CN110079561A - 一种耦合法制备l(+)-酒石酸的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及酒石酸制备技术领域，尤其涉及一种耦合法制备L(+)‑酒石酸的工艺。其包括以下步骤：顺式环氧琥珀酸钙的制备，以顺丁烯二酸酐为原料，在含钨催化剂作用下和碳酸钙反应，经双氧水氧化生产得到顺式环氧琥珀酸钙；酒石酸钠的制备，以固定化细胞为生物催化剂，将顺式环氧琥珀酸二钠酶转化为酒石酸钠；耦合置换，将酒石酸钠溶液加热后与顺式环氧琥珀酸钙混合并测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液；酒石酸钙加硫酸酸化得到L(+)‑酒石酸。该发明通过固定化细胞的使用以及耦合置换的方式解决传统制备过程中发酵强度太大的问题，且节水环保、生产效益高。
Description
技术领域
本发明涉及酒石酸制备技术领域，尤其涉及一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺。
背景技术
L(+)-酒石酸是一种天然有机酸，在葡萄中具有较高的含量。L(+)-酒石酸可以作为食品添加剂、增味剂以及食用色素成分之一，它还是医药工业的重要原料，许多种难溶药物均可加工成水溶性极佳的酒石酸盐，此外它还在化妆品、造酒、建筑、电镀、制革等行业都有广泛的用途。早期，L(+)-酒石酸主要是从葡萄酒的副产物酒石中提取得到，由于受原料的限制，产量无法满足需要。近几年，L(+)-酒石酸的主要生产技术是碳酸钙合成法：先合成顺式环氧琥珀酸钙，加入游离细胞或者酶，得到酒石酸钙，经硫酸分解，离交除杂，浓缩结晶得成品。这条工艺的优点就是使用价格较低的碳酸钙代替纯碱，离交液浓度可以达到40%以上，浓缩强度小，但这条工艺不能使用固定化细胞，且通过酶转化直接得到酒石酸钙，发酵强度太大，酶的制备成本高。
发明内容
本发明要解决上述问题，提供一种节能环保、效益高的耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺。
本发明解决问题的技术方案是，提供一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，包括以下步骤：
（1）顺式环氧琥珀酸钙的制备，以顺丁烯二酸酐为原料，在含钨催化剂作用下和碳酸钙反应，经双氧水氧化生产得到顺式环氧琥珀酸钙；
（2）酒石酸钠的制备，以固定化细胞为生物催化剂，将顺式环氧琥珀酸二钠酶转化为酒石酸钠；
（3）耦合置换，将酒石酸钠溶液加热后与顺式环氧琥珀酸钙混合并测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液；酒石酸钙加硫酸酸化得到L(+)-酒石酸。
优选地，还包括提纯步骤：将步骤（3）得到的L(+)-酒石酸经732树脂或/和D314树脂除杂后浓缩、结晶、烘干，得成品L(+)-酒石酸。
优选地，调节所述步骤（3）得到的过滤液的pH至9.0-10后加沉淀剂，离心过滤得清液和沉淀物；清液用所述步骤（3）得到的过滤液调节pH至中性后送至步骤（2）进行酶转化，沉淀物回收。
优选地，所述沉淀剂包括硬脂酸钠、月桂酸钠、棕榈酸钠中的一种或几种。
优选地，所述固定化细胞由菌体通过卡拉胶包埋法或/和明胶包埋法制备，所述菌体选自红球菌、诺卡氏菌、大肠杆菌工程菌 。
优选地，所述卡拉胶包埋法：用生理盐水配置4.5%-5.5%卡拉胶溶液，将卡拉胶溶液与1-1.5g/mL菌悬液以（2.5-3.5）：1的体积比混合后滴入５-10℃、0.2-0.3mol/L的KCl溶液，形成的颗粒于KCl溶液中浸泡0.4-0.6h后，转移至80-90mmol/L己二胺溶液浸泡9-11min，然后加入0.2-0.3mol/L戊二醛溶液浸泡25-35min后洗涤备用。
优选地，所明胶包埋法：将10%明胶溶液与1-1.5g/mL菌悬液以（5.5-6.5）：1的体积比混合后凝固切块，加入0.4-0.6%戊二醛溶液交联1.8-2.2h，洗涤备用。
优选地，所述步骤（2）：于0.8-1.2mol/L的顺式环氧琥珀酸二钠中加入固定化细胞颗粒，22-24h后测定转化率。
优选地，所述步骤（1）：按照质量份，于500份水中加入90-105份顺丁烯二酸酐、45-55份碳酸钙、150-155份27.5%双氧水以及1.8-2.2份二水钨酸钠，于60-75℃保温2-4h后，再加入45-55份碳酸钙，冷却降温至28-35℃后过滤得到顺式环氧琥珀酸钙及母液。
优选地，还包括母液回收步骤：按照质量份，向母液中加入45-55份水、90-105份顺丁烯二酸酐、45-55份碳酸钙、150-155份27.5%双氧水以及0.8-1.2份二水钨酸钠，于60-75℃保温2-4h后，再加入45-55份碳酸钙，冷却后过滤得到顺式环氧琥珀酸钙及母液；母液回收步骤重复4-8次。
本发明的有益效果：
1.本发明采用耦合法钙盐工艺，通过酒石酸钠和顺式环氧琥珀酸钙的耦合得到酒石酸钙，避免发酵强度过大；同时在实际生产过程中，比现有钙盐工艺节约水32%、节约蒸汽28%、发酵生产量约为现行工艺30%，具有较好的效益性。
2.以顺式环氧琥珀酸二钠酶转化制备酒石酸钠，除去达到制备酒石酸钠的目的外，顺式环氧琥珀酸钙还可使细胞的通透性提高，表观酶活性增大，提高转化效率，转化率达99%以上。
3.采用固定化细胞进行酶转化得到酒石酸钠，与传统游离细胞的使用相比，固定化细胞机械强度更高、储存稳定性更好，还具有易操作、得到的产物批次稳定的优点，而且能够保护细胞中的酶，生物转化后回收的固定化细胞中的酶活力还能达到转化前活力的80%，而游离细胞中的酶活力仅仅为原来的15%。同时，传统生物技术行业中，发酵成功率不高，而采用卡拉胶等固定化工艺以后，制备一批细胞酶，可以循环使用30次左右，减少发酵批次，节约发酵原材料成本。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，并对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，包括以下步骤：
（1）顺式环氧琥珀酸钙的制备，以顺丁烯二酸酐为原料，在含钨催化剂作用下和碳酸钙反应，经双氧水氧化生产得到顺式环氧琥珀酸钙；本实施例汇总含钨催化剂选用二水钨酸钠。
具体为：量取500mL（500g）水，依次投入98g顺丁烯二酸酐、50g碳酸钙、139mL(152.9g) 27.5%双氧水、2g二水钨酸钠，控制温度68℃，保温3h后，再加入50g碳酸钙，冷却降温到30℃后过滤并洗水，得到顺式环氧琥珀酸钙和母液，顺式环氧琥珀酸钙晾干后有257g，母液450mL。
其中母液还可以进行回收利用：向母液中加50mL水，依次加入98g顺丁烯二酸酐、50g碳酸钙、139mL(152.9g) 27.5%双氧水、1g二水钨酸钠，控制温度68℃，保温3h后，再加入50g碳酸钙，得到顺式环氧琥珀酸钙和二次母液，顺式环氧琥珀酸钙晾干后有259g，二次母液455mL。重复该回收步骤6次。
（2）酒石酸钠的制备，以固定化细胞为生物催化剂，将顺式环氧琥珀酸二钠酶转化为酒石酸钠。
具体为：首先制备固定化细胞，本实施例中，采用卡拉胶包埋法，并使用诺卡氏菌。用生理盐水配制5%卡拉胶溶液，取30mL卡拉胶溶液与10mL制备好的1.2g/mL的菌悬液混合，用漏勺将混合液滴入8℃、0.25mol/L的KCl溶液，形成的颗粒于KCl溶液中浸泡0.5h后，转移至85mmol/L己二胺溶液浸泡10min，然后加入0.25mol/L戊二醛溶液浸泡30min后洗涤备用。
然后配制1mol/L的顺式环氧琥珀酸二钠溶液，取50mL加入制备好的卡拉胶颗粒23h后以偏矾酸铵比色法测定酒石酸含量，转化率达99.23%，其中卡拉胶颗粒循环使用30个批次。
（3）耦合置换，将酒石酸钠溶液加热后与顺式环氧琥珀酸钙混合并测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液；酒石酸钙加硫酸酸化得到L(+)-酒石酸。
具体为：收集转化好酒石酸钠溶液1000mL，升温至50℃后加入顺式环氧琥珀酸钙，测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液。酒石酸钙加硫酸酸化得到粗品L(+)-酒石酸溶液。
其中，粗品L(+)-酒石酸溶液还需提纯：将其经D314树脂除杂后浓缩、结晶、烘干，得成品L(+)-酒石酸。经化验符合L(+)-酒石酸-GB25545-2010,FCC9,BP09标准。
而过滤液可再回收利用：过滤液经测定酒石酸含量3.23%，调节过滤液的pH至9.5后加沉淀剂，本实施例中，沉淀剂采用硬脂酸钠，加热至65-72℃并保温30min后，离心过滤得清液和硬脂酸钙；清液通过上述过滤液调节pH至中性后送至步骤（2）进行酶转化，而硬脂酸钙经盐酸除钙，再经皂化得硬质酸钠后可回用。
实施例2
一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，包括以下步骤：
（1）顺式环氧琥珀酸钙的制备，以顺丁烯二酸酐为原料，在含钨催化剂作用下和碳酸钙反应，经双氧水氧化生产得到顺式环氧琥珀酸钙；本实施例汇总含钨催化剂选用二水钨酸钠。
具体为：量取500mL水，依次投入90g顺丁烯二酸酐、45g碳酸钙、150g27.5%双氧水、1.8g二水钨酸钠，控制温度60℃，保温2h后，再加入45g碳酸钙，冷却降温到28℃后过滤并洗水，得到顺式环氧琥珀酸钙和母液，顺式环氧琥珀酸钙晾干后有238g，母液435mL。
其中母液还可以进行回收利用：向母液中加45mL水，依次加入90g顺丁烯二酸酐、45g碳酸钙、150g27.5%双氧水、0.8g二水钨酸钠，控制温度60℃，保温2h后，再加入45g碳酸钙，得到顺式环氧琥珀酸钙和二次母液，顺式环氧琥珀酸钙晾干后有241g，二次母液440mL。重复该回收步骤4次。
（2）酒石酸钠的制备，以固定化细胞为生物催化剂，将顺式环氧琥珀酸二钠酶转化为酒石酸钠。
具体为：首先制备固定化细胞，本实施例中，采用明胶包埋法，并使用诺卡氏菌。将30mL10%明胶溶液与5mL的1g/mL菌悬液混合后凝固切块，加入0.5%戊二醛溶液交联2h，洗涤去除多余的戊二醛后备用。
然后配制1mol/L的顺式环氧琥珀酸二钠溶液，取50mL加入制备好的明胶颗粒22h后以偏矾酸铵比色法测定酒石酸含量，转化率达99.48%，其中明胶颗粒循环使用20个批次。
（3）耦合置换，将酒石酸钠溶液加热后与顺式环氧琥珀酸钙混合并测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液；酒石酸钙加硫酸酸化得到L(+)-酒石酸。
具体为：收集转化好酒石酸钠溶液1000mL，升温至50℃后加入顺式环氧琥珀酸钙，测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液。酒石酸钙加硫酸酸化得到粗品L(+)-酒石酸溶液。
其中，粗品L(+)-酒石酸溶液还需提纯：将其经阴阳树脂除杂后浓缩、结晶、烘干，得成品L(+)-酒石酸。经化验符合L(+)-酒石酸-GB25545-2010,FCC9,BP09标准。
而过滤液可再回收利用：调节过滤液的pH至9后加沉淀剂，本实施例中，沉淀剂采用月桂酸钠，混合后加热至65℃并保温30min，然后离心过滤得清液和月硅酸钙；清液通过上述过滤液调节pH至中性后送至步骤（2）进行酶转化，沉淀物经盐酸除钙，再经皂化后可回用。
实施例3
一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，包括以下步骤：
（1）顺式环氧琥珀酸钙的制备，以顺丁烯二酸酐为原料，在含钨催化剂作用下和碳酸钙反应，经双氧水氧化生产得到顺式环氧琥珀酸钙；本实施例汇总含钨催化剂选用二水钨酸钠。
具体为：量取500mL水，依次投入105g顺丁烯二酸酐、55g碳酸钙、155g 27.5%双氧水、2.2g二水钨酸钠，控制温度75℃，保温4h后，再加入55g碳酸钙，冷却降温到30℃后过滤并洗水，得到顺式环氧琥珀酸钙和母液，顺式环氧琥珀酸钙晾干后有259g，母液450mL。
其中母液还可以进行回收利用：向母液中加55mL水，依次加入105g顺丁烯二酸酐、55g碳酸钙、155g27.5%双氧水、1.2g二水钨酸钠，控制温度75℃，保温4h后，再加入55g碳酸钙，得到顺式环氧琥珀酸钙和二次母液，顺式环氧琥珀酸钙晾干后有261g，二次母液460mL。重复该回收步骤8次。
（2）酒石酸钠的制备，以固定化细胞为生物催化剂，将顺式环氧琥珀酸二钠酶转化为酒石酸钠。
具体为：首先制备固定化细胞，本实施例中，采用卡拉胶包埋法，并使用红球菌。用生理盐水配制5.5%卡拉胶溶液，取35mL卡拉胶溶液与10mL制备好的1.5g/mL的菌悬液混合，用漏勺将混合液滴入10℃、0.3mol/L的KCl溶液，形成的颗粒于KCl溶液中浸泡0.6h后，转移至90mmol/L己二胺溶液浸泡10min，然后加入0.3mol/L戊二醛溶液浸泡35min后洗涤备用。
然后配制1.2mol/L的顺式环氧琥珀酸二钠溶液，取50mL加入制备好的卡拉胶颗粒24h后以偏矾酸铵比色法测定酒石酸含量，转化率达99.14%，其中卡拉胶颗粒循环使用40个批次。
（3）耦合置换，将酒石酸钠溶液加热后与顺式环氧琥珀酸钙混合并测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液；酒石酸钙加硫酸酸化得到L(+)-酒石酸。
具体为：收集转化好酒石酸钠溶液1000mL，升温至50℃后加入顺式环氧琥珀酸钙，测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液。酒石酸钙加硫酸酸化得到粗品L(+)-酒石酸溶液。
其中，粗品L(+)-酒石酸溶液还需提纯：将其依次经732、D314树脂除杂后浓缩、结晶、烘干，得成品L(+)-酒石酸。经化验符合L(+)-酒石酸-GB25545-2010,FCC9,BP09标准。
而过滤液可再回收利用：调节过滤液的pH至10后加沉淀剂，本实施例中，沉淀剂采用棕榈酸钠，加热至65-70℃并保温30min后，离心过滤得清液和沉淀物；清液通过上述过滤液调节pH至中性后送至步骤（2）进行酶转化，而沉淀物经盐酸除钙，再经皂化后可回用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）顺式环氧琥珀酸钙的制备，以顺丁烯二酸酐为原料，在含钨催化剂作用下和碳酸钙反应，经双氧水氧化生产得到顺式环氧琥珀酸钙；
（2）酒石酸钠的制备，以固定化细胞为生物催化剂，将顺式环氧琥珀酸二钠酶转化为酒石酸钠；
（3）耦合置换，将酒石酸钠溶液加热后与顺式环氧琥珀酸钙混合并测定上清液酒石酸含量，当酒石酸含量不再下降时，过滤得固体酒石酸钙和过滤液；酒石酸钙加硫酸酸化得到L(+)-酒石酸。
2.根据权利要求1所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：将步骤（3）得到的L(+)-酒石酸经732树脂或/和D314树脂除杂后浓缩、结晶、烘干，得成品L(+)-酒石酸。
3.根据权利要求1所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：调节所述步骤（3）得到的过滤液的pH至9.0-10后加沉淀剂，离心过滤得清液和沉淀物；清液用所述步骤（3）得到的过滤液调节pH至中性后送至步骤（2）进行酶转化，沉淀物回收。
4.根据权利要求3所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：所述沉淀剂包括硬脂酸钠、月桂酸钠、棕榈酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：所述固定化细胞由菌体通过卡拉胶包埋法或/和明胶包埋法制备，所述菌体选自红球菌、诺卡氏菌、大肠杆菌工程菌。
6.根据权利要求5所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：所述卡拉胶包埋法：用生理盐水配置4.5%-5.5%卡拉胶溶液，将卡拉胶溶液与1-1.5g/mL菌悬液以（2.5-3.5）：1的体积比混合后滴入５-10℃、0.2-0.3mol/L的KCl溶液，形成的颗粒于KCl溶液中浸泡0.4-0.6h后，转移至80-90mmol/L己二胺溶液浸泡9-11min，然后加入0.2-0.3mol/L戊二醛溶液浸泡25-35min后洗涤备用。
7.根据权利要求5所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：所述明胶包埋法：将10%明胶溶液与1-1.5g/mL菌悬液以（5.5-6.5）：1的体积比混合后凝固切块，加入0.4-0.6%戊二醛溶液交联1.8-2.2h，洗涤备用。
8.根据权利要求1所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：所述步骤（2）：于0.8-1.2mol/L的顺式环氧琥珀酸二钠中加入固定化细胞颗粒，22-24h后测定转化率。
9.根据权利要求1所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：所述步骤（1）：按照质量份，于500份水中加入90-105份顺丁烯二酸酐、45-55份碳酸钙、150-155份27.5%双氧水以及1.8-2.2份二水钨酸钠，于60-75℃保温2-4h后，再加入45-55份碳酸钙，冷却降温至28-35℃后过滤得到顺式环氧琥珀酸钙及母液。
10.根据权利要求9所述的一种耦合法制备L(+)-酒石酸的工艺，其特征在于：还包括母液回收步骤：按照质量份，向母液中加入45-55份水、90-105份顺丁烯二酸酐、45-55份碳酸钙、150-155份27.5%双氧水以及0.8-1.2份二水钨酸钠，于60-75℃保温2-4h后，再加入45-55份碳酸钙，冷却后过滤得到顺式环氧琥珀酸钙及母液；母液回收步骤重复4-8次。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190802 |