CN106148448A - 一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法 - Google Patents

一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生化技术领域，特别是大型工业生产中的一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法，其包括：发酵、膜过滤、水解、膜过滤、脱色、结晶、离心、干燥、包装各步骤。本发明的有益效果是：本发明采用微生物发酵生产烟酸，具有反应条件温和、选择性好、流程简单、产物产率和纯度高、成本低、环境污染小等优点，而且对部分废水进行了回收利用，增加了附加产值，特别适合用于大规模的生产。

Description

一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法
技术领域
本发明涉及生化技术领域，特别是大型工业生产中的一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法。
背景技术
烟酸是人体中不可缺少的营养成分之一。烟酸的用途十分广泛，可以作为医药中间体，用于合成多种有重要用途的酰胺类和酯类衍生药物，烟酸还是一种重要的食品添加剂和饲料添加剂，也少量用于染料、光亮添加剂、日用化学品等行业。
烟酸的生产方法很多，常用的有氨氧化法、气相氧化法、试剂氧化法、液相催化氧化法、电化学氧化法和生物催化法等。
氨氧化法以3-甲基吡啶或2-甲基-5-乙基吡啶为原料，在催化剂的作用下，与氨气和空气的混合气体在高温下气相氧化，生成烟腈，然后在碱性条件下水解得烟酸，该方法反应温度高，从反应物到产物需要两步以上的反应，使得设备投资和生产成本提高。
气相氧化法以3-甲基吡啶为原料，在催化剂的作用下，用空气或富氧空气直接气相氧化成烟酸，该方法的关键技术是开发具有高选择性和高效性的催化剂，上产技术条件要求比较高，虽然相关的研究报道很多，但是真正投入应用的实例还很少。
试剂氧化法一般使用硝酸、高锰酸钾、硫酸、过氧化氢等作为氧化剂，通常采用3-甲基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、喹啉乙以及6-羟基喹啉作为原料，在上述氧化剂作用下生成烟酸，该方法反应温度高、收率低、选择性差、产品纯度和色泽欠佳、三废污染严重。
液相催化氧化法一般以醋酸锰、醋酸钴以及溴化物作为催化剂，在高温、高压条件下，将3-甲基吡啶在醋酸介质中被空气选择性氧化物烟酸，该方法后处理工序比较复杂。
电化学氧化法是目前工业生产中应用比较多的工艺，以烟碱为原料，经氧化剂在电解槽中通过电解制备烟酸，此法仅停留在实验室阶段，大规模生产尚存在一定困难，电氧化的电流效率还待进一步提高。
微生物催化法生产烟酸与化学法相比具有高选择性、高效性、成本低、反应条件温和、环境污染小等优点，逐渐成为研究的热点之一。
除上述几种目前研究较多的化学方法外，还有光化学氧化法、吡啶烷基化法等，Matsumura Michio 公开了应用光化学氧化法合成烟酸的新工艺；由于吡啶烷基化法要用到 LiAlH4、NaH 等昂贵的试剂，无实际工业应用价值，仅作为提供一种烟酸的合成途径。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是：
一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法，包括以下步骤，
(1) 发酵：
在发酵罐中加入为发酵罐容积70-90%的培养基，所述培养基包括以下质量百分数的组成：0.1-2%酵母粉，1-3%蛋白胨、0.1-2%NaCl、0.1-2%KH2PO4、0.1-2%K2HPO4·3H2O、0.1-2%尿素、1-4%甘油、其余为水；然后灭菌，接入1-10%的恶臭假单胞杆菌,培养20-40h，期间不断通无菌空气，发酵过程中控制温度为20-50 ℃，通过流加稀盐酸和氨水调节pH为6-9，后期流加甘油；
(2) 膜过滤
将步骤(1)发酵完成后的混合物通过微滤设备进行过滤，滤膜孔径为0.01-0.1μm，收集滤渣，滤渣主要成分为腈水解酶高产菌株和睛水解酶；
(3) 水解
将滤渣和pH6-9的KH2PO4-K2HPO4缓冲液加入反应釜中，加至过滤前混合物的体积，控制反应温度为20-40 ℃，缓慢流加3-氰基吡啶进行水解反应，用液相色谱跟踪3-氰基吡啶的残留量；
(4)膜过滤
将水解反应后的水合液通入微滤设备进行过滤，滤膜孔径为0.01-0.1μm，得到的滤液和滤渣，滤液加入反应液接收罐，滤液为烟酸铵溶液，滤渣为反应后的废细胞及微量的3-氰基吡啶；
(5) 脱色
将步骤（4）的滤液通过脱色膜机进行膜过滤，滤膜孔径为100-500道尔顿，利用膜过滤去除滤液中的杂质和色素；
(6)结晶
将步骤（5）得到的滤液加入结晶釜，搅拌，缓慢流加20-50%的稀硫酸至pH为2-5，期间结晶釜温度控制在20-40℃，烟酸铵和稀硫酸反应生成烟酸晶体；
(7) 离心、干燥、包装
将步骤（6）生产的混合液放入离心机进行离心、洗涤，得到母液和烟酸结晶体，烟酸结晶体进入流化床进行干燥，干燥至水分含量低于0.5%，进行包装。
作为一种优选技术方案，所述步骤(6)中的使用的稀硫酸为浓硫酸经过石墨冷却器进行稀释到制得。
作为一种优选技术方案，所述步骤(7)中产生的母液主要成分为硫酸铵，通过MVR蒸发结晶进行回收。
综上，本发明的有益效果是：
本发明采用微生物发酵生产烟酸，具有反应条件温和、选择性好、流程简单、产物产率和纯度高、成本低、环境污染小等优点，而且对部分废水进行了回收利用，增加了附加产值，特别适合用于大规模的生产。
具体实施方式
一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法，包括以下步骤，
(1) 发酵：
在发酵罐中加入为发酵罐容积70-90%的培养基，所述培养基包括以下质量百分数的组成：0.1-2%酵母粉，1-3%蛋白胨、0.1-2%NaCl、0.1-2%KH2PO4、0.1-2%K2HPO4·3H2O、0.1-2%尿素、1-4%甘油、其余为水；然后灭菌，接入1-10%的恶臭假单胞杆菌,培养20-40h，期间不断通无菌空气，发酵过程中控制温度为20-50 ℃，通过流加稀盐酸和氨水调节pH为6-9，后期流加甘油；
(2) 膜过滤
将步骤(1)发酵完成后的混合物通过微滤设备进行过滤，滤膜孔径为0.01-0.1μm，收集滤渣，滤渣主要成分为腈水解酶高产菌株和睛水解酶；
(3) 水解
将滤渣和pH6-9的KH2PO4-K2HPO4缓冲液加入反应釜中，加至过滤前混合物的体积，控制反应温度为20-40 ℃，缓慢流加3-氰基吡啶进行水解反应，用液相色谱跟踪3-氰基吡啶的残留量；
(4)膜过滤
将水解反应后的水合液通入微滤设备进行过滤，滤膜孔径为0.01-0.1μm，得到的滤液和滤渣，滤液加入反应液接收罐，滤液为烟酸铵溶液，滤渣为反应后的废细胞及微量的3-氰基吡啶；
(5) 脱色
将步骤（4）的滤液通过脱色膜机进行膜过滤，滤膜孔径为100-500道尔顿，利用膜过滤去除滤液中的杂质和色素；
(6)结晶
将步骤（5）得到的滤液加入结晶釜，搅拌，缓慢流加20-50%的稀硫酸至pH为2-5，期间结晶釜温度控制在20-40℃，烟酸铵和稀硫酸反应生成烟酸晶体；
(7) 离心、干燥、包装
将步骤（6）生产的混合液放入离心机进行离心、洗涤，得到母液和烟酸结晶体，烟酸结晶体进入流化床进行干燥，干燥至水分含量低于0.5%，进行包装。
进一步的，所述步骤(6)中的使用的稀硫酸为浓硫酸经过石墨冷却器进行稀释到制得。
进一步的，所述步骤(7)中产生的母液主要成分为硫酸铵，通过MVR蒸发结晶进行回收。
对通过上述方法制得的烟酸进行检测，检测结果如下：
检测项目 指标 检测结果
含量/(%) 99.5-101.0 100.2
熔点/(℃) 234-238 236.2
水分/(%) ≤0.5 0.3
重金属(以Pb计/mg/kg) ≤20 13
灼烧残渣，w/% ≤0.1 0.06
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1) 发酵：
在发酵罐中加入为发酵罐容积70-90%的培养基，所述培养基包括以下质量百分数的组成：0.1-2%酵母粉，1-3%蛋白胨、0.1-2%NaCl、0.1-2%KH2PO4、0.1-2%K2HPO4·3H2O、0.1-2%尿素、1-4%甘油、其余为水；然后灭菌，接入1-10%的恶臭假单胞杆菌，培养20-40h，期间不断通无菌空气，发酵过程中控制温度为20-50 ℃，通过流加稀盐酸和氨水调节pH为6-9，后期流加甘油；
(2) 膜过滤
将步骤(1)发酵完成后的混合物通过微滤设备进行过滤，滤膜孔径为0.01-0.1μm，收集滤渣，滤渣主要成分为腈水解酶高产菌株和睛水解酶；
(3) 水解
将滤渣和pH6-9的KH2PO4-K2HPO4缓冲液加入反应釜中，加至过滤前混合物的体积，控制反应温度为20-40 ℃，缓慢流加3-氰基吡啶进行水解反应，用液相色谱跟踪3-氰基吡啶的残留量；
(4)膜过滤
将水解反应后的水合液通入微滤设备进行过滤，滤膜孔径为0.01-0.1μm，得到的滤液和滤渣，滤液加入反应液接收罐，滤液为烟酸铵溶液，滤渣为反应后的废细胞及微量的3-氰基吡啶；
(5) 脱色
将步骤（4）的滤液通过脱色膜机进行膜过滤，滤膜孔径为100-500道尔顿，利用膜过滤去除滤液中的杂质和色素；
(6)结晶
将步骤（5）得到的滤液加入结晶釜，搅拌，缓慢流加20-50%的稀硫酸至pH为2-5，期间结晶釜温度控制在20-40℃，烟酸铵和稀硫酸反应生成烟酸晶体；
(7) 离心、干燥、包装
将步骤（6）生产的混合液放入离心机进行离心、洗涤，得到母液和烟酸结晶体，烟酸结晶体进入流化床进行干燥，干燥至水分含量低于0.5%，进行包装。
2.根据权利要求1所述的一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法，其特征在于，所述步骤(6)中的使用的稀硫酸为浓硫酸经过石墨冷却器进行稀释到制得。
3.根据权利要求1所述的一种利用恶臭假单胞菌制备烟酸的方法，其特征在于，所述步骤(7)中产生的母液主要成分为硫酸铵，通过MVR蒸发结晶进行回收。
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