CN105503578B - 一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,步骤:将丁二酸钠发酵液通过微滤膜,错流过滤,得微滤清液;加入浓硫酸得到酸化液;对酸化液萃取,得水层3a和含丁二酸的萃取液3b;对水层3a萃取,得水层4a和含丁二酸的萃取液4b;对水层4a萃取,得水层5a和含丁二酸的萃取液5b;对水层5a回收萃取剂;合并3b、4b、5b,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;冷却结晶、离心,得丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;丁二酸粗制品重结晶,干燥得到丁二酸成品,重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液。本发明有机溶剂沸点较低,可循环回收使用,生产成本低,步骤简单。产品纯度高,其它指标均符合USP30标准。
Description
技术领域
本发明属于生物化工技术领域,涉及一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法。
背景技术
丁二酸(琥珀酸)是一种重要的C4平台化合物,广泛的应用于食品、冶金、医药、化学工业以及分析试剂、配制电镀药水、PBC线路板药水、清洒添加剂等。可用于合成1,4-丁二醇、四氢呋喃,γ-丁内酯等有机化学品以及聚丁二酸丁二醇酯(PBS)类生物可降解材料。
丁二酸的合成方法主要有化学合成法和微生物发酵法。化学合成法中生产丁二酸会造成大量的污染,而且化学合成法的原料是不可再生的石油化工产品,使其广泛应用受到了限制。微生物发酵生产丁二酸的原料为可再生资源,可固定温室气体CO2,从环保和资源的利用上来看,发酵法生产丁二酸是一种新兴、很有发展潜力的绿色工艺;并且能够节约大量的能源,减少不可再生资源的消耗。
利用微生物发酵制备丁二酸的提纯方法主要有钙盐法(美国专利US5143833,US5168055),铵盐法(美国专利US5958744),液液萃取法,常规电渗析法(美国专利US503415),膜分离法(中国专利CN1887843)。
钙盐法提取丁二酸的方法,是向发酵液中加入氢氧化钙,产生丁二酸钙的沉淀,过滤后酸化,除去钙盐后得到丁二酸溶液,但此方法的收率低,提取过程中废弃物多,酸碱消耗大,能耗大。
铵盐法提取丁二酸的方法,是先用氢氧化钠调节发酵液的pH,加入硫酸氢铵进行结晶,然后通过甲醇纯化。但此方法路线长,溶剂用量大,结晶条件复杂,步骤繁,难度大,操作费用高,后处理的成本高。
常规电渗析法对发酵液经脱盐电渗析除去大部分盐得到纯度较高的丁二酸溶液。但是电渗析法路线长,能耗高,处理杂质离子有很大的局限性,对设备投资大,操作困难。
目前报导的采用萃取法提取丁二酸的方法,多用胺类物质作为萃取剂,虽萃取率较高,但通常需在碱性条件下进行反萃取,然后再进行酸化,操作复杂,生产成本高。
膜分离法是采用微滤膜过滤,然后用超滤膜过滤,再用活性炭脱色,浓缩,结晶来提取丁二酸的方法,但是这种方法不能将丁二酸盐转化为丁二酸,最后还要加酸酸化,会导致溶液中引入大量的盐,结果会导致提纯产品较为困难,收率较低。
上述提取方法中存在后处理提纯成本高,所用试剂材料较为昂贵,能耗大的问题,不利于发酵法生产丁二酸的规模化生产。因此开发一种新的丁二酸提取方法,对提高生物法生产丁二酸具有重要的经济意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种工艺条件温和,成本低,选择性好,产品质量高的用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法。
本发明的技术方案概述如下:
一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,包括如下步骤:
(1)将通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液通过孔径为0.1~0.5微米的微滤膜在0.05~0.35MPa,20~60℃的条件下进行错流过滤,浓缩倍数15~25倍,洗水量为所述发酵液体积的10%~50%,得到微滤清液;
(2)将浓硫酸加入到步骤(1)获得的微滤清液中并控制微滤清液的温度为10~50℃,得到pH值为1.0~2.5的酸化液;
(3)向酸化液中加入萃取剂,萃取,得到水层3a和含丁二酸的萃取液3b;
(4)向水层3a中加入萃取剂,萃取,得到水层4a和含丁二酸的萃取液4b;
(5)向水层4a中加入萃取剂,萃取,得到水层5a和含丁二酸的萃取液5b;
(6)将水层5a进行常压蒸馏,回收萃取剂;
(7)合并含丁二酸的萃取液3b、含丁二酸的萃取液4b和含丁二酸的萃取液5b,进行蒸馏,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;
(8)含丁二酸的蒸馏剩余液进行冷却结晶、离心,得到丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;
(9)丁二酸粗制品用水进行重结晶,干燥得到丁二酸成品,重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液。
丁二酸钠发酵液中丁二酸钠的浓度为60~95g/L。
酸化液的pH值优选为1.5。
步骤(3)中酸化液与萃取剂的体积比优选为1:(0.5~2.0),萃取的步骤优选为:在10~50℃搅拌1~3小时,静置1~3小时,分层。
.步骤(3)中酸化液与萃取剂的体积比最好是1:1,萃取的步骤最好是:在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层。
步骤(4)中水层3a与萃取剂的体积比优选为1:(0.5~2.0),萃取的步骤优选为:在10~50℃搅拌1~3小时,静置1~3小时,分层。
步骤(4)中水层3a与萃取剂的体积比最好是1:1,萃取的步骤最好是:在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层。
步骤(5)中水层4a与萃取剂的体积比优选为1:(0.5~2.0),萃取的步骤优选为:在10~50℃搅拌1~3小时,静置1~3小时,分层。
步骤(5)中水层4a与萃取剂的体积比最好是1:1,萃取的步骤最好是:在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层。
萃取剂优选甲乙酮或四氢呋喃。
本发明采用了微滤膜除去菌体和颗粒较大的杂质颗粒,过滤液清澈。质量明显优于常规发酵液处理方法,并且操作过程无高速运转部件,降低了能耗和劳动强度。本发明采用酸调整pH值,降低了系统中盐的含量,同时使得系统中的钠盐得以回收利用,降低了环境污染。本发明采用有机溶剂萃取兼并了脱色和除杂的步骤,省去了传统的脱色过程,避免了活性炭对丁二酸的吸附,减少了操作步骤。本发明有机溶剂选用沸点较低,可以循环回收使用,降低了生产成本,并且工艺流程和步骤简单。产品纯度高,经HPLC分析丁二酸纯度达到99.6%,其它指标均符合USP30标准。
具体实施方式
本发明所用的丁二酸钠发酵液是由葡萄糖、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丁二酸钠的发酵液。
以下结合具体实施方式对本发明进一步的说明。
实施例1
一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,包括如下步骤:
(1)将通过微生物发酵法生产的1升丁二酸钠的浓度为70g/L的发酵液通过孔径为0.3微米的微滤膜在0.25MPa,50℃的条件下进行错流过滤,浓缩倍数20倍,洗水量为所述发酵液体积的20%,得到微滤清液;
(2)将浓硫酸加入到步骤(1)获得的微滤清液中并控制微滤清液的温度为50℃,得到pH值为1.5的酸化液;
(3)按体积比为1:1向酸化液中加入萃取剂四氢呋喃,在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层;得到水层3a和含丁二酸的萃取液3b;
(4)按体积比为1:1向水层3a中加入萃取剂四氢呋喃,在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层;得到水层4a和含丁二酸的萃取液4b;
(5)按体积比为1:1向水层4a中加入萃取剂四氢呋喃,在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层;得到水层5a和含丁二酸的萃取液5b;
(6)将水层5a进行常压蒸馏,回收萃取剂;
(7)合并含丁二酸的萃取液3b、含丁二酸的萃取液4b和含丁二酸的萃取液5b,进行蒸馏,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;
(8)含丁二酸的蒸馏剩余液进行冷却结晶、离心,得到丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;
(9)丁二酸粗制品用水进行重结晶,干燥得到丁二酸成品61.95g,收率88.5%,经HPLC分析丁二酸纯度达到99.6%,其它指标均符合USP30标准。重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液。
实施例2
一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,包括如下步骤:
(1)将通过微生物发酵法生产的1升丁二酸钠的浓度为90g/L的发酵液通过孔径为0.4微米的微滤膜在0.20MPa,30℃的条件下进行错流过滤,浓缩倍数20倍,洗水量为所述发酵液体积的20%,得到微滤清液;
(2)将浓硫酸加入到步骤(1)获得的微滤清液中并控制微滤清液的温度为30℃,得到pH值为1.5的酸化液;
(3)按体积比为1:0.5向酸化液中加入萃取剂四氢呋喃,在10℃搅拌3小时,静置3小时,分层;得到水层3a和含丁二酸的萃取液3b;
(4)按体积比为1:0.5向水层3a中加入萃取剂四氢呋喃,在10℃搅拌3小时,静置3小时,分层;得到水层4a和含丁二酸的萃取液4b;
(5)按体积比为1:0.5向水层4a中加入萃取剂四氢呋喃,在10℃搅拌3小时,静置3小时,分层;得到水层5a和含丁二酸的萃取液5b;
(6)将水层5a进行常压蒸馏,回收萃取剂;
(7)合并含丁二酸的萃取液3b、含丁二酸的萃取液4b和含丁二酸的萃取液5b,进行蒸馏,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;
(8)含丁二酸的蒸馏剩余液进行冷却结晶、离心,得到丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;
(9)丁二酸粗制品用水进行重结晶,干燥得到丁二酸成品79.47g,收率88.3%,经HPLC分析丁二酸纯度达到99.7%,其它指标均符合USP30标准。重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液。
实施例3
一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,包括如下步骤:
(1)将通过微生物发酵法生产的1升丁二酸钠的浓度为65g/L的发酵液通过孔径为0.2微米的微滤膜在0.25MPa,40℃的条件下进行错流过滤,浓缩倍数20倍,洗水量为所述发酵液体积的30%,得到微滤清液;
(2)将浓硫酸加入到步骤(1)获得的微滤清液中并控制微滤清液的温度为40℃,得到pH值为1.5的酸化液;
(3)按体积比为1:2.0向酸化液中加入萃取剂四氢呋喃,在50℃搅拌1小时,静置1小时,分层;得到水层3a和含丁二酸的萃取液3b;
(4)按体积比为1:2.0向水层3a中加入萃取剂四氢呋喃,在50℃搅拌1小时,静置1小时,分层;得到水层4a和含丁二酸的萃取液4b;
(5)按体积比为1:2.0向水层4a中加入萃取剂四氢呋喃,在50℃搅拌1小时,静置1小时,分层;得到水层5a和含丁二酸的萃取液5b;
(6)将水层5a进行常压蒸馏,回收萃取剂;
(7)合并含丁二酸的萃取液3b、含丁二酸的萃取液4b和含丁二酸的萃取液5b,进行蒸馏,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;
(8)含丁二酸的蒸馏剩余液进行冷却结晶、离心,得到丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;
(9)丁二酸粗制品用水进行重结晶,干燥得到丁二酸成品55.57g,收率85.5%,经HPLC分析丁二酸纯度达到99.8%,其它指标均符合USP30标准。重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液。
实施例4
一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,包括如下步骤:
(1)将通过微生物发酵法生产的1升丁二酸钠的浓度为80g/L的发酵液通过孔径为0.4微米的微滤膜在0.10MPa,30℃的条件下进行错流过滤,浓缩倍数20倍,洗水量为所述发酵液体积的40%,得到微滤清液;
(2)将浓硫酸加入到步骤(1)获得的微滤清液中并控制微滤清液的温度为30℃,得到pH值为1.5的酸化液;
(3)按体积比为1:1.5向酸化液中加入萃取剂四氢呋喃,在30℃搅拌2小时,静置3小时,分层;得到水层3a和含丁二酸的萃取液3b;
(4)按体积比为1:1.5向水层3a中加入萃取剂四氢呋喃,在30℃搅拌2小时,静置3小时,分层;得到水层4a和含丁二酸的萃取液4b;
(5)按体积比为1:1.5向水层4a中加入萃取剂四氢呋喃,在30℃搅拌2小时,静置3小时,分层;得到水层5a和含丁二酸的萃取液5b;
(6)将水层5a进行常压蒸馏,回收萃取剂;
(7)合并含丁二酸的萃取液3b、含丁二酸的萃取液4b和含丁二酸的萃取液5b,进行蒸馏,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;
(8)含丁二酸的蒸馏剩余液进行冷却结晶、离心,得到丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;
(9)丁二酸粗制品用水进行重结晶,干燥得到丁二酸成品71.8g,收率89.7%,经HPLC分析丁二酸纯度达到99.8%,其它指标均符合USP30标准。重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液。
实施例5
一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,包括如下步骤:
(1)将通过微生物发酵法生产的1升丁二酸钠的浓度为60g/L的发酵液通过孔径为0.1微米的微滤膜在0.35MPa,60℃的条件下进行错流过滤,浓缩倍数15倍,洗水量为所述发酵液体积的10%,得到微滤清液;
(2)将浓硫酸加入到步骤(1)获得的微滤清液中并控制微滤清液的温度为50℃,得到pH值为1.0的酸化液;
(3)按体积比为1:2.0向酸化液中加入萃取剂甲乙酮,在20℃搅拌3小时,静置1小时,分层;得到水层3a和含丁二酸的萃取液3b;
(4)按体积比为1:2.0向水层3a中加入萃取剂甲乙酮,在20℃搅拌3小时,静置1小时,分层;得到水层4a和含丁二酸的萃取液4b;
(5)按体积比为1:2.0向水层4a中加入萃取剂甲乙酮,在20℃搅拌3小时,静置1小时,分层;得到水层5a和含丁二酸的萃取液5b;
(6)将水层5a进行常压蒸馏,回收萃取剂;
(7)合并含丁二酸的萃取液3b、含丁二酸的萃取液4b和含丁二酸的萃取液5b,进行蒸馏,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;
(8)含丁二酸的蒸馏剩余液进行冷却结晶、离心,得到丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;
(9)丁二酸粗制品用水进行重结晶,干燥得到丁二酸成品53.16g,收率88.6%,经HPLC分析丁二酸纯度达到99.6%,其它指标均符合USP30标准。重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液。
实施例6
一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,包括如下步骤:
(1)将通过微生物发酵法生产的1升丁二酸钠的浓度为95g/L的发酵液通过孔径为0.5微米的微滤膜在0.05MPa,20℃的条件下进行错流过滤,浓缩倍数25倍,洗水量为所述发酵液体积的50%,得到微滤清液;
(2)将浓硫酸加入到步骤(1)获得的微滤清液中并控制微滤清液的温度为10℃,得到pH值为1.5的酸化液;
(3)按体积比为1:1向酸化液中加入萃取剂甲乙酮,在30℃搅拌1小时,静置3小时,分层;得到水层3a和含丁二酸的萃取液3b;
(4)按体积比为1:1向水层3a中加入萃取剂甲乙酮,在30℃搅拌1小时,静置3小时,分层;得到水层4a和含丁二酸的萃取液4b;
(5)按体积比为1:1向水层4a中加入萃取剂甲乙酮,在30℃搅拌1小时,静置3小时,分层;得到水层5a和含丁二酸的萃取液5b;
(6)将水层5a进行常压蒸馏,回收萃取剂;
(7)合并含丁二酸的萃取液3b、含丁二酸的萃取液4b和含丁二酸的萃取液5b,进行蒸馏,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;
(8)含丁二酸的蒸馏剩余液进行冷却结晶、离心,得到丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;
(9)丁二酸粗制品用水进行重结晶,干燥得到丁二酸成品83.98g,收率88.4%,经HPLC分析丁二酸纯度达到99.7%,其它指标均符合USP30标准。重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液。
Claims (9)
1.一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是包括如下步骤:
(1)将通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液通过孔径为0.1~0.5微米的微滤膜在0.05~0.35MPa,20~60℃的条件下进行错流过滤,浓缩倍数15~25倍,洗水量为所述发酵液体积的10%~50%,得到微滤清液;
(2)将浓硫酸加入到步骤(1)获得的微滤清液中并控制微滤清液的温度为10~50℃,得到pH值为1.0~2.5的酸化液;
(3)向酸化液中加入萃取剂,萃取,得到水层3a和含丁二酸的萃取液3b;
(4)向水层3a中加入萃取剂,萃取,得到水层4a和含丁二酸的萃取液4b;
(5)向水层4a中加入萃取剂,萃取,得到水层5a和含丁二酸的萃取液5b;
(6)将水层5a进行常压蒸馏,回收萃取剂;
(7)合并含丁二酸的萃取液3b、含丁二酸的萃取液4b和含丁二酸的萃取液5b,进行蒸馏,回收萃取剂,并得到含丁二酸的蒸馏剩余液;
(8)含丁二酸的蒸馏剩余液进行冷却结晶、离心,得到丁二酸粗制品,母液合并于酸化液;
(9)丁二酸粗制品用水进行重结晶,干燥得到丁二酸成品,重结晶母液浓缩后合并于含丁二酸的蒸馏剩余液;所述萃取剂为甲乙酮或四氢呋喃。
2.根据权利要求1所述的一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是所述丁二酸钠发酵液中丁二酸钠的浓度为60~95g/L。
3.根据权利要求1所述的一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是所述酸化液的pH值为1.5。
4.根据权利要求1所述的一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是所述步骤(3)中酸化液与萃取剂的体积比为1:(0.5~2.0),所述萃取的步骤为:在10~50℃搅拌1~3小时,静置1~3小时,分层。
5.根据权利要求4所述的一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是所述步骤(3)中酸化液与萃取剂的体积比为1:1,所述萃取的步骤为:在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层。
6.根据权利要求1所述的一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是所述步骤(4)中水层3a与萃取剂的体积比为1:(0.5~2.0),所述萃取的步骤为:在10~50℃搅拌1~3小时,静置1~3小时,分层。
7.根据权利要求6所述的一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是所述步骤(4)中水层3a与萃取剂的体积比为1:1,所述萃取的步骤为:在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层。
8.根据权利要求1所述的一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是所述步骤(5)中水层4a与萃取剂的体积比为1:(0.5~2.0),所述萃取的步骤为:在10~50℃搅拌1~3小时,静置1~3小时,分层。
9.根据权利要求8所述的一种用萃取剂从发酵液中提取丁二酸的方法,其特征是所述步骤(5)中水层4a与萃取剂的体积比为1:1,所述萃取的步骤为:在40℃搅拌2小时,静置2小时,分层。
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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