CN101492366B

CN101492366B - 从发酵液中提取富马酸的方法

Info

Publication number: CN101492366B
Application number: CN2009100681083A
Authority: CN
Inventors: 万屹东; 顾松林; 华文松; 陆瑾连; 芮新生
Original assignee: CHANGMAO BIOCHEMICAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: CHANGMAO BIOCHEMICAL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: CN101492366A

Abstract

本发明公开了一种从发酵液中提取富马酸的方法，由如下步骤组成：(1)将富马酸钠发酵液通过微滤膜进行错流过滤；(2)将滤液通过超滤膜进行错流过滤，得到澄清的滤液；(3)将澄清的滤液通过蒸发器浓缩；(4)降温，加入无机酸调节pH小于4.0，得到酸化液；(5)将酸化液通过离心机过滤，固体用水洗涤； (6)将洗涤后的固体通过流化床烘干；将烘干产生的蒸汽尾气用于所述步骤(3)滤液通过蒸发器浓缩前的预加热。本发明的方法降低了能耗和劳动强度，杂质有机酸和富马酸有效的得到了分离，同时避免产生大量废水。蒸汽尾气得到了综合利用，工艺过程条件温和，不添加任何有机溶剂，工艺流程简单，对设备要求不高，产品纯度高。

Description

从发酵液中提取富马酸的方法

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，涉及一种从发酵液中提取富马酸的方法。

背景技术

富马酸又名延胡索酸，化学名称为反丁烯二酸或反-1，2-乙烯二羧酸，富马酸是一种重要的有机基本化工原料和精细化工产品。在食品领域，富马酸可作为食品酸味剂并起着防腐剂和抗氧化剂的作用，工业级富马酸主要用于生产不饱和聚酯树脂和醇酸树脂，以及用作生产电泳漆的原料。富马酸的衍生物应用广泛。例如富马酸二辛酯和富马酸二异辛酯为内增塑剂。富马酸作为一种重要的四碳平台化合物，可采用酶催化转化、酯化、加氢等工艺生产L-天冬氨酸、苹果酸、琥珀酸、马来酸、1，4-丁二醇、丁内酯、和四氢呋喃等四碳化合物。富马酸在药物生产中的应用更加广泛，它可用于生产解毒药二巯基丁二酸钠；治疗人体小红血球贫血病的富马酸亚铁；临床使用的止痛药物富马酸异呱丙毗仑；新型的抗变态反应药物富马酸酮替芬等。

富马酸的合成方法主要有化学法和发酵法。目前工业上主要采用顺酐异构化和糠醛氧化等以化学法合成富马酸为主，由于顺酐的原料主要是苯和丁烷等不可再生的石油资源，原料受到了限制，并且对环境的污染较大，由于原料的特性使得通过这种方法制备的富马酸品质达不到食品级或饲料级的要求。使得富马酸的广泛应用也受到限制。虽然糠醛可由植物原料水解得到，但是工艺副反应多，后处理困难，成本高。

微生物发酵生产富马酸的原料为可再生资源，如玉米浆、甘蔗、葡萄糖、木质纤维等，发酵法操作条件温和，环境污染小，可持续发展性强，此外，发酵工程中吸收CO₂，发酵法生产的富马酸纯度高且副产物无毒无害，符合食品级的要求。因此从环保和资源的利用上来看，发酵法生产富马酸是一种新兴、很有发展潜力的绿色工艺。微生物发酵法制备富马酸的常用菌种为根霉菌，如米根霉、少根霉、无根根霉以及黑根霉等。美国专利US4877731公开了一种通过分阶段溶氧控制策略发酵R.arrhizus利用葡萄糖生产富马酸的方法，Tsao教授等利用米根霉发酵产富马酸的方法(Bioprocess Biosyst Eng，2002，25：179-181)，中国专利CN101240259A公开了一种工程菌Escherichia coli JM125生产富马酸的方法；中国专利CN101100645A公开了一种用米根霉(Rhizopus Oryzae)ME-F11生产富马酸的方法。目前，微生物发酵法生产富马酸的方法中，糖酸的转化率最高的只有85％。富马酸的产量只占总酸产量的90％左右，发酵液中同时含有琥珀酸、苹果酸、α-酮戊二酸等多种有机酸。因此将微生物发酵液中的富马酸进行后处理和提纯的研究具有重要意义。

从发酵液中提取富马酸最传统的方法有活性炭过滤法、溶剂萃取法和电渗析法。但是由于活性炭对于含双键物质的强烈吸收，造成了富马酸的极大损失，对活性炭的处理也会造成较大的环境污染。溶剂萃取法在提取的过程中需消耗大量昂贵的有机溶剂烷基化三膦，导致提纯成本较高，残留溶剂的毒性也会对食品级及医药级产品的质量有不良影响，同时该法还不适合高强离子强度的发酵液体系。。电渗析法在操作过程中产生的水电离易和发酵液中钙镁等金属离子结合在膜上形成垢，降低电渗析膜的使用效果和寿命，，同时较强的反向对流使该过程不能达到高收率。以上方法均具有一定的局限性，难以实现产业化应用。

George T.Tsao等人于1996年在Applide and Environmental Microbiology发表了利用R.oryzae具有自我固定的特性，设计了一种旋转生物膜接触器偶联吸附柱的装置从米根霉的发酵液中吸附收集富马酸的方法。但是该方法的发酵液中富马酸浓度较低，树脂的吸附能力未能得到有效利用，从而使得发酵工程中树脂的使用量相对增加，能耗和物耗较大，树脂的再生需会产生大量的废水，同样不适合工业生产。

中国专利CN101235394A公开了一种中空纤维膜过滤、纳滤浓缩和离子交换吸附耦合技术分离提取富马酸的方法。该方法在分离过程中需要精确控制溶液的酸度；虽然提高了树脂的利用率，但从大孔树脂洗脱富马酸时需要大量的碱溶液，树脂的再生也会产生大量的废水，对环境不友好；由于树脂对于琥珀酸和苹果酸同样具有吸附能力，因此无法有效分离琥珀酸和苹果酸等杂质有机酸。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种从发酵液中提取富马酸的方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种从发酵液中提取富马酸的方法，由如下步骤组成：

(1)将通过微生物发酵法生产的富马酸钠发酵液在0.03～0.3MPa，10～60℃，通过孔径为0.1～0.5um的微滤膜进行错流过滤，浓缩倍数为15～25倍，洗水量为发酵液体积的1％～20％，截留除去菌体和其他颗粒较大的杂质颗粒；

(2)将经步骤(1)得到的滤液在0.03～0.3MPa，20～60℃，通过截留分子量为3000～120000的超滤膜进行错流过滤，浓缩倍数20～40倍，洗水量为发酵液体积的1％～20％，截留除去发酵液中残留的蛋白质，得到澄清的滤液；

(3)将所述澄清的滤液通过蒸发器浓缩，浓缩倍数为2～10；

(4)将浓缩液降温至20～60℃，加入无机酸调节pH小于4.0，得到酸化液；

(5)将所述酸化液通过离心机过滤，固体用水洗涤，洗涤用水量为所述发酵液体积的0.1％～5％，由于琥珀酸和苹果酸等杂质有机酸在水中的溶解度较大，通过离心机过滤有效的除去了发酵液中的杂质有机酸；

(6)将洗涤后的固体通过流化床在40～100℃烘干；将烘干产生的蒸汽尾气用于所述步骤(3)滤液通过蒸发器浓缩前的预加热。

所述步骤(3)所述蒸发器为一效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器或四效蒸发器，优选的是四效蒸发器。

所述步骤(4)所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸，优选硫酸。

优选的pH为2.0。

本发明所用的发酵液是由葡萄糖、蔗糖、玉米淀粉水解糖浆、农作物秸秆木质纤维素水解糖浆或甜高粱秸杆糖浆为原料发酵得到的含富马酸钠的发酵液。

本发明的方法由于采用了微滤膜和超滤膜，可以除去发酵液中的菌体、颗粒较大的杂质颗粒和蛋白质，过滤液清澈。质量明显优于常规发酵液处理采用的离心、絮凝及压滤方法，并且操作过程无高速运转部件，降低了能耗和劳动强度。通过将蒸发、酸化、离心和烘干的有效结合，使得杂质有机酸和富马酸有效的得到了分离，同时避免了利用树脂吸附富马酸而产生的大量废水。将烘干产生的蒸汽尾气得到了综合利用，蒸汽的利用率得到了提高。本发明各工序之间串联紧密，料液始终在密闭的条件下循环，整个工艺过程条件温和，不添加任何有机溶剂，工艺流程简单，对设备要求不高，最后的产品纯度高，经检测分析富马酸含量大于99.0％。

附图说明

图1从发酵液中提取富马酸的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

从发酵液中提取丁富马酸的方法，由下述步骤组成：

将5000L微生物发酵法生产的含富马酸40.6g/L的富马酸钠发酵液通过孔径为0.1um的微滤膜进行错流过滤，除去菌体及颗粒杂质，操作压力0.12MPa，温度30℃，浓缩倍数为19倍，洗水量为250L，微滤后的清液经截留分子量为80000的超滤膜错流过滤，除去发酵液中残留的蛋白质，操作压力0.1MPa，温度40℃，浓缩倍数30倍，洗水量为400L，得到澄清的滤液，澄清的滤液经四效蒸发，浓缩倍数5倍，浓缩液降温至30℃，用硫酸调整浓缩液的pH值为2.0，酸化液离心，固体用50L水洗涤，固体用流化床在100℃烘干3小时，得到189.2Kg白色的富马酸成品，收率93.2％。

实施例2

从发酵液中提取富马酸的方法，由如下步骤组成：

(1)将通过微生物发酵法生产的富马酸钠发酵液在0.03MPa，60℃，通过孔径为0.5um的微滤膜进行错流过滤，浓缩倍数为15倍，洗水量为发酵液体积的1％，截留除去菌体和其他颗粒较大的杂质颗粒；

(2)将经步骤(1)得到的滤液在0.03MPa，60℃，通过截留分子量为120000的超滤膜进行错流过滤，浓缩倍数20倍，洗水量为发酵液体积的1％，截留除去发酵液中残留的蛋白质，得到澄清的滤液；

(3)将所述澄清的滤液通过蒸发器浓缩，浓缩倍数为6；

(4)将浓缩液降温至60℃，加入磷酸调节pH为3.9，得到酸化液；

(5)将所述酸化液通过离心机过滤，固体用水洗涤，洗涤用水量为所述发酵液体积的0.1％；

(6)将洗涤后的固体通过流化床在100℃烘干；将烘干产生的蒸汽尾气用于所述步骤(3)滤液通过蒸发器浓缩前的预加热。

实施例3

从发酵液中提取富马酸的方法，由如下步骤组成：

(1)将通过微生物发酵法生产的富马酸钠发酵液在0.3MPa，30℃，通过孔径为0.1um的微滤膜进行错流过滤，浓缩倍数为25倍，洗水量为发酵液体积的20％，截留除去菌体和其他颗粒较大的杂质颗粒；

(2)将经步骤(1)得到的滤液在0.2MPa，50℃，通过截留分子量为3000的超滤膜进行错流过滤，浓缩倍数40倍，洗水量为发酵液体积的20％，截留除去发酵液中残留的蛋白质，得到澄清的滤液；

(3)将所述澄清的滤液通过二效蒸发器浓缩，浓缩倍数为2；

(4)将浓缩液降温至30℃，加入硝酸调节pH为2.0，得到酸化液；

(5)将所述酸化液通过离心机过滤，固体用水洗涤，洗涤用水量为所述发酵液体积的5％。

(6)将洗涤后的固体通过流化床在60℃烘干；将烘干产生的蒸汽尾气用于所述步骤(3)滤液通过蒸发器浓缩前的预加热。

实施例4

从发酵液中提取富马酸的方法，由如下步骤组成：

(1)将通过微生物发酵法生产的富马酸钠发酵液在0.1MPa，10℃，通过孔径为0.3um的微滤膜进行错流过滤，浓缩倍数为20倍，洗水量为发酵液体积的10％，截留除去菌体和其他颗粒较大的杂质颗粒；

(2)将经步骤(1)得到的滤液在0.3MPa，20℃，通过截留分子量为10000的超滤膜进行错流过滤，浓缩倍数30倍，洗水量为发酵液体积的10％，截留除去发酵液中残留的蛋白质，得到澄清的滤液；

(3)将所述澄清的滤液通过三效蒸发器浓缩，浓缩倍数为10；

(4)将浓缩液降温至20℃，加入盐酸调节pH小于1.0，得到酸化液；

(5)将所述酸化液通过离心机过滤，固体用水洗涤，洗涤用水量为所述发酵液体积的2％；

(6)将洗涤后的固体通过流化床在40℃烘干；将烘干产生的蒸汽尾气用于所述步骤(3)滤液通过蒸发器浓缩前的预加热。

Claims

1.一种从发酵液中提取富马酸的方法，其特征是由如下步骤组成：

(3)将所述澄清的滤液通过蒸发器浓缩，浓缩倍数为2～10；

(5)将所述酸化液通过离心机过滤，固体用水洗涤，洗涤用水量为所述发酵液体积的0.1％～5％；

2.根据权利要求1所述的一种从发酵液中提取富马酸的方法，其特征是所述步骤(3)所述蒸发器为一效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器或四效蒸发器。

3.根据权利要求2所述的一种从发酵液中提取富马酸的方法，其特征是所述蒸发器为四效蒸发器。

4.根据权利要求1所述的一种从发酵液中提取富马酸的方法，其特征是所述步骤(4)所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸。

5.根据权利要求4所述的一种从发酵液中提取富马酸的方法，其特征是所述无机酸为硫酸。

6.根据权利要求1所述的一种从发酵液中提取富马酸的方法，其特征是所述步骤(4)所述pH为2.0。