CN103613627B - 生物转化生产雄烯二酮过程中食用级油的循环再利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学工程与工艺技术领域，以生物转化生成的雄烯二酮反应液为原料，将卧螺离心机与刮板蒸发器耦合，结合萃取、离心分离、强制蒸发等工艺手段，将上述反应液中的食用级油分离出来达到回收再利用目的，上述手段能够降低食用级油在分离过程中的受热时间，减少此食用级油在分离过程中物性的变化，大大降低雄烯二酮生产中的原料成本，实现食用级油废弃排放量降低75%。减少资源浪费，保护环境，实现甾体化合物生物转化的清洁生产工艺。

Description

生物转化生产雄烯二酮过程中食用级油的循环再利用方法

技术领域

本发明属于化学工程与工艺技术领域，具体的说，涉及一种生物转化生产医药中间体雄烯二酮中食用级油的循环再利用方法。

背景技术

雄烯二酮(Androstenedione)简称AD；化学名：4-雄甾烯-3，17-二酮；[CAS号]：63-05-8，是生产肾上腺皮质激素类药物包括利尿剂螺内酯（别名：安体舒通、螺旋内酯固醇）的重要中间体。

以自然界丰富存在的植物甾醇为原料，通过微生物发酵技术将甾醇侧链进行选择性切除并转化得到AD的方法称为生物转化法。这一工艺因收率高、污染小而成为发展的趋势。

微生物对甾醇转化一般分为两个阶段，一是菌体生长阶段，二是甾醇转化阶段。为了得到较高的转化率，转化过程初始阶段通常是让菌体生长一段时间，达到一定菌体浓度后再添加底物进入转化阶段。转化阶段又分为扩散和酶促反应两个过程，这里的扩散过程包括底物颗粒的溶解，底物分子向细胞内的转运和产物分子向细胞外的分泌。甾醇是一种疏水性化合物，在水中溶解度极低，这就导致底物与微生物细胞不能很好的接触，使转化率偏低及转化时间延长。甾醇底物在水溶液培养基中溶解度差的问题困扰了整个甾类化合物工业生产。为了解决这一难题，曾经采用超声破碎、表面活性剂及有机溶剂来溶解底物，虽然取得了一定成果，但表面活性剂和有机溶剂对细胞的活性有一定的毒害、抑制作用，从而制约着它的工业化应用。唯有双液-固-固四相方法在工业上被广泛应用。

双液-固-固四相系统是由食用级植物油、水溶液、培养基（包括底物及产物）以及细胞组成，在特定的溶液浓度下形成互不相溶的四相，由于植物油对微生物的毒性较小，并且本身含有少量的甾醇，因此食用级油，尤其是植物油如：大豆油、葵花籽油是双液-固-固四相系统中甾醇转化的极好媒介，已被生产企业所广泛采用。

现有的生产工艺中，将双液-固-固四相系统先用甲醇提取其中的雄烯二酮，剩余的物料再加入白土进行压滤，分离其中的细胞。这样的处理方法，会产生大量难以分离的油水混合物废料，而且用甲醇溶解提取的雄烯二酮产物时，双液-固-固四相系统中所含的、从甾醇侧链上切下的羧酸类分子杂质会同时溶解在甲醇中，使产物中杂质含量较高。

现有的AD生产工艺食用级油的单耗为25吨/吨AD，占据AD生产原料成本的40%。我国目前AD年需求量约为6000吨，则年需要用油约15万吨。因此，如果不解决植物油在AD生产过程中的循环使用，每年将会有大量的废弃植物油来自于AD的生产。植物油在AD生产过程中经过培养基消毒、微生物发酵、提取过程受热、溶剂萃取等多个步骤后，不仅油的性状发生了变化，而且废油中掺杂了多种有机溶剂、甾醇剪切下来的边链和其他代谢杂质，所以无法直接被循环利用，造成生产成本压力巨大。

若该种食用级植物油作为废弃物，目前尚无具有资质的油脂生产企业可对该油进行回收处理后重回到食用级油状态。如果废弃，不仅会污染环境，还造成植物油资源的极大浪费，以及重回餐桌的风险。因此，需要采取一种回收该生产过程中食用级油的工艺，以实现食用级油的回收循环再利用。同时减少资源浪费，保护环境，实现甾体化合物生物转化的清洁生产工艺。

发明内容

本发明旨在提供一种生物转化生产雄烯二酮过程中食用级油的循环再利用方法，以实现食用油的回收循环再利用。

本发明技术方案是，将双液-固-固四相工艺所得到的反应液，通过自然沉降，先实现一液相（水相）的分离；再加入一种溶剂，增加产物在液相的溶解度，并实现一固相溶于液相之中，使沉降分离后的三相转为液固二相，通过离心分离实现系统的液固分离。采用强制蒸发器，将加入的溶剂从液相中分离，继而采用萃取工艺将产物从油相中再次分离提取出来。

生物转化生产雄烯二酮过程中食用油的循环再利用的工艺，其特征在于以生物转化生产雄烯二酮的转化液为原料，在产物雄烯二酮的提取过程中，将参与反应的介质食用级油回收再循环利用；步骤包括：

（1）将生物转化反应液经沉降分离，得到含有油相、细胞及产物在内的液-固-固三相反应液，在所述液-固-固三相反应液中加入有机溶剂A，使三相反应液转化成为液固二相反应液；液-固-固三相反应液与有机溶剂A的体积比为1∶2～3；优选的，有机溶剂A为乙酸乙酯或丙酮。

所述的生物转化生产雄烯二酮采用的工艺为双液-固-固四相方法，生物转化反应液为双液-固-固四相系统，其中液相分别为水相和油相，固相分别为细胞和含有产物的培养基。

优选的，将生物转化反应液经沉降分离，去除水相后，再经强制蒸发脱水浓缩，得到含有油相、细胞及产物在内的液-固-固三相反应液。用刮板蒸发器强制蒸发脱水浓缩，并且在45～55℃、真空度-0.06～-0.2Mpa条件下蒸发。加入有机溶剂A后，雄烯二酮溶解于有机溶剂A，并且有机溶剂A与食用油互溶，形成液固二相反应液。

（2）液固二相反应液经离心分离，得到含有产物雄烯二酮、去除细胞后的油相A；优选的，用卧螺离心机分离液固二相反应液。

（3）油相A经强制蒸发，去除有机溶剂A，又形成液固二相体系B，用有机溶剂B萃取液固二相体系B，分别得到油相B和含有雄烯二酮的萃取液；得到的萃取液进入产品雄烯二酮提取工序。

用刮板蒸发器强制蒸发脱去有机溶剂A，并且在45～55℃、真空度-0.06～-0.2Mpa条件下蒸发脱除有机溶剂A。液固二相体系B与有机溶剂B体积比为1：0.5～2。优选的，有机溶剂B为甲醇。

（4）油相B经脱有机溶剂B工艺后，经分析，符合工艺循环再利用，再次进入生物转化生产雄烯二酮过程，作为反应介质继续使用。用刮板蒸发器强制蒸发脱去有机溶剂B，并且在45～55℃、真空度-0.06～-0.2Mpa条件下蒸发脱除有机溶剂B。

食用级油为植物油，植物油可以选用玉米油、菜籽油、葵花籽油、大豆油、花生油、色拉油、食用调和油等。

本发明所需要解决的技术问题是：1、二固相与双液相之间的分离；2、双液相之间的分离，并在液相分离过程中减少油体的受热时间，实现”废油”的回收再利用。

本发明对采用双液-固-固四相工艺、生物转化生产雄烯二酮工艺中的食用级油的进行回收套用，采用卧螺离心与强制蒸发器的耦合工艺，实现固相与双液相、及双液相之间的分离，流程短，反应条件温和，减少油体的受热时间，使其再次进入生物转化生产雄烯二酮过程，作为反应介质继续使用，实现“废油”的回收再利用。食用油的回收率可以达到90%以上。雄烯二酮生产过程中油的单耗可以降低75%以上，最终达到回收再利用的目的。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

采用卧螺离心与强制蒸发器耦合技术，减少回收油在提取过程中物性的变化，达到可回收再利用的目的，大大降低生产原料成本，实现食用级油废弃物排放量降低75%。减少资源浪费，保护环境，实现甾体化合物生物转化的清洁生产工艺。

具体实施方式

实施例1

物料来源：上工段雄烯二酮生物转化反应液，采用双液-固-固四相工艺，得到的生物转化反应液为液-液-固-固四相体系，液相分别为水相和油相（食用级植物油），固相分别为细胞和含有产物的培养基。植物油可以是玉米油、菜籽油、葵花籽油、大豆油、花生油、色拉油、食用调和油等。

分离的工艺步骤如下

第1步：将液-液-固-固四相体系置于洗涤罐内，自然沉降。温度，10℃，沉降时间：约10小时。

第2步：打开洗涤罐底部出料阀，弃较重的水相至三废收集水池，洗涤罐内留下的为液-固-固三相料液；液相为油相（食用级油），固相分别为细胞和含有产物的培养基。

第3步：将洗涤罐内液-固-固三相料液，经泵打至强制刮板蒸发器，脱水；脱水温度50℃，刮板蒸发器夹套热水进水温度90℃；真空度-0.1Mpa；脱水后的浓缩相进入下一工序。气相为水蒸气直接排放。

第4步：收集浓缩相，并经泵将含有固相的油相（液-固-固三相料液）打至配料釜。

第5步：以料液与乙酸乙酯=1∶3的体积比例加入乙酸乙酯，并开启搅拌2小时；温度10℃。雄烯二酮溶解于乙酸乙酯，并且乙酸乙酯与植物油互溶，形成液-固二相反应液。

第6步：停止搅拌，开启卧螺离心机并待离心机运行正常后，开进料泵，调节流速为0.5m³/hr，将液-固二相反应液送入卧螺离心机进行分离，分离废渣运至焚烧炉焚烧处理。

第7步，收集清液得到油相A，并经过清液储罐中转用泵将油相A打至刮板蒸发器脱乙酸乙酯。脱脂温度50℃，刮板蒸发器夹套热水进水温度90℃；真空度-0.1Mpa；脱脂后的反应液形成液固二相体系B，其中液相为食用油，固相为雄烯二酮。气相乙酸乙酯经冷凝后回收套用。

第8步：脱脂后的液固二相体系B用泵将物料打至萃取釜，加甲醇（液固二相体系B与甲醇体积比为1：1）萃取，萃取液为含有产物雄烯二酮的甲醇，萃取后的萃余物油相B经过中转储罐用泵打至强制刮板蒸发器脱甲醇，脱甲醇温度50℃，刮板蒸发器夹套热水进水温度90℃；真空度-0.1Mpa；气相甲醇经冷凝后回收利用。经计算，植物油回收率≥90%。

脱甲醇后的油相经分析合格进入生物转化工序循环套用，并以未经回收处理的废油和新鲜的食用级油为对照，实验结果见表1。

表1回收的食用级油循环利用后对雄烯二酮生产的影响

由表1可以看出，经本发明所述的循环再利用工艺处理后的食用级油被再次套用之后，对雄烯二酮生物转化的影响很小，满足了再次利用的要求，具有工业化实施的可行性。

本发明所述的生物转化生产雄烯二酮过程中食用油级的循环再利用的工艺，食用级油的回收率可以达到90%以上，雄烯二酮生产过程中油的单耗可以降低75%，大大降低生产原料成本，实现食用级油废弃物排放量降低75%。具有减少资源浪费，保护环境，实现甾体化合物生物转化的清洁生产。

Claims (6)

1.生物转化生产雄烯二酮过程中食用级油的循环再利用的工艺，其特征在于以生物转化生产雄烯二酮的转化液为原料，在产物雄烯二酮的提取过程中，将参与反应的介质食用级油回收再循环利用；步骤包括：

(1)将生物转化反应液经沉降分离，得到含有油相、细胞及产物在内的液-固-固三相反应液，在所述液-固-固三相反应液中加入乙酸乙酯，使三相反应液转化成为液固二相反应液；

(2)液固二相反应液经卧螺离心机分离，得到含有产物雄烯二酮、去除细胞后的油相A；

(3)油相A经刮板蒸发器强制蒸发脱去乙酸乙酯后，又形成液固二相体系B，用甲醇萃取液固二相体系B，分别得到油相B和含有雄烯二酮的萃取液；所述蒸发条件为45～55℃、真空度-0.06～-0.2Mpa；

(4)油相B经刮板蒸发器强制蒸发脱去甲醇后，再次进入生物转化生产雄烯二酮过程，作为反应介质继续使用；所述蒸发条件为45～55℃、真空度-0.06～-0.2Mpa。

2.权利要求1所述的生物转化生产雄烯二酮过程中食用级油的循环再利用的工艺，其特征在于，所述的生物转化生产雄烯二酮采用的工艺为双液-固-固四相方法，步骤(1)中的生物转化反应液为双液-固-固四相系统，其中液相分别为水相和油相，固相分别为细胞和含有产物的培养基。

3.权利要求1所述的雄烯二酮生物转化生产过程中食用级油的循环再利用的工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述液-固-固三相反应液与乙酸乙酯的体积比为1∶2～3。

4.权利要求1所述的生物转化生产雄烯二酮过程中食用级油的循环再利用的工艺，其特征在于，步骤(1)中，将生物转化反应液经沉降分离，去除水相后，再经强制蒸发脱水浓缩，得到含有油相、细胞及产物在内的液-固-固三相反应液。

5.权利要求1所述的生物转化生产雄烯二酮过程中食用级油的循环再利用的工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述液固二相体系B与甲醇体积比为1：0.5～2。

6.权利要求1所述的生物转化生产雄烯二酮过程中食用级油的循环再利用的工艺，其特征在于，所述的食用级油为植物油。