CN106673994A - 一种长链有机酸的精制方法 - Google Patents

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高大成
张霖
师文静
廖莎
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孙启梅
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Abstract

本发明公开一种长链有机酸的精制方法，包括：I、将终止发酵液加热灭活；II、酸化使有机酸结晶析出，获得有机酸结晶液；III、将有机酸结晶液或过滤得到的有机酸滤饼与醚类有机溶剂混合，然后进行溶剂相和水相分离；IV、向溶剂相中加入碱性溶液，加热混合，再向其中加入酸性溶液，最后进行溶剂相和水相的分离；V、步骤IV得到的溶剂相冷却至有机酸结晶析出，经过滤，干燥得到精制的有机酸产品。该方法工艺简单，能耗低，物料消耗少，所得到的有机酸纯度高，氮含量和色素等杂质含量低，适宜于工业化生产。

Description

一种长链有机酸的精制方法
技术领域
本发明涉及一种长链有机酸的精制方法，特别是从发酵液中获得高纯度长链有机酸的方法。
背景技术
长链有机酸通式一般为CnH2n-2O4，其中n为10-18，是微生物利用液蜡等发酵而得到的代谢产物。其发酵液是复杂的多相体系，其中含有未反应的碳源、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、色素和灰分等杂质，严重影响产品的纯度和应用，并给该种类有机酸的提取与精制带来了困难。
目前，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，一般要求有机酸单酸纯度在98.5wt%以上，总氮＜30µg/g，目前只有用有机溶剂法提纯才能获得符合此要求的聚合级产品，而且一般情况下，即使纯度达到要求，其总氮含量仍较难达到要求。
CN01142806.6公开的长链二元酸精制方法中，以长链二元酸干粉为原料，使用醇类作溶剂精制长链二元酸。该法首先发酵液中的二元酸先经活性炭吸附后，再酸化结晶、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。该方法中，精制二元酸采用的溶剂是醇类，在加热溶解时，醇易与二元酸发生酯化反应，导致最终产品纯度的降低，限制了在聚合方面的应用。该方法精制的原料为含水的滤饼经干燥后得到二元酸干粉，对原料含水量的限制降低了该方法的操作弹性，增加了粗酸干燥的设备，导致此工艺流程较长，增加了生产成本。在有机溶剂精制二元酸时，采用吸附剂一般能达到脱色的要求，但仍较难脱除其中的小分子蛋白，使总氮含量不符合要求。
CN200410018255.7公开的长链二元酸精制方法中，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。该方法得到的二元酸粗品与溶剂混合溶解后，没有采取过滤等脱除去不溶性杂质的操作步骤，这样在降温结晶过程中不溶性杂质必然吸附结晶表面，影响了产品纯度，给产品的应用带来了不良的影响。而且该方法中的溶剂精制二元酸过程，包括了两次的溶剂重结晶操作，溶剂耗费量较大，增加了溶剂回收精制的负担，导致操作过程较为复杂，并且采用溶剂法精制得到的二元酸单酸纯度最高仅有98.75wt%，在生产稍有波动时，就可能得不到合格的产品。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种长链有机酸的精制方法。与现有技术相比，本发明方法工艺简单，能耗低，物料消耗少，所得到的有机酸纯度高，氮含量和色素等杂质含量低，适宜于工业化生产。
本发明一种长链有机酸的精制方法，包括：
I、将终止发酵液加热灭活；
II、酸化使有机酸结晶析出，获得有机酸结晶液；
III、将有机酸结晶液或过滤得到的有机酸滤饼与醚类有机溶剂混合，然后进行溶剂相和水相分离；
IV、向溶剂相中加入碱性溶液，加热混合，再向其中加入酸性溶液，最后进行溶剂相和水相的分离；
V、步骤IV得到的溶剂相冷却至有机酸结晶析出，经过滤，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CnH2n-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中分离脱除菌体等杂质。加热灭活温度一般为75℃～100℃。
本发明方法中，步骤II所述酸化的pH值为2.0~4.0，温度为80~100℃。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。
步骤III所用的醚类有机溶剂的碳数为2~8，优选为乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、异丁醚、戊醚、异戊醚、己醚等的一种或几种。
本发明方法中，醚类有机溶剂与有机酸干基的重量比为1:1~15:1，优选为2:1~7:1。有机酸结晶液或有机酸滤饼与醚类有机溶剂优选在加热条件下溶解，加热温度一般为80℃~150℃，优选90~120℃，具体根据选用溶剂的沸点确定，一般低于所使用溶剂的沸点温度。
本发明方法中，步骤III还可以加入适量的苦味酸，优选和醚类有机溶剂同时加入，加入量为发酵液的理论含酸量的2~5 wt%。苦味酸同醚类有机溶剂的共同作用，提高蛋白、核酸等杂质的沉淀效果。
本发明方法中，步骤IV中所述的碱性溶液可以是碳酸氢钠溶液、碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液中的一种，溶液的质量分数为0.5%~10%，加入量为有机酸干基重量的50%~100%。加热混合的时间为20-120min，加热温度以低于所用有机溶剂的沸点为宜。所述加入的酸性溶液为硫酸溶液、磷酸溶液、硝酸溶液、盐酸溶液中的一种，溶液浓度为10%~50%，加入量为有机酸干基重量的5%~35%，加酸性溶液精制的时间为20-60min。
步骤IV中可以加入去离子水洗涤有机相一次或一次以上，并分离出水相。
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℃～30℃。
本发明方法中，步骤V中得到的有机溶剂滤液，可以循环使用。
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。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明方法采用的醚类溶剂、苦味酸和碱性、酸性溶液精制长链有机酸，能够逐步将粗产品中组成复杂的多种杂质去除，得到高品质的精产品，并且能够保证单程工艺的精产品收率较高。
本发明首先利用醚类溶剂对长链有机酸的溶解作用，能够将粗产品与大量水溶性以及固体杂质分离，减轻前段处理工艺的负荷，苦味酸的加入能够将部分蛋白沉淀从而随分水而除去；加入的碱性溶液能够将色素及蛋白等物质通过反应转移到水相中，同时碱性溶液也会中和一部分长链有机酸，生成盐而溶解在水相中；本发明人发现，继续加入的酸性溶液一方面能够与溶剂相中残余的少量色素、蛋白的碱性官能团反应，从而将溶剂相中的残余杂质进一步转移到水相中，提高了产品质量，另一方面可以将水相中的长链有机酸盐置换为长链有机酸从而回到有机相中，使得精产品收率较高。
本发明方法，在获得高纯度有机酸产品的同时，还具有工艺过程简单，能耗低，物料消耗少等优点。
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。
实施例1
取200ml由热带假丝酵母菌发酵得到的C12H22O4发酵液，浓度为150g/l。加热至90℃，静置分去溶液残留的液蜡，过滤除去菌体，得到C12H22O4发酵清液，用盐酸将pH值调至3.0并加热，得到有机酸结晶液。
把得到的C12H22O4有机酸结晶液与正丙醚（正丙醚与C12H22O4重量比为6：1）加热混合，至有机酸晶体全部溶于溶剂相（溶解温度80℃），静置分层后，
分去下层水相；向溶剂相中加入3 wt%的碳酸氢钠溶液30g，加热混合20min，加入50 wt%的硫酸溶液2.5g，继续加热混合20min，静置分去下层水相。有机相冷却至20℃结晶得到C12H22O4有机酸，再经过滤、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的C12H22O4发酵液，浓度为154g/l。加热至85℃，静置分去溶液残留的液蜡，过滤除去菌体，得到C12H22O4发酵清液，用盐酸将pH值调至3.0并加热，得到有机酸结晶液。
把得到的C12H22O4有机酸结晶液与正丁醚（正丁醚与C12H22O4重量比为5：1）加热混合，至有机酸晶体全部溶于溶剂相（溶解温度90℃），静置分层后，
分去下层水相；向溶剂相中加入2 wt%的氢氧化钠溶液30g，加热混合30min，加入40 wt%的硫酸溶液5g，继续加热混合30min，静置分去下层水相。有机相冷却至15℃结晶得到C12H22O4有机酸，再经过滤、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的C12H22O4发酵液，浓度为158g/l。加热至95℃，静置分去溶液残留的液蜡，过滤除去菌体，得到C12H22O4发酵清液，用盐酸将pH值调至2.0并加热，得到有机酸结晶液。
把得到的C12H22O4有机酸结晶液与异戊醚（异戊醚与C12H22O4重量比为4：1）加热混合，至有机酸晶体全部溶于溶剂相（溶解温度140℃），静置分层后，
分去下层水相；向溶剂相中加入8 wt%的氢氧化钾溶液15g，加热混合60min，加入20 wt%的盐酸溶液10g，继续加热混合60min，静置分去下层水相。有机相冷却至10℃结晶得到C12H22O4有机酸，再经过滤、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85℃，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4.0，并加热至95℃，得到C14H26O4有机酸结晶液。
把得到的C14H26O4有机酸结晶液与异丙醚（异丙醚与C14H22O4重量比为7：1）混合，至有机酸晶体全部溶于溶剂相（溶解温度65℃），静置分层后，分去下层水相；向溶剂相中加入2.5 wt%的碳酸氢钾溶液25g，加热混合50min，加入40 wt%的硝酸溶液6g，继续加热混合50min，静置分去下层水相。向溶剂相中加入40ml去离子水洗涤溶剂相，水洗30min后静置分去下层水相，有机相冷却至10℃结晶得到C12H22O4有机酸，再经过滤、干燥步骤得到产品。产品质量见表1。
实施例5
同实施例2，不同之处在于加入正丁醚的同时加入了苦味酸，加入量为步骤（1）发酵液的理论含酸量的2 wt%。产品质量见表1。
实施例6
同实施例2，不同之处在于加入正丁醚的同时加入了苦味酸，加入量为步骤（1）发酵液的理论含酸量的5 wt%。产品质量见表1。
表1 有机酸产品质量

Claims (17)

1. 一种长链有机酸的精制方法，其特征在于：包括：
I、将终止发酵液加热灭活；
II、酸化使有机酸结晶析出，获得有机酸结晶液；
III、将有机酸结晶液或过滤得到的有机酸滤饼与醚类有机溶剂混合，然后进行溶剂相和水相分离；
IV、向溶剂相中加入碱性溶液，加热混合，再向其中加入酸性溶液，最后进行溶剂相和水相的分离；
V、步骤IV得到的溶剂相冷却至有机酸结晶析出，经过滤，干燥得到精制的有机酸产品。
2. 根据权利要求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CnH2n-2O4，其中n为10-18，有机酸是单一有机酸或混合有机酸。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤I所述加热灭活温度为75℃～100℃。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤II所述酸化的pH值为2.0~4.0，温度为80~100℃。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤II所述酸化所用的酸为H2SO4、HNO3、HCl或H3PO4。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤III所用的醚类有机溶剂的碳数为2~8。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于：醚类有机溶剂为乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、异丁醚、戊醚、异戊醚、己醚中的一种或几种。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤III中，醚类有机溶剂加入量以其与有机酸干基的重量比为1:1~15:1计。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤III中，醚类有机溶剂加入量以其与有机酸干基的重量比为2:1~7:1计。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤III中，有机酸结晶液或有机酸滤饼与醚类有机溶剂混合温度为80℃~150℃。
11. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤III中加入苦味酸，加入量为发酵液的理论含酸量的2~5 wt%。
12. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤III中加入苦味酸同醚类有机溶剂同时加入。
13. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤IV中所述的碱性溶液为碳酸氢钠溶液、碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液中的一种，溶液的质量分数为0.5%~10%，加入量为有机酸干基重量的50%~100%。
14. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤IV中加热混合的时间为20-120min。
15. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤IV中所述加入的酸性溶液为硫酸溶液、磷酸溶液、硝酸溶液、盐酸溶液中的一种，溶液浓度为10%~50%，加入量为有机酸干基重量的5%~35%，加酸性溶液精制的时间为20-60min。
16. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤IV中采用去离子水洗涤有机相一次或一次以上，并分离出水相。
17. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤V中冷却结晶温度为10℃～30℃。
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