CN106117292A - 一种从发酵液中分离维生素b12和丙酸的方法 - Google Patents

一种从发酵液中分离维生素b12和丙酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，所述的发酵液是由丙酸杆菌发酵培养产生，该方法主要包括超滤膜分离、机械法破除菌体细胞壁后提取维生素B12、纳滤膜或者反渗透膜浓缩、萃取和反萃步骤。本发明所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，适用于丙酸杆菌经发酵培养产生的发酵液，该方法分离维生素B12和丙酸的速度快，提取过程中使用的萃取剂少，萃取剂率高，其中维生素B12的提取率(质量分数)高达95.5％，丙酸的提取率(质量分数，以丙酸钠计)高达94.7％，有利于环保和提升生产效益。

Description

一种从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法
技术领域
本发明涉及生物发酵与分离技术领域，尤其是一种从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法。
背景技术
维生素B12是一种重要的维生素，它可用来治疗恶性贫血和周围神经炎，日常生活中可用作食品添加剂、动物饲养添加剂等。在工业上，维生素B12的生产主要是通过微生物发酵得到发酵液，发酵液中的菌体破碎后可提取维生素B12，而除去菌体后的发酵液往往弃置，不仅造成浪费，还会污染环境。
丙酸杆菌生产维生素B12过程中，也会产生副产物丙酸，存在于发酵液中。丙酸是一种重要精细化工产品和基本化工原料，广泛应用于食品、饲料、橡胶、油漆、涂料、香料、医药、农药、印刷等领域。
丙酸杆菌在培养发酵过程中，经代谢产生丙酸，同时可以在胞内富集维生素B12，由于两种产物产生的最优条件不相同，现有生产中往往侧重其中一种产物来调整培养条件，并最终提取该目标产物，对另一种产物则弃去，造成资源的浪费。
如果能从发酵液中分离维生素B12和丙酸，在提取维生素B12之后进一步提取丙酸，不仅可以“变废为宝”，而且能够在生产维生素B12的同时实现丙酸的联产，大幅提升生产效益。
发明专利CN 101402913 B公开了一种批式发酵法生产丙酸联产维生素B12的装置及工艺，包括丙酸固定化生产单元和VB12生产单元，利用植物纤维床反应器生产丙酸，同时利用中空纤维膜组件实现丙酸发酵液中菌体与含丙酸透过液的分离。该装置为批式生产，生产效率有限，且该装置只是实现了丙酸的富集，但并不能得到高纯度的丙酸。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法。
本发明所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，适用于丙酸杆菌经发酵培养产生的发酵液，包括基于生产丙酸为目的的丙酸杆菌发酵、基于生产维生素B12为目的的丙酸杆菌发酵和丙酸杆菌发酵联产丙酸、维生素B12的情况。为了保证该方法的提取效果，所使用的发酵液中丙酸的质量分数优选为10-50g/L，发酵液中的菌体含有的维生素B12的质量分数优选为10-50mg/L。
本发明所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，利用超滤膜可以有效分离菌体和发酵液，菌体用于维生素B12的提取，采取一般的机械法破除细胞壁提取维生素B12即可，除去菌体后的发酵液用于丙酸的提取，超滤膜的分离速度快，无相变，无需添加任何化学药剂。
本发明所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，采用纳滤膜或反渗透膜对所述的滤液A进行浓缩，可进一步提高丙酸的浓度，减少萃取剂的用量，有利于环保，同时提高萃取效率。
本发明所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法中，萃取过程中萃取剂的体积与浓缩液B的体积比为2:1-2:5，低于此范围，萃取剂的浓度过低，萃取率低，高于此范围时，萃取剂的用量增大，但萃取率并无增加，造成萃取剂的浪费。
本发明所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法中，萃取剂的体积与稀释剂的体积比为1:1-1:3。低于此范围，萃取剂的浓度偏低，若要达到相同萃取率，需更大量的萃取剂，造成液体体积膨胀。高于此值，萃取剂的浓度过高，萃取率没有身高，甚至有下降的趋势。
本发明所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法中，采用搅拌装置使浓缩液B与萃取剂充分混合，有利于提高萃取率。
具体方案如下：
一种从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，所述的发酵液是由丙酸杆菌发酵培养产生，包括以下步骤：
(1)将所述的发酵液通过超滤膜，得到滤液A和浓缩液B，其中所述的浓缩液B为菌体富集液，采用机械法破除菌体细胞壁后提取所述的维生素B12；
(2)将所述的滤液A通过纳滤膜或者反渗透膜进行浓缩，得到浓缩液C；
(3)将所述的浓缩液C和萃取剂、稀释剂一同加入萃取装置进行反应，得到萃取相D；
(4)将所述的萃取相D用碱性水溶液进行反萃，得到丙酸的盐溶液，剩下的再生有机相返回步骤(3)回用。
进一步的，所述的发酵液中丙酸的质量分数为10-50g/L，发酵液中的菌体含有的维生素B12的质量分数为10-50mg/L。
进一步的，所述的步骤(1)中超滤膜为管式陶瓷膜、平板陶瓷膜、有机卷式膜、管式有机膜、中空纤维膜或有机平板膜，操作压力为0.1-1MPa。
进一步的，所述的步骤(2)中纳滤膜为有机卷式膜，截留分子量为100-1000道尔顿，操作压力为0.7-1.5MPa；
进一步的，所述的步骤(2)中反渗透膜为有机卷式膜，操作压力为1-6MPa。
进一步的，所述的步骤(3)中萃取剂为甲基三辛基氯化胺，磷酸三丁酯，正三辛胺中的任意一种。
进一步的，所述的步骤(3)中稀释剂为正辛醇、甲苯、煤油中的任意一种。
进一步的，所述的步骤(3)中萃取剂的体积与浓缩液B的体积比为2:1-2:5，萃取剂的体积与稀释剂的体积比为1:1-1:3。
进一步的，所述的步骤(3)中浓缩液B的pH为3.5-5.5。
进一步的，所述的步骤(3)中萃取装置带有搅拌装置，搅拌速度为200-800r/min。
进一步的，所述的步骤(4)中的碱性水溶液为氢氧化钠的水溶液、碳酸钠的水溶液或者氢氧化钾的水溶液，浓度为1-3mol/L。
本发明所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，适用于丙酸杆菌经发酵培养产生的发酵液，该方法分离维生素B12和丙酸的速度快，提取过程中使用的萃取剂少，萃取剂率高，其中维生素B12的提取率(质量分数)高达95.5％，丙酸的提取率(质量分数，以丙酸钠计)高达94.7％，有利于环保和提升生产效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
将保藏号为CCTCC No.M 207015的费氏丙酸杆菌NX-4，接种于培养基，培养基为：葡萄糖20g/L,酵母粉5g/L,蛋白胨7g/L,NaCl 6g/L，pH＝6.9，33℃培养36h，得到种子液；将种子液按发酵培养基体积10％的接种量接入发酵培养基中，发酵培养基为葡萄糖50g/L,玉米浆20g/L,K2HPO44g/L,MgSO41g/L，NaCl1g/L，pH＝6.9，35℃培养42h获得发酵液，其中丙酸的质量分数为10-50g/L，发酵液中的菌体含有的维生素B12的质量分数为10-50mg/L。
将上述发酵液通过超滤膜，得到滤液A和浓缩液B，其中浓缩液B为菌体富集液，采用机械法破除菌体细胞壁后提取维生素B12；将滤液A通过纳滤膜进行浓缩，得到浓缩液C；将浓缩液C和萃取剂、稀释剂一同加入萃取装置进行反应，得到萃取相D；将萃取相D用1mol/L氢氧化钠的水溶液进行反萃，得到丙酸钠的水溶液，剩下的再生有机相返回萃取步骤回用。
具体的，所述的超滤膜为管式陶瓷膜，操作压力为0.1-1MPa；纳滤膜为有机卷式膜，截留分子量为100道尔顿，操作压力为0.7-1.5MPa；萃取剂为甲基三辛基氯化胺；稀释剂为正辛醇；萃取剂的体积与浓缩液B的体积比为2:1，萃取剂的体积与稀释剂的体积比为1:1；浓缩液B的pH为3.5；萃取装置带有搅拌装置，搅拌速度为200r/min。
通过该方法可实现维生素B12和丙酸的分离和提取，其中维生素B12的提取率约为95.3％，丙酸的提取率为80％(质量分数，以丙酸钠计)。
实施例2
将保藏号为CCTCC No.M 207015的费氏丙酸杆菌NX-4，接种于培养基，培养基为：葡萄糖20g/L,酵母粉5g/L,蛋白胨7g/L,NaCl 6g/L，pH＝6.9，33℃培养36h，得到种子液；将种子液按发酵培养基体积10％的接种量接入发酵培养基中，发酵培养基为葡萄糖50g/L,玉米浆20g/L,K2HPO44g/L,MgSO41g/L，NaCl1g/L，pH＝6.9，35℃培养42h获得发酵液，其中丙酸的质量分数为10-50g/L，发酵液中的菌体含有的维生素B12的质量分数为10-50mg/L。
将上述发酵液通过超滤膜，得到滤液A和浓缩液B，其中浓缩液B为菌体富集液，采用机械法破除菌体细胞壁后提取维生素B12；将滤液A通过反渗透膜进行浓缩，得到浓缩液C；将浓缩液C和萃取剂、稀释剂一同加入萃取装置进行反应，得到萃取相D；将萃取相D用3mol/L碳酸钠的水溶液进行反萃，得到丙酸钠的水溶液，剩下的再生有机相返回萃取步骤回用。
具体的，所述的超滤膜为平板陶瓷膜，操作压力为0.1-1MPa；反渗透膜为有机卷式膜，操作压力为1-6MPa；萃取剂为磷酸三丁酯；稀释剂为煤油；萃取剂的体积与浓缩液B的体积比为2:5，萃取剂的体积与稀释剂的体积比为1:3；浓缩液B的pH为5.5；萃取装置带有搅拌装置，搅拌速度为800r/min。
通过该方法可实现维生素B12和丙酸的分离和提取，其中维生素B12的提取率约为95.5％，丙酸的提取率为94.7％(质量分数，以丙酸钠计)。
实施例3
将保藏号为CCTCC No.M 207015的费氏丙酸杆菌NX-4，接种于培养基，培养基为：葡萄糖20g/L,酵母粉5g/L,蛋白胨7g/L,NaCl 6g/L，pH＝6.9，33℃培养36h，得到种子液；将种子液按发酵培养基体积10％的接种量接入发酵培养基中，发酵培养基为葡萄糖50g/L,玉米浆20g/L,K2HPO44g/L,MgSO41g/L，NaCl1g/L，pH＝6.9，35℃培养42h获得发酵液，其中丙酸的质量分数为10-50g/L，发酵液中的菌体含有的维生素B12的质量分数为10-50mg/L。
将上述发酵液通过超滤膜，得到滤液A和浓缩液B，其中浓缩液B为菌体富集液，采用机械法破除菌体细胞壁后提取维生素B12；将滤液A通过纳滤膜进行浓缩，得到浓缩液C；将浓缩液C和萃取剂、稀释剂一同加入萃取装置进行反应，得到萃取相D；将萃取相D用2mol/L氢氧化钾的水溶液进行反萃，得到丙酸钠的水溶液，剩下的再生有机相返回萃取步骤回用。
具体的，所述的超滤膜为管式有机膜，操作压力为0.1-1MPa；纳滤膜为有机卷式膜，截留分子量为1000道尔顿，操作压力为0.7-1.5MPa；萃取剂为正三辛胺；稀释剂为甲苯；萃取剂的体积与浓缩液B的体积比为2:3，萃取剂的体积与稀释剂的体积比为1:2；浓缩液B的pH为4.5；萃取装置带有搅拌装置，搅拌速度为500r/min。
通过该方法可实现维生素B12和丙酸的分离和提取，其中维生素B12的提取率约为94.2％，丙酸的提取率约为93.8％(质量分数，以丙酸钾计)。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，所述的发酵液是由丙酸杆菌发酵培养产生，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将所述的发酵液通过超滤膜，得到滤液A和浓缩液B，其中所述的浓缩液B为菌体富集液，采用机械法破除菌体细胞壁后提取所述的维生素B12；
(2)将所述的滤液A通过纳滤膜或者反渗透膜进行浓缩，得到浓缩液C；
(3)将所述的浓缩液C和萃取剂、稀释剂一同加入萃取装置进行反应，得到萃取相D；
(4)将所述的萃取相D用碱性水溶液进行反萃，得到丙酸的盐溶液，剩下的再生有机相返回步骤(3)回用。
2.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：所述的发酵液中丙酸的质量分数为10-50g/L，发酵液中的菌体含有的维生素B12的质量分数为10-50mg/L。
3.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的超滤膜为管式陶瓷膜、平板陶瓷膜、有机卷式膜、管式有机膜、中空纤维膜或有机平板膜，操作压力为0.1-1MPa。
4.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的纳滤膜为有机卷式膜，其截留分子量为100-1000道尔顿，操作压力为0.7-1.5MPa；
任选的，所述的步骤(2)中反渗透膜为有机卷式膜，操作压力为1-6MPa。
5.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的萃取剂为甲基三辛基氯化胺，磷酸三丁酯，正三辛胺中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述稀释剂为正辛醇、甲苯、煤油中的任意一种或多种。
7.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的萃取剂的体积与所述的浓缩液B的体积比为2:1-2:5，所述的萃取剂的体积与所述的稀释剂的体积比为1:1-1:3。
8.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的浓缩液B的pH为3.5-5.5。
9.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的萃取装置带有搅拌装置，搅拌速度为200-800r/min。
10.根据权利要求1所述的从发酵液中分离维生素B12和丙酸的方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述的碱性水溶液为氢氧化钠的水溶液、碳酸钠的水溶液或者氢氧化钾的水溶液，浓度为1-3mol/L。
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