CN115181761A

CN115181761A - 一种微生物发酵法生产癸二酸的方法

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Publication number: CN115181761A
Application number: CN202210878819.2A
Authority: CN
Inventors: 王绍冰; 修德恒
Original assignee: Qingdao Think Tank Biotechnology Co ltd
Current assignee: Qingdao Think Tank Biotechnology Co ltd
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2022-10-14

Abstract

本发明提供了一种微生物发酵法生产癸二酸的方法，其产出的精品色度低、纯度高，性能优异。本发明采用微生物发酵的方法，以含癸烷的石蜡油或植物油为原料，经过微生物转化，得到癸二酸发酵液；再经过分离法或强酸制弱酸法提取癸二酸，利用有机溶剂溶解后再结晶的方法进行纯化，制得癸二酸精品。本发明提供的生产癸二酸的方法不仅产出的精品性能优异，而且产酸高、转化率高且工艺简单、条件温和、环保安全，本发明经济效益明显，更利于工业化大生产。

Description

一种微生物发酵法生产癸二酸的方法

技术领域

本发明涉及一种微生物发酵法制备长链二元酸方法，具体涉及一种利用微生物发酵法制备高纯度癸二酸的方法。

背景技术

癸二酸用途广泛，可作为塑料、耐寒橡胶增塑剂的原料，也可用于制取聚酰胺、聚氨酯、醇酸树脂、合成润滑油、润滑油添加剂以及香料、涂料、化妆品等。也可用作生产尼龙1010、尼龙910、尼龙810、尼龙610、尼龙9的原料及耐高温润滑油二乙基己酯的原料。也是生产醇酸树脂(用作表面涂料、增塑硝酸纤维素涂料和尿素树脂清漆)和聚氨基甲酸酯橡胶、纤维素树脂、乙烯基树脂及合成橡胶的增塑剂、软化剂和溶剂的原料。

目前工业生产癸二酸主要采用蓖麻油裂解法：蓖麻油在碱作用下加热水解生成蓖麻油酸钠皂，然后加硫酸酸解生成蓖麻油酸；在稀释剂甲酚的存在下，加碱加热到260-280℃进行裂解，生成癸二酸双钠盐及仲辛醇和氢气，裂解物经水稀释后，加热加酸中和，把双钠盐变成单钠盐；再用活性炭脱色，中和液煮沸加酸，使癸二酸单钠盐变成癸二酸结晶析出，再经分离、干燥即得成品。其生产工艺复杂，产生的醇类和氢气易燃易爆，生产中使用的稀释剂具有毒性，污染环境，严重制约癸二酸产业的发展。

经过中国科学院微生物所、中科院林业土壤研究所等机构和人员对微生物菌株的研究和筛选，使微生物发酵法生产癸二酸得到了前所未有的发展，但仍然存在产酸较低，转化率不高的缺点，得到的癸二酸质量不高，纯度较低，因而，急需一种工艺简单，环保高效的微生物发酵法来制备性能优异的癸二酸产品。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种微生物发酵法生产癸二酸的方法。

本发明的另一个目的是提供一种从发酵液中提取纯化癸二酸的方法。

本发明提供的微生物发酵法生产癸二酸的技术方案为：首先将热带假丝酵母进行种子培养，然后将所得种子液接入发酵培养基，待其充分生长后加入含高纯度癸烷的石蜡油或植物油，开始发酵转化得到含癸二酸发酵液；再经过分离法或强酸制弱酸法提取癸二酸。

本发明中使用的热带假丝酵母可以是本领域内已知用于发酵产酸的热带假丝酵母，譬如Candida tropicalis C1201、Candida tropicalis CICC 1798。

本发明的制备方法中，种子培养过程中使用的培养基可以为微生物发酵领域中常见的种子培养基种类，例如，培养基包括碳源、氮源、无机盐等等，再如，碳源包括但不限于葡萄糖、麦芽糖、蔗糖等；氮源包括但不限于酵母膏、玉米浆、尿素、硝酸钾等；无机盐包括但不限于硝酸钾、磷酸二氢钾、氯化钠等。

优选发酵罐培养基的配方(按照质量百分比计)为：玉米浆：0.2-1％，酵母膏：0.2-1％，葡萄糖：3-5％，尿素：0.1-1％，磷酸二氢钾：0.1-1％，NaCl：0-0.5％，硝酸钾：0.2-2，消泡剂：0.03-0.1％，水：余量。

发酵条件为：罐温：29.5±2℃；通风量：2000-5000m/h；罐压：0.10±0.02Mpa；加癸烷前pH控制4.0-5.0；OD620大于1.0％时开始补加癸烷，pH控制6.5-7.5，按周期5-10h批式加入癸烷3-6次，此后补加癸烷控制发酵液中残烃量为2-8％，控制溶氧量(DO)在40-50％，发酵终点时：残烃控制为1％以下，pH为6.5-7.5，DO回升可停罐。

本发明提供的从发酵液中提取纯化癸二酸的技术方案为：

S1:粗品制备：

PA：通过膜过滤、板框压滤、离心分离中的一种、一种多次使用或多种组合方式从发酵液中分离出癸二酸，经过冲洗去除发酵菌体、杂质等后干燥，得到癸二酸粗品，或者

PB：通过向发酵液中加碱调节pH至8-11的方法，将癸二酸转化为癸二酸盐溶解于水中，经过膜过滤、板框压滤、离心分离中的一种、一种多次使用或多种组合方式去除发酵液中的菌体杂质，所得癸二酸盐清液利用强酸制备弱酸的原理制备癸二酸，再经过清洗、干燥后，得到癸二酸粗品；

S2:将所得癸二酸粗品溶解于有机溶剂后，利用脱色后再结晶的方法，获得色度好、纯度高的癸二酸晶体；

S3:通过膜过滤、板框压滤、离心分离中的一种、一种多次使用或多种组合方式从溶剂中分离出癸二酸晶体，经过清洗去除溶剂后，干燥可以得到癸二酸精品。

其中S1粗品阶段，可以为PA或PB的一种方法，也可以为两种方法的混合或一种的多次使用。

溶解癸二酸的有机溶剂可以为醇类、酸类、酮类、酯类等，可以是单一或几种混合的溶剂，为了生产安全无毒和溶剂有一定的熔、沸点，有机溶剂以优选醋酸为最佳，其浓度优选82～92％。

结晶后的癸二酸与溶剂分离可采用过滤法或离心法，可根据实际生产要求进行选择，为保证产品质量，降低外界干扰，优选离心法，所用设备优选离心机。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式来对本发明作进一步的说明，以便本领域人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。

实施例1：种子液制备

取热带假丝酵母菌种(Candida tropicalis C1201)接种于培养基(质量百分比计：玉米浆：0.5％，酵母膏：0.6％，葡萄糖：4％，尿素：0.5％，磷酸二氢钾：0.6％，NaCl：0.3％，硝酸钾：1.5％，消泡剂：0.08％，水余量)中，摇床培养后接种于装有同样培养基的2m³一级种子罐中，罐温：29.5±2℃，罐压：0.10±0.02Mpa培养；OD620大于0.5时再将一级种子液接种于装有同样培养基的30m³二级种子罐中，培养条件同上，培养8-10h，OD620大于0.5制得二级种子液备用。

实施例2：癸烷的发酵转化

在装有70m³培养基(质量百分比计：玉米浆：0.5％，酵母膏：0.5％，葡萄糖：4.5％，尿素：0.6％，磷酸二氢钾：0.5％，NaCl：0.3％，硝酸钾：1.6％，消泡剂：0.09％，水余量)的200m³发酵罐中接入实施例1的二级种子液开始发酵，菌体生长阶段时控制pH为4.0-5.0，DO为40-50％时，采用流加方式补加二次碳源，OD620大于1.0进入转化阶段，此时pH控制为7，按周期8h批式加入癸烷4次，此后补加癸烷控制发酵液中残烃量为6％，风量3500m/h，控制DO在40-50％，发酵160h；残油1％以下，pH为6.5-7.5，DO回升时可停罐，本批次发酵周期151小时，产酸约18.2％，烷烃对二元酸的重量转化率约91.25％。

实施例3：发酵液中癸二酸的提取(分离法)

发酵结束后的发酵液，通过压力压入发酵液储罐，发酵液pH＝6.5-7.5，温度为25-35℃，容积为180-200m³。使用物料泵将发酵液输送进卧式螺旋离心机。调节并保持离心机转速为1000-1300r/min，可分离癸二酸晶体和菌体、杂质等，分离后的癸二酸晶体经过加水漂洗，二次进入卧式螺旋离心机，进行再次离心分离，二次分离时离心机转速优选2000-5000r/min，得到的癸二酸经过干燥后，可得癸二酸粗品。收率约为98.5％。

实施例4：发酵液中癸二酸的提取(强酸制弱酸)

发酵结束后的发酵液，通过压力压入发酵液储罐，发酵液pH＝6.5-7.5，温度为25-35℃，容积为180-200m³。向发酵液中加入40％的NaOH调节pH至8-11，然后升温至60-90℃，再使用物料泵将发酵液送入陶瓷膜进行过滤，去除菌体和其他发酵杂质；所得清液加入活性炭脱色，再经过板框压滤去除活性炭；向压滤后的清液加入98％的浓硫酸，调节pH至2-5，物料在温度80-95℃保持4-6h，然后降温至28-40℃，再经过板框压滤截留癸二酸晶体，清洗干燥后，可得癸二酸粗品。收率约为98.7％。

实施例5：癸二酸的精制

取实施例3和实施例4的粗品，加入浓度为90％的醋酸，升温至95℃，使其溶于醋酸中，癸二酸粗品与溶剂的质量比为1:2；加入活性炭脱色60min，使用过滤法去除活性炭和杂质，所得癸二酸清液缓慢均匀降温，并观察晶体析出情况；待晶体完全析出，温度降至32℃时；使用离心机将癸二酸晶体与醋酸分离，得到的癸二酸晶体加入高温软化水，充分搅拌清洗后，进行二次离心分离癸二酸晶体和水；得到的癸二酸晶体进行干燥后制得癸二酸精品。收率高达为97.0％左右。

表1癸二酸性能数据

注：热稳定性值是指440纳米和550纳米的可见光的波长

通过上述表1可以看出，本发明方法(实施例5)制得的癸二酸精品相对于常规化学法生产的癸二酸产品，性能更加优异，尤其是纯度更高、热稳定性更好，并且本发明的癸二酸制备方法工艺简单，条件温和，发酵的癸二酸产酸和转化率相对于现有技术都得到巨大提高，使得本方法在癸二酸的制备领域有更好的应用潜力，经济效益明显，更加利于工业化大生产。

实施例6：癸二酸的精制

取实施例3粗品，加入乙醇溶剂中，除此以外与实施例5相同的工序得到的癸二酸晶体进行干燥后制得癸二酸精品。收率高达为95.2％左右。

实施例7：癸二酸的精制

取实施例3粗品，加入丙酮溶剂中，除此以外与实施例5相同的工序得到的癸二酸晶体进行干燥后制得癸二酸精品。收率高达为95.4％左右。

实施例8：癸二酸的精制

取实施例3粗品，加入丁酸己酯溶剂中，除此以外与实施例5相同的工序得到的癸二酸晶体进行干燥后制得癸二酸精品。收率高达为96.1％左右。

表2实施例5-8的癸二酸性能数据

	癸二酸收率％	癸二酸纯度％	热稳定性
				实施例5	97.0	99.62	97.5/98.9
实施例6	95.2	97.81	94.6/96.9
				实施例7	95.4	97.70	95.2/96.7
实施例8	96.1	98.20	95.1/97.2

通过上述表2可以看出，通过实施例5精制方法制得的癸二酸精品相对于其他实施例6-8的癸二酸精品，在收率、纯度和热稳定性方面性能更加优异，可以判断在癸二酸精制过程中采用特定浓度的醋酸(优选82％-92％)对于癸二酸的分离和精制具有非常积极、超出其他溶剂的优异效果。

以上所述仅是公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种微生物发酵法生产癸二酸的方法，所述方法包括如下步骤：首先将热带假丝酵母进行种子培养，然后将所得种子液接入发酵培养基，待其充分生长后加入含高纯度癸烷的石蜡油或植物油，开始发酵转化得到含癸二酸发酵液；再经过分离法或强酸制弱酸法提取癸二酸。

2.根据权利要求1所述的微生物发酵法生产癸二酸的方法，其特征在于：发酵罐培养基的配方以质量百分比计为：玉米浆：0.2-1％，酵母膏：0.2-1％，葡萄糖：3-5％，尿素：0.1-1％，磷酸二氢钾：0.1-1％，NaCl：0-0.5％，硝酸钾：0.2-2，消泡剂：0.03-0.1％，水：余量。

3.根据权利要求1所述的微生物发酵法生产癸二酸的方法，其特征在于：制备种子液的种子罐中应控制罐温：29.5±2℃；罐压：0.10±0.02Mpa。

4.根据权利要求1所述的微生物发酵法生产癸二酸的方法，其特征在于：在发酵过程中OD620低于1.0％时，为菌体生长阶段；OD620大于1.0％时，为转化阶段，此时开始补加癸烷。

5.根据权利要求5所述的微生物发酵法生产癸二酸的方法，其特征在于：在菌体生长阶段，pH控制在4.0-5.0；在转化阶段，pH控制在6.5-7.5。

6.根据权利要求5所述的微生物发酵法生产癸二酸的方法，其特征在于：在发酵转化阶段，应控制相对溶氧在40％-50％，按周期5-10h批式加入癸烷3-6次，此后补加癸烷控制发酵液中残烃量为2-8％。

7.一种从发酵液中制备高纯度癸二酸的方法，所述方法包括：

S1:粗品制备：

PA：通过膜过滤、板框压滤、离心分离中的一种、一种多次使用或多种组合方式从发酵液中分离出癸二酸，经过冲洗去除发酵菌体、杂质后干燥，得到癸二酸粗品，或者

PB：通过向发酵液中加碱调节pH至8-11的方法，将癸二酸转化为癸二酸盐溶解于水中，经过膜过滤、板框压滤、离心分离中的一种、一种多次使用或多种组合方式去除发酵液中的菌体杂质，所得癸二酸盐清液利用强酸制备弱酸的原理制备癸二酸，再经过清洗、干燥后，可以得到癸二酸粗品；

S3:通过膜过滤、板框压滤、离心分离中的一种、一种多次使用或多种组合方式从溶剂中分离出癸二酸晶体，经过洗涤去除溶剂后，干燥可以得到癸二酸精品。

8.根据权利要求7所述的从发酵液中制备高纯度癸二酸的方法，其特征在于：S1粗品阶段，可以为PA或PB的一种方法，也可以为两种方法的混合或多次使用。

9.根据权利要求7所述的从发酵液中制备高纯度癸二酸的方法，其特征在于：S2中所用有机溶剂是醇类、酸类、酮类、酯类中单一或几种混合的溶剂；所述有机溶剂优选为浓度82～92％的醋酸。

10.根据权利要求7所述的从发酵液中制备高纯度癸二酸的方法，其特征在于：S1、S2和S3过程涉及的脱色方法为吸附脱色，脱色剂优选为活性炭。