專利名稱:硫酸銨鹽析法從微生物發(fā)酵液中提取分離1,3-丙二醇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域,涉及到微生物發(fā)酵液的分離技術(shù),特別涉及到從微生物發(fā)酵液中分離1,3-丙二醇的方法。
背景技術(shù):
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(duì)苯二甲酸合成的新型聚酯材料聚對(duì)苯二甲酸丙二酯(PTT)具有許多聚酯材料所不具備的優(yōu)良特性,如尼龍樣的彈性恢復(fù)、抗紫外、臭氧及氮氧化物的著色性、低靜電、低水吸附、全色范圍內(nèi)無(wú)需添加任何特殊化學(xué)品而呈現(xiàn)出的良好的連續(xù)印染性及可生物降解性等。這些都表現(xiàn)出了1,3-丙二醇美好的應(yīng)用前景,但其昂貴的價(jià)格卻阻礙了其應(yīng)用。自從發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇成為可能以來(lái),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(fā)酵液中提取分離1,3-丙二醇,多采用帶菌發(fā)酵液經(jīng)高速離心或經(jīng)膜(如纖維膜)過(guò)濾分離細(xì)胞,然后通過(guò)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(duì)于大宗化工原料的生產(chǎn),存在分離能力較小,分離時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。在發(fā)酵液中直接添加助濾劑/絮凝劑,有助于沉淀部分菌體、核酸和蛋白,但發(fā)酵液中的鹽不會(huì)結(jié)晶而析出,在減壓蒸餾過(guò)程中仍會(huì)形成粘性物質(zhì),阻礙1,3-丙二醇的蒸發(fā)。Baltycka等人Biotechnology Progress(2000,1676-79)公開(kāi)報(bào)導(dǎo)采用反應(yīng)萃取,其一般步驟是,在發(fā)酵液中加入醛,使1,3-丙二醇與醛縮合,脫去有機(jī)相中水后,用鄰二甲苯或甲苯或乙苯萃取,然后通過(guò)水解得到1,3-丙二醇??梢?jiàn),反應(yīng)萃取工藝需要多步操作,由此造成分離效率較低,操作工藝復(fù)雜,操作條件難控制等問(wèn)題使工業(yè)推廣有一定難度,目前此方面的研究仍處在實(shí)驗(yàn)室階段。Malinowski等人在Biotechnology Progress(1999,13(2)127-30)報(bào)道采用液-液萃取方法,但目前離工業(yè)化還有一定距離,存在的問(wèn)題是萃取效率較低,專一性強(qiáng)的萃取劑選擇較為困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇后續(xù)分離純化產(chǎn)品的工藝中存在的一些問(wèn)題,如成本高,分離能力小,以及減壓蒸餾后期出現(xiàn)鹽結(jié)晶和粘性物質(zhì)阻礙餾分蒸發(fā)等問(wèn)題,而提出一種從發(fā)酵液中分離1,3-丙二醇的有效方法,使微生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上可行。
本發(fā)明技術(shù)方案是首先用超濾或離心或絮凝的方法將發(fā)酵液中的菌體除掉,將上清液蒸餾濃縮到原體積的30%~10%,按1∶0.5~1∶0.1的體積比加入硫酸銨(飽和度為30%-100%),通過(guò)沉降或過(guò)濾分離沉淀,取得上清液;將所得上清液繼續(xù)蒸餾,除掉上清液中的水,通過(guò)沉降或過(guò)濾分離沉淀或1000-5000轉(zhuǎn)/分低速離心除去殘留的沉淀物,然后將上清液通過(guò)常壓或減壓蒸餾然后精餾的方法獲得1,3-丙二醇產(chǎn)品。本發(fā)明解決目前發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇分離工藝中存在的難以分離、成本高問(wèn)題,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單,分離成本低,分離時(shí)間短,產(chǎn)品純度高,可廣泛用于從微生物發(fā)酵液中提取分離1,3-丙二醇。
本發(fā)明的效果和益處是克服了目前從微生物發(fā)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(jiǎn)化,成本降低,經(jīng)濟(jì)可行。具體表現(xiàn)在首先用超濾的方法將發(fā)酵液中的菌體100%除掉,并可以將發(fā)酵液中大量的核酸、蛋白、多糖除掉,解決了絮凝沉降不完全,大量沉降濃液還須離心等問(wèn)題。蒸餾出來(lái)的水收集用來(lái)配制培養(yǎng)基和堿液,不僅節(jié)約水資源,而且將蒸發(fā)夾帶的1,3-丙二醇得以回收,減少了產(chǎn)品的損失;加硫酸銨的作用是增加了溶液的離子強(qiáng)度,形成的硫酸銨溶液使鹽析效應(yīng)加強(qiáng),并進(jìn)一步將濃縮液中核酸、蛋白、多糖和部分有機(jī)鹽和無(wú)機(jī)鹽沉淀析出;同時(shí)也解決了減壓蒸餾后期出現(xiàn)的鹽結(jié)晶和粘性物質(zhì)影響1,3-丙二醇蒸發(fā)等問(wèn)題。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)敘述本發(fā)明技術(shù)方案和具體實(shí)施例。
步驟1首先用超濾或離心或絮凝的方法將發(fā)酵液中的菌體除掉,然后將過(guò)膜液蒸餾濃縮到原體積的30%~10%。
步驟2將步驟1)得到的濃縮液,按1∶0.5~1∶0.1的體積比加入硫酸銨(飽和度為30%~100%),然后通過(guò)沉降或過(guò)濾分離沉淀物,得上清液。
步驟3將步驟2)上清液繼續(xù)蒸餾,除掉上清液中的水,然后通過(guò)沉降、過(guò)濾、低速離心(1000~5000轉(zhuǎn)/分)分離殘留的沉淀物,取上清液。
步驟4將步驟3)上清液通過(guò)常壓或減壓蒸餾得到1,3-丙二醇粗產(chǎn)品。
步驟5將步驟4)所得1,3-丙二醇粗產(chǎn)品通過(guò)精餾的方法得到1,3-丙二醇產(chǎn)品。
實(shí)施例本實(shí)施例中所用發(fā)酵液是采用克雷伯氏桿菌(Klebsiella pneumoniae)批式流加甘油發(fā)酵生產(chǎn)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(gòu)自中國(guó)普通微生物菌種保藏中心(CGMCC),菌種保藏號(hào)1.1736。
分離過(guò)程分五步
1)取1000mL發(fā)酵液,采用的超濾膜為日本NIPRO公司的產(chǎn)品,型號(hào)FB-150AGA,有效面積1.5m2,切割分子量5,000道爾頓,膜材料為二乙酸纖維素,可以將發(fā)酵液中的菌體100%除掉,然后在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行減壓蒸餾,真空度為0.095MPa,溫度控制≤60℃,得到的濃縮液的體積為300mL。
2)靜置冷卻到室溫后,加100mL 40%硫酸銨,攪拌后抽濾,得到沉淀物和上清液1。
3)將上清液1繼續(xù)蒸餾,除掉上清液中的水,然后通過(guò)沉降或過(guò)濾或1000~5000轉(zhuǎn)/分低速離心分離殘留的沉淀物,得上清液2。
4)將上清液2通過(guò)減壓蒸餾,真空度為0.095MPa,在油浴中加熱,收集130~150℃的富含1,3-丙二醇的餾分,得1,3-丙二醇粗產(chǎn)品。
5)將1,3-丙二醇粗產(chǎn)品通過(guò)精餾得到純度為95%以上的1,3-丙二醇產(chǎn)品,回收率為85%。
權(quán)利要求
1.硫酸銨鹽析法從微生物發(fā)酵液中提取分離1,3-丙二醇,其特征是1)首先用超濾或離心或絮凝的方法將發(fā)酵液中的菌體除掉;2)將上清液蒸餾濃縮到原體積的30%~10%,按1∶0.5~1∶0.1的體積比加入硫酸銨(飽和度為30%-100%),然后通過(guò)自然沉降、過(guò)濾或低速離心(1000-5000轉(zhuǎn)/分)除去沉淀物,得上清液;3)將2)所得上清液繼續(xù)蒸餾,除掉上清液中的水,然后通過(guò)自然沉降、過(guò)濾或低速離心(1000-5000轉(zhuǎn)/分)除去殘留的沉淀物,得上清液;4)將3)所得上清液通過(guò)減壓或常壓蒸餾得到1,3-丙二醇粗產(chǎn)品;5)將4)所得粗產(chǎn)品通過(guò)精餾的方法得到1,3-丙二醇產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及從發(fā)酵液中提取分離1,3-丙二醇的技術(shù)和方法。本發(fā)明的特征在于首先用超濾或離心或絮凝的方法將發(fā)酵液中的菌體除掉,然后將上清液蒸餾濃縮,按一定比例加入不同飽和度的硫酸銨,通過(guò)沉降或過(guò)濾分離沉淀物,取得上清液;將上清液繼續(xù)濃縮,進(jìn)一步除掉上清液中的水分,再通過(guò)沉降或過(guò)濾或低速離心分離殘留的沉淀物,最后將上清液通過(guò)減壓或常壓蒸餾然后精餾的方法獲得1,3-丙二醇產(chǎn)品。本發(fā)明的效果和益處是解決了目前發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇分離工藝中存在的難以分離、成本高等問(wèn)題。本方法工藝簡(jiǎn)單,分離成本低,分離時(shí)間短,產(chǎn)品純度高,可廣泛用于從微生物發(fā)酵液中提取分離1,3-丙二醇。
文檔編號(hào)C07C31/20GK1974513SQ20061013469
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者修志龍, 張代佳, 李曉暉 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)