一種提純長鏈二羧酸的方法與流程

2024-01-31 21:36:15 2

本發明涉及一種提純長鏈二羧酸的方法，特別是從微生物發酵液中獲得高純度長鏈二羧酸的方法。

背景技術：

長鏈二羧酸分子通式為CnH2n-2O4，其中n為10-18，是微生物利用液蠟等發酵而得到的代謝產物。其發酵液是複雜的多相體系，其中含有未反應的碳源、微生物細胞及碎片、未利用的培養基和代謝產物以及微生物的分泌物等，尤其是其中含有大量蛋白質、色素和灰分等雜質，嚴重影響產品的純度和應用，並給該種類二羧酸的提取與精製帶來了困難。

目前提取長鏈二羧酸的方法一般分為溶劑法和水相法。雖然溶劑法可以解決上述問題，但由於溶劑法存在投資大，設備腐蝕嚴重，產品中殘留有溶劑和烷烴以及生產安全性和環境汙染等問題，該方法的使用受到了很大限制。傳統的水相提純方法雖然克服了溶劑法的缺陷，但是其產品純度和收率不能達到較高指標。

CN01142806.6公開的長鏈二羧酸精製方法中，以長鏈二羧酸乾粉為原料，使用丙酮、甲醇和乙醇作溶劑精製長鏈二羧酸。該法首先發酵液中的二羧酸先經活性炭吸附後，再酸化結晶、過濾、水洗和乾燥二羧酸結晶濾餅得到長鏈二羧酸乾粉，然後採用有機溶劑進行精製。該方法精製的原料為含水的濾餅經乾燥後得到二羧酸乾粉，對原料含水量的限制降低了該方法的操作彈性，增加了粗酸乾燥的設備，導致此工藝流程較長，增加了生產成本。而且該方法在獲得二羧酸結晶濾餅之前的鹼性二羧酸鈉鹽的水溶液中及溶劑精製過程中，共進行了兩次活性炭吸附處理，相關領域的技術人員都了解，增加一次活性炭處理過程，會增加設備投資和生產成本，並且活性炭用量與產品的損失是成正比的，活性炭用量越大，產品的收率越低。而且在有機溶劑精製二羧酸時，採用吸附劑一般能達到脫色的要求，但仍較難脫除其中的小分子蛋白，使總氮含量不符合要求。

CN1255483A公開了一種水相法分離二羧酸的方法：將終止發酵液加熱除去未反應的烷烴，再加硅藻過濾除菌；濾液經調pH值得到酸餅和濾液；濾液又加活性炭脫色，然後過濾；又用脫色後的濾液溶解之前得到的酸餅，酸化；最後得到結晶，經烘乾得到二羧酸產品。此方法操作步驟繁瑣，操作成本高，而且二羧酸產品收率太低，純度亦不高，烷烴回收率低。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供了一種提純長鏈二羧酸的方法。本發明方法採用有機溶劑沉澱的方法，有效降低了二羧酸產品中蛋白等雜質的含量，從而得到高純度的二羧酸產品。

本發明一種提純長鏈二羧酸的方法，包括以下內容：

I、將終止發酵液加熱破乳，分離未反應的烷烴；

II、除去菌渣等固體雜質，得到發酵清液；

III、向發酵清液中加入丙酮、乙腈中的至少一種和活性炭，震蕩混合後進行過濾；

IV、將III所得的濾液在加熱蒸發設備中加入無機酸進行酸化，利用酸化過程中加熱可以實現有機溶劑與發酵母液的分離，蒸餾出的有機溶劑冷凝後回收，二羧酸結晶析出，冷卻、過濾、乾燥得到精製的二羧酸產品。

本發明方法中，步驟I所述終止發酵液為微生物利用液蠟發酵而得到的代謝產物，其中含有的二羧酸分子通式為CnH2n-2O4，其中n為10-18，二羧酸可以是單一一種二羧酸，也可以是混合二羧酸。

本發明方法中，步驟II可以採用離心或膜過濾等常規方法和設備進行脫除菌體等雜質的操作。

本發明方法中，優選向發酵清液中先加入活性炭進行吸附，吸附結束後加入丙酮、乙腈中的至少一種，震蕩混合後進行過濾。所述的活性炭優選粉末活性炭，加入量為發酵液理論含酸量的1%~10%，吸附時間為30~60min。丙酮和/或乙腈中的加入量為發酵清液體積的5%~40%。震蕩混合時間20~60min。

本發明方法中，步驟III還可以加入適量的苦味酸，優選和丙酮、乙腈中的至少一種同時加入，加入量為發酵液的理論含酸量的2~5 wt%。苦味酸、丙酮和/或乙腈、活性炭共同作用，提高蛋白等雜質的沉澱效果。

本發明方法中，步驟III所述的過濾優選超濾或納濾設備進行分離。

本發明方法中，步驟IV中所述酸化的pH值為2.0~4.0，加熱溫度為80~95℃，常壓操作條件。冷凝回收的有機溶劑可以重複使用。本發明上述的酸化所用的酸可以是任意濃度的H2SO4、HNO3、HCl或H3PO4。

步驟IV中冷卻結晶溫度一般為使二羧酸充分結晶為止，溫度一般為10℃～30℃。

本發明方法可以獲得高純度的單一種類的二羧酸產品，也可以獲得混合二羧酸產品。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明人發現，雖然終止發酵液在加熱滅活和破乳過程中已將部分蛋白等雜質變性為沉澱，而隨初步過濾而除去，但後續的酸化析出二羧酸過程中，由於pH值的劇烈變化，殘餘的大量水溶性蛋白仍會在酸化的過程中變性，隨二羧酸一併析出，包埋在晶體中因而嚴重影響產品質量。

本發明採用有機溶劑與苦味酸共同沉澱發酵液中未變性的蛋白、核酸等雜質，再通過過濾除去沉澱，使得發酵液中的絕大部分蛋白等雜質得以除去；水溶性的苦味酸可以與蛋白、多糖、核酸等生物分子的鹼性功能團形成複合物而沉澱，而後通過過濾而除去，不會引入另外的雜質。避免了後續酸化時發酵液中殘餘的水溶性蛋白變性析出，影響產品質量，從而得到高純度的二羧酸精產品。本發明方法具有工藝簡單易於實現的特點，產品收率高，在較小的物耗能耗投入下，可以得到純度高、總氮含量低的聚合級產品，更適宜於工業化生產。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步對本發明方法予以說明。

實施例1

以正十二烷烴為底物，利用熱帶假絲酵母發酵生產十二碳二羧酸。發酵結束時二羧酸濃度為150g/L，pH為7.2。取發酵液1000ml，加熱至80℃，靜置至室溫，分去溶液殘留的液蠟，過濾除去菌體，向發酵清液中加入1.5g粉末活性炭，攪拌脫色30min。繼續向發酵清液中加入80ml丙酮，震蕩混合60min，用膜孔徑為10-2μm的濾膜過濾，除去活性炭和蛋白等沉澱，用6M的硫酸調節濾液pH至3，於加熱蒸發裝置中加熱至85℃，蒸餾丙酮溶劑，蒸餾出的丙酮冷凝回收。以15℃/h勻速降至室溫結晶，過濾得二羧酸濾餅，水洗至中性，乾燥濾餅即得到產品。產品質量見表1。

實施例2

以正十二烷烴為底物，利用熱帶假絲酵母發酵生產十二碳二羧酸。發酵結束時二羧酸濃度為158 g/L，pH為7.3。取發酵液1000ml，加熱至90℃，靜置至室溫，分去溶液殘留的液蠟，過濾除去菌體，向發酵清液中加入2.5g粉末活性炭，攪拌脫色40min。繼續向發酵清液中加入200ml乙腈，震蕩混合60min，用膜孔徑為10-2μm的濾膜過濾，除去活性炭和蛋白等沉澱，用10M的硫酸調節濾液pH至4，於加熱蒸發裝置中加熱至90℃，蒸餾乙腈溶劑，蒸餾出的乙腈冷凝回收。

以20℃/h勻速降至室溫結晶，過濾得二羧酸濾餅，水洗至中性，乾燥濾餅即得到產品。產品質量見表1。

實施例3

以正十三烷烴為底物，利用熱帶假絲酵母發酵生產十三碳二羧酸。發酵結束時二羧酸濃度為154.3 g/L，pH為7.5。取發酵液1000ml，加熱至85℃，靜置至室溫，分去溶液殘留的液蠟，過濾除去菌體，向發酵清液中加入5g粉末活性炭，攪拌脫色60min。繼續向發酵清液中加入300ml丙酮和3.2g苦味酸，震蕩混合60min，用膜孔徑為10-3μm的濾膜過濾，除去活性炭和蛋白等沉澱，用8M的硫酸調節濾液pH至2，於加熱蒸發裝置中加熱至95℃，蒸餾丙酮溶劑，蒸餾出的丙酮冷凝回收。以18℃/h勻速降至室溫結晶，過濾得二羧酸濾餅，水洗至中性，乾燥濾餅即得到產品。產品質量見表1。

實施例4

以正十三烷烴為底物，利用熱帶假絲酵母發酵生產十三碳二羧酸。發酵結束時二羧酸濃度為163.0 g/L，pH為7.1。取發酵液1000ml，加熱至90℃，靜置至室溫，分去溶液殘留的液蠟，過濾除去菌體，向發酵清液中加入15g粉末活性炭，攪拌脫色60min。繼續向發酵清液中加入350ml乙腈和8g苦味酸，震蕩混合40min，用膜孔徑為10-3μm的濾膜過濾，除去活性炭和蛋白等沉澱，用7M的硫酸調節濾液pH至3，於加熱蒸發裝置中加熱至90℃，蒸餾乙腈溶劑，蒸餾出的乙腈冷凝回收。以15℃/h勻速降至室溫結晶，過濾得二羧酸濾餅，水洗至中性，乾燥濾餅即得到產品。產品質量見表1。

比較例1

發酵清液中只加入1.5g粉末活性炭，而不加入丙酮，其餘同實施例1。產品質量見表1。

表1 長鏈二羧酸產品質量