一種從丁二酸鹽發酵液中提取高純度丁二酸的方法
2024-01-30 08:08:15
一種從丁二酸鹽發酵液中提取高純度丁二酸的方法
【專利摘要】本發明屬於生物化工分離【技術領域】，公開了一種從丁二酸鹽發酵液中提取高純度丁二酸的工藝。其技術方案包括丁二酸發酵液離心和微濾脫除菌體、大顆粒懸浮物和生物大分子、微濾液體濃縮、濃縮液加入氧化劑氧化脫色、酸性條件結晶、低碳分子有機醇中重結晶和乾燥的過程。在丁二酸濃縮液中加入氧化脫色劑，脫色效果較好，且不會破壞丁二酸鹽的結構。後續進行的重結晶使得產品具有更低的色度和氮含量，保證了丁二酸最終產品的純度。重結晶採用的溶劑可以採用蒸餾的方式循環使用，成本低廉。
【專利說明】-種從T二酸鹽發酵液中提取高純度T二酸的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於生物化工分離【技術領域】，具體涉及的是一種從下二酸鹽發酵液中提取 高純度下二酸的方法。
【背景技術】
[0002] 下二酸是碳四平臺中重要的化合物之一，可W用於生產下二醇、四氨巧喃、生物可 降解聚醋、富馬酸、藥物和染料中間體W及食品添加劑等多種化學品。目前，下二酸主要是 W下焼為原料，經氧化生成順下帰二酢，而後通過加氨、水解和純化等多個步驟的化學法工 藝生產。與化學法相比，利用廉價可再生資源巧日玉米、木墓和乳清等）作為原料的厭氧發 酵法是新興的下二酸生產工藝。該工藝具有原子經濟性高、過程綠色環保和可實現低碳減 排等特點，最近受到了美國、日本、韓國和中國等國家學術與工業界的關注。迄今為止，下 二酸菌株誘變改良、發酵及分離純化工藝有大量的文獻報導。已報導的下二酸最高轉化 率W葡萄糖計為1.78mol/mol葡萄糖，最高發酵濃度為146 g/L (Applied Microbiology and Biotechnology, 2008年81卷459?464頁)。至於生物法生產下二酸的成本，多數研究 者認為後續分離和產品質量是影響其能否對化學法下二酸在成本上構成競爭的關鍵。例 女口，Bechthold等人認為分離及純化的成本佔總成本的60% W上（Qiemical Elngineering Technology, 2008 年 5 卷 64廣654)。
[0003] 下二酸的分離和純化主要包括巧鹽法、電滲析法、饋鹽結晶法、離子交換法和膜分 離法。US5168055報導了在發酵液中直接加入巧鹽，與下二酸根離子形成下二酸巧沉澱，而 後通過沉澱過濾、硫酸酸化、結晶析出的方式獲得下二酸產品的方法。在該專利所披露的 方法中，由於下二酸巧在發酵液中有較高的溶解度，一次沉澱並不能獲得較高的下二酸收 率，需要採用連續高溫濃縮的方式進一步析出下二酸巧；為了脫除下二酸中的蛋白、色素和 金屬離子雜質還採用了酸性和弱鹼性兩類離子交換柱，該些離子交換柱存在著交換容量有 限，再生困難等問題。除此之外，分離過程中加入的巧鹽和硫酸也無法實現回用，造成了大 量的原料浪費。
[0004] US5143834、JP2283289和JP2944157則採用電解方法分離獲得下二酸，具體是將 低濃度的下二酸鹽溶液進行電分解，使之成為下二酸的過飽和溶液和鹼液。其中，分離出的 鹼液可W返回到發酵池用於中和下二酸實現回用。然而，該工藝初期投資和運行費用較高， 並且只適合電解下二酸的一價鹽發酵液，含有二價鹽的下二酸發酵液會對電極有嚴重的破 壞。
[0005] Yun Suk化h等採用昂貴的H辛胺-正辛醇溶液絡合萃取下二酸，該工藝採用毒性 較大的H辛胺可能會影響下二酸的品質，而且回收的溶劑再次使用前需脫除其中的蛋白、 色素等（Process Biochemistry, 2006 年第 41 卷 1461?1465 頁）。
[0006] US20090234160報導了從包含鹼金屬的下二酸鹽溶液中獲得下二酸的方法。該工 藝利用鹼金屬硫酸鹽與下二酸溶解度隨溫度變化趨勢不同的特點，在鹼金屬下二酸鹽溶液 中加入硫酸，高溫結晶沉澱分離出部分鹼金屬硫酸鹽，而後低溫沉澱脫除下二酸結晶粗品， 最後下二酸粗品溶解、活性炭脫色、再結晶和乾燥獲得下二酸產品。該專利中披露的步驟較 為繁瑣，下二酸結晶過程中夾帶的鹼金屬硫酸鹽會影響產品品質。
[0007] CN100445257報導了從厭氧發酵液中分離獲得了二酸的方法，包括微濾膜過濾、超 濾膜超濾脫蛋白、活性炭脫色、酸化、蒸發濃縮和結晶等步驟。在蒸發濃縮過程中，由於先經 酸化處理，蒸出水中會有大量的甲酸、己酸存在，該部分水無法回收使用，只能作為廢水排 出，排汙量較大。在活性炭脫色過程中，活性炭在脫除色素的同時，也會吸附下二酸，造成下 二酸的損失。除此之外，廢棄活性炭的處理也是無法迴避的問題。
[0008] 申請人:在201110248720. 6披露了一種將超濾後的下二酸發酵液與雙氧水反應脫 色，而後濃縮、酸化、結晶和乾燥的方法，該方法儘管不存在廢棄活性碳的處理問題，但乾燥 後的下二酸產品中氮含量在12(T200y g/g，會影響其下遊的應用。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的是提供一種從下二酸鹽厭氧發酵液中提取高純度下二酸的方法。
[0010] 一種從下二酸鹽厭氧發酵液中提取高純度下二酸的方法，包括W下步驟： 1) 將下二酸鹽厭氧發酵液通過離也、超濾脫除菌體、大顆粒息浮物和生物大分子後得 到超濾清液； 2) 對收集的超濾清液進行減壓濃縮，得到濃縮液； 3) 在濃縮液中加入氧化劑發生氧化反應，得到澄清的脫色液； 4) 脫色液在酸性條件下結晶、過濾，得到下二酸粗品； 5) 將下二酸粗品在低碳分子醇溶劑中進行重結晶； 6) 重結晶樣品進行過濾、乾燥，得到下二酸精製產品。
[0011] 所述的從下二酸鹽厭氧發酵液提取高純度下二酸的方法，其中減壓濃縮是在溫度 為8(T125°C，絕對壓力為0. 02^0. 09MPa的條件下進行，濃縮倍數為4、倍。
[0012] 所述的從下二酸鹽厭氧發酵液提取高純度下二酸的方法，其中濃縮液與加入的氧 化劑質量比為5^20:1，氧化劑的質量百分比濃度為1(T40%，反應溫度為40-11(TC。
[0013] 所述的從下二酸鹽厭氧發酵液提取高純度下二酸的方法，其中氧化劑包括莫氧、 次氯酸軸或雙氧水，優選雙氧水。
[0014] 所述的從下二酸鹽厭氧發酵液提取高純度下二酸的方法，其中的酸性條件下結晶 是在脫色液中加入酸，調節抑值至2. (T3. 2,(T6°C下結晶析出下二酸粗品晶體。其中用於 調節脫色液抑的酸包括鹽酸、硫酸，優選鹽酸。
[0015] 所述的從下二酸鹽厭氧發酵液提取高純度下二酸的方法，其中用於重結晶的低碳 分子醇優選為甲醇、己醇或丙醇。
[0016] 所述的從下二酸鹽厭氧發酵液提取高純度下二酸的方法，其中用於重結晶的低碳 分子醇與下二酸粗品質量比為5. (T3. 0:1。
[0017] 本發明方法中，所述的超濾採用截留分子量為200(T6000道爾頓的超濾膜，操作 壓力為0. 12?0. 40MPa，操作溫度為10?4(TC。
[0018] 本發明所述的下二酸發酵液由產下二酸的菌株在抑值為6^7. 5、厭氧條件下發酵 生產，下二酸在發酵液中濃度為36. (T90. Og/L。
[0019] 本發明的方法中，重結晶後的下二酸精品其純度可達99. 8%，氮含量低於70 y g/ g，透光率高於99. 5%。
[0020] 本發明所述的從下二酸鹽厭氧發酵液提取高純度下二酸的方法，工藝條件溫和。 與201110248720. 6相比，本發明所述的方法是在下二酸濃縮液中加入氧化脫色劑，氧化劑 用量少，脫色效果更佳，且後續進行的重結晶使得產品具有更低的色度和氮含量，保證了下 二酸最終產品的純度。最終獲得的下二酸產品可用於聚合原料生產聚下二酸下二醇醋等生 物可降解高分子聚合物。所述的方法中重結晶採用的溶劑可W採用蒸觸的方式循環使用， 成本低廉。
【具體實施方式】
[0021] W下的實施例對本發明作進一步描述，但有必要指出W下實施例只用於對發明內 容的進一步說明，並不構成對本發明保護範圍的限制。
[0022] 本發明的實施例中，下二酸的純度採用高效液相色譜法分析(參考Process Biochemistry, 2006年41卷1461?1465頁);氮含量採用英光硫氮分析儀檢測（ASTM D4629 標準）；產品了二酸的色度檢測是將本發明製備的了二酸配製成lOg/L的溶液，在430nm 波數下W純水為參比，用分光光度計檢測(參考中華人民共和國藥典2000版二部364頁 k2-氨基-3-苯丙酸檢測方法)。
[0023] 實施例1 取濃度為36. Og/L的下二酸厭氧發酵液經過離也和超濾W脫除菌體、大顆粒息浮物和 生物大分子，得到超濾清液4.化。超濾後的液體在溫度12CTC、壓力為0. 09M化的條件下濃 縮，得到濃縮液0. 44L。在濃縮液中加入濃度為40wt%的雙氧水0. 022 L，在llCrC下反應 脫色，得到澄清的脫色液。在脫色液中W鹽酸調節抑至2. 0,在溫度為0C條件下，冷卻結 晶10小時，析出下二酸粗晶體。取下二酸粗晶體lOOg加入甲醇500g進行重結晶，得到的 晶體經5(TC烘乾至恆重，重量為79 g。下二酸提取過程檢測結果見表1。
[0024] 表1下二酸提取過程分析檢測結果
【權利要求】
1. 一種從丁二酸鹽厭氧發酵液中提取高純度丁二酸的方法，包括以下步驟： 1) 將丁二酸鹽厭氧發酵液通過離心、超濾脫除菌體、大顆粒懸浮物和生物大分子得到 超濾清液； 2) 對收集的超濾清液進行減壓濃縮，得到濃縮液； 3) 在濃縮液中加入氧化劑發生氧化反應，得到澄清的脫色液； 4) 脫色液在酸性條件下結晶、過濾，得到丁二酸粗品； 5) 將丁二酸粗品在低碳分子醇溶劑中進行重結晶； 6) 重結晶樣品進行過濾、乾燥，得到丁二酸精製產品。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法中，減壓濃縮是在溫度為 80?125°C，絕對壓力為0. 02?0. 09MPa的條件下進行，濃縮倍數為4?9倍。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法中，濃縮液與加入的氧化劑質量 比為5~20:1，氧化劑的質量百分比濃度為1(T40%，反應溫度為4(Tll(TC。
4. 根據權利要求1或3所述的方法，其特徵在，所述的氧化劑為臭氧、次氯酸鈉或雙氧 水。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的酸性條件下結晶是在脫色液中加 入酸，調節pH值至2. (T3. 2, (T6°C下結晶析出丁二酸粗品晶體。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述的酸為鹽酸或硫酸。
7. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的低碳分子醇為甲醇、乙醇或丙醇。
8. 根據權利要求1或7所述的方法，其特徵在於，所述的低碳分子醇與丁二酸粗品的質 量比為 5. (T3. 0:1。
9. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法中，所述的超濾採用截留分子量 為2000?6000道爾頓的超濾膜，操作壓力為0. 12?0. 40MPa，操作溫度為KT40°C。
10. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的丁二酸發酵液由產丁二酸的菌株 在pH值為6~7. 5、厭氧條件下發酵生產，丁二酸在發酵液中濃度為36. (T90. Og/L。
【文檔編號】C07C51/42GK104513151SQ201310447185
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】劉經偉, 馬江峰, 李澤壯, 陳韶輝, 馬英武, 方曉江, 李曉強, 劉麗娟 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化揚子石油化工有限公司