CN102482693A - 用于分离和回收c4二羧酸的工艺 - Google Patents

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CN102482693A CN2010800387809A CN201080038780A CN102482693A CN 102482693 A CN102482693 A CN 102482693A CN 2010800387809 A CN2010800387809 A CN 2010800387809A CN 201080038780 A CN201080038780 A CN 201080038780A CN 102482693 A CN102482693 A CN 102482693A
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    • C07C51/487—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by treatment giving rise to chemical modification

Abstract

本发明涉及用于分离和回收C4二羧酸的工艺，包括：(a)对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐；和(b)对所得的浓缩物进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。

Description

用于分离和回收C4二羧酸的工艺
发明背景
技术领域
本发明涉及用于分离和回收包含C4二羧酸的盐的水溶液中的C4二羧酸的工艺。
背景技术
有机酸在多种工业中具有悠久历史的商业使用。举例而言，有机酸用于食品和饲料工业(柠檬酸、抗坏血酸、乳酸、乙酸和葡糖酸)，作为用于产生多种聚合物的单体(肥酸、乳酸、丙烯酸和衣康酸)，作为金属螯合剂(葡糖酸)和作为“绿色”溶剂(乙酸)(Sauer等，2008，Trends in Biotechnology 26：100-108)。有机酸自身可为商业产品或其可为用于制造其他化学品的化学构件(buildingblock)。除了专门用途之外，长久以来公认C4二羧酸亦可充当构件化合物以供产生大体积的工业化学品，如1，4-丁二醇，四氢呋喃和γ-丁内酯。由于石油衍生构件的高成本，通过传统石油化学途径产生这些大体积工业化学品的成本显著增加。
有机酸在商业上是通过从石油衍生原料的化学合成(例如，延胡索酸、苹果酸、丙烯酸和肥酸)或通过微生物发酵(例如柠檬酸、乳酸、葡糖酸和衣康酸)产生的。一些有机酸如延胡索酸和苹果酸亦可通过微生物发酵来产生，但由于更低的生产成本，目前在商业上仍通过化学合成从石油化学原料产生。然而，石油衍生构件化学品的成本的日益升高，地缘政治的不稳定性对原油价格的影响，以及对实施利用来源于可再生资源的原料的制造工艺的需要，促使人们对通过微生物发酵产生有机酸和其他化学品再次产生了兴趣。
已对通过发酵微生物产生C4二羧酸(例如琥珀酸、苹果酸和延胡索酸)进行了彻底地研究。已开发了几种细菌以供通过发酵产生琥珀酸(Song和Lee，2006，Enzyme and Microbial Technology 39：352-361)。延胡索酸可使用丝状真菌米根霉(Rhizopus oryzae)产生(Engel等，2008，Appl.Microbiol.Biotechnol.78：379-389)。苹果酸已在基因工程的酵母(酿酒酵母(Saccharomyces cerevisia))(Zelle等，2008，Appl.Environ.Microbiol.74：2766-2777)和天然存在的丝状真菌如曲霉属种(Aspergillus spp.)(Magnason and Lasure，2004，In：Advances inFungal Biotechnology for Industry，Agriculture，and Medicine；Abe等，1962，U.S.Patent No.3,063,910；Bercovitz等，1990，Appl.Environ.Microbiol.56：1594-1597)中以高水平产生。Abe等(美国专利号3,063,910)和Bercovitz等(1990，Appl.Environ.Microbiol.56：1594-1597)报道了在几种曲霉属种中高水平的苹果酸产生，而Battat等(1991，Biotechnol.Bioengineering，37：1108-1116)报道了在优化条件下在搅拌的发酵罐中由黄曲霉(Aspergillus flavus)产生了高至113g/L的苹果酸。
通过基因工程在微生物中改善C4二羧酸的产生会使得通过发酵能够低成本地产生酸。然而，在本领域中仍有对改善的用于从水溶液，例如发酵液分离和回收C4二羧酸的需要。
本发明提供了用于分离和回收包含C4二羧酸的盐的水溶液中C4二羧酸的游离酸的工艺。
发明内容
本发明涉及用于分离和回收C4二羧酸的工艺，包括：
(a)对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析(concentratingelectrodialysis)以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐；和
(b)对所得的浓缩物进行双极膜(bipolar membrane)电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。
本发明还涉及用于分离和回收C4二羧酸的盐的工艺，包括：对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐。
本发明还涉及用于分离和回收C4二羧酸的方法，包括：对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。
附图说明
图1显示了在浓缩电渗析过程中，稀释槽内的电导率。
图2显示了在浓缩电渗析过程中，盐水槽内的电导率。
图3显示了酸槽的pH对时间。
图4显示了酸槽内电导率的下降。
发明详述
本发明涉及用于分离和回收C4二羧酸(例如苹果酸)的工艺，包括：(a)对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐；和(b)对所得的浓缩物进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。
本发明的工艺是高收率的，允许从C4二羧酸的盐分离中性成分(例如葡萄糖)，无废流出液(waste effluent)，并允许工艺中产生的氢氧化钠重新循环回发酵中以供pH控制。本发明的工艺可去除在发酵过程中有时出现的大量颜色，使得本工艺为用于同时脱色处理的方便方法。
本发明还涉及用于分离和回收C4二羧酸的盐的工艺，包括：对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐。
本发明还涉及用于分离和回收C4二羧酸的工艺，包括：对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。
在本文中，提及“约”某值或某参数，包括针对该值或参数本身的情况。举例而言，体积“约X”的描述包括“X”的情况。
如用于本文中和所附的权利要求中，单数形式“一个/一种”(“a”，“an”)和“所述/该”(“the”)亦指复数，除非上下文明确地指示并非如此。应理解本文中所述的本发明的各方面包括“由...组成”和/或“基本上由...组成”的情况。
除非另行定义或由上下文明确指出，本文中使用的所有科技术语均具有与本发明所属的领域一般技术人员通常理解的含意相同的含意。
C4二羧酸及其盐
在本发明的工艺中，所述C4二羧酸可为任何C4二羧酸。在一个方面，所述C4二羧酸是苹果酸。在另一个方面，所述C4二羧酸是琥珀酸。在另一个方面，所述C4二羧酸是延胡索酸。在另一个方面，所述C4二羧酸是包含两种或更多种C4二羧酸(例如苹果酸和琥珀酸；苹果酸和延胡索酸；琥珀酸和延胡索酸；或葡糖酸、琥珀酸和延胡索酸)的混合物的水性组合物的一部分。
C4二羧酸的盐可为任何适用于本发明工艺的盐。C4二羧酸的盐由C4二羧酸的共轭碱和阳离子组成。所述阳离子可为任何可在电渗析过程中用作C4二羧酸的反离子的一价或二价阳离子。优选一价阳离子，因为其在电渗析过程中具有更佳的跨过离子交换膜的离子迁移率。可使用二价阳离子，但其可能更易于导致膜的污损(membrane fouling)。在一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子为碱金属(例如锂、钠、钾)。在一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子为钠。在另一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子为钾。在另一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子为锂。在另一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子为碱土金属(例如镁，钙)。在一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子是镁。在另一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子是钙。在另一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子是有机阳离子。在另一个方面，所述C4二羧酸盐的阳离子是多原子的(例如，铵)。在一个方面，所述C4二羧酸盐是包含任何两种或更多种C4二羧酸盐(例如，任何两种或更多种本文中提及的C4二羧酸盐，如钠盐和钾盐)的水性组合物的一部分。在另一个方面，发酵pH是用一种碱控制的，仅产生一种C4二羧酸的盐。该碱可为，例如氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵。
包含所述C4二羧酸的盐的水溶液可为任何水溶液。在一个方面，所述水溶液为全发酵液(whole fermentation broth)。在另一个方面，所述水溶液为不含细胞的发酵液。所述不含细胞的发酵液是经过滤的溶液，其中去除了大部分细胞碎片和颗粒物质(例如，去除了大于50％，大于75％，大于85％，大于90％，大于95％或大于98％的细胞碎片和颗粒物质)。
可使用本领域中已知的几种发酵方法用微生物来产生C4二羧酸(参见，例如Song和Lee，2006，Enzyme and Microbial Technology 39：352-361；Engel等，2008，Appl.Microbiol.Biotechnol.78：379-389；Zelle等，2008，Appl.Environ.Microbiol.74：2766-2777；Magnason and Lasure，2004，In：Advances in FungalBiotechnology for Industry，Agriculture，and Medicine；Abe等，1962，美国专利号3,063,910；Bercovitz等，1990，Appl.Environ.Microbiol.56：1594-1597)。所述微生物可为任何微生物，例如原核生物或真核生物，和/或任何细胞(例如任何丝状真菌细胞，如米曲霉(Aspergillus oryzae))，其能够如下所述重组产生C4二羧酸。
所述微生物可为任何革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌。革兰氏阳性细菌包括但不限于：芽孢杆菌属(Bacillus)，梭菌属(Clostridium)，肠球菌属(Enterococcus)，地芽孢杆菌属(Geobacillus)，乳杆菌属(Lactobacillus)，乳球菌属(Lactococcus)，海洋芽孢杆菌属(Oceanobacillus)，葡萄球菌属(Staphylococcus)，链球菌属(Streptococcus)和链霉菌属(Streptomyces)。革兰氏阴性细菌包括但不限于：弯曲杆菌属(Campylobacter)，大肠杆菌(E.coli)，黄杆菌属(Flavobacterium)，梭杆菌属(Fusobacterium)，螺杆菌属(Helicobacter)，泥杆菌属(Ilyobacter)，奈瑟氏菌属(Neisseria)，假单胞菌属(Pseudomonas)，沙门氏菌属(Salmonella)和脲原体属(Ureaplasma)。
所述微生物可为任何芽孢杆菌细胞，包括但不限于嗜碱芽孢杆菌(Bacillusalkalophilus)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、短芽孢杆菌(Bacillus brevis)、环状芽孢杆菌(Bacillus circulans)、克劳氏芽孢杆菌(Bacillusclausii)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus)、灿烂芽孢杆菌(Bacillus lautus)、迟缓芽孢杆菌(Bacillus lentus)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)细胞。所述细菌微生物亦可为任何链球菌细胞，包括但不限于似马链球菌(Streptococcusequisimilis)、酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)、乳房链球菌(Streptococcusuberis)和马链球菌兽瘟亚种(Streptococcus equi subsp.Zooepidemicus)。所述细菌微生物亦可为任何链霉菌属细胞，包括但不限于不产色链霉菌(Streptomycesachromogenes)、除虫链霉菌(Streptomyces avermitilis)、天蓝链霉菌(Streptomycescoelicolor)、灰色链霉菌(Streptomyces griseus)和浅青紫链霉菌(Streptomyceslividans)。
所述微生物还可以是真核生物，如哺乳动物、昆虫、植物或真菌细胞。
在一个方面，所述微生物是真菌细胞。“真菌”用在本文包括以下门：子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)和接合菌门(Zygomycota)(如由Hawksworth等，于Ainsworth and Bisby’sDictionary of The Fungi，第八版，1995，CAB International，University Press，Cambridge，UK中所定义)以及卵菌门(Oomycota)(如Hawksworth等，1995，见上，171页中所引用)，和所有有丝分裂孢子真菌(mitosporic fungi)(Hawksworth等，1995，见上)。
在一个方面，所述微生物是酵母细胞。“酵母”用在本文包括产子囊酵母(ascosporogenous yeast)(内孢霉目(Endomycetales))、产担子酵母(basidiosporogenous yeast)和属于半知菌类(Fungi Imperfecti)(芽孢纲(Blastomycetes))的酵母。由于酵母的分类在未来可能改变，就本发明而言，会将酵母定义为如Biology and Activities of Yeast(Skinner，F.A.，Passmore，S.M.，和Davenport，R.R.编，Soc.App.Bacteriol.Symposium Series No.9，1980)中所述。
所述微生物可为假丝酵母属(Candida)、汉逊酵母属(Hansenula)、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)、毕赤酵母属(Pichia)、酵母属(Saccharomyces)、裂殖酵母属(Schizosaccharomyces)或西洋蓍霉属(Yarrowia)细胞，如乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)、卡尔酵母(Saccharomyces carlsbergensis)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、糖化酵母(Saccharomyces diastaticus)、道格拉氏酵母(Saccharomyces douglasii)、克鲁弗酵母(Saccharomyces kluyveri)、诺地酵母(Saccharomyces norbensis)、卵形酵母(Saccharomyces oviformis)或解脂西洋蓍霉(Yarrowia lipolytica)细胞。
所述微生物可为丝状真菌细胞。“丝状真菌”包括真菌门(Eumycota)和卵菌门的亚门(如由Hawksworth等，1995，见上文，所定义)的所有丝状形式。丝状真菌通常的特征在于由壳多糖(chitin)、纤维素、葡聚糖、壳聚糖(chitosan)、甘露聚糖和其它复杂多糖组成的菌丝体壁。通过菌丝延伸进行营养生长，而碳分解代谢是专性需氧的。相反，酵母例如酿酒酵母的营养生长通过单细胞菌体的出芽生殖(budding)进行，而碳分解代谢可以是发酵的。
所述丝状真菌可为枝顶孢霉属(Acremonium)、曲霉属(Aspergillus)、短梗霉属(Aureobasidium)、烟管霉属(Bjerkandera)、Ceriporiopsis、金孢子菌属(Chrysosporium)、鬼伞属(Coprinus)、革盖菌属(Coriolus)、隐球菌属(Cryptococcus)、Filibasidium、镰孢属(Fusarium)、腐质霉属(Humicola)、梨孢菌属(Magnaporthe)、毛霉属(Mucor)、毁丝霉属(Myceliophthora)、新考玛脂霉属(Neocallimastix)、脉孢菌属(Neurospora)、拟青霉属(Paecilomyces)、青霉属(Penicillium)、平革菌属(Phanerochaete)、射脉菌属(Phlebia)、瘤胃壶菌属(Piromyces)、侧耳属(Pleurotus)、裂褶菌属(Schizophyllum)、踝节菌属(Talaromyces)、嗜热子囊菌属(Thermoascus)、梭孢壳属(Thielavia)、弯颈霉属(Tolypocladium)、栓菌属(Trametes)或木霉属(Trichoderma)细胞。例如，所述丝状真菌可为棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)、泡盛曲霉(Aspergillusawamori)、臭曲霉(Aspergillus foetidus)、烟曲霉(Aspergillus fumigatus)、日本曲霉(Aspergillus japonicus)、构巢曲霉(Aspergillus nidulans)、黑曲霉(Aspergillusniger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、黑刺烟管菌(Bjerkandera adusta)、干拟蜡菌(Ceriporiopsis aneirina)、Ceriporiopsis caregiea、Ceriporiopsis gilvescens、Ceriporiopsis pannocinta、Ceriporiopsis rivulosa、Ceriporiopsis subrufa、虫拟蜡菌(Ceriporiopsis subvermispora)、Chrysosporium inops、嗜角质金孢子菌(Chrysosporium keratinophilum)、Chrysosporium lucknowense、Chrysosporiummerdarium、毡金孢子菌(Chrysosporium pannicola)、Chrysosporiumqueenslandicum、热带金孢子菌(Chrysosporium tropicum)、Chrysosporiumzonatum、灰盖鬼伞(Coprinus cinereus)、毛革盖菌(Coriolus hirsutus)、杆孢状镰孢(Fusarium bactridioides)、禾谷镰孢(Fusarium cerealis)、库威镰孢(Fusarium crookwellense)、大刀镰孢(Fusarium culmorum)、禾本科镰孢(Fusarium graminearum)、禾赤镰孢(Fusarium graminum)、异孢镰孢(Fusariumheterosporum)、合欢木镰孢(Fusarium negundi)、尖镰孢(Fusarium oxysporum)、多枝镰孢(Fusarium reticulatum)、粉红镰孢(Fusarium roseum)、接骨木镰孢(Fusarium sambucinum)、肤色镰孢(Fusarium sarcochroum)、拟分枝孢镰孢(Fusarium sporotrichioides)、硫色镰孢(Fusarium sulphureum)、圆镰孢(Fusariumtorulosum)、拟丝孢镰孢(Fusarium trichothecioides)、镶片镰孢(Fusariumvenenatum)、特异腐质霉(Humicola insolens)、疏棉状腐质霉(Humicolalanuginosa)、米黑毛霉(Mucor miehei)、嗜热毁丝霉(Myceliophthorathermophila)、粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)、绳状青霉(Penicilliumfuniculosum)、产紫青霉(Penicillium purpurogenum)、黄孢平革菌(Phanerochaetechrysosporium)、辐射射脉菌(Phlebia radiata)、刺芹侧耳(Pleurotus eryngii)、土生梭孢壳(Thielavia terrestris)、长绒毛栓菌(Trametes villosa)、杂色栓菌(Trametes versicolor)、哈茨木霉(Trichoderma harzianum)、康宁木霉(Trichoderma koningii)、长枝木霉(Trichoderma longibrachiatum)、里氏木霉(Trichoderma reesei)或绿色木霉(Trichoderma viride)细胞。在一个方面，所述微生物是米曲霉。
在一个方面，所述微生物是产生C4二羧酸的丝状真菌菌株。在另一个方面所述微生物是产生C4二羧酸的曲霉属菌株。在另一个方面，所述微生物是代谢方面经工程改造的微生物。在最优选的方面，所述微生物是代谢方面经工程改造的米曲霉、酱油曲霉(Aspergillus sojae)或黄曲霉(Asperigillus flavus)菌株。通常，所述C4二羧酸是通过将微生物在培养基中培养从而使得C4二羧酸产生来产生的。一般而言，培养基和/或培养条件可使得微生物生长至充足的密度并有效地产生C4二羧酸。
对于大规模生产工艺，可使用任何方法，如他处描述的那些(Manual ofIndustrial Microbiology and Biotechnology，2nd Edition，Editors：A.L.Demain和J.E.Davies，ASM Press；and Principles of Fermentation Technology，P.F.Stanbury and A.Whitaker，Pergamon)。简言之，将含有以例如葡萄糖作为碳源的合适培养基的较大的罐(例如400升、800升、2000升或更大的发酵罐)用特定微生物接种。在接种之后，温育该微生物以允许产生生物质。一旦达到所需的生物量，可将含有所述微生物的发酵液转移至第二个罐。该第二个罐可为任何大小。例如，所述第二个罐可比第一个罐更大、更小或相同大小。通常，第二个罐比第一个罐大，使得可将额外的培养基添加至来自第一个罐的发酵液。此外，该第二个罐内的培养基可与第一个罐中使用的培养基相同或不同。举例而言，所述第一个罐可含有含木糖的培养基，而第二个罐含有含葡萄糖的培养基。
C4二羧酸的产生可通过分批发酵、批次补料发酵或连续发酵进行。在某些方面，对于某些微生物需要在氧减少或厌氧条件下进行发酵。在其他方面，C4二羧酸产生可用氧进行，而且，任选地使用空气升液器(air-lift)或等效的发酵罐进行。
发酵参数取决于用于产生C4二羧酸的微生物。微生物的培养优选是在有氧或厌氧条件下进行约0.5至约240小时。在发酵过程中，将温度优选控制在约25℃至约45℃，并将pH优选控制在约5至约8。pH可使用常见的酸或碱如乙酸或氢氧化钠来调整。在一个优选的方面，使用一种碱来调整发酵pH使得C4二羧酸仅为C4二羧酸的一种盐的形式。发酵pH应足够高以允许微生物的生长和该微生物的C4二羧酸产生。
在本发明的产生方法中，将细胞在适于使用本领域公知方法产生C4二羧酸的营养培养基中培养。举例而言，可将细胞通过在合适的营养培养基并在允许所述C4二羧酸表达和/或分离的条件下进行的在实验室或工业发酵罐中的小规模或大规模发酵(包括连续、分批、批次补料或固态发酵)和摇瓶培养，来培养细胞。在合适的包含碳源和氮源和无机盐的营养培养基中，使用本领域已知步骤进行培养。合适的培养基可从商业供应商获得或可根据公开的组成(例如，美国典型培养物保藏中心的目录)来制备。若C4二羧酸分泌至营养培养基中，可将该酸直接从培养基回收。若C4二羧酸不分泌至培养基中，其可从细胞裂解物回收。
上述任何发酵方法的选择和纳入取决于使用的微生物。
C4二羧酸优选由微生物例如米曲霉以优选至少约20g，更优选至少约40g，更优选至少约60g，更优选至少约80g，甚至更优选至少约100g，最优选至少约120g，且甚至最优选至少约140g每升的浓度产生。
包含C4二羧酸的盐的水溶液亦可从发酵以外的方法如化学工艺获得。参见，例如“Top Value Added Chemicals from Biomass”，Pacific Northwest NationalLaboratory and National Renewable Energy Laboratory，T.Werpy and G.Petersen，August 2004，其公开了现行的产生C4二酸的工业方法。举例而言，一种来自非发酵工艺的C4二羧酸如琥珀酸的常见前体，为苹果酸酐，其通常从苯或正丁烷产生。
当确定C4二羧酸的浓度时，可使用任何本领域中已知的方法，如UV、HPLC、NMR、IR、电导率。在一个方面，浓度通过实施例1中所述的方法确定。
一旦产生了C4二羧酸，可使用常见的分离技术如过滤或离心来从发酵液去除生物质。若C4二羧酸分泌至营养培养基中，可将C4二羧酸直接从培养基回收。若C4二羧酸不分泌至培养基中，C4二羧酸可从细胞裂解物回收。
电渗析
电渗析在本文中定义为用于在施加的电势差的作用下将离子从一种溶液通过离子交换膜转运至另一种溶液的工艺。如此，电渗析可从水溶液如发酵液分离、浓缩和/或纯化作为目标的荷电成分，例如C4二羧酸。
在本发明的工艺中，对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐。在另一个方面，对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。在另一个方面，对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以浓缩C4二羧酸的盐，然后进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。
在一个方面，再循环在本发明的工艺中产生的氢氧化钠至发酵以供pH控制。该再循环可使用本领域已知方法进行。
在电渗析之前，包含C4二羧酸的盐的水溶液的pH优选为至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8。pH可使用常见的酸或碱如乙酸或氢氧化钠来调整。在一个优选的方面，水溶液的pH使用一种碱来调整，得到仅仅一种C4二羧酸的盐。此种碱可为，例如，氢氧化钠，氢氧化钾或氢氧化铵。
在电渗析之前，可对水溶液进一步进行其他预处理如离子交换，以去除痕量的多价阳离子如钙、铁或镁以防止膜的污损和/或使用如脱色碳来进行脱色。
浓缩电渗析
在本发明的工艺中，第一步可涉及浓缩电渗析，其基于离子交换膜的性质。选择性使用于浓缩电渗析中的膜荷电以分离离子(例如，阳离子和阴离子)。若膜荷正电，则仅允许阴离子通过。此种膜称为阴离子交换膜。类似地，荷负电的膜称作阳离子交换膜。这种膜性质称作选择通透性。任何适用于浓缩电渗析的阴离子交换膜或阳离子交换膜可用于本发明的工艺。此类膜在商业上可从Astom Corp.(Tokyo，Japan)(例如Neosepta membranes)，Tokuyama Co.，Ltd.(Tokyo，Japan)，Ameridia(Somerset，NJ，USA)，Eurodia Industrie S.A.(Wissous，France)，CelTech，Inc.(Fayetteville，NC，USA)，Eden PurificationSystems(North Haven，CT，USA)，Ion Power，Inc.(Bear，DE，USA)，MinntechCorporation(Minneapolis，MN，USA)和GE Water&Process Technologies(Trevose，PA，USA)获得。
所述浓缩电渗析可用任何可获得的浓缩电渗析单元进行。此类单元在商业上可从供应商如Eet Corporation(Harriman，Tennessee，USA)，Mega A.S.(Drahobejlova，Praha，Czech Republic)或Ameridia(Somerset，New Jersey，USA)(Eurodia Insdustrie S.A.(Wissous，France)的分支机构)获得。举例而言，下文中描述了来自Ameridia的浓缩电渗析单元。
所述浓缩电渗析优选使用称作电渗析小室(electrodialysis cell)的装置进行。该小室由进料(稀释)室和浓缩(盐水)室组成，其通过置于两个电极之间的阳离子交换膜和阴离子交换膜构成。电渗析工艺优选使用配置为称作电渗析堆栈(electrodialysis stack)的多重电渗析小室进行，其中交替的阴离子和阳离子交换膜构成多重电渗析小室。在一个堆栈中小室的数量的范围可为数个例如十个小室，至数百个小室。夹具(clamping)系统在均一的闭合压力(closingpressure)下维持所述装置完整。驱动力为位于(housed at)堆栈两端的阳极(阳电极)和阴极(阴电极)之间的直流电。
几个参数确定本发明中的浓缩电渗析的最佳应用范围。这些参数包括电流密度、小室电压、电流效率、稀释浓度和浓缩浓度。
电流密度为本工艺的驱动力，因为其决定跨膜转运的产物的克数当量(quantity of equivalent grams)。在高电流密度运行减少电渗析小室所需的表面。然而，电流密度必须与不成比例的小室电压平衡，导致更高的能耗。术语“极限电流”在本文中定义为避免小室电压急剧增加可允许的最大电流密度。在本领域中，已知极限电流取决于参数如堆栈设计，溶液浓度，温度等。
电流效率亦决定本发明工艺所需的膜表面。术语“电流效率”在本文中定义为电化学过程的效率。由于在能量流经系统过程中的丧失，以及由于其他在电解过程中发生的副反应，在电解过程中获得的材料的量通常低于预期。电流效率考虑了所有在堆栈中发生的寄生(parasitic)现象，如膜的非完美选择通透性或物理泄露(导致产物中的杂质)，所述现象可通过优化的堆栈设计和膜选择来减少。
另一个重要参数是两种流的浓度(电导率)。电导率的比值影响电流效率，限制浓缩(盐水)流的最大浓度。一般而言，由于稀释小室的欧姆电阻和低电导率下的低极限电流，最小稀释浓度受对电导率的考虑所限。可考虑的最低电导率大约为0.5mS/cm。用于进行浓缩电渗析的C4二羧酸的盐的最低起始浓度是其电导率为优选至少10mS/cm(20g/升)，更优选至少20mS/cm(40g/升)，甚至更优选至少40mS/cm(80g/升)，且最优选至少60mS/cm(120g/升)的浓度。
膜的污损和堆栈的堵塞可由水溶液中可溶或不可溶的杂质，如有机物质、胶体物质、微生物(例如酵母或细菌)、不可溶的盐等所致。在一个方面，所述水溶液优选经预处理以去除杂质和颗粒物质。可使用任何本领域中已知的预处理方法。举例而言，通常的方法包括但不限于离心、微过滤、纳米过滤和离子交换。然而，当膜被此类杂质污损时，可使用本领域中已知的标准方法对其进行清洗，如使用反向电流或稀酸、腐蚀剂(caustic)和/或酶溶液。
温度和pH亦可影响本发明的电渗析工艺的有效性。在浓缩电渗析堆栈中的最高温度范围通常为约10℃至约40℃。浓缩电渗析中的最高pH范围通常为约4至约8。然而，最优pH范围不仅取决于使用的膜的类型，还取决于C4二羧酸的pKa。
浓缩电渗析可在范围为约10℃至约40℃，或约15℃至约35℃，或约20℃至约30℃的温度进行。
在本发明的工艺中，浓缩电渗析可在至少约6，至少约6.5，至少约7，至少约7.5，或至少约8的pH进行。
在本文中所述的电渗析过程中，将包含C4二羧酸的盐的水溶液通过稀释室进料于电渗析堆栈中。当溶液达到小室的活性区域时，直流(DC)电压导致荷正电的阳离子向阴极迁移，而荷负电的阴离子向阳极迁移。当离子达到离子交换膜时，膜性质决定离子是否被拒绝或允许穿过。可穿过膜的离子保留在下一个室中，因为在其路径上的下一个膜会是荷相反电荷的。因此，存在这些离子被从中移除的室和这些离子被浓缩的室。若通过堆栈迅速循环溶液，可获得稀释和浓缩流。产物可为脱盐的流、浓缩的流或两者皆是。
与盐一同跨膜转运(称作“浓度转运(concentration transport)”)的少量的水使得盐水流能够具有比进料流更高的浓度。因此不仅可以从溶液去除盐，还可通过电渗析浓缩溶液。本发明利用该浓缩电渗析以浓缩C4二羧酸的盐的水溶液。
通过浓缩电渗析获得的C4二羧酸的盐的最高浓度为约100g/升、约125g/升，约150g/升，约175g/升，约200g/升，约250g/升，或约300g/升。
双极膜电渗析
在本发明的工艺中，第二步可涉及将所得的来自浓缩电渗析的浓缩物接触于双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。然而，在本发明的工艺中，公认可忽略浓缩步骤(例如在C4二羧酸的浓度足够高时)。
所述双极膜电渗析可用任何可获得的双极膜电渗析单元进行。此类单元在商业上可从供应商如The Electrosynthesis Company，Inc.(Lancaster，NY，USA)，FuMA-Tech GmbH(Vaihingen，Germany)，Solvay SA(Brussels，Belgium)，Tokuyama Co.，Ltd.(Tokyo，Japan)，Graver Water Co.(USA)，Tianwei，Membrane Technology Co.Ltd.(Shandong，China)，Ameridia(Somerset，NewJersey，USA)(Eurodia Insdustrie S.A.(Wissous，France)的分支机构)获得。举例而言，在下文中描述了来自Ameridia的双极膜电渗析单元。
所述双极膜电渗析亦优选使用电渗析小室进行。双极膜电渗析在本文中定义为允许不添加化学品将水性盐溶液有效地转化为酸和碱的过程。如此，双极膜电渗析为其中双极膜在电场的存在下实现水的解离(亦称作水分裂(water splitting))的电渗析工艺。此外，该工艺允许人们不添加化学品直接酸化或碱化工艺流(process stream)，避免了副产物或废液流以及昂贵的下游提纯步骤。
在电场的驱动力下，双极膜将水解离为氢(H+)和羟基(OH-)离子。双极膜由彼此连接的阴离子和阳离子交换层，以及水可从外侧水性盐溶液扩散的非常薄的界面构成。由于阴离子交换侧面对阳极，而阳离子交换侧面对阴极，羟基阴离子会跨阳离子交换层转运，而氢阳离子跨阴离子交换层转运。双极膜允许羟基和氢离子在其表面生成和浓缩。这些离子可用于电渗析堆栈以与盐的阳离子和阴离子合并以产生酸和碱。在本发明中，双极膜电渗析用于将C4二羧酸的盐的溶液转化为C4二羧酸的游离酸。
任何适用于双极膜电渗析的双极膜可用于本发明的工艺。此类膜商业上可从Astom Corp.(Tokyo，Japan)，例如，Neosepta membranes，Tokuyama Co.，Ltd.(Tokyo，Japan)，Ameridia(Somerset，NJ，USA)，Eurodia Industrie S.A.(Wissous，France)，CelTech，Inc.(Fayetteville，NC，USA)，Eden PurificationSystems(North Haven，CT，USA)，Ion Power，Inc.(Bear，DE，USA)，MinntechCorporation(Minneapolis，MN，USA)和GE Water&Process Technologies(Trevose，PA，USA)获得。
将用于进行浓缩电渗析的相同参数亦应用于本发明的双极膜电渗析工艺：即，电流密度、小室电压、电流效率、稀释浓度、浓缩浓度、pH、温度等。
用于进行双极膜电渗析的C4二羧酸的盐的最低起始浓度为其电导率优选为至少10mS/cm(20g/升)的浓度。
所述双极膜电渗析在约10℃至约40℃，约15℃至约35℃，或约20℃至约30℃的范围的温度进行。
所述双极膜电渗析可在至少约6，至少约6.5，至少约7，至少约7.5或至少约8的pH进行。
通过双极膜电渗析获得的C4二羧酸的游离酸的最高浓度优选为约300g/升。
在本发明的工艺中，C4二羧酸的盐至C4二羧酸的游离酸的转化率为至少90％，至少92％，至少95％或至少98％。
本文中应理解浓缩电渗析单元和双极膜电渗析单元可整合在同一个装置中。不同的双极膜电渗析配置是可能的，并由生产商所描述。通过将双极膜添加在浓缩电渗析小室中获得了三室小室。在此情况下，所述双极膜两侧为如上所述的阴离子和阳离子交换膜以构成三个室：偶极和阴离子交换膜之间的酸，偶极和阳离子交换膜之间的碱，以及阳离子和阴离子交换膜之间的盐。两室小室可通过添加偶极和阳离子交换膜或通过添加偶极和阴离子交换膜来获得。在本发明中，利用了具有交替的阳离子交换膜和双极膜的两室小室。
回收
尽管依照本发明的工艺获得的C4二羧酸的盐或C4二羧酸的游离酸可照原样使用，该工艺可进一步包括使用任何本领域中已知的方法回收C4二羧酸的盐或C4二羧酸的游离酸。此类非限定性方法可包括沉淀，例如硫酸钙沉淀，结晶和提取。
C4二羧酸的用途
依照本发明的工艺获得的C4二羧酸可用于获得其他有机化合物，如四氢呋喃、1，4-丁二醇、N-甲基吡咯烷酮和γ-丁内酯，以及其他化合物。四氢呋喃对于产生某些专用聚氨酯聚合物以及作为工业有机溶剂是重要的。1，4-丁二醇是聚酯聚合物包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(poly(butylenes terephthalate))中的共聚单体。
本发明进一步通过下述实施例加以描述，其不应视为对本发明范围的限制。
实施例
电渗析
在下述实施例中使用来自Ameridia(Somerset，New Jersey，USA)(EurodiaIndustries S.A.(Wissous，France)的分支机构)的EUR2B中试规模的电渗析单元。该单元与两个电渗析堆栈一同供应，一个用于浓缩电渗析(EUR2B-10堆栈)，而另一个(EUR2B-7Bip)用于双极膜电渗析。
EUR2B-10堆栈由具有交替的阴离子和阳离子交换膜(
Figure BDA0000139739140000151
离子交换膜(Astom Corp.，Tokyo，Japan))的10个小室组成。每张膜的面积为2dm2。使用EUR2B-10堆栈用于浓缩3-羟基丙酸钠溶液。
EUR2B-7Bip堆栈由具有交替的阳离子和双极膜(BP-1E膜(Astom Corp.，Tokyo，Japan))的7个小室组成。每张膜的面积为2dm2。使用EUR2B-7Bip堆栈用于将苹果酸钠的溶液转化为其游离酸。
实施例1：苹果酸的HPLC定量
苹果酸的定量是通过使用
Figure BDA0000139739140000153
1200 Series Binary LC System和1200 Series Diode Array Detector(DAD)(Agilent Technologies，Santa Clara，CA USA)的Reverse Phase High Pressure Liquid Chromatography(RP-HPLC)来进行的。反相分离是使用Aqua 5μC18
Figure BDA0000139739140000156
205x4.6mm ID柱和
Figure BDA0000139739140000157
AQ C184x3.0mm Security GuardCartridge(Phenomenex，Inc.，Torrance，CA，USA)进行的。流动相由10％甲醇(HPLC级)和90％145mM磷酸盐pH1.5缓冲液组成。
将样品在流动相中1∶10稀释。然后将样品通过25mm 0.45微米聚醚砜膜(Whatman，Florham Park，NJ，USA)过滤，并将1.5ml滤过物置入HPLC小瓶以供酸分析。RP-HPLC是使用10μl的注入体积以0.7ml/分钟(等度洗脱)的流速和25℃的柱温度进行的。检测是在210nm处，以8nm带宽，用360nm处40nm带宽的参照进行的。运行时间为11分钟。
确定了空白时间(void time)为3.8分钟。对于苹果酸通过进行用49.2-3.93mM范围的浓度的系列稀释的苹果酸标样的重复注入确定了所述反相方法的定量能力。对于重复注入的相对标准偏差(RSD)≤5％。苹果酸显示R2≥0.9999。
实施例2：米曲霉NRRL 3488的发酵
将米曲霉NRRL 3488在32℃在PDA平板(39g马铃薯右旋糖琼脂每升去离子水)上生长大约7天。将五到六ml的灭菌的50mM含有0.1％
Figure BDA0000139739140000158
80的磷酸钠pH6.8添加至每个平板，并通过用接种环刮擦使孢子悬浮。将悬浮的孢子从每个平板吸出，并转移至50ml锥形管。将二十五ml的灭菌的含有0.1％80的50mM磷酸钠pH6.8添加至三个含有75ml种子培养基(seed medium)的500ml无隔板的塑料烧瓶的每一个中，然后将其用2ml孢子悬液接种。种子培养基包含每升40g葡萄糖，4.0g(NH4)2SO4、0.75g KH2PO4、0.75g K2HPO4、0.1g MgSO4·7H2O、0.1g CaCl2·2H2O、0.005g FeSO4·7H2O和0.005g NaCl。然后将烧瓶在32℃和180rpm温育约24小时。将三个种子烧瓶(seed flask)合并以供应每罐所需的144ml接种物。
向三个三升发酵罐均投以1.8L培养基，所述培养基包含每升120g葡萄糖、90.0g CaCO3、6.0g细菌蛋白胨、0.150g KH2PO4、0.150g K2HPO4、0.10g MgSO4·7H2O、0.10g CaCl2·2H2O、0.005g FeSO4·7H2O和0.005g NaCl。将一ml的Pluronic消泡剂添加至每个罐。
将发酵罐于32±0.1℃平衡，并以500rpm搅拌。将进样空气流维持在1v/v/m。制备去离子水中的15％碳酸钠的灭菌溶液，并用其将pH维持在6.50±0.1。
通过导入144ml(8％)来自三个合并的种子烧瓶的种子培养液接种发酵罐。每日移取样品，并就苹果酸产生进行分析。发酵在7日之后完结。
发酵结束于187小时，并通过使用Sorvall Legend RT台式微型离心机(benchtop centrifuge)以4000x g离心20分钟来收获发酵液。然后通过经由两层
Figure BDA0000139739140000161
倾泻进一步澄清所得的上清。通过如实施例1中所述的HPLC确定的每次发酵的最终苹果酸浓度如下所述：MAL017，47.3g/L；MAL018，46.9g/L；和MAL019，45.2g/L。
实施例3：使用EDC装置的苹果酸钠的电渗析
将来自实施例2中所述的发酵物(2.78kg，43.7mS/cm，pH6.4)的清澈、棕色的苹果酸钠溶液(通过HPLC测得约50g/L；实施例1)注入稀释槽。另外，对于盐水槽，将商业上获得的苹果酸(200g)的溶液溶解于水(1kg)并用50％苛性碱(caustic)调整至pH7。添加水将总质量调至2kg，并将溶液置入盐水槽。该盐水槽中苹果酸钠溶液的电导率为55.1mS/cm。将硝酸钾(20mS/cm)添加至电极清洗槽。将电压设为14伏特，并将安培数起始设为4.1安培。在65分钟运行时间后，稀释槽中的电导率降至8mS/cm，而盐水槽中的电导率升至69mS/cm。当与标样溶液相比较时，该最终电导率对应于14％(w/w)苹果酸钠的最终浓度。盐水槽中的pH为约6.9。表面上稀释槽的颜色仍为暗棕色，而盐水槽的颜色为无色，表明有色组分并未迁移。电压仍为14伏特，而安培数降至3.8安培，运行完结。图1是稀释槽的溶液电导率的变化对时间的作图，而图2显示盐水槽的电导率的变化对时间。
实施例4：使用EDBM装置从苹果酸钠制成苹果酸
将苹果酸钠溶液(2.3kg，60.0mS/cm，pH6.92)注入酸槽。将一NaOH溶液(4kg，1.0M)注入电极清洗槽。将另一NaOH溶液(4kg，0.5M)注入碱槽。将每种溶液以约0.8gpm的流速循环通过EDBM膜堆栈。将DC电源打开，初始设定为20安培和23.5伏特。在运行过程中，酸槽内的pH和电导率如图3和4中所示分别下降，而碱槽中的电导率从起始的186mS/cm升至323mS/cm的最终电导率。当酸槽中的电导率降至足够低且钠离子开始迁移回酸槽时(50分钟)结束运行。
本发明可通过下述编号段落描述：
[1]一种用于分离和回收C4二羧酸的方法，包括：
(a)对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐；和
(b)对所得的浓缩物进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。
[2]段1的工艺，其进一步包括：(c)回收C4二羧酸的游离酸。
[3]段1或2的工艺，其中所述水溶液是发酵液。
[4]段3的工艺，其中所述发酵液是不含细胞的发酵液。
[5]段1-4任一项的工艺，其中所述C4二羧酸是由微生物以优选至少约20g，更优选至少约40g，更优选至少约60g，更优选至少约80g，甚至更优选至少约100g，最优选至少约120g，且甚至最优选至少约140g每升的浓度产生的。
[6]段1-5任一项的工艺，其中所述C4二羧酸的盐由C4二羧酸的共轭碱和阳离子组成。
[7]段6的工艺，其中所述阳离子是一价或二价阳离子。
[8]段7的工艺，其中所述一价阳离子是钠、钾或铵。
[9]段1-8任一项的工艺，其中所述包含C4二羧酸的盐的水溶液的pH为优选至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8。
[10]段1-9任一项的工艺，其中所述浓缩电渗析中C4二羧酸的盐的最低起始浓度是其电导率为优选至少10mS/cm，更优选至少20mS/cm，甚至更优选至少40mS/cm，且最优选至少60mS/cm的浓度。
[11]段1-10任一项的工艺，其中所述浓缩渗析在温度为优选约10℃至约40℃，更优选约15℃至约35℃，且最优选约20℃至约30℃的范围进行。
[12]段1-11任一项的工艺，其中所述浓缩电渗析在优选至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8的pH进行。
[13]段1-12任一项的工艺，其中通过浓缩电渗析获得的C4二羧酸的盐的最高浓度为优选约100g/升、更优选约125g/升，更优选约150g/升，更优选约175g/升，更优选约200g/升，甚至更优选约250g/升，和最优选约300g/升。
[14]段1-13任一项的工艺，其中双极膜电渗析过程中的C4二羧酸的盐的最低起始浓度为其电导率优选为至少10mS/cm的浓度。
[15]段1-14任一项的工艺，其中所述双极膜电渗析在优选约10℃至约40℃，更优选约15℃至约35℃，或最优选约20℃至约30℃的范围的温度进行。
[16]段1-15任一项的工艺，其中所述双极膜电渗析在优选至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8的pH进行。
[17]段1-16任一项的工艺，其中通过双极膜电渗析获得的C4二羧酸的游离酸的最高浓度优选为约300g/升。
[18]段1-17任一项的工艺，其中C4二羧酸的盐至C4二羧酸的游离酸的转化率为优选至少90％，更优选至少92％，甚至更优选至少95％，且最优选至少98％。
[19]段1-18任一项的工艺，其中再循环产生的氢氧化钠至发酵以供pH控制。
[20]一种用于分离和回收C4二羧酸的盐的工艺，包括：对包含C4羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐。
[21]段20的工艺，其进一步包括回收所述C4二羧酸的盐。
[22]段20或21的工艺，其中所述水溶液是发酵液。
[23]段22的工艺，其中所述发酵液是不含细胞的发酵液。
[24]段20-23任一项的工艺，其中所述C4二羧酸是由微生物以优选至少约20g，更优选至少约40g，更优选至少约60g，更优选至少约80g，甚至更优选至少约100g，最优选至少约120g，且甚至最优选至少约140g每升的浓度产生的。
[25]段20-24任一项的工艺，其中所述C4二羧酸的盐由C4二羧酸的共轭碱和阳离子组成。
[26]段25的工艺，其中所述阳离子是一价或二价阳离子。
[27]段26的工艺，其中所述一价阳离子是钠、钾或铵。
[28]段20-27任一项的工艺，其中所述包含C4二羧酸的盐的水溶液的pH为优选至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8。
[29]段20-28任一项的工艺，其中所述浓缩电渗析中C4二羧酸的盐的最低起始浓度是其电导率为优选至少10mS/cm，更优选至少20mS/cm，甚至更优选至少40mS/cm，且最优选至少60mS/cm的浓度。
[30]段20-29任一项的工艺，其中所述浓缩电渗析在范围为优选约10℃至约40℃，更优选约15℃至约35℃，且最优选约20℃至约30℃的温度进行。
[31]段20-30任一项的工艺，其中所述浓缩电渗析在优选至少约6，更优选至少约6.5，甚至更优选至少约7，最优选至少约7.5，且甚至最优选至少约8的pH进行。
[32]段20-31任一项的工艺，其中通过浓缩电渗析获得的C4二羧酸的盐的最高浓度为优选约100g/升、更优选约125g/升，更优选约150g/升，更优选约175g/升，更优选约200g/升，甚至更优选约250g/升，和最优选约300g/升。
[33]一种用于分离和回收C4二羧酸的工艺，包括：对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸。
[34]段33的工艺，其进一步包括回收所述C4二羧酸的游离盐。
[35]段33或34的工艺，其中所述C4二羧酸的盐由C4二羧酸的共轭碱和阳离子组成。
[36]段35的工艺，其中所述阳离子是一价或二价阳离子。
[37]段36的工艺，其中所述一价阳离子是钠、钾或铵。
[38]段33-37任一项的工艺，其中在双极膜电渗析过程中C4二羧酸的盐的最低起始浓度为其电导率优选为至少10mS/cm的浓度。
[39]段33-38任一项的工艺，其中所述双极膜电渗析在约10℃至约40℃，更优选约15℃至约35℃，或最优选约20℃至约30℃的范围的温度进行。
[40]段33-39任一项的工艺，其中所述双极膜电渗析在优选至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8的pH进行。
[41]段33-40任一项的工艺，其中通过双极膜电渗析获得的C4二羧酸的游离酸的最高浓度优选为约300g/升。
[42]段33-41任一项的工艺，其中C4二羧酸的盐至C4二羧酸的游离酸的转化率为优选至少90％，更优选至少92％，甚至更优选至少95％，且最优选至少98％。
[43]段33-42任一项的工艺，其中将产生的氢氧化钠再循环至发酵以供pH控制。
[44]段1-43任一项的工艺，其中所述C4二羧酸为苹果酸。
本文描述和要求保护的本发明并不局限于本文公开的具体方面的范围内，因为这些方面旨在作为本发明几个方面的说明。旨在将任何等同的方面包含于本发明的范围内。实际上，从前面的说明中，除本文所显示和描述的之外，本发明的多种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的。这些修改也旨在落入所附的权利要求的范围内。在冲突的情况下，将以包括定义部分的本公开为准。

Claims (18)

1.一种用于分离和回收C4二羧酸的工艺，包括：对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸，并回收所述C4二羧酸的游离酸。
2.一种用于分离和回收C4二羧酸的工艺，包括：
(a)对包含C4二羧酸的盐的水溶液进行浓缩电渗析以在水溶液中浓缩C4二羧酸的盐；和
(b)对所得的浓缩物进行双极膜电渗析以将C4二羧酸的盐转化为C4二羧酸的游离酸；和
(c)回收所述C4二羧酸的游离酸。
3.权利要求1或2的工艺，其中所述水溶液是发酵液。
4.权利要求3的工艺，其中所述发酵液是不含细胞的发酵液。
5.权利要求1-4任一项的工艺，其中所述C4二羧酸由微生物以优选至少约20g，更优选至少约40g，更优选至少约60g，更优选至少约80g，甚至更优选至少约100g，最优选至少约120g，且甚至最优选至少约140g每升的浓度产生。
6.权利要求1-5任一项的工艺，其中所述C4二羧酸的盐包含一价阳离子，如钠、钾或铵。
7.权利要求1-6任一项的工艺，其中所述包含C4二羧酸的盐的水溶液的pH为优选至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8。
8.权利要求1-7任一项的工艺，其中所述浓缩电渗析中C4二羧酸的盐的最低起始浓度是其电导率为优选至少10mS/cm，更优选至少20mS/cm，甚至更优选至少40mS/cm，且最优选至少60mS/cm的浓度。
9.权利要求1-8任一项的工艺，其中所述浓缩电渗析在约10℃至约40℃，更优选约15℃至约35℃，且最优选约20℃至约30℃的范围的温度进行。
10.权利要求1-9任一项的工艺，其中所述浓缩电渗析在优选至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8.0的pH进行。
11.权利要求1-10任一项的工艺，其中通过浓缩电渗析获得的C4二羧酸的盐的最高浓度为优选约100g/升、更优选约125g/升，更优选约150g/升，更优选约175g/升，更优选约200g/升，甚至更优选约250g/升，和最优选约300g/升。
12.权利要求1-11任一项的工艺，其中双极膜电渗析过程中C4二羧酸的盐的最低起始浓度为其电导率为优选至少10mS/cm的浓度。
13.权利要求1-12任一项的工艺，其中所述双极膜电渗析在优选约10℃至约40℃，更优选约15℃至约35℃，且最优选约20℃至约30℃的范围的温度进行。
14.权利要求1-13任一项的工艺，其中所述双极膜电渗析在优选至少6，更优选至少6.5，甚至更优选至少7，最优选至少7.5，且甚至最优选至少8的pH进行。
15.权利要求1-14任一项的工艺，其中通过双极膜电渗析获得的C4二羧酸的游离酸的最高浓度为优选约300g/升。
16.权利要求1-15任一项的工艺，其中所述C4二羧酸的盐至所述C4二羧酸的游离酸的转化率为优选至少90％，更优选至少92％，甚至更优选至少95％，且最优选至少98％。
17.权利要求1-16任一项的工艺，其中将产生的氢氧化钠再循环至发酵以供pH控制。
18.权利要求1-17任一项的工艺，其中所述C4二羧酸为苹果酸。
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