取決於存在的乙醯基-DAP量。如果合適，細胞組分可在鹼化之前從發酵液中去除。技術人員熟悉去除該細胞組 分的方法(如分離器、傾析器、絮凝、過濾方法或多個這類工藝步驟的組合)。在本方法的另一個方案中，將鹼化的發酵液通過例如分批或連續地加熱到回流溫 度，例如在大氣壓下加熱到90-110°C，或在過壓下加熱到更高溫度進行熱處理。該熱處理 在引起任選存在的乙醯基-DAP水解裂解的條件下進行，優選以基本定量的方式。為此技術 人員可按需調整重要的工藝參數如壓力、溫度和停留時間。術語「乙醯基-DAP」包含單乙醯 基-DAP和二乙醯基-DAP，然而通常主要是單乙醯基的形式。在另外的實施方案中，該加熱 可分多步進行，例如也通過中間膨脹回收釋放的氨。在本發明方法另外的方案中，用與水有混溶性區的有機溶劑萃取DAP，該有機溶劑 儘可能呈極性並在鹼性PH下穩定，例如尤其是極性有機溶劑，更具體為偶極質子性有機溶 劑。將在下文段落中描述合適的溶劑。在優選實施方案中，DAP萃取和/或隨後的相分離在升高的溫度下分批進行。將 在下文段落中描述萃取和後處理含DAP的萃取液的進一步方案。本發明方法尤其適合後處理來自微生物在複合培養基如包含酵母提取物的培養 基中發酵的發酵液。本發明還涉及一種發酵生產DAP的方法，其中產生賴氨酸的微生物在產生賴氨酸 和如果合適產生DAP的條件下培養並使用上述DAP分離方法分離形成的DAP。該發酵可尤其在含複合培養基組分的培養基中進行。這可能包括使用產生賴氨酸 的微生物，其額外表達賴氨酸脫羧酶活性如異源賴氨酸脫酸酶(LDC)，即來源於不同有機體 的賴氨酸脫羧酶。根據本發明，「複合營養或培養基」或「複合培養基」是本身已知的培養基，其包含 物質混合物的複合組合物，例如玉米漿、胰腖、細菌用腖(bactone)、大豆水解產物以及尤其 是酵母提取物。另一方面還可使含賴氨酸的發酵液與提純的、任選固定化的賴氨酸脫羧酶接觸， 從而使賴氨酸脫羧給出DAP，或將其他表達任選固定化LDC的微生物加入培養液中或使後 者與其接觸。在本文明確參考的現有技術(例如參見JP 2002-223771)描述了在這方面合
4適的方法。這裡原則上可對上述整個分離方法或上述發酵生產方法或其單個步驟作為分批 或半分批或補料分批或重複(補料)分批法分批或連續進行。本發明進一步涉及一種製備含DAP的聚合物的方法，其中DAP單體首先通過上述 方法發酵生產和分離，然後與至少一種其他共聚單體一起聚合。該共聚單體可尤其選自多 元羧酸如尤其是具有4-12個碳原子的二羧酸、其酯和酐；以及多異氰酸酯如尤其是具有 C2-Cltl亞烷基橋連基或環狀橋連基的二異氰酸酯。合適二羧酸的非限制性實例是丁二酸、戊 二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸等等。合適二異氰酸酯的非限制性實例是二 苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和異佛爾 酮二異氰酸酯。這導致了尤其是聚醯胺、聚脲或聚氨酯類聚合物的形成，例如聚醯胺5，10 或聚醯胺5，6。聚合方法包括將至少一種共聚單體加入分離的DAP或使用來自DAP沉澱的DAP和 至少一種共聚單體的混合物。例如通過如上所述藉助蒸餾後處理的DAP萃取液的DAP鹽沉 澱可產生合適的DAP/共聚單體混合物。該共聚單體優選多元羧酸如癸二酸。2發酵產牛賴氨酸或DAP的總說明2. 1微生物本發明原則上可用於任何含DAP的發酵液的後處理中。原則上對發酵所用微生物 也沒有限制。後者可能是天然存在的微生物、藉助突變和選擇改良的微生物，但尤其是重組 產生的微生物，例如真菌，但尤其是細菌。這些微生物能夠直接生產DAP和/或DAP衍生物 如乙醯基-DAP或至少能夠發酵產生賴氨酸，尤其是L-賴氨酸。更具體而言，所用重組細菌 能夠經二氨基庚二酸酯途徑(「DAP途徑」)、琥珀醯酶途徑或脫氫酶途徑生物合成賴氨酸。這些微生物可由葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、麥芽糖、糖蜜、澱粉、纖維素或由甘油、 酯肪酸或植物油或乙醇產生賴氨酸，尤其是L-賴氨酸，並優選釋放至少部分產生的賴氨酸 進入細胞外空間。它們優選為棒狀細菌，更具體為棒狀桿菌屬(Corynebacterium)或短杆 菌屬(Brevibacterium)。可特別提及棒狀桿菌屬中的穀氨酸棒狀桿菌(Corynebacterium glutamicum)，其產生L-胺基酸的能力已被本領域所知。可提及的棒狀細菌的合適菌株的實例是棒狀桿菌屬菌株，尤其是穀氨酸棒 狀桿菌(C. glutamicum)菌株，例如穀氨酸棒狀桿菌ATCC 13032、醋穀氨酸棒狀桿菌 (Corynebacterium acetoglutamicum) ATCC 15806、口譽 St 酸棒狀桿菌(Corynebacterium acetoacidophilum)ATCC 13870、熱產氨棒狀桿菌(Corynebacterium thermoaminogenes) FERM BP-1539、棲糖蜜棒狀桿菌(Corynebacterium melassecola) ATCC 17965，或短 桿菌屬菌株，例如黃色短桿菌(Brevibacterium flavum)ATCC 14067、乳糖發酵短杆 菌(Brevibacterium lactofermentum)ATCC 13869 禾口 叉開失fi 桿菌(Brevibacterium divaricatum)ATCC 14020 ；或衍生於它們的菌株，例如穀氨酸棒狀桿菌KFCC10065、穀氨酸 棒狀桿菌ATCC21608。縮寫KFCC是指韓國聯邦菌物保藏中心(the Korean Federation ofCulture Collection)。縮寫ATCC表示美國典型培養物保藏中心(theAmerican Type Strain Culture Collection)。縮寫FERM BP表示日本產業技術綜合研究院國家生物科學和人類 技術石if究院保藏中心(the collection ofthe National Institute of Bioscience and
5Human—Technology，Agency ofIndustrial Science and Technology, Japan)。2. 2發酵程序本發明待後處理的發酵液例如來源於重組棒狀細菌的培養，該細菌經由促進賴氨 酸生物合成和影響至少一種賴氨酸生物合成基因的解調性(deregulating)幹涉使賴氨 酸，尤其是L-賴氨酸的產量或含賴氨酸的混合物的產量增加和/或其額外超表達具有賴氨 酸脫羧酶活性的酶並積累DAP和/或乙醯基-DAP。後者因此能夠直接生產DAP。賴氨酸生物合成涉及的基因和伴隨的促進賴氨酸生物合成的解調性幹涉總結於 下表1。表1 解調性基因和基因產物的實例
權利要求
一種從含1，5 二氨基戊烷(DAP)的發酵液中分離DAP的方法，其中a)鹼化發酵液，b)熱處理髮酵液，c)使用有機萃取劑萃取DAP，和d)從取出的有機相中分離DAP。
2.根據權利要求1的方法，其中將發酵液調整到pH> 11。
3.根據權利要求2的方法，其中通過加入鹼金屬氫氧化物或鹼土金屬氫氧化物調整pH。
4.根據權利要求1-3任一項的方法，其中鹼化的發酵液通過加熱到回流溫度熱處理。
5.根據權利要求1-4任一項的方法，其中熱處理在引起任選存在的乙醯基-DAP水解裂 解的條件下進行。
6.根據權利要求1-5任一項的方法，其中用偶極質子性有機溶劑萃取DAP。
7.根據權利要求6的方法，其中萃取劑是鏈烷醇或環烷醇。
8.根據權利要求6或7的方法，其中萃取和/或隨後的相分離在升高的溫度下進行。
9.根據權利要求1-8任一項的方法，其中在鹼化之前從發酵液中去除細胞組分。
10.根據權利要求1-9任一項的方法，其中萃取步驟中含DAP的相通過蒸餾提純或由所 述相沉澱DAP。
11.根據權利要求1-10任一項的方法，其中發酵液來源於微生物在含複合培養基組分 的培養基中的發酵。
12.一種發酵生產DAP的方法，其中產生賴氨酸的微生物在產生賴氨酸以及如果合適 產生DAP的條件下培養且形成的DAP通過使用權利要求1-11任一項的方法分離。
13.根據權利要求12的方法，其中發酵在含複合培養基組分的培養基中進行。
14.根據權利要求12或13的方法，其中產生賴氨酸的微生物包含賴氨酸脫羧酶活性。
15.根據權利要求14的方法，其中產生賴氨酸的微生物包含異源賴氨酸脫羧酶。
16.根據權利要求14或15的方法，其中產生賴氨酸的微生物包含異源賴氨酸脫羧酶基因。
17.根據權利要求12或13的方法，其中含賴氨酸的發酵液與任選固定化的賴氨酸脫羧 酶接觸，從而使賴氨酸脫羧給出DAP。
18.一種製備含DAP的聚合物的方法，其中DAP單體首先發酵產生並通過根據權利要求 1-17任一項的方法分離，然後與至少一種其他共聚單體一起聚合。
19.根據權利要求18的方法，其中共聚單體選自多異氰酸酯以及多元羧酸及其鹽、酯 和酸酐。
20.根據權利要求18或19的方法，其中將至少一種共聚單體加入分離的DAP中，或使 用來自DAP沉澱的DAP和至少一種共聚單體的混合物。
21.根據權利要求20的方法，其中DAP/共聚單體混合物由根據權利要求10的鹽沉澱產生。
22.根據權利要求21的方法，其中共聚單體是多元羧酸。
全文摘要
本發明涉及一種從含1，5-二氨基戊烷(DAP)的發酵液中分離DAP的方法、一種使用所述分離方法發酵生產DAP的方法以及一種使用根據所述方法分離的DAP或發酵生產的DAP生產含DAP的聚合物的方法。
文檔編號C12P13/00GK101981202SQ200980110562
公開日2011年2月23日 申請日期2009年1月23日 優先權日2008年1月23日
發明者B·恩斯特, M·弗爾克特, O·策爾德爾, W·K·鄭 申請人:巴斯夫歐洲公司