專利名稱：一種從厭氧發(fā)酵液中提取丁二酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物化工分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種從丁二酸鹽厭氧發(fā)酵液中提取丁二酸的方法。背景技術(shù)：
丁二酸(Succinic Acid)，又稱琥珀酸，是生物煉制產(chǎn)品工程中最為重要的碳四平臺化合物，在聚酯、橡膠、制藥、食品工業(yè)、防護(hù)涂料、染料和精細(xì)化學(xué)品等產(chǎn)業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。截至2009年底，世界上丁二酸的總產(chǎn)量為3萬噸，預(yù)期到2015年丁二酸產(chǎn)量有望大幅增加達(dá)到18萬噸。目前，丁二酸的工業(yè)合成主要采用丁烷經(jīng)順丁烯二酐的化學(xué)電解法，這種方法污染大，成本高，嚴(yán)重阻礙了丁二酸的規(guī)?；a(chǎn)。與化學(xué)電解法相比，利用 廉價可再生資源(如玉米、木薯和乳清等)作為原料的厭氧生物發(fā)酵法每生產(chǎn)I噸丁二酸可固定O. 37噸的二氧化碳，該工藝具有原子經(jīng)濟性高、過程綠色環(huán)保和可實現(xiàn)低碳減排等特點，受到了美國、日本、韓國和中國等國家學(xué)術(shù)與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。其中，美國能源部已于2004年將丁二酸列為12種最具有發(fā)展?jié)摿Φ幕衔锸孜?。在厭氧發(fā)酵工藝過程中，為了獲得高純度的丁二酸產(chǎn)品必須要將發(fā)酵液中的大量菌體、不溶顆粒、蛋白質(zhì)和色素進(jìn)行有效的脫除。針對丁二酸的分離和純化在諸多專利和文獻(xiàn)中都有所報道，主要包括鈣鹽法、電滲析法、銨鹽結(jié)晶法、離子交換法和膜分離法，這些方法可以單獨或聯(lián)合使用從而達(dá)到令人滿意的分離提純效果。美國專利US5168055報道了在發(fā)酵液中直接加入鈣鹽，與丁二酸根離子形成丁二酸鈣沉淀，而后過濾沉淀、采用硫酸酸化、結(jié)晶析出的方式獲得丁二酸產(chǎn)品的方法。在專利所披露的過程中，由于丁二酸鈣在發(fā)酵液中有較高的溶解度，一次沉淀并不能獲得較高的丁二酸收率，需要采用高溫濃縮的方式進(jìn)一步析出丁二酸鈣；為了脫除丁二酸中的蛋白、色素和金屬離子雜質(zhì)還采用了酸性和弱堿性兩類離子交換柱，這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，分離過程中加入的鈣鹽和硫酸也無法實現(xiàn)回用，造成了大量的原料浪費。US5143834、JP2283289和JP2944157采用電解方法分離獲得丁二酸，具體是將低濃度的丁二酸鹽溶液進(jìn)行電分解，使之成為丁二酸的過飽和溶液和堿液。其中，分離出的堿液可以返回到發(fā)酵池中和丁二酸實現(xiàn)回用。然而，該電解工藝初期投資和運行費用較高，并且只適合電解丁二酸的一價鹽發(fā)酵液，對丁二酸二價鹽發(fā)酵液并不適用。Yun Suk Huh等采用昂貴的三辛胺-正辛醇溶液絡(luò)合萃取丁二酸，該工藝采用毒性較大的三辛胺可能會影響丁二酸的品質(zhì)，而且回收的溶劑再次使用前需脫除其中的蛋白、色素(Process Biochemistry, 2006 年第 41 卷 1461 - 1465 頁)。US5958744 公開了在發(fā)酵液中加入氨水和硫酸調(diào)節(jié)酸堿度，后續(xù)進(jìn)行粗結(jié)晶和甲醇重結(jié)晶獲得丁二酸的方法。該專利中，氨水和硫酸反應(yīng)生成的硫酸銨在300°C高溫條件下熱分解可將氨水和硫酸循環(huán)使用，但在重結(jié)晶過程中使用有毒的甲醇對環(huán)境不友好。US20090234160報道了從包含堿金屬的丁二酸鹽溶液中獲得丁二酸的方法。該工藝?yán)脡A金屬硫酸鹽與丁二酸溶解度隨溫度變化趨勢不同的特點，在堿金屬丁二酸鹽溶液中加入硫酸，高溫結(jié)晶沉淀分離出部分堿金屬硫酸鹽，而后低溫沉淀脫除丁二酸結(jié)晶粗品，最后丁二酸粗品溶解、活性炭脫色、再結(jié)晶和干燥獲得丁二酸產(chǎn)品。然而，該專利中披露的步驟較為繁瑣，堿金屬硫酸鹽可能會影響丁二酸產(chǎn)品的品質(zhì)。CN100445257報道了從厭氧發(fā)酵液中分離獲得丁二酸的方法，包括微濾膜過濾、超濾膜超濾脫蛋白，活性炭脫色、酸化、蒸發(fā)濃縮和結(jié)晶等步驟。在蒸發(fā)濃縮過程中，由于先經(jīng)酸化處理蒸出水中會有大量的甲酸、乙酸存在，這部分水無法回收使用，只能作為廢水排出，排污量較大。在活性炭脫色過程中，活性炭在脫除色素的同時，也會吸附丁二酸，造成丁二酸的損失。除此之外，廢棄活性炭的處理也是無法回避的問題。綜上這些專利和文獻(xiàn)技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，從發(fā)酵液中提取丁二酸存在著投資成本高、分離步驟繁瑣、產(chǎn)品雜質(zhì)多和對環(huán)境不利等問題，影響了生物法丁二酸的工業(yè)化進(jìn)程。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從丁二酸鹽厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法?！N從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，包括以下步驟 1)將丁二酸鹽厭氧發(fā)酵液脫除菌體和大顆粒懸浮物得到發(fā)酵上清液；
2)取發(fā)酵上清液進(jìn)行超濾去除生物大分子，收集超濾后的發(fā)酵液；
3)在收集超濾后的發(fā)酵液中加入雙氧水發(fā)生氧化反應(yīng)，得到澄清的脫色液；
4)將得到的澄清脫色液進(jìn)行減壓濃縮，得到濃縮液；
5)濃縮液在酸性條件下結(jié)晶、過濾、干燥得到丁二酸產(chǎn)品。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中超濾采用截留分子量為2000飛000道爾頓的超濾膜，操作壓力為O. 12 O. 40MPa，操作溫度為1(T40°C。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中超濾后發(fā)酵液與加入的雙氧水質(zhì)量比例為20 100:1，雙氧水濃度為10 50%。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中超濾后發(fā)酵液與雙氧水的反應(yīng)溫度為 20 50°C。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中的減壓濃縮是在溫度為11(T145°C，絕對壓力為O. 02 0. 09MPa的條件下進(jìn)行，濃縮倍數(shù)為4 9倍。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中的酸性條件下結(jié)晶是在脫色后液體中加入酸調(diào)節(jié)PH值至I. 2^4. 5，結(jié)晶析出丁二酸晶體。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中的酸性條件下結(jié)晶優(yōu)選pH值為
2.5 3. 2。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中用于調(diào)節(jié)脫色液體pH的酸為無機酸，比如鹽酸、硫酸，優(yōu)選鹽酸。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中的酸性條件下結(jié)晶是在溫度為(T6°C析出丁二酸晶體。所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中的干燥是在溫度為5(T90°C條件下進(jìn)行。本發(fā)明所述的丁二酸發(fā)酵液由產(chǎn)丁二酸的菌株在pH值為6 7. 5、厭氧條件下發(fā)酵生產(chǎn)，丁二酸在發(fā)酵液中濃度為36. (Γ90. Og/L。本發(fā)明所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，工藝條件溫和，不加入任何有機溶劑及其他有機化合物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法采用綠色無毒的雙氧水作為氧化脫色劑，在脫色過程中自身分解為水和氧氣，不會與丁二酸形成過氧化酸降低丁二酸的收率，而且也不存在活性炭脫色對丁二酸的吸附和廢棄脫色劑的處理問題。除了以上優(yōu)點以外，本發(fā)明所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，其中減壓濃縮前的發(fā)酵液體PH值為6 7. 5，在減壓濃縮過程中的蒸出水不含甲酸、乙酸等酸性組分，可以直接返回到發(fā)酵單元作為溶劑或分離單元作為洗滌用水，實現(xiàn)大量水不需要處理而直接回用。本發(fā)明所述的從厭氧發(fā)酵液提取丁二酸的方法，結(jié)晶、過濾和干燥后得到的丁二酸樣品，一次結(jié)晶丁二酸收率最高可達(dá)84%，丁二酸純度最高可達(dá)99. 5%，氮含量低于200ppm，透光率高于99. 0%。本發(fā)明中丁二酸的純度采用高效液相色譜法分析(參考Process Biochemistry,2006年41卷1461 1465頁)；氮含量采用熒光硫氮分析儀檢測(ASTM D4629標(biāo)準(zhǔn))；產(chǎn)品的色度丁二酸的色度檢測是將本發(fā)明制備的丁二酸配制成10g/L的溶液，在430nm波數(shù)下以純水為參比，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L-2-氨基-3-苯丙酸檢測方法)。
具體實施例方式用以下的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但有必要指出以下實施例只用于對發(fā)明內(nèi)容的進(jìn)一步說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。實施例I
取濃度為36. Og/L的丁二酸厭氧發(fā)酵液4. 0L，在離心機上離心脫除菌體及大顆粒懸浮物得到離心上清液。離心上清液在操作壓力為O. 40MPa和溫度為40°C的條件下通過截留分子量為6000道爾頓的超濾膜,得到超濾后液體4. OL0超濾后液體加入濃度為50%的雙氧水
0.4L，在溫度為20°C的條件下反應(yīng)6小時，得到澄清脫色液。澄清脫色液在溫度110°C、壓力為O. 02MPa的條件下濃縮，得到濃縮后液體O. 44L。在濃縮后液體中加入鹽酸調(diào)節(jié)pH至
1.2，在溫度為0°C條件下，冷卻結(jié)晶10小時，析出針狀晶體。晶體經(jīng)50°C烘干至恒重，重量為116 g，收率為80.6%。丁二酸提取過程檢測結(jié)果見表I。表I丁二酸提取過程分析檢測結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種從厭氧發(fā)酵液中提取丁二酸的方法，包括以下步驟 1)將丁二酸鹽厭氧發(fā)酵液脫除菌體和大顆粒懸浮物得到發(fā)酵上清液； 2)取發(fā)酵上清液進(jìn)行超濾去除生物大分子，收集超濾后的發(fā)酵液； 3)在收集超濾后的發(fā)酵液中加入雙氧水，得到澄清的脫色液； 4)將澄清脫色液進(jìn)行減壓濃縮，得到濃縮液； 5)濃縮液在酸性條件下結(jié)晶、過濾、干燥得到丁二酸產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述超濾采用截留分子量為2000飛000 道爾頓的超濾膜，操作壓力為O. 12 O. 40MPa，操作溫度為1(T40°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的超濾后發(fā)酵液與加入的雙氧水質(zhì)量比例為20 100:1，雙氧水濃度為10 50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的超濾后發(fā)酵液與雙氧水的反應(yīng)溫度為 2(T50°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的減壓濃縮是在溫度為11(T145°C，絕對壓力為O. 02 0. 09MPa的條件下進(jìn)行，濃縮倍數(shù)為4 9倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的酸性條件下結(jié)晶是在脫色后液體中加入酸調(diào)節(jié)PH值至I. 2^4. 5，結(jié)晶析出丁二酸晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述的酸性條件下結(jié)晶pH值為2.5 .3.2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種從厭氧發(fā)酵液中提純丁二酸的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的方法采用綠色無毒的雙氧水作為氧化脫色劑，在脫色過程中自身分解為水和氧氣，不會與丁二酸形成過氧化酸降低丁二酸的收率，而且也不存在活性炭脫色對丁二酸的吸附和廢棄脫色劑的處理問題。
文檔編號C07C51/02GK102952008SQ201110248720
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者劉經(jīng)偉, 陳韶輝, 李澤壯, 李曉強, 楊愛武, 柏基業(yè), 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