CN103772186A - 一种发酵有机酸的精制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发酵有机酸的精制方法。该方法包括：I、将终止发酵液加热灭活；II、酸化使有机酸结晶析出，获得有机酸结晶水溶液；III、将有机酸结晶水溶液直接与醚类溶剂混合使有机酸溶解，并进行有机相和水相分离；IV、步骤III得到的有机相中加入吸附剂，过滤脱除固形物；V、步骤IV得到的有机相冷却至有机酸结晶析出，过滤得到有机酸结晶滤饼，滤饼经干燥得到精制的有机酸产品。本发明方法使用醚类溶剂精制有机酸，缩短了工艺流程，节省了设备、时间和能耗等投入，并且可以获得纯度大于99.5wt%的有机酸，更适宜于工业化生产。

Description

一种发酵有机酸的精制方法

技术领域

本发明涉及一种有机酸的精制方法，特别是从发酵液中获得高纯度有机酸的方法。

背景技术

本发明所指的有机酸分子通式为C_nH_2n-2O₄，其中n为10-18，是微生物利用液蜡发酵而得到的代谢产物。其发酵液是复杂的多相体系，其中含有未反应的液蜡、微生物细胞及碎片、未利用的培养基和代谢产物以及微生物的分泌物等，尤其是其中含有大量蛋白质、色素等杂质，严重影响产品的纯度和外观质量，并给该种类有机酸的提取与精制带来了困难。

国内外市场上对该种类有机酸纯度要求很高，特别是聚合级的纯度要求更高，一般要求有机酸纯度在98.5wt%以上，目前只有溶剂法提纯才能获得聚合级产品。

CN01142806.6中，以长链二元酸干粉为原料，使用丙酮、甲醇和乙醇作溶剂精制长链二元酸。该法首先提取发酵液中的二元酸，有机酸溶液结晶完毕后需要过滤、水洗和干燥二元酸结晶滤饼得到长链二元酸干粉，然后采用有机溶剂进行精制。该法需要将有机酸溶液过滤水洗后获得滤饼，因此流程较长，并且水耗、能耗增加。

CN200410018255.7中，首先对发酵法反应液进行预处理，以除去其中的菌体及残留烷烃或脂肪酸，得到有机酸清液，然后进行酸化结晶，酸化结晶液再经板框压滤得到有机酸粗品；最后将得到的粗品通过刮膜蒸发、短程蒸馏装置在高真空条件下精制或采用有机溶剂精制。该方法使用的有机溶剂为醇类、酮类、酸类和酯类，因此需要将酸化结晶液经过板框压滤后得到二元酸粗品，然后再将二元酸粗品溶解于有机溶剂进行精制。该法需要专门的板框压滤设备，操作步骤繁琐。该法采用溶剂法精制的二元酸纯度最高为98.75wt%，在生产稍有波动时，就不能得到合格的产品。同时使用乙酸为溶剂时，精制设备选材要求苛刻，运行维护成本高，乙酸回用需脱水等较复杂精制过程。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种发酵有机酸的精制方法。与现有技术相比，本发明的有机酸结晶水溶液无需过滤得到滤饼后再进行精制，因此省略了过滤设备，步骤简单，成本较低，可以获得高纯度的有机酸，更适宜于工业化生产。

本发明的发酵有机酸的精制方法，包括如下步骤：

I、将终止发酵液加热灭活；

II、酸化使有机酸结晶析出，获得有机酸结晶水溶液；

III、将有机酸结晶水溶液直接与醚类溶剂混合使有机酸溶解，并进行有机相和水相分离；

IV、步骤Ш得到的有机相中加入吸附剂，过滤脱除固形物；

V、步骤IV得到的有机相冷却至有机酸结晶析出，过滤得到有机酸结晶滤饼，滤饼经干燥得到精制的有机酸产品。

本发明方法中，步骤I所述终止发酵液为微生物利用液蜡发酵而得到的代谢产物，其中含有的有机酸分子通式为C_nH_2n-2O₄，其中n为10-18，有机酸可以是单一一种有机酸，也可以是混合有机酸。终止发酵液加热灭活后，可以进行过滤脱除菌体等杂质，过滤可以采用膜过滤等常规方法和设备。也可以在步骤III或步骤IV中过滤脱除菌体等杂质。加热灭活温度一般为75～100℃。

本发明方法中，步骤II所述的酸化的pH值为2.0～4.0。

本发明方法中，步骤Ш中分离出水相后，可以继续加入软化水洗涤有机相，并分离出水相。溶剂为乙醚、丙醚、丁醚、戊醚、己醚等的一种或几种，优选为正丙醚、异丙醚、正丁醚、异丁醚、异戊醚等的一种或几种。溶剂与有机酸干基的重量比为1:1～15:1，优选为2:1～12:1。有机酸结晶水溶液与溶剂优选在加热条件下溶解，加热温度一般为50～140℃，具体根据选用溶剂的沸点确定，优选低于所使用溶剂的沸点温度。

本发明方法中，步骤IV中的吸附剂为活性炭、活性白土等，优选为活性炭，更优选为颗粒活性炭，加入量为有机酸干基重量的0.01wt%～5wt%，吸附时间为30～60min。

本发明方法中，步骤V中冷却结晶温度一般为使有机酸充分结晶为止，温度一般为10～50℃。

本发明方法中，步骤V中得到的溶剂滤液，可以循环使用。

本发明方法中，在溶剂结晶、过滤和干燥等过程中，可以选择性的通入惰性气体，如氮气，使得实施过程满足生产安全。

本发明方法可以获得高纯度的单一种类的有机酸产品，也可以获得混合有机酸产品。

虽然溶剂法精制该种类有机酸为本领域常规方法，但是本发明方法采用醚类溶剂精制有机酸，使酸化结晶后的有机酸结晶水溶液不需要过滤得到有机酸滤饼或有机酸干粉，而直接与醚类溶剂混合溶解，一方面缩短了工艺流程，另一方面节省了设备、时间和能耗等投入。同时，在与有机溶剂溶解后，形成水相和有机相，由于其中的杂质大部分是水溶性，因此该步骤有利于提高产品纯度，降低后续精制负荷。吸附剂与分相后的有机相混合，由于物料在分相过程中，杂质进入有机相较少，因此，可以在使用较小吸附剂用量的条件下获得高纯度的有机酸产品。使用本发明选择的有机溶剂和工艺路线，可以提高目的产物的纯度，正常操作条件下可以得到纯度大于99.5wt%的有机酸产品。

溶剂重结晶过滤后的滤液不需复杂的脱水处理，可以简单处理后直接循环使用，生产成本低。溶剂对设备无腐蚀，设备可以使用普通材质，设备投资低。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明的精制方法。本发明中，wt%为质量分数。

本发明方法中，发酵液中含有液蜡、菌体、未利用的培养基、代谢产物以及微生物分泌物等，尤其是其中含有大量蛋白质、色素等杂质。有机酸结晶水溶液可以采用本领域通常的方法获得，如可以采用下列至少一种方案。

（1）将终止发酵液加热并静置，分去上层的液蜡，然后降温并过滤除菌，得到滤液加酸酸化至pH2.0～4.0，并同时加热，得到有机酸结晶水溶液；具体条件为：将终止发酵液加热85～100℃，静置约2h，然后分去上层残留的液蜡，再降温至60～75℃，加入助滤剂，过滤除去菌体等杂质得到清液，把得到的清液加酸调节pH值至2.0～4.0，并加热至80～100℃，得到有机酸结晶水溶液。

（2）将发酵液加热到75～100℃，并酸化至pH值2.0～4.0，静置2h后分离回收液蜡，得到有机酸结晶水溶液。

（3）将发酵液加热到75～90℃，进入微滤或超滤装置，脱除菌体和液蜡等，得到的滤液酸化至pH值2.0～4.0，并加热至80～100℃，得到有机酸结晶水溶液。

在发酵液加热并酸化过程中，使发酵液中大部分蛋白质变性析出，剩余蛋白等杂质，可以在溶剂结晶步骤中除去。

本发明上述的酸化所用的酸可以是任意浓度的H₂SO₄、HNO₃、HCl或H₃PO₄。

实施例1

取200mL由热带假丝酵母菌发酵得到C₁₂H₂₂O₄有机酸发酵液，浓度为160g/L的发酵液。加热至80℃，用H₂SO₄将pH值调至3.0，静置2h，分去溶液残留的液蜡，得到含菌体的C₁₂H₂₂O₄有机酸结晶水溶液。

把得到含菌体的C₁₂H₂₂O₄有机酸结晶水溶液与正丙醚（正丙醚与C₁₂H₂₂O₄重量比为10:1）混合加热至85℃，待完全溶解后，静止60min，分去下层水相后，向有机相中加入1.6g活性炭保温脱色30min，而后过滤除去活性炭，经脱色后的有机相冷却至30℃结晶得到C₁₂H₂₂O₄有机酸，再经过干燥步骤得到产品。产品质量见表1。 

实施例2

取200mL由热带假丝酵母菌发酵得到C₁₂H₂₂O₄有机酸发酵液，浓度为160g/L的发酵液。加热至80℃，用H₂SO₄将pH值调至3.0，静置2h，分去溶液残留的液蜡，得到含菌体的C₁₂H₂₂O₄有机酸结晶水溶液。

把得到含菌体的C₁₂H₂₂O₄有机酸结晶液与正丁醚（正丁醚与C₁₂H₂₂O₄重量比为6:1）混合加热至135℃，待完全溶解后，静止60min，分去下层水相后，向有机相中加入1.6g活性炭保温脱色30min，而后过滤除去活性炭，经脱色后的有机相冷却至40℃结晶得到C₁₂H₂₂O₄有机酸，再经过干燥步骤得到产品。产品质量见表1。 

实施例3

取200mL由热带假丝酵母菌发酵得到C₁₃H₂₄O₄有机酸发酵液，浓度为154g/L的发酵液。加热至70℃，经陶瓷微滤膜过滤，脱除菌体及残余的液蜡得到滤液。于滤液中加H₂SO₄调节pH值至2.4，并加热至95℃，得到C₁₃H₂₄O₄有机酸结晶水溶液。

把得到的C₁₃H₂₄O₄有机酸结晶水溶液与正丁醚（正丁醚与C₁₃H₂₂O₄重量比为2:1）混合加热至100℃，待完全溶解后，静止60min，分去下层水相后，向有机相加入1.54g活性炭保温脱色30min，而后过滤除去活性炭，经脱色后的有机相冷却至18℃结晶得到C₁₃H₂₄O₄有机酸，再经过干燥步骤得到产品。产品质量见表1。

实施例4

取200mL浓度为145g/L的C₁₄H₂₆O₄有机酸发酵液，加热至70℃，经陶瓷微滤膜过滤，脱除菌体及残余的液蜡得到滤液。于滤液中加H₂SO₄调节pH值至2.4，并加热至95℃，得到C₁₄H₂₆O₄有机酸结晶水溶液。

把得到的C₁₄H₂₆O₄有机酸结晶水溶液与异丙醚（异丙醚与C₁₄H₂₂O₄重量比为12:1）混合加热至65℃，待完全溶解后，静止60min，分去下层水相后，向有机相中加入1.45g活性炭保温脱色30min，而后过滤除去活性炭，经脱色后的有机相冷却至28℃结晶得到C₁₄H₂₆O₄有机酸，再经过干燥步骤得到产品。产品质量见表1。

实施例5

取200mL浓度为135g/L的C₁₃H₂₄O₄和C₁₄H₂₆O₄有机酸发酵液，加热至70℃，经陶瓷微滤膜过滤，脱除菌体及残余的液蜡得到滤液。于滤液中加H₂SO₄调节pH值至2.4，并加热至95℃，得到混合C₁₃H₂₄O₄和C₁₄H₂₆O₄有机酸结晶水溶液。

把得到的C₁₃H₂₄O₄和C₁₄H₂₆O₄有机酸结晶水溶液与异戊醚（异戊醚与C₁₃H₂₄O₄和C₁₄H₂₆O₄重量比为7:1）混合加热至140℃，待完全溶解后，静止60min，分去下层水相后，向有机相中加入1.35g活性炭保温脱色30min，而后过滤除去活性炭，经脱色后的有机相冷却至23℃结晶得到混合C₁₃H₂₄O₄和C₁₄H₂₆O₄有机酸，再经过干燥步骤得到产品。产品质量见表1。

表1 有机酸产品质量

项目	总酸含量(wt%)	单酸含量(wt%)	产品外观
				实例1	99.64	99.05	白色、荧光
实例2	99.59	99.01	白色、荧光
				实例3	99.99	99.26	白色、荧光
实例4	99.99	99.32	白色、荧光
				实例5	99.98	99.10*	白色、荧光

     * C₁₃H₂₄O₄和C₁₄H₂₆O₄之和。

Claims (13)

1.一种发酵有机酸的精制方法，包括如下步骤：

I、将终止发酵液加热灭活；

II、酸化使有机酸结晶析出，获得有机酸结晶水溶液；

III、将有机酸结晶水溶液直接与醚类溶剂混合使有机酸溶解，并进行有机相和水相分离；

IV、步骤III得到的有机相中加入吸附剂，过滤脱除固形物；

V、步骤IV得到的有机相冷却至有机酸结晶析出，过滤得到有机酸结晶滤饼，滤饼经干燥得到精制的有机酸产品。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤I所述终止发酵液为微生物利用液蜡发酵而得到的代谢产物，其中含有的有机酸分子通式为C_nH_2n-2O₄，其中n为10-18，有机酸为单一一种有机酸或者是混合有机酸。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤I所述的终止发酵液加热灭活后，进行过滤脱除菌体，或者在步骤III或步骤IV中过滤脱除菌体。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：过滤采用膜过滤方法。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤II所述的酸化的pH值为2.0～4.0。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤III中，分离出水相后，继续加入软化水洗涤有机相，并分离出水相。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤III所述的醚类溶剂为乙醚、丙醚、丁醚、戊醚、己醚等中的一种或几种。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的醚类溶剂为正丙醚、异丙醚、正丁醚、异丁醚、异戊醚等中的一种或几种。

9.按照权利要求1或7所述的方法，其特征在于：步骤III所述的醚类溶剂与有机酸干基的重量比为1:1～15:1。

10.按照权利要求1或7所述的方法，其特征在于：步骤III所述的有机酸结晶水溶液与醚类溶剂在加热条件下溶解，加热温度一般为50～140℃。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤IV中的吸附剂为活性炭或活性白土，加入量为有机酸干基重量的0.01wt%～5.0wt%，吸附时间为30～60min。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤V精制的有机酸产品的纯度为99.5wt%以上。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤V中的冷却结晶温度为10～50℃，步骤V中得到的溶剂滤液，循环使用。