CN110683947B - 一种低含量羟基酸杂质的长链二元酸、及降低羟基酸杂质含量的方法 - Google Patents

一种低含量羟基酸杂质的长链二元酸、及降低羟基酸杂质含量的方法 Download PDF

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Abstract

一种低含量羟基酸杂质的长链二元酸，所述长链二元酸含有羟基酸杂质，且羟基酸杂质含量低于500ppm，所述羟基酸杂质是ω‑羟基脂肪酸。本发明降低长链二元酸中羟基酸杂质含量的方法，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，更易促进杂质尤其是羟基酸杂质的分离。低羟基酸杂质含量的长链二元酸产品制备获得的尼龙长丝具有更优的透光性，更适合应用在对尼龙透光性要求较高的产品领域。

Description

一种低含量羟基酸杂质的长链二元酸、及降低羟基酸杂质含 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，涉及一种长链二元酸及降低其羟基酸杂质含量的方法。
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。
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。
但是在发酵液中提取长链二元酸时，特别是在除菌、过滤等处理阶段，很难有效分离长链二元酸与其他杂质，大大降低了生产效率和产品收率。长链二元酸产品或粗品因存在杂质而造成的产品质量问题给下游客户带来了很大困扰，因此需要对制备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羟基酸杂质的长链二元酸、及降低羟基酸杂质含量的方法，以较低的成本来提高长链二元酸的产品质量和纯度。
本发明第一个方面是提供了一种低含量羟基酸杂质的长链二元酸，所述低含量羟基酸杂质的长链二元酸含有羟基酸杂质，且含量低于500ppm，优选低于450ppm，更优选低于400ppm，350ppm或300ppm。
所述羟基酸杂质包括ω-羟基脂肪酸。
优选的，所述低含量羟基酸杂质的长链二元酸在波长430nm下的透光率为99％以上。
优选的，所述长链二元酸包括具有9至22个碳原子的饱和或不饱和直链二元酸，优选选自壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十七碳二元酸、十八碳二元酸或9-烯-十八碳二酸中的任意一种。
本发明第二个方面是提供了一种降低长链二元酸中羟基酸杂质含量的方法，当所述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7.0-9.5，优选7.0-9.0，更优选为7.0-8.5，获得含有长链二元酸盐的发酵液；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，控制溶液的pH值为7.0-9.5，优选7.0-9.0，更优选为7.0-8.5，获得含有长链二元酸盐的碱溶液；
将所述含有长链二元酸盐的发酵液或含有长链二元酸盐的碱溶液经膜过滤，酸化，固液分离，获得低含量羟基酸杂质的长链二元酸；
其中膜过滤时的温度为25-60℃，进而优选25-50℃；
且控制所述含有长链二元酸盐的发酵液或含有长链二元酸盐的碱溶液中长链二元酸的浓度为80～130克/L。
优选的，所述低含量羟基酸杂质的长链二元酸含有的羟基酸杂质含量低于500ppm，优选低于450ppm，更优选低于400ppm；
所述羟基酸杂质包括ω-羟基脂肪酸。
优选的，当所述长链二元酸通过微生物发酵法生产获得时，发酵时使用的发酵底物包括烷烃，优选包含有具有9至22个碳原子的正烷烃，更优选包括C9-C18的正烷烃，最优选包括C10、C11、C12、C13、C14、C15或C16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，以发酵液溶液的终点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；
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％；
和/或，所述方法还包括纯化，所述纯化的步骤包括：将固液分离后获得的固形物溶解于水或有机溶剂中，使长链二元酸结晶，再分离晶体，获得纯化后的低含量羟基酸杂质的长链二元酸。
优选的，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；
和/或，所述固形物溶解在水或有机溶剂中以后，对获得的混合液进行脱色处理，所述脱色的方法优选活性炭脱色；所述活性炭的添加量不超过溶液中含有的长链二元酸的量的5wt％；所述脱色的温度为80-100℃；所述脱色的时间为15-165min；
和/或，所述结晶为降温结晶；所述降温结晶包括以下步骤：控制获得的混合液温度为65-90℃，保温1-2小时后，再降温至20-35℃，结晶；
和/或，所述结晶后，分离出晶体，获得纯化后的低含量羟基酸杂质的长链二元酸；所述分离的方法优选为离心分离或过滤分离。
本发明方法获得低羟基酸杂质含量的长链二元酸产品制备获得的尼龙长丝具有更优的透光性，更适合应用在对尼龙透光性要求较高的产品领域。
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。
长链二元酸和羟基酸杂质：
本发明所述长链二元酸优选通过微生物发酵法生产获得，或者是市售的通过微生物发酵法生产获得的长链二元酸粗品。
本发明所述羟基脂肪酸是分子中同时含有羟基(-OH)和羧基(-COOH)的脂肪族羟基酸，所述ω-羟基脂肪酸是羟基位于碳链末端的脂肪族羧酸。
优选的，所述羟基脂肪酸的化学式为HO-CH2-(CH2)n-COOH，其中n≥7。
优选的，所述长链二元酸含有具有9至22个碳原子的饱和或不饱和直链二元酸，优选选自壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十七碳二元酸、十八碳二元酸或9-烯-十八碳二酸中的任意一种。
优选的，所述低含量羟基酸杂质的长链二元酸为十二碳二元酸时，其含有ω-羟基脂肪酸杂质含量低于500ppm，进而优选低于450ppm。
优选的，所述低含量羟基酸杂质的长链二元酸在波长430nm下的透光率为99％以上，如99.2-99.7％。
发酵：
当所述长链二元酸通过微生物发酵法生产获得，发酵可以包括如下步骤：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，也可转移发酵罐中加入发酵培养基和底物进行发酵转化。优选的，发酵底物包括烷烃，优选含有具有9至22个碳原子的正烷烃即C9-C22的正烷烃，更优选包括C9-C18的正烷烃，最优选包括C10、C11、C12、C13、C14、C15或C16的正烷烃。
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，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，除长链二元酸外，一般还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，控制溶液的pH值为7.0-9.5，优选7.0-9.0，更优选为7.0-8.5，获得含有长链二元酸盐的碱溶液。
当所述长链二元酸通过微生物发酵法生产获得，所述膜过滤在调节发酵结束后的发酵液pH后，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有效地分离开。
所述含有长链二元酸盐的发酵液指微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，微生物发酵生产长链二元酸的过程中可能会因为发酵反应进行的不充分，使发酵液中残留羟基酸杂质，而该杂质的存在，即使是十分微量也会大大影响长链二元酸产品的下游应用，尤其是对尼龙纤维的影响。而且如果长链二元酸发酵液中产生了羟基酸或其盐类的杂质，因其结构、化学特性与二元酸十分相似，很难通过常规手段有效分离，并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，对长链二元酸在高端应用领域造成非常不利的影响。
传统的长链二元酸提纯工艺中，采用过滤膜提纯时，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含有长链二元酸盐的碱溶液的pH值、过膜温度以及过膜前溶液中长链二元酸的浓度，可以对发酵液中的小分子化合物杂质尤其是羟基酸杂质等起到非常好的截留效果。这种膜过滤工艺也同样适合处理已经获得的长链二元酸粗品，以降低其羟基酸杂质含量。
本发明发现将发酵结束后含有长链二元酸盐的发酵液或含有长链二元酸盐的碱溶液的pH值控制或调节为7.0-9.5，并在25-60℃，优选25-50℃，进而优选35-50℃的温度条件下，同时控制含有长链二元酸盐的发酵液中长链二元酸的浓度为80～130克/L，再进行膜过滤，出乎意料的对羟基酸等小分子杂质等起到了很好的截留效果。所述发酵液或碱溶液的pH值优选调节为7.0～9.0，更优选为7.0～8.5。调节pH值时优选使用无机碱，可以使用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、液氨或氨气。优选的，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、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9或9.0。
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时，所述碱液优选30％的氢氧化钠碱溶液。
优选的，所述膜过滤温度为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或55℃。
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。
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膜清液进行脱色，向含有长链二元酸盐的发酵液或膜清液中加入活性炭，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色素等杂质。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℃。时间没有特别限定，优选为20-180分钟。
优选对膜过滤后获得的膜清液或发酵液先进行活性炭脱色、除去活性炭之后再进行酸化处理。
固液分离：
酸化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。
所述降低长链二元酸中羟基酸杂质含量的方法还包纯化，所述纯化为将固液分离后获得的固形物溶解于水或有机溶剂中使长链二元酸结晶，再分离晶体，获得纯化后的低含量羟基酸杂质的长链二元酸。
在一个优选的实施方式中，纯化的具体过程包括：将获得的长链二元酸固体和一定量的有机溶剂进行混合，长链二元酸含量5～10％(w/v)，并控制混合液的温度为65～80℃，保温1～2小时后，再降温至25～35℃析晶，通过离心或者过滤的方式提取结晶后的晶体。也可以经过水结晶步骤对长链二元酸固体进行进一步处理，过程一般可以为：将长链二元酸固体和一定量的水进行混合，长链二元酸固体含量5～10％(w/v)，将该混合液的温度逐步升高到95～110℃，然后冷却到25～30℃析晶，通过离心或者板框过滤的方式得到晶体。
总之，本发明的优越性在于，本发明所述的降低长链二元酸中羟基酸杂质含量的方法制备获得的长链二元酸含有小于500ppm的羟基酸杂质，更能满足下游产品的生产需求，尤其是在尼龙单丝产品领域，可以获得质量更高、透光率更好的下游产品。
尼龙单丝即以聚酰胺树脂为基料制得的单丝。具有优良的强韧性、耐油性和耐磨性。由聚酰胺挤出抽丝或单孔喷丝头纺制制得。可用作钓鱼线、刷子、筛网丝、牙刷，乐器弦、外科手术用缝合线等。也可用它制成不同的纺织品。
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、长链二元酸及羟基酸杂质的测试方法：
(1)发酵液或膜清液产物及杂质含量检测：发酵液或膜清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、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。
4、尼龙丝饼透光性测试：将直径5厘米，高度5厘米的尼龙丝饼放在同一份报纸的同一块区域上，通过尼龙丝饼读取报纸上的黑色印刷字体，并与相同规格的市售牙刷丝饼(购自慈溪洁达纳米材料有限公司)进行比较，比较透过尼龙丝饼观察到的报纸上的黑色印刷字体的清晰模糊程度。将黑色印刷字体的清晰程度分为如下4个等级：1字体很模糊；2字体较模糊；3字体较清晰；4字体很清晰。字体越清晰，表明尼龙丝饼透光性越好。
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
发酵：在装有100M3培养基的200M3发酵罐中，接入种子液的二级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖30g/L，KH2PO45g/L，酵母膏20g/L，玉米浆15g/L，尿素2.5g/L，NaCl2.0g/L，KNO37g/L，纯水配制，pH自然，121℃灭菌连消。C12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(OD620)大于0.6(稀释30倍)，开始批式补加C12烷烃8％，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6.5，48小时以后，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，从接种到发酵结束，总培养时间为135小时，共补C12烷烃33.43吨。
得到发酵结束的十二碳二元酸发酵液，其中二元酸含量164g/L，pH值8.0。测量发酵液中羟基酸杂质的含量为1.15wt％(相对于十二碳二元酸)。
膜过滤：将上述发酵液，用浓硫酸调节pH为7.8，分别在40℃、50℃、70℃、80℃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。编号分别为40-1#，50-1#，70-1#，80-1#。
脱色和酸化：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，得到十二碳二元酸粗品。
溶剂结晶和进一步脱色：将得到的十二碳二元酸粗品，加入3.5倍量(相对于十二碳二元酸重量)94％的醋酸，加热到85℃溶解，加入1wt％大孔粉末活性炭(相对于十二碳二元酸重量)脱色，在85℃下保持1小时，热过滤得到清液。该溶液以10度/小时的速度降温，到30℃得到含有长链二元酸晶体的溶液。过滤，水洗涤湿固体的溶剂，烘干后得到十二碳二元酸成品。测定成品的质量指标。样品对应编号分别为40-2#，50-2#，70-2#，80-2#。
制备尼龙612聚合物：在四个成盐釜内，分别加入8公斤己二胺，再加入60公斤纯水，将溶液加热至60℃，再分别加入编号分别为40-2#，50-2#，70-2#，80-2#的长链二元酸，调节pH 7.4±0.04。将获得的盐溶液分别加入到高压釜内，氮气置换。升温，搅拌，5小时内料温逐渐升高到210℃，压力为1.7MPa。维持1.7MPa的压力，慢慢排放水蒸汽，5小时内将料温逐渐升高到250℃。逐渐减少体系内压力，3小时后，体系压力降低至-0.05MPa，温度升高到260℃，维持1小时后至反应结束。出料，样品对应编号分别为40-3#，50-3#，70-3#，80-3#。
制备尼龙612圆形丝饼：将尼龙612聚合物样品40-3#，50-3#，70-3#，80-3#分别置于注射机料筒内加热，使其软化后用旋转螺杆(螺杆各区温度设定260～280℃)，连续从模口挤出，挤出的单丝经过热水槽(60～80℃)和冷水槽(20～30℃)降温后，经牵伸辊牵伸和热定型，得到直径为0.2mm的尼龙612单丝样品。将单丝样品切成直径5厘米，高度5厘米的圆形丝饼。对其编号分别为：40-4#，50-4#，70-4#，80-4#，并进行透光性测试。
对上述编号样品进行检测，结果如下表1-3。
表1
Figure BDA0001721579180000101
表2
Figure BDA0001721579180000102
Figure BDA0001721579180000111
表3
Figure BDA0001721579180000112
对比实施例2
发酵：与对比例实施例1相同，得到发酵结束的十二碳二元酸发酵液，其中二元酸含量164g/L，pH值8.0。测量发酵液中羟基酸杂质的含量为1.15wt％(相对于十二碳二元酸)。
膜过滤：将上述发酵液分成四份，用浓硫酸调节pH为7.8，加水分别稀释发酵液使长链二元酸含量分别为164克/L、140克/L，110克/L，90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。编号分别为164-1#，140-1#，110-1#，90-1#。
脱色和酸化：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，得到十二碳二元酸粗品。
溶剂结晶和进一步脱色：将得到的十二碳二元酸粗品，加入3.5倍量(相对于十二碳二元酸重量)97％的醋酸，加热到85℃溶解，加入1wt％大孔粉末活性炭(相对于十二碳二元酸重量)脱色，在85℃下保持1小时，热过滤得到清液。该溶液以10度/小时的速度降温，到30℃得到二元酸晶体溶液。过滤，水洗涤湿固体的溶剂，烘干后得到十二碳二元酸成品。测定成品的质量指标。样品对应编号分别为164-2#，140-2#，110-2#，90-2#。
对膜清液和十二碳二元酸成品进行检测，结果如下表4和表5。
表4
Figure BDA0001721579180000121
表5
Figure BDA0001721579180000122
实施例1
发酵：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165小时，共补C11烷烃31.95吨。
得到发酵结束的十一碳二元酸发酵液，其中二元酸含量120g/L，pH8.0。测量发酵液中羟基酸杂质的含量为0.96wt％(相对于十二碳二元酸)。
膜过滤：将上述发酵液，用浓硫酸调节pH为7.7，加水稀释到二元酸浓度80克/L，控制温度25℃，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。
脱色和酸化：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，得到十一碳二元酸粗品。
溶剂结晶和进一步脱色：向得到的十一碳二元酸粗品10公斤，加入30公斤97％的醋酸，加热到90℃使十一碳二元酸粗品溶解，再加入2wt％大孔粉末活性炭(相对于十一碳二元酸粗品重量)进行脱色处理，在90℃下保温1小时，过滤得到脱色液。该溶液以10℃/小时的速度降温，到20℃得到十一碳二元酸晶体溶液，采用1000rpm离心机离心分离十一碳二元酸晶体。十一碳二元酸晶体采用300公斤水洗涤而后甩干，进入干燥器105℃干燥，90分钟后干燥失重降低至0.5％以下。得到十一碳二元酸样品1#。
实施例2
发酵方法与对比实施例1中发酵步骤相同，得到发酵结束的十二碳二元酸发酵液，其中二元酸含量164g/L，pH值8.0。测量发酵液中羟基酸杂质的含量为1.15wt％(相对于十二碳二元酸)。
膜过滤：将上述发酵液，用浓硫酸调节pH为8.2，加水稀释溶液至二元酸含量为120克/L，在45℃温度条件下，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。
脱色和酸化：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，得到十二碳二元酸粗品。
溶剂结晶和进一步脱色：将得到的十二碳二元酸粗品，加入3.5倍量(相对于十二碳二元酸重量)97％的醋酸，加热到85℃溶解，加入1wt％大孔粉末活性炭(相对于十二碳二元酸重量)脱色，在85℃下保持1小时，热过滤得到清液。该溶液以10度/小时的速度降温，到30℃得到二元酸晶体溶液。过滤，水洗涤湿固体的溶剂，烘干后得到十二碳二元酸成品2#。
实施例3
发酵方法与对比实施例1中发酵步骤工艺相同，得到发酵结束的十二碳二元酸发酵液，其中二元酸含量164g/L，pH值8.0。测量发酵液中羟基酸杂质的含量为1.15wt％(相对于十二碳二元酸)。
膜过滤：将上述发酵液，用浓硫酸调节pH为8.4，加水稀释溶液至二元酸含量100克/L，在55℃温度条件下，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。
脱色和酸化、溶剂结晶和进一步脱色步骤与实施例2相同。
最后得到十二碳二元酸成品3#。
实施例4
与实施例3相同，区别在于，膜过滤时，将上述发酵液，用浓硫酸调节pH为7.8，加水稀释溶液至二元酸含量在90克/L，在50℃温度条件下，用0.2微米孔径的陶瓷膜过滤。
脱色和酸化、溶剂结晶和进一步脱色步骤与实施例2相同。
最后得到十二碳二元酸成品4#。
实施例5
发酵：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159小时，共补C13烷烃35.55吨。
得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液，二元酸含量160g/L，pH值8.0。测量发酵液中羟基酸杂质的含量为1.08wt％(相对于十二碳二元酸)。
膜过滤：得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液，用30％烧碱溶液调节pH为8.4，加水稀释溶液至二元酸含量在100克/L，在40℃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。
脱色和酸化：将接收到的膜清液，加热至60℃，加入4wt％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3.2，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，得到十三碳二元酸粗品。
溶剂结晶和进一步脱色：向得到的十三碳二元酸粗品，加入3.5倍量(相对于十二碳二元酸重量)97％的醋酸，加热到85℃溶解，加入1wt％大孔粉末活性炭(相对于十二碳二元酸重量)脱色，在85℃下保持1小时，热过滤得到清液。该溶液以10度/小时的速度降温，到30℃得到二元酸晶体溶液。过滤，水洗涤湿固体的溶剂，烘干后得到十三碳二元酸成品5#。
实施例6
与实施例5相同，得到发酵结束的十三碳二元酸发酵液，二元酸含量160g/L，pH值8.0。测量发酵液中羟基酸杂质的含量为1.08wt％(相对于十三碳二元酸)。
区别在于，膜过滤时，用30％烧碱溶液调节pH为8.8，加水稀释至二元酸含量120克/L，在50℃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。
脱色和酸化：将接收到的膜清液，加热至70℃，加入4wt％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3.3，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，得到十三碳二元酸粗品。
溶剂结晶和进一步脱色与实施例5相同，最后得到十三碳二元酸成品6#。。
实施例7
发酵：在装有100M3培养基的200M3发酵罐中，接入二级种子液开始发酵。发酵培养基成分为：葡萄糖20g/L，KH2PO46g/L，酵母膏7g/L，玉米浆10g/L，尿素2.5g/L，NaCl1.0g/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(OD)大于0.6，开始批式补加C14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)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20、38、68小时批式补加1％(W∶V)的葡萄糖，从接种到发酵结束，总培养时间为140小时，共补C14烷烃24.33吨。
得到发酵结束的十四碳二元酸发酵液，二元酸含量190g/L，pH值8.0。测量发酵液中羟基酸杂质的含量为0.98wt％(相对于十四碳二元酸)。
膜过滤：得到发酵结束的十四碳二元酸发酵液，用30％烧碱溶液调节pH为9.0，加水稀释至二元酸含量80克/L，在55℃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。
脱色和酸化：将接收到的膜清液，加热至70℃，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3.2，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，得到十四碳二元酸粗品。
溶剂结晶和进一步脱色与实施例5相同，最后得到十四碳二元酸成品7#。
将实施例1-7获得的长链二元酸成品1#-7#进行检测，检测结果如下表6。
实施例8
膜过滤：将市售的十二碳长链二元酸粗品，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，测量中羟基酸杂质的含量为1.02wt％(相对于十二碳二元酸)，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。
脱色和酸化、溶剂结晶和进一步脱色步骤与实施例2相同。
最后得到十二碳二元酸成品8#。
表6
Figure BDA0001721579180000161
Figure BDA0001721579180000171
从上述对比实施例和实施例的结果可以看出，本发明降低长链二元酸中羟基酸杂质含量的方法，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，更易获得较高的分离效率和分离质量，促进杂质尤其是羟基酸杂质的分离。所述方法获得低羟基酸杂质含量的长链二元酸产品制备获得的尼龙长丝具有更优的透光性，更适合应用在对尼龙透光性要求较高的产品领域。
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 (25)

1.一种降低长链二元酸中羟基酸杂质含量的方法，其特征在于，
所述长链二元酸包括具有9-22个碳原子的饱和或不饱和直链二元酸；
所述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7.0-9.5，获得含有长链二元酸盐的发酵液；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，控制溶液的pH值为7.0-9.5，获得含有长链二元酸盐的碱溶液；
将所述含有长链二元酸盐的发酵液或含有长链二元酸盐的碱溶液经膜过滤，酸化，固液分离，获得低含量羟基酸杂质的长链二元酸，所述长链二元酸含有的羟基酸杂质含量低于500ppm，所述羟基酸杂质包括ω-羟基脂肪酸；
其中膜过滤时的温度为25-60℃；
且控制所述含有长链二元酸盐的发酵液或含有长链二元酸盐的碱溶液中长链二元酸的浓度为80～130克/L；和
所述方法还包括纯化，所述纯化的步骤包括：将固液分离后获得的固形物溶解于水或有机溶剂中，使长链二元酸结晶，再分离晶体，获得纯化后的低含量羟基酸杂质的长链二元酸。
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7.0-9.0。
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7.0-8.5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向长链二元酸粗品中加入碱液，使长链二元酸粗品溶解，控制溶液的pH值为7.0-9.0。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向长链二元酸粗品中加入碱液，使长链二元酸粗品溶解，控制溶液的pH值为7.0-8.5。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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，所述长链二元酸含有的羟基酸杂质含量低于450ppm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长链二元酸含有的羟基酸杂质含量低于400ppm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长链二元酸通过微生物发酵法生产获得，发酵时使用的发酵底物包括烷烃。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述烷烃包含有具有9至22个碳原子的正烷烃。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述烷烃包含C9-C18的正烷烃。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述烷烃包含C10、C11、C12、C13、C14、C15或C16的正烷烃。
13.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。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述过滤膜包括陶瓷膜、中空纤维膜或板式膜。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述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。
16.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发酵液溶液的终点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；
所述固液分离包括过滤或/和离心分离。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述无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4.0。
18.根据权利要求16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。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述固液分离包括板框过滤。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，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％。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，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；
和/或，所述固形物溶解在水或有机溶剂中以后，对获得的混合液进行脱色处理；所述活性炭的添加量不超过溶液中含有的长链二元酸的量的5wt％；所述脱色的温度为80-100℃；所述脱色的时间为15-165min；
和/或，所述结晶为降温结晶；所述降温结晶包括以下步骤：控制获得的混合液温度为65-90℃，保温1-2小时后，再降温至20-35℃，结晶；
和/或，所述结晶后，分离出晶体，获得纯化后的低含量羟基酸杂质的长链二元酸。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述固形物溶解在水或有机溶剂中以后对获得的混合液进行的脱色处理为活性炭脱色。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述结晶后的述分离为离心分离或过滤分离。
25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长链二元酸选自壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十七碳二元酸、十八碳二元酸或9-烯-十八碳二酸中的任意一种。
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