專利名稱：一種利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及丁二酸分離純化領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法。
背景技術(shù)：
丁二酸(Succinic Acid)又名琥珀酸，屬于弱酸性二元有機(jī)羧酸，是微生物三羧酸循環(huán)及糖酵解途徑的重要代謝產(chǎn)物，可以采用微生物發(fā)酵法進(jìn)行生產(chǎn)，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，丁二酸在很多領(lǐng)域有著廣泛的用途，可用于合成可降解塑料、醫(yī)藥領(lǐng)域的鎮(zhèn)定劑、食品工業(yè)的食品添加劑、表面活性劑及其它等。除了對(duì)發(fā)酵工藝(US7455997、CN101389752、US6596921)及菌種選育(CN101531972)等方面的探索，丁二酸的分離純化也是發(fā)酵液生產(chǎn)丁二酸的重要研究?jī)?nèi)容。 微生物發(fā)酵液中存在有大量色素分子，如一些微生物代謝產(chǎn)生的糖蛋白和多肽，以及培養(yǎng)基中碳源、氮源中存在的色素分子；如果不能有效除去色素分子，不僅會(huì)影響上下游的分離純化單元操作，還會(huì)影響產(chǎn)品純度。丁二酸的制備成本主要由發(fā)酵過程和分離費(fèi)用組成，其中分離純化的成本占總生產(chǎn)成本的60 %以上，如何降低分離成本、提高純度是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，已經(jīng)出現(xiàn)了一定數(shù)量的專利。目前專利及文獻(xiàn)中報(bào)道的丁二酸的分離純化方法主要有鈣鹽法(CN101643400、US5143834)、液液萃取法(US5773653)、吸附法(CN101348428、CN101348429、CN101811953A)、電滲析法(CN101486637A)、膜分離(CN101748161A)等方法，其中廣泛使用的脫色劑為木質(zhì)活性炭，分為粉末活性碳和顆?；钚蕴?，雖然顆粒活性炭脫色效果很好而且可以再生，但是每噸約15萬元的價(jià)格過于昂貴。粉末活性碳在使用過程中存在諸多弊端，如失效快(< 5個(gè)月)，不可重復(fù)利用，使用過程中存在粉塵，造成后處理困難，發(fā)酵液通過活性碳后引起電導(dǎo)率升高，影響后續(xù)單元操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于將離子交換樹脂應(yīng)用于丁二酸發(fā)酵液脫色領(lǐng)域中。本發(fā)明的再一目的在于提供了一種利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法。根據(jù)本發(fā)明的利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，所述方法包括使用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液脫色的步驟。根據(jù)本發(fā)明的利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，所述方法包括以下步驟I)將丁二酸發(fā)酵液離心除雜，得到不含固形物的丁二酸發(fā)酵液；2)將陽(yáng)離子和陰離子交換樹脂串聯(lián)，并進(jìn)行預(yù)處理；3)在30 50°C下將步驟I)中的丁二酸發(fā)酵液加入步驟2)中的處理后的離子交換樹脂，進(jìn)行脫色，有色物質(zhì)和雜質(zhì)吸附在離子交換樹脂上，得到脫色后的丁二酸發(fā)酵液。根據(jù)本發(fā)明的利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，所述步驟2)中離子交換樹脂包括ZGA455、Z⑶301、ZGA331、NKD301、NKD380、XUS40285、Reillex 425、Reillex 402、IRA-93、IRA-35、AG-3 或 AG-1。根據(jù)本發(fā)明的利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，所述步驟2)中離子交換樹脂的預(yù)處理為將離子交換樹脂浸泡，并依次用4wt% HC1、水、4wt% NaOH和水進(jìn)行處理至流出液為中性。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸進(jìn)行脫色的方法具體的包括以下步驟I)利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸，當(dāng)發(fā)酵液中丁二酸的濃度達(dá)到10 100g/L時(shí)，放罐，放罐后將含有微生物菌體和培養(yǎng)基固形物的發(fā)酵液進(jìn)行離心預(yù)處理，得到不含澄清的丁二酸發(fā)酵液；2)使用含水量為50 60%,濕視密度O. 65 O. 85g/mL,濕真密度I. 03 I. 13g/mL，粒度大于95%，磨后圓球率大于98%，對(duì)丁二酸吸附量小于O. 01mg/g干樹脂的離子交換樹脂，將樹脂填充到串聯(lián)的陽(yáng)離子和陰離子層析柱中，陽(yáng)離子和陰離子交換樹脂進(jìn)行串聯(lián)時(shí)先后順序可以根據(jù)需要進(jìn)行交換，陽(yáng)離子交換樹脂主要用于金屬離子的吸附和有色物質(zhì)，而陰離子交換樹脂主要用于其它陰離子雜質(zhì)和有色物質(zhì)的吸附，其中樹脂裝入量按照樹脂膨脹之后計(jì)算式柱體積的60 90%，將填充床層析柱先用去離子水正洗后反洗；3)將澄清發(fā)酵液在30°C 50°C時(shí)，以I. 5 4. 5BV/h流量泵入離子交換層析柱進(jìn)行脫色，當(dāng)流穿液透光率為進(jìn)樣液的60 80%時(shí)，視為樹脂達(dá)到色素分子最大吸附量，吸附飽和，停止進(jìn)樣，當(dāng)流穿液透光率大于95%時(shí)，可以進(jìn)入其它丁二酸分離純化操作單元進(jìn)一步提純丁二酸；4)脫色后的樹脂使用O. I IOM NaOH, KOH、Na2CO3或K2CO3溶液以2 5BV/h的流量對(duì)處于色素分離飽和吸附的樹脂進(jìn)行洗脫再生，再生后的樹脂使用去離子水沖洗至pH6. O 8. 5,去尚子水淋洗總量為3BV。本發(fā)明克服了常規(guī)離子交換樹脂只能用來進(jìn)行離子交換、分離純化的慣性思維，將離子交換樹脂應(yīng)用到丁二酸發(fā)酵液的脫色領(lǐng)域中，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用離子交換樹脂對(duì)丁二酸的發(fā)酵液進(jìn)行脫色具有良好的效果，同時(shí)還能起到對(duì)丁二酸發(fā)酵液純化的目的。此外，本發(fā)明的發(fā)明人還對(duì)離子交換樹脂對(duì)丁二酸進(jìn)行脫色時(shí)的操作條件進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于丁二酸發(fā)酵液的流速、樹脂的容量以及洗脫劑來說，其脫色的溫度為關(guān)鍵因素，當(dāng)溫度過低于30°C時(shí)，發(fā)酵液經(jīng)過離子交換樹脂的速度很慢，效率很低，達(dá)不到良好的經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)溫度為50°C時(shí)脫色效果達(dá)到最高，溫度過高時(shí)由于樹脂對(duì)有色物質(zhì)吸附能力降低，因此其脫色率降低，因此當(dāng)溫度在30 50°C時(shí)可以達(dá)到最佳的綜合效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、樹脂對(duì)色素具有良好的選擇性吸附，色素容易洗脫，水洗即可，酸洗和堿洗可以實(shí)現(xiàn)樹脂的再生。2、樹脂對(duì)丁二酸沒有吸附或吸附量很少，洗脫液中所含丁二酸濃度少于5g/L。3、樹脂機(jī)械強(qiáng)度大，可以提高進(jìn)樣流速。4、顆粒狀樹脂存在填充間隙，反壓低，發(fā)酵液流穿阻力小。5、發(fā)酵液通過樹脂脫色的同時(shí)，還能起到脫鹽效果，降低發(fā)酵液電導(dǎo)率。6、樹脂再生率大于98%，重復(fù)使用三十次對(duì)色素吸附量降低不超過20%，可以反復(fù)使用。7、使用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色，效果優(yōu)于活性炭脫色，可以節(jié)約分離成本。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例2中以NKD301樹脂對(duì)丁二酸脫色的脫色率隨溫度變化示意圖。
具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例II、丁二酸的發(fā)酵發(fā)酵所選微生物采用琥拍酸放線桿菌(Actinobacillus succinogenes),又名130ZT，保存于美國(guó)菌種保藏中心(ATCC)，編號(hào)ATCC55618。培養(yǎng)基的配制保存培養(yǎng)基和活化培養(yǎng)基為營(yíng)養(yǎng)豐富的TSB培養(yǎng)基；種子培養(yǎng)基配方(單位g/L)葡萄糖10，酵母粉6，NaCl 1，MgCl2 2，CaCl2 I. 5，Na2HPO4 2. 9，NaH2PO4 2. 2 ;種子培養(yǎng)基配方(單位g/L)葡萄糖 30，酵母粉 15，尿素 2，KCl 4，MgCl2 2，MnCl2O. 07，CaCl2L 5，Na2HPO4 4. 4，NaH2PO4 3. 3。調(diào)節(jié)PH值為6. 4 6. 9，121°C滅菌30分鐘。無菌操作條件下，在發(fā)酵液中加入種子液，接種量的體積百分比為5 7%，此時(shí)琥珀酸量為0，開啟攪拌，生物反應(yīng)器攪拌槳的轉(zhuǎn)速為125rpm 150rpm，通入過濾除菌的二氧化碳?xì)怏w，氣體流速> O. 2vvm,在37 39°C條件下發(fā)酵。表I產(chǎn)丁二酸放線桿菌分批發(fā)酵結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，其特征在于，所述方法包括使用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液脫色的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 1)將丁二酸發(fā)酵液離心除雜，得到不含固形物的丁二酸發(fā)酵液； 2)將陽(yáng)離子和陰離子交換樹脂串聯(lián)，并進(jìn)行預(yù)處理； 3)在30 50°C下將步驟I)中的丁二酸發(fā)酵液加入步驟2)中的處理后的離子交換樹月旨，進(jìn)行脫色，有色物質(zhì)和雜質(zhì)吸附在離子交換樹脂上，得到脫色后的丁二酸發(fā)酵液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，其特征在于，所述離子交換樹脂包括ZGA455、Z⑶301、ZGA331、NKD301、NKD380、XUS40285、Reillex 425、Reillex 402、IRA-93、IRA-35、AG-3 或AG-1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，其特征在于，所述步驟2)中離子交換樹脂的預(yù)處理為將離子交換樹脂浸泡，并依次用4wt%HCl、水、4wt% NaOH和水進(jìn)行處理至流出液為中性。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，其特征在于，所述步驟2)中離子交換樹脂的裝入量為樹脂膨脹后計(jì)算式柱體積的60 90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，其特征在于，所述步驟3) 丁二酸發(fā)酵液的流量為I. 5 4. 5BV/h。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，其特征在于，所述方法包括將步驟3)中的離子交換樹脂用堿液進(jìn)行洗脫，再用去離子水沖洗至pH5. 0 8. 5，實(shí)現(xiàn)樹脂的再生的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法，其特征在于，所述堿液為NaOH、KOH、Na2CO3或K2CO3,其濃度為0. I 10M，流量為2 5BV/h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法。本發(fā)明的利用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液進(jìn)行脫色的方法包括使用離子交換樹脂對(duì)丁二酸發(fā)酵液脫色的步驟；具體的包括以下步驟1)將丁二酸發(fā)酵液離心除雜，得到不含固形物的丁二酸發(fā)酵液；2)將陽(yáng)離子和陰離子交換樹脂串聯(lián)，并進(jìn)行預(yù)處理；3)在30～50℃下將步驟1)中的丁二酸發(fā)酵液加入步驟2)中的處理后的離子交換樹脂，進(jìn)行脫色，有色物質(zhì)和雜質(zhì)吸附在離子交換樹脂上，得到脫色后的丁二酸發(fā)酵液。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)樹脂對(duì)色素具有良好的選擇性吸附，色素容易解離，水洗即可，酸洗和堿洗可以實(shí)現(xiàn)離子交換樹脂的再生。
文檔編號(hào)C07C55/10GK102617325SQ20111002975
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者宋子煜, 張?jiān)苿? 李強(qiáng), 王丹, 邢建民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所