一種細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法，包括：（1）在搖蕩或者攪拌通風(fēng)的反應(yīng)體系內(nèi)，以初始底物濃度不超過10g/L糠醛液為反應(yīng)基質(zhì)，接入菌體濃度1.0g/L的氧化葡萄糖酸桿菌進行反應(yīng)；（2）采用半連續(xù)或連續(xù)分批添料的方式向反應(yīng)體系中添加糠醛，控制反應(yīng)體系中的糠醛濃度不高于10g/L，直至糠醛加入總量達到39~40g/L，實時監(jiān)測和調(diào)控pH值不低于3.0；（3）至反應(yīng)體系中糠醛完成消耗時終止反應(yīng)，獲得糠酸液。本發(fā)明不需要采用金屬催化劑或苛刻的酸、堿反應(yīng)條件，且底物糠醛消耗完全和轉(zhuǎn)化率高，糠酸產(chǎn)品純度高、容易分離精制，并且廢水處理簡單。在底物糠醛的消耗率達到100%和產(chǎn)品糠酸轉(zhuǎn)化率超過96%的條件下，產(chǎn)品糠酸濃度超過40g/L。
【專利說明】一種細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及糠酸制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]糠酸,又稱α -呋喃羧酸、2-呋喃甲酸或呋喃甲酸，是一種有機合成中間體，可轉(zhuǎn)化生成酯、酰氯、酸酐、酰胺等衍生物，用于生產(chǎn)2-甲基呋喃，糠酰胺、糠酸酯(鹽)、增塑劑，熱固性樹脂、食品工業(yè)防腐劑、涂料添加劑、香料及合成呋脲青霉素和頭孢噻呋等醫(yī)藥。
[0003]現(xiàn)有報道的糠酸制取方法主要是以糠醛為原料，采用Cannizzaro反應(yīng)、金屬催化法或者電解糠醛法。如中國專利申請200910112526.8采用“一種基于雙極膜技術(shù)同時制備糖醇和糠酸的方法”，以網(wǎng)狀Zn-Ni合金為陰極，鉛電極為陽極，采用高濃度NaOH和MnO2溶液為電解媒介，糠酸最高產(chǎn)率為85%。上述方法存在著糠醛轉(zhuǎn)化不完全、金屬催化劑消耗、糠酸產(chǎn)品分離或者廢水處理的困難。還不能完全滿足使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法，可通過細(xì)胞催化一步將糠醛完成轉(zhuǎn)化成糠酸，同時具有反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)過程的設(shè)備、工藝和操作簡單，化學(xué)品消耗最低、廢水處理與回用方便的優(yōu)勢。
[0005] 技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法，包括以下步驟:
(1)在搖蕩或者攪拌通風(fēng)的反應(yīng)體系內(nèi)，以初始底物濃度不超過10g/L糠醛液為反應(yīng)基質(zhì)，接入菌體濃度不低于1.5 g/L的氧化葡萄糖酸桿菌(Mluconobacter oxydans)進行反應(yīng);
(2)采用半連續(xù)或連續(xù)分批添料的方式向反應(yīng)體系中添加糠醛，控制反應(yīng)體系中的糠醛濃度不高于10 g/L，直至糠醛加入總量達到39~40g/L，實時監(jiān)測和調(diào)控pH值不低于3.0 ；
(3)至反應(yīng)體系中糠醛完成消耗時終止反應(yīng)，獲得糠酸液。
[0006]所制備的糠酸液中，糠酸濃度不低于40g/L。
[0007]步驟(1)中，攪拌轉(zhuǎn)速為220r/min。
[0008]步驟(1)中，初始底物濃度為6.5~7g/L。
[0009]反應(yīng)中，使用碳酸鈣控制反應(yīng)體系ρΗ4.0-7.0。
[0010]所采用的細(xì)胞為氧化葡萄糖酸桿菌，以及以它為出發(fā)菌株的一切遺傳誘變或者基因重組菌株。
[0011]反應(yīng)體系中的底物為含有糠醛或者包括糠醛的任意組合型反應(yīng)底物，產(chǎn)品為糠酸及包括糠醛的任意組合型產(chǎn)物。
[0012]本發(fā)明的制取方法為細(xì)胞催化方法，定向生物催化氧化糠醛分子中的C-1位醛基生物脫氫生成C-1位羧酸根；同時，通過半連續(xù)或連續(xù)添料的操作方式，實現(xiàn)了將糠醛的細(xì)胞毒性控制與產(chǎn)物糠酸濃度提高的有效統(tǒng)一，使底物糠醛的消耗率和產(chǎn)物糠酸的得率均超過95%，產(chǎn)品糠酸濃度超過40g/L，為現(xiàn)有糠醛類生物轉(zhuǎn)化報道的最高水平。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不需要采用金屬催化劑或苛刻的酸、堿反應(yīng)條件，且底物糠醛消耗完全和轉(zhuǎn)化率高，糠酸產(chǎn)品純度高、容易分離精制，并且廢水處理簡單。在底物糠醛的消耗率達到100%和產(chǎn)品糠酸轉(zhuǎn)化率超過96%的條件下，產(chǎn)品糠酸濃度超過40 g/L，具有很好的實用性，易于工業(yè)化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是在搖瓶反應(yīng)體系中半連續(xù)式分批加料條件下細(xì)胞催化糠醛制取糖酸的反應(yīng)歷程圖；圖中，橫座標(biāo)表示反應(yīng)時間(d)，主縱座標(biāo)表示糠醛消耗率和糠酸產(chǎn)率(％)，次縱座標(biāo)表示糠酸濃度和糠醒加入量(g/L)。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0016]實施例1
在250mL具塞三角瓶中，加入50mL糠醛水溶液，糠醛初始濃度為6.5g/L，加入10g/L碳酸鈣控制反應(yīng)體系ρΗ4.0-7.0，將搖瓶轉(zhuǎn)入30°C 土 5的恒溫振蕩培養(yǎng)床，調(diào)節(jié)振蕩攪拌轉(zhuǎn)速為220r/min，接入 活化后的氧化葡萄糖酸桿菌至細(xì)胞濃度為1.0 g/L進行細(xì)胞催化反應(yīng)。
[0017]采用半連續(xù)添料操作方式，每24小時添加6.5 g/L糠醛(基于反應(yīng)液體積)，并添加碳酸鈣控制反應(yīng)體系ρΗ4.0-7.0。至第6天后停止添料，共計添加39g/L糠醛。繼續(xù)反應(yīng)至第10天,停止反應(yīng),反應(yīng)歷程圖如圖1所示；圖中,橫座標(biāo)表示反應(yīng)時間(d),主縱座標(biāo)表示糠醛消耗率和糠酸產(chǎn)率(％)，次縱座標(biāo)表示糠酸濃度和糠醛加入量(g/L) j5GC-MS或者HPLC檢測，底物糠醛被完全消耗，產(chǎn)物糠酸濃度超過40g/L。
[0018]實施例2
在3 L機械通風(fēng)式反應(yīng)罐中，加入1.5 L糠醛液至初始糠醛濃度為7.0 g/L,加入20g/L碳酸鈣調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH 4.0-7.0，維持反應(yīng)體系溫度30°C 土 5、攪拌轉(zhuǎn)速35(T500r/min和通風(fēng)量3~5vvm，保持罐壓為0.01~0.02MPa，接入活化后的氧化葡萄糖酸桿菌至細(xì)胞濃度為1.0g/L進行細(xì)胞催化。
[0019]實時檢測反應(yīng)體系的底物糠醛及產(chǎn)物糠酸濃度，當(dāng)糠醛濃度低于2g/L時自動流加糠醛(純度高于97%)至濃度不高于10g/L。至糠醛加入總用量達到40g/L時，停止流加糠醛繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)至92小時后，糠醛被完全消耗，產(chǎn)品糠酸濃度達到41.5g/L，終止反應(yīng)得到糠酸產(chǎn)品液。
【權(quán)利要求】
1.一種細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在搖蕩或者攪拌通風(fēng)的反應(yīng)體系內(nèi)，以初始底物濃度不超過10g/L糠醛液為反應(yīng)基質(zhì)，接入菌體濃度1.0 g/L的氧化葡萄糖酸桿菌進行反應(yīng)； (2)采用半連續(xù)或連續(xù)分批添料的方式向反應(yīng)體系中添加糠醛，控制反應(yīng)體系中的糠醛濃度不高于10 g/L，直至糠醛加入總量達到39~40g/L，實時監(jiān)測和調(diào)控pH值不低于3.0 ； (3)至反應(yīng)體系中糠醛完成消耗時終止反應(yīng)，獲得糠酸液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法，其特征在于:所制備的糠酸液中，糠酸濃度不低于40g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法，其特征在于:步驟(1)中，攪拌轉(zhuǎn)速為220r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法，其特征在于:步驟(1)中，初始底物濃度為6.5~7g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞催化糠醛制取糠酸的方法，其特征在于:反應(yīng)中，使用碳酸鈣控制反應(yīng)體系ρ Η4.0-7.0。
【文檔編號】C12P17/04GK103911405SQ201410131002
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】徐勇, 瑞切爾·陳 申請人:南京林業(yè)大學(xué)