CN110683946B - 一种低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸、及降低一元酸杂质含量的方法 - Google Patents

Abstract

一种低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸，所述奇数碳长链二元酸中含有的一元酸杂质含量低于7000ppm，所述一元酸杂质包括含有一个端羧基的脂肪酸。本发明还提供了一种降低奇数碳长链二元酸中一元酸杂质的方法，通过控制pH值、过膜温度以及发酵液或碱溶液中长链二元酸的浓度，更易促进杂质尤其是一元酸杂质的分离，而且不会有其他溶剂残留，更适合作为生产香料的原料。

Description

一种低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸、及降低一元酸 杂质含量的方法

技术领域

本发明涉及化合物提取纯化领域，具体地说，涉及一种奇数碳长链二元酸及降低其一元酸杂质含量的方法。

背景技术

长链二元酸是一系列合成材料的基础单体原料，长链二元酸及其衍生单体可以用于生产尼龙、聚碳酸酯、粉末涂料、香料、热熔胶、特种润滑剂等，是合成香料、工程塑料、耐寒增塑剂、高级润滑油和聚酰胺热熔胶等产品的重要原料。其中，奇数碳长链二元酸在熔点上远低于相邻的偶数碳长链二元酸，其在某些特殊的领域中，如香料、防锈领域具有特别的重要性，但是化学法难以大规模生产这类长链二元酸。

香料如麝香-T(十三碳二元酸乙二撑酯)，属于一种人工合成麝香，具有很强的定香作用，香气稳定，扩散性也好，是调配高级香精不可缺少的原料。因此广泛用作调配高级香水、化妆品皂类、洗发护发品、洗涤剂及个人护理品如沐浴露、香波等。文献报道的麝香-T制备方法，均以十三碳二元酸为原料，先与1,2-亚乙基二醇缩聚得到不同聚合度的聚酯，再在高温下减压解聚并内酯化而得。如果原料十三碳二元酸的纯度不高，会大大影响合格的麝香-T产品质量及收率。

在已报道的文献中，羧酸及其盐一直是金属防锈剂或缓蚀剂中的一类重要组成。而在防锈剂领域使用的奇数碳长链二元酸，如果纯度不高，对防锈功能也有很大的影响。

在生物发酵法生产长链二元酸的过程中，发酵结束后的发酵液里除了包含长链二元酸盐以外，还包含菌体以及其它杂质，如残留烷烃或脂肪酸及其盐，为了获得长链二元酸产品，需要对发酵液进行一系列的处理，如先进行除菌、脱色、酸化、过滤等预处理获得初级产品，然后进一步进行重结晶、脱色、洗涤等处理，以获得成品。如中国专利申请CN200410018255.7中给出了一种生物发酵法正长链二元酸的生产方法，其中对发酵液进行陶瓷膜过滤除菌体、活性炭脱色、无机酸酸化、板框过滤、溶剂结晶等一系列处理，以得到二元酸产品。

但是奇数碳长链二元酸的发酵液通常特别粘稠，提取和纯化的过程更加困难，特别是在除菌、过滤等处理阶段，缓慢的过滤速度大大降低了生产效率和收率，还提高了生产成本。奇数碳长链二元酸产品在应用过程中，存在的上述产品质量问题给下游客户造成了很大困扰，因此需要对制备奇数碳长链二元酸的工艺进行进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸、及降低一元酸杂质含量的方法，以较低的成本来提高奇数碳长链二元酸产品质量。

本发明第一个方面提供了一种低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸，其特征在于：所述奇数碳长链二元酸中含有的一元酸杂质含量低于7000ppm，优选低于6500ppm，进而优选低于5500ppm，进而优选低于3200ppm；

所述一元酸杂质包括含有一个端羧基的脂肪酸。

优选的，所述奇数碳长链二元酸包括具有9至19个碳原子的奇数碳长链二元酸；优选包括壬二酸、十一碳二元酸、十三碳二元酸、十五碳二元酸、十七碳二元酸中的任意一种。

优选的，所述一元酸杂质包括碳链上碳原子数在9以上的长链脂肪酸，优选的，所述一元酸杂质包括九碳脂肪酸、十一碳脂肪酸、十三碳脂肪酸、十五碳脂肪酸、十七碳脂肪酸或十九碳脂肪酸中的任意一种。

本发明第二个方面还提供了一种降低奇数碳长链二元酸中一元酸杂质的方法，

当所述奇数碳长链二元酸通过微生物发酵法生产获得，控制发酵结束后长链二元酸发酵液的pH值为7.3-9.0，优选7.5-8.5，更优选为7.5-8.0，得到含有奇数碳长链二元酸盐的发酵液；

或者向奇数碳长链二元酸粗品中加入碱液，使奇数碳长链二元酸粗品溶解，控制溶液的pH值为7.3-9.0，优选7.5-8.5，更优选为7.5-8.0，获得含有奇数碳长链二元酸盐的碱溶液；

将所述含有奇数碳长链二元酸盐的发酵液或含有奇数碳长链二元酸盐的碱溶液经膜过滤，酸化，固液分离，获得低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸；

其中，所述膜过滤时的温度为25-60℃，进而优选25-50℃；膜前压力为0.2-0.4MPa；且控制所述发酵液或碱溶液中长链二元酸的浓度为80～130克/L。

优选的，所述低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸中含有的一元酸杂质含量低于7000ppm，优选低于6500ppm；进而优选低于5500ppm；进而优选低于3200ppm；

所述一元酸杂质包括九碳脂肪酸、十一碳脂肪酸、十三碳脂肪酸、十五碳脂肪酸、十七碳脂肪酸或十九碳脂肪酸中的任意一种。

优选的，当所述奇数碳长链二元酸通过微生物发酵法生产获得时，发酵底物包括烷烃、直链饱和脂肪酸、直链饱和脂肪酸酯和直链饱和脂肪酸盐中的一种或多种；优选包含有具有9至19个碳原子的奇数碳长链正烷烃，更优选包含有C9-C17的奇数碳长链正烷烃，最优选包含有C11、C13或C15的正烷烃。

优选的，所述膜过滤时使用的过滤膜包括无机膜或有机膜；优选陶瓷膜、中空纤维膜或板式膜；进而优选模芯孔径为0.05-0.2微米的陶瓷膜或分子量在5-10万的中空纤维膜。

优选的，所述酸化时使用的酸包括无机酸和/或有机酸；所述无机酸的加入量，以溶液的终点pH为准，酸化的终点pH低于5，更优选终点pH低于4.0；所述有机酸的加入量以发酵液溶液的终点pH为准，酸化的终点pH低于5.5，更优选终点pH低于5.0。

优选的，所述固液分离包括过滤或/和离心分离，优选板框过滤。

优选的，所述方法还包括脱色，所述脱色为使用活性炭对含有长链二元酸盐的发酵液或碱溶液进行脱色处理，优选的，活性炭的添加量相对于溶液中含有的长链二元酸的量为0.1-5wt％。

本发明所述降低奇数碳长链二元酸中一元酸杂质的方法，通过控制所述发酵结束的发酵液或含有长链二元酸盐的碱溶液的pH值、过膜温度以及发酵液或碱溶液中长链二元酸的浓度，而且没有使用溶剂结晶工艺，获得了较高的分离效率和分离质量，促进长链二元酸盐的膜清液和其他杂质尤其是一元酸杂质有效地分离开来，而且不会有其他溶剂残留，更适合作为生产香料的原料。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详细说明，以使本发明的特征和优点更清楚，但本发明不局限于本文中列出的实施例。

奇数碳长链二元酸：

本发明所述奇数碳长链二元酸或简称为奇数碳LCDA、奇数碳二元酸，为羧基在链的两端的饱和奇数碳长链二元酸。优选的，所述奇数碳长链二元酸包括具有9至19个碳原子的奇数碳长链二元酸；所述奇数碳长链二元酸优选包括壬二酸、十一碳二元酸、十三碳二元酸、十五碳二元酸、十七碳二元酸或十九碳二元酸中的任意一种。

本发明所述一元酸杂质指的是其一个酸分子只能电离出一个H⁺离子，尤指有机羧酸杂质。所述一元酸杂质包括含有一个端羧基的脂肪酸。

优选的，所述一元酸杂质包括碳链上碳原子数在9以上的长链脂肪酸，优选的，所述一元酸杂质包括九碳脂肪酸、十一碳脂肪酸、十三碳脂肪酸、十五碳脂肪酸、十七碳脂肪酸或十九碳脂肪酸中的任意一种。

优选的，所述一元酸杂质的化学式为CH₃-(CH₂)n-COOH，其中n≥7且n为奇数，所述n可以是7、9、11、13、15或17。如十三碳脂肪酸的化学式为CH₃-(CH₂)₁₁-COOH。

本发明所述低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸中含有的一元酸杂质的含低于7000ppm，优选低于6500ppm；进而优选低于5500ppm；进而优选低于3200ppm。且所述一元酸杂质的含量大于0。所述“低于”指的是在对应数值以下，包括该数值。如低于7000ppm可表述为：在7000ppm以下且包括7000ppm。

发酵：

当所述奇数碳长链二元酸通过微生物发酵法生产获得，本发明对其发酵工艺具体参数没有要求，只要是生产奇数碳长链二元酸的发酵工艺，均可应用于本发明。

优选的，发酵工艺包括如下步骤：先在液体培养基和/或种子培养基中培养可以发酵生产长链二元酸的菌种，然后将其接种于发酵培养基中发酵生产二元酸。发酵过程中控制发酵条件如发酵液pH值、温度和压力，并补加发酵底物以完成发酵产酸直至发酵结束。优选的，所述发酵的菌种包括：热带假丝酵母(Candida Tropicalis)或清酒假丝酵母(Candidasake)。

当所述长链二元酸通过微生物发酵法生产获得，在一些实施方式中，当在培养基中进行发酵转化时，可直接向培养基中加入底物，也可转移发酵罐中时加入发酵培养基和底物进行发酵转化。当于发酵培养基中进行发酵转化时，发酵培养基中的成分可包括碳源、氮源、无机盐、营养因子等。其中，碳源可以包括：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖等的一种或多种；氮源可以为有机氮和/或无机氮，有机氮包括：酵母膏、蛋白胨、玉米浆中的一种或多种，无机氮包括：尿素、硫酸铵、硝酸钾中的一种或多种；无机盐包括：磷酸二氢钾、氯化钾、硫酸镁、氯化钙、氯化铁、硫酸铜中的一种或多种；营养因子包括：维生素B1、维生素B2，维生素C、生物素中的一种或多种。

优选的，所述发酵的底物包括烷烃、直链饱和脂肪酸、直链饱和脂肪酸酯和直链饱和脂肪酸盐中的一种或多种；优选包含有具有9至19个碳原子的(如C9-C19)的奇数碳长链正烷烃，更优选包括C9-C17的奇数碳长链正烷烃，最优选包括C11、C13或C15的正烷烃。

优选的，发酵时将菌株培养至菌体稀释三十倍后OD₆₂₀为大于0.5时，再加入底物进行发酵转化。

膜过滤：

微生物发酵法生产长链二元酸的过程中产生的长链二元酸的发酵液，受生物体代谢途径的影响，在发酵结束后，发酵液中会含有一定量菌体等杂质。但是长链二元酸在水中的溶解度极低，直接过滤不能有效分离菌体等杂质和长链二元酸。本发明通过调节发酵结束后的发酵液pH值，使长链二元酸以盐的形式存在于发酵液中；或者向长链二元酸粗品中加入碱液，使长链二元酸粗品溶解，调节溶液的pH值，获得含有长链二元酸盐的碱溶液，再对获得的发酵液或碱溶液进行膜过滤。使用过滤膜将残留的菌体和大蛋白等杂质分离出去，与含有长链二元酸盐的发酵液或碱溶液有效地分离开。

所述含有长链二元酸盐的发酵液指生物发酵长链二元酸的过程中产生的含有长链二元酸盐的发酵液，包括长链二元酸发酵液、或长链二元酸发酵液进一步处理后的液体，或经过过滤、脱色等方法处理后得到的液体。所述含有长链二元酸盐的发酵液中可能含有长链二元酸钠盐、长链二元酸钾盐或长链二元酸铵盐等。

本发明人通过长期的研究发现，发酵生产奇数碳长链二元酸的过程中可能会因为发酵反应进行的不充分，使发酵液中残留一元酸杂质，而该杂质的存在大大影响了奇数碳长链二元酸产品的下游应用。而且如果奇数碳长链二元酸发酵液中产生了长链一元酸或其盐类的杂质，因其特性与二元酸非常相似，很难通过常规手段有效分离。一部分一元酸可能会随着二元酸的后处理工艺如沉淀和结晶，进入到最终产品中，进而对奇数碳长链二元酸在高端应用领域造成非常不利的影响。

尤其是用于制备麝香-T的十三碳二元酸和防锈剂领域，发明人发现如果产品中存在一元酸杂质且含量波动较大，会导致麝香-T香料生产过程中酯化缩聚反应不完全，达不到指定的分子量，影响下一步的解聚过程，从而影响香料的产品质量和收率。而在防锈剂应用中，如果二元酸产品含有较多一元酸杂质，一元酸杂质会导致防锈剂在生产过程中容易起沫，为防锈剂的生产和使用带来极大不便，也影响防锈效果。另外，长链一元酸因其在水性金属防锈剂中较低的溶解度，容易析出，会大大破坏防锈剂的防锈功能。

传统的奇数碳长链二元酸提纯工艺中，采用过滤膜工艺时，仅仅是为了将菌体、大蛋白与含有长链二元酸盐的发酵液分离开，对于小分子化合物尤其是分子量低于2000的小分子化合物，过滤膜工艺难以有效去除该类杂质。因此工业实践中的膜过滤工艺仅仅是作为一种初步分离的手段。

但是，本发明人意外地发现控制膜过滤时发酵液或碱溶液的pH值、过膜温度以及过膜前溶液中长链二元酸的浓度等参数，可以对奇数碳长链发酵液中的小分子化合物杂质，尤其是一元酸杂质等起到非常好的截留效果。

工业上膜过滤发酵液或碱溶液时为了获得较快的过膜速率通常要求pH值或大于9.0，而本发明发现将发酵液或碱溶液的pH值调节为接近中性，并在25-60℃，优选25-50℃，进而优选35-50℃的温度条件下，对底物烷烃、一元酸杂质等起到了很好的截留效果。优选的，所述膜过滤温度为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或55℃。

所述发酵结束的发酵液的pH值优选调节为7.3-9.0，优选7.5-8.5，更优选为7.5-8.0。相对较低的pH值还大大减少了传统工艺中碱液的使用量，以及后续酸化工艺后废水中盐的含量。

调节发酵结束后的发酵液或碱溶液pH值时，所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、液氨或氨气。所述pH值可以调节到7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9或9.0。

膜过滤时过滤膜包括无机膜或有机膜。优选陶瓷膜、中空纤维膜或板式膜。

优选陶瓷膜过滤工艺。使用陶瓷膜进行膜过滤时，优选膜前压力为0.2-0.4MPa；优选过滤膜模芯孔径为0.05-0.2微米，进而优选0.05-0.1微米。所述发酵结束的发酵液或碱溶液的pH值与模芯孔径的组合，更易获得较高的分离效率和分离质量，促进长链二元酸盐的膜清液和其他杂质分离开来。而且优选的陶瓷膜过滤工艺使滤液的质量获得了明显的提高，特别是滤液的透光和黄色指数有明显改善，杂质含量降低，奇数碳长链二元酸产品的颜色也相应提高。

所述膜过滤可以对含有长链二元酸盐的液体进行有效地过滤分离，得到含有长链二元酸盐的膜清液，或称为过滤之后的含有长链二元酸盐的发酵液或碱溶液。

酸化：

过滤膜过滤得到的含有长链二元酸盐的膜清液，还可以做进一步的处理，比如脱色，絮凝等工序，进一步脱除长链二元酸溶液中的杂质。在本发明中，这些工序是优选的，但不是必须的。

膜过滤之后还包括酸化步骤，即膜过滤后对获得的含有长链二元酸盐的膜清液进行酸化处理，通过加入酸将长链二元酸盐转化为长链二元酸沉淀。进行酸化处理的酸可以是无机酸，也可以是有机酸。对酸的浓度没有特别的要求，不破坏长链二元酸的分子结构即可。

所述无机酸，包括硫酸、盐酸、硝酸，或至少含有其中一种的混合酸。优选硫酸。所述酸化处理时无机酸的加入量，需将溶液中的长链二元酸充分沉淀，主要以溶液的终点pH为准，优选酸化的终点pH低于5，更优选终点pH低于4.0。加入无机酸进行酸化处理时，可以获得长链二元酸沉淀和相应的无机盐溶液。

所述有机酸，包括有机酸，如草酸、醋酸等。所述酸化处理中有机酸的加入量主要以发酵液溶液的终点pH为准，优选酸化的终点pH低于5.5，更优选终点pH低于5.0。

所述酸化的pH优选2.5-5，优选3-4，具体可以为2.5，2.6，2.7，2.8，2.9，3.0，3.1，3.2，3.3，3.4，3.5，3.6，3.7，3.8，3.9，4.0，4.1，4.2，4.3，4.4，4.5，4.6，4.7，4.8，4.9，5.0。

优选的，所述方法还包括对含有长链二元酸盐的发酵液或碱溶液进行脱色，具体的，向含有长链二元酸盐的发酵液、碱溶液或膜清液中加入活性炭进行脱色处理，脱色处理后再过滤除去活性炭，脱色步骤可以进一步脱除长链二元酸溶液中的杂质。优选的，活性炭的加量为0.1-5wt％，进而优选1-3wt％(相对于溶液中含有的长链二元酸的量)。脱色的温度优选为60-95℃，时间为20-180分钟。

固液分离：

经酸化和/或脱色处理后获得的含有长链二元酸沉淀的发酵液或盐溶液，需要经过固液分离步骤，将长链二元酸沉淀与剩下的盐溶液分离开。所述固液分离包括过滤或/和离心分离，优选板框过滤，再提取长链二元酸沉淀。

现有技术中对上述长链二元酸沉淀(或粗品)通常会进行进一步的溶剂结晶工艺以纯化长链二元酸、减少杂质，但是该工艺会使二元酸成品中含有乙酸等溶剂残留，且达150ppm以上，这对长链二元酸最终产品，尤其是制备香料类产品来说会影响香料的气味。故当奇数碳长链二元酸产品将被用于制备香料或者二元酸中溶剂残留对下游产品影响较大时，如制备麝香-T的十三碳二元酸时，优选不使用溶剂结晶进一步的纯化长链二元酸粗品。而采用本发明膜过滤工艺处理发酵液、直接进行酸化、固液分离，仍然获得了质量高、杂质含量低的二元酸产品。

所述溶剂结晶工艺指的是：将二元酸粗品溶解于有机溶剂中，使长链二元酸结晶，再分离晶体，获得纯化后长链二元酸。所述有机溶剂包括醇、酸、酮和酯的一种或多种；其中，所述醇包括甲醇、乙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种；所述酸包括乙酸；所述酮包括丙酮；所述酯包括乙酸乙酯和/或乙酸丁酯。但是所述有机溶剂可能会残留在最终纯化的长链二元酸成品中。

在本发明一个实施方式中，当使用微生物发酵法生产十三碳长链二元酸，采用本发明所述降低奇数碳长链二元酸中一元酸杂质的方法，获得的低含量一元酸杂质的十三碳长链二元酸中十三碳脂肪酸的含量低于6200ppm，优选低于5500ppm，或3200ppm。所述低含量一元酸杂质的十三碳长链二元酸通过对含有长链二元酸盐的发酵液进行酸化后获得，没有使用溶剂结晶工艺进行纯化处理。

在本发明一个实施方式中，采用本发明所述的降低奇数碳长链二元酸中一元酸杂质的方法对十三碳长链二元酸粗品进行处理，获得的低含量一元酸杂质的十三碳长链二元酸中一元酸杂质十三碳脂肪酸的含量低于6000ppm，优选低于5000ppm，4000ppm，3500ppm或3000ppm。

总之，本发明的优越性在于，本发明所述的降低奇数碳长链二元酸中一元酸杂质的方法，没有经过溶剂结晶工艺，获得了低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸，其含有低于7000ppm的一元酸杂质，更能满足下游产品的生产需求，尤其是在香料、防锈剂等类似领域，可以获得质量更高、生产效率更高的下游产品。根据本发明所述的降低杂质的方法不仅能够获得杂质含量很低的二元酸，而且减少了生产过程中的酸碱消耗，大幅度降低了长链二元酸生产过程中的无机盐污染，为长链二元酸的工业扩大生产奠定了坚实的基础。

如无其他说明，以下实施例或对比例中所述的浓度均为质量百分比浓度。所用原料如没有特殊说明，均为市售。其中陶瓷膜购自三达膜科技(厦门)有限公司。

在本文中所列实施例和对比例中，使用如下测试方法：

1、长链二元酸、一元酸杂质的测试方法：

(1)发酵液或膜清液产物及杂质含量检测：发酵液经常规前处理方法处理，使用气相色谱检测(内标法)，色谱条件：

色谱柱：Supelco SPB-50 30m*0.53mm*0.5μm(货号54983)。

气相色谱仪(Shimadzu，GC-2014)。

方法：初温100℃，15℃/min升温至230℃，保持2min。载气为氢气，进样口温度280℃，FID温度280℃，进样量4μL。

根据二元酸产物峰面积和已知浓度的内标峰面积比进行产物浓度计算，根据二元酸产物峰面积和杂质峰面积计算杂质含量。

(2)固体产品纯度及杂质含量检测：固体样品经常规前处理方法处理，使用气相色谱检测(归一法)，

色谱条件：色谱柱：Supelco SPB-50 30m*0.53mm*0.5μm(货号54983)。

气相色谱仪(Shimadzu，GC-2014)。

方法：初温100℃，15℃/min升温至230℃,保持2min。载气为氢气，进样口温度280℃，FID温度280℃，进样量4μL。

根据二元酸产物峰面积和杂质峰面积计算产物纯度和杂质含量。

2、过膜速度测试方法：在给定的温度和膜前压力条件下，将250L发酵液通过过滤膜，当过膜速度低于20L/M²·h后停止过膜，其中过膜速度＝过膜的膜清液总体积/过膜时间。

3、膜清液的透光率测试方法：在25℃条件下，测定膜清液在2cm比色皿中于波长430nm下的透光率。

4、长链二元酸成品的透光率测试方法：将长链二元酸成品加入到10％氢氧化钠溶液中，配制成含有5wt％长链二元酸的氢氧化钠溶液，在25℃条件下，测定碱液在2cm比色皿中于波长430nm下的透光率。

以下实施例和对比实施例中二级种子液的制备方法：

1)取热带假丝酵母(保藏号为CCTCC NO：M203052)的甘油管菌种，接种于装有200mL液体培养基(蛋白胨10g/kg，酵母膏5g/kg，葡萄糖10g/kg，pH自然)的500mL种子瓶中，35℃，300rpm摇床培养10-15小时；

2)取上述摇瓶种子，接入装有5L种子培养基(蛋白胨10g/kg，酵母膏10g/kg，葡萄糖10g/kg，pH自然)的10L发酵罐中，于35℃培养24小时，制得一级种子液备用；

3)在装有16M³培养基的20M³发酵罐中，接入上述一级种子液，开始二级种子罐培养。发酵培养基配方同一级种子罐。于29℃培养16小时，制得二级种子液备用。

对比实施例1

在装有100M³培养基的200M³发酵罐中，接入的二级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖40g/L，KH₂PO₄8g/L，酵母膏10g/L，玉米浆5g/L，尿素3.5g/L，NaCl1.0g/L，KNO₃7g/L，pH自然，121℃灭菌连消。烷烃和补料糖分消。于29℃通气量0.6vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD₆₀₀)大于0.6(稀释30倍)，开始批式补加C13烷烃5％，此后每8小时补加一次烷烃控制发酵液中烷烃浓度维持在5％(V∶V，相对发酵起始体积)左右，同时调节pH至6.5并自控，48小时pH自控7.0，72小时，pH自控7.5，120小时，pH自控7.8，120小时至放罐，pH自控8.0。发酵至16、32、72小时批式补加1％(W∶V；％表示g/100mL)的葡萄糖，从接种到发酵结束，总培养时间为162小时，共补C13烷烃31.65吨。得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液1000L，其中二元酸含量163g/L，pH值8.0。测量发酵液中十三碳脂肪酸杂质的含量为2.12wt％(相对于十三碳二元酸)。

将上述发酵液，用质量浓度30％的氢氧化钠溶液调节pH为9.5，加水稀释到二元酸含量120g/L，加热到60℃，分别用0.2微米、0.1微米、0.05微米孔径的陶瓷膜对发酵液进行过滤。使用的陶瓷膜膜面积为0.84平方米，膜前压力设定0.3MPa，接收膜清液，并将接收到的膜清液分别用1-1#(对应0.2微米)，2-1#(对应0.1微米)，3-1#(对应0.05微米)表示。

测定以上膜清液的外观、一元酸杂质(十三碳脂肪酸)的含量及过膜速度，如下表1所示。

表1

将接收到的膜清液，加热至60℃，加入5wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至90℃，加入硫酸，调节pH至3.5，降温到45℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十三碳二元酸成品。

测定以上十三碳二元酸成品质量如下表2所示。

表2

对比实施例2

发酵方法与对比实施例1相同，得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液2000L，其中二元酸含量163g/L，pH值8.0。测量发酵液中十三碳脂肪酸杂质的含量为2.12wt％(相对于十三碳二元酸)。

将上述发酵液分为5份，用浓度98％的硫酸或浓度30％的烧碱溶液，分别调节这5份发酵液的pH值为7.5、8.0、8.5、9.5、10.5，加水稀释到二元酸含量为100g/L，加热到70℃，用0.1微米孔径的陶瓷膜过滤。使用的陶瓷膜膜面积0.84平方米，膜前压力设定0.2MPa，接收膜清液。接收到的膜清夜分别用4-1#(对应pH7.5)，5-1#(对应pH8.0)，6-1#(对应pH8.5)，7-1#(对应pH9.5)，8-1#(对应pH10.5)表示。

将接收到的4-1#，5-1#，6-1#，7-1#，8-1#膜清液，在80℃下，分别加入硫酸，调节pH至3.8，降温到50℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十三碳二元酸产品，分别编号4-2#、5-2#、6-2#、7-2#、8-2#。

测定以上膜清液的透光率、二元酸纯度及一元酸杂质十三碳脂肪酸的含量，如下表3所示。

表3

将接收到的膜清液，加热至60℃，加入5wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至90℃，加入硫酸，调节pH至3.5，降温到45℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十三碳二元酸粗品。

测定以上二元酸产品质量如表4所示。

表4

实施例1

在装有100M³培养基的200M³发酵罐中，接入一级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖10g/L，KH₂PO₄15g/L，酵母膏10g/L，玉米浆5g/L，尿素4.5g/L，NaCl1g/L，KNO₃7g/L，pH自然，121℃灭菌连消。烷烃和补料糖分消。于29℃通气量0.5vvm、罐压1.0Mpa条件下培养。发酵前20小时pH自然，以菌体生长为主，当菌体生长光密度(OD₆₀₀)大于0.6(稀释30倍)，开始流加C11烷烃，控制发酵液中C11烷烃浓度维持在5％(V∶V，相对发酵起始体积)左右，同时调节pH至7.0，48小时以内，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.0，48-72小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.5，72-120小时，每4小时用NaOH溶液调节pH至7.8，120小时至放罐，每4小时用NaOH溶液调节pH至8.0。发酵至24、48、72小时批式补加1％(W∶V；％表示g/100mL)的葡萄糖，发酵至96小时补加2％(W∶V)的酵母膏。从接种到发酵结束，总培养时间为167小时，共补C11烷烃31.62吨。得到发酵结束的十一碳二元酸发酵液200L，其中二元酸含量120g/L，pH8.0。测量发酵液中十一碳脂肪酸杂质的含量为1.86wt％(相对于十一碳二元酸)。

将上述发酵液，用浓度98％的硫酸调节pH为7.7，加热到30℃，用0.1微米孔径的陶瓷膜过滤。使用的陶瓷膜膜面积0.84平方米，膜前压力设定0.3MPa，接收膜清液。

将接收到的膜清液，在60℃下，加入5wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的奇数碳长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至85℃，加入硫酸，调节pH至3.2，降温到30℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十一碳二元酸产品。测定产品质量，具体见表5。

实施例2

发酵方法与对比实施例1相同，得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液2000L，其中二元酸含量165g/L，pH值8.0。测量发酵液中十三碳脂肪酸杂质的含量为2.12wt％(相对于十三碳二元酸)。加水稀释发酵液使长链二元酸含量为100克/L。

将上述发酵液，用浓度30％的烧碱溶液调节pH为8.2，加热到35℃，用0.05微米孔径的陶瓷膜过滤。使用的陶瓷膜膜面积0.84平方米，膜前压力设定0.3MPa，接收膜清液。

将接收到的膜清液，在60℃下，加入5wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的奇数碳长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至90℃，加入硫酸，调节pH至3.5，降温到45℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十三碳二元酸产品。测定产品质量，具体见表5。

实施例3

发酵方法与对比实施例1相同，得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液2000L，其中二元酸含量165g/L，pH值8.0。测量发酵液中十三碳脂肪酸杂质的含量为2.12wt％(相对于十三碳二元酸)。加水稀释发酵液使长链二元酸含量为110克/L。

将上述发酵液，用浓度30％的烧碱溶液调节pH为8.4，加热到45℃，用0.1微米孔径的陶瓷膜过滤。使用的陶瓷膜膜面积0.84平方米，膜前压力设定0.3MPa，接收膜清液。

将接收到的膜清液，在60℃下，加入5wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的奇数碳长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至90℃，加入硫酸，调节pH至3.5，降温到45℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十三碳二元酸产品。测定产品质量，具体见表5。

实施例4

发酵方法与对比实施例1相同，得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液2000L，其中二元酸含量160g/L，pH值8.0。测量发酵液中十三碳脂肪酸杂质的含量为2.12wt％(相对于十三碳二元酸)。加水稀释发酵液使长链二元酸含量为120克/L。

将上述发酵液，用浓度30％的烧碱溶液调节pH为8.0，加热到42℃，用0.1微米孔径的陶瓷膜过滤。使用的陶瓷膜膜面积0.84平方米，膜前压力设定0.3MPa，接收膜清液。

将接收到的膜清液，在60℃下，加入7wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的奇数碳长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至90℃，加入硫酸，调节pH至3.5，降温到50℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十三碳二元酸产品。测定产品质量，具体见表5。

实施例5

发酵方法与对比实施例1相同，得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液2000L，其中二元酸含量160g/L，pH值8.0。测量发酵液中十三碳脂肪酸杂质的含量为2.12wt％(相对于十三碳二元酸)。加水稀释发酵液使长链二元酸含量为100克/L。

将上述发酵液，用浓度30％的烧碱溶液调节pH为8.8，加热到37℃，用0.1微米孔径的陶瓷膜过滤。使用的陶瓷膜膜面积0.84平方米，膜前压力设定0.3MPa，接收膜清液。

将接收到的膜清液，在70℃下，加入7wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的奇数碳长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至90℃，加入硫酸，调节pH至3.3，降温到50℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十三碳二元酸产品。测定产品质量，具体见表5。

实施例6

发酵方法与实施例1相同，得到发酵结束的十一碳二元酸发酵液2000L，其中二元酸含量190g/L，pH值8.0。测量发酵液中十一碳脂肪酸杂质的含量为1.86wt％(相对于十一碳二元酸)。加水稀释发酵液使长链二元酸含量为120克/L。

将上述发酵液，用浓度30％的烧碱溶液调节pH为7.5，加热到35℃，用0.1微米孔径的陶瓷膜过滤。使用的陶瓷膜膜面积0.84平方米，膜前压力设定0.3MPa，接收膜清液。

将接收到的膜清液，在70℃下，加入5wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的奇数碳长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至90℃，加入硫酸，调节pH至3.2，降温到50℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十一碳二元酸产品。测定产品质量，具体见表5。

实施例7

膜过滤：将市售的十三碳长链二元酸粗品，用30％烧碱溶液调节pH为8.0，获得的含有长链二元酸盐的碱溶液，测量十三碳脂肪酸的含量为1.56wt％(相对于十三碳二元酸)，加水稀释至二元酸含量100克/L。

在45℃温度条件下，用0.1微米孔径的陶瓷膜过滤。使用的陶瓷膜膜面积0.84平方米，膜前压力设定0.3MPa，接收膜清液。

将接收到的膜清液，在60℃下，加入5wt％的粉末活性炭(相对于溶液中含有的奇数碳长链二元酸的量)进行脱色处理，过滤得到澄清液体。升温至90℃，加入硫酸，调节pH至3.5，降温到45℃，过滤得到湿固体，用3倍于湿固体重量的纯净水洗涤滤饼，过滤后烘干，得到十三碳二元酸产品。测定产品质量，具体见表5。

表5

从上述对比实施例和实施例的结果可以看出，本发明所述降低奇数碳长链二元酸中一元酸杂质的方法，通过控制所述发酵结束的发酵液或含有长链二元酸盐的碱溶液的pH值、过膜温度以及发酵液或碱溶液中长链二元酸的浓度，而且没有使用溶剂结晶工艺，获得了较高的分离效率和分离质量，促进长链二元酸盐的膜清液和其他杂质尤其是一元酸杂质有效地分离开来，而且不会有其他溶剂残留，更适合作为生产香料的原料。优选的陶瓷膜过滤工艺使滤液的质量获得了明显的提高，特别是滤液的透光和黄色指数有明显改善，杂质含量降低，奇数碳长链二元酸产品的颜色也相应提高。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围和精神的前提下，可对其进行各种修改和变动，上述各项技术特征之间的组合及根据上述内容所完成的其它技术方案改变均属本发明范围。

Claims (23)

1.一种降低奇数碳长链二元酸中一元酸杂质的方法，其特征在于，

所述奇数碳长链二元酸包括具有9至19个碳原子的奇数碳长链二元酸；

所述奇数碳长链二元酸通过微生物发酵法生产获得，控制发酵结束后长链二元酸发酵液的pH值为7.3-9.0，得到含有奇数碳长链二元酸盐的发酵液；

或者向奇数碳长链二元酸粗品中加入碱液，使奇数碳长链二元酸粗品溶解，控制溶液的pH值为7.3-9.0，获得含有奇数碳长链二元酸盐的碱溶液；

将所述含有奇数碳长链二元酸盐的发酵液或含有奇数碳长链二元酸盐的碱溶液经膜过滤，酸化，固液分离，获得低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸，所述低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸中含有的一元酸杂质含量低于7000ppm，所述一元酸杂质包括九碳脂肪酸、十一碳脂肪酸、十三碳脂肪酸、十五碳脂肪酸、十七碳脂肪酸或十九碳脂肪酸中的任意一种；

其中，所述膜过滤时的温度为25-60℃；膜前压力为0.2-0.4MPa；且控制所述发酵液或碱溶液中长链二元酸的浓度为80～130克/L；

所述方法还包括脱色，所述脱色为使用活性炭对含有长链二元酸盐的发酵液或碱溶液进行脱色处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制发酵结束后长链二元酸发酵液的pH值为7.5-8.5。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制发酵结束后长链二元酸发酵液的pH值为7.5-8.0。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制溶液的pH值为7.5-8.5。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制溶液的pH值为7.5-8.0。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜过滤时的温度为25-50℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸中含有的一元酸杂质含量低于6500ppm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸中含有的一元酸杂质含量低于5500ppm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低含量一元酸杂质的奇数碳长链二元酸中含有的一元酸杂质含量低于3200ppm。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述奇数碳长链二元酸通过微生物发酵法生产获得，发酵底物包括烷烃、直链饱和脂肪酸、直链饱和脂肪酸酯和直链饱和脂肪酸盐中的一种或多种。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，发酵底物包含具有9至19个碳原子的奇数碳长链正烷烃。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，发酵底物包含C9-C17的奇数碳长链正烷烃。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，发酵底物包含C11、C13或C15的正烷烃。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜过滤时使用的过滤膜包括无机膜或有机膜。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述膜过滤时使用的过滤膜包括陶瓷膜、中空纤维膜或板式膜。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述膜过滤时使用的过滤膜包括模芯孔径为0.05-0.2微米的陶瓷膜或分子量在5-10万的中空纤维膜。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸化时使用的酸包括无机酸和/或有机酸；所述无机酸的加入量以溶液的终点pH为准，酸化的终点pH低于5；所述有机酸的加入量以发酵液溶液的终点pH为准，酸化的终点pH低于5.5。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述无机酸的加入量以溶液的终点pH为准，酸化的终点pH低于4.0。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述有机酸的加入量以发酵液溶液的终点pH为准，酸化的终点pH低于5.0。

20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固液分离包括过滤或/和离心分离。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述固液分离包括板框过滤。

22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，活性炭的添加量相对于液中含有的长链二元酸的量为0.1-5wt％。

23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述奇数碳长链二元酸包括壬二酸、十一碳二元酸、十三碳二元酸、十五碳二元酸、十七碳二元酸中的任意一种。