CN1255483A - 精制长链二元酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水相法从C₁₀～C₁₈正构烷烃发酵液中提取并精制长链二元酸的方法。本发明克服了现有水相法得到产品纯度低、色度高的缺点。它通过长链二元酸单盐结晶步骤有效地降低产品中蛋白质和色素等杂质含量,并结合菌体分离、酸析结晶和干燥等步骤,制得总酸含量大于99w%、外观呈白色的长链二元酸产品。

Description

精制长链二元酸的方法

本发明涉及从正构烷烃发酵液中提取并精制长链二元酸的方法，特别是从C₁₀～C₁₈正构烷烃发酵液中提取并精制长链二元酸的方法。

长链二元酸是利用微生物发酵正构烷烃而得到的代谢产物。其发酵液是一复杂的多相体系，其中含有未反应的正构烷烃、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、色素等杂质，严重影响产品的纯度和外观质量。

目前精制长链二元酸的方法一般分为溶剂法和水相法两大类。其中溶剂法虽能解决上述问题，但由于溶剂法存在投资大、产品残留烷烃和溶剂以及生产安全性等问题，使该方法的使用受到了很大限制。水相法克服了溶剂法的缺陷，但其产品的纯度和外观色泽不能达到较高的指标。如日本矿业公司在JP56---261193、JP56---261194中提出了水相法分离二元酸的方法，其操作过程是将终止发酵液经碱化静置、离心除菌、加硅藻土吸附未反应物和反应副产物后过滤，滤液经酸析结晶，最后经过滤和干燥操作得到二元酸产品。上述方法存在的主要问题是碱化静置过程存在细胞自溶，使细胞内蛋白质、色素等杂质溶入发酵液中，因此二元酸产品总酸纯度最高只有98.5％，且产品有色物质难以除去，使产品外观呈淡茶色。

本发明的目的是提供一种利用水相法从C₁₀～C₁₈正构烷烃发酵液中提取并精制长链二元酸的方法，提高产品的纯度，降低产品的色度，使产品达到更高的质量。

针对水相法现有技术中存在的缺陷，本发明使用长链二元酸单盐结晶技术，使产物进一步纯化。经研究发现，长链二元酸单盐吸附色素的能力很弱，在长链二元酸单盐结晶的过程中，可溶性蛋白质及色素在长链二元酸单盐结晶过滤时留在母液中，此过程具有脱除蛋白质和脱除色素的双重作用，因而提高了长链二元酸产品的纯度并降低了产品的色度。

本发明第一个实施方案步骤为：I、将发酵液除菌后加酸调节pH值为6.2～7.0，使长链二元酸生成长链二元酸单盐，并加热溶解长链二元酸单盐；II、冷却结晶并过滤得到长链二元酸单盐滤饼及滤液；III、长链二元酸单盐滤饼经加热溶解并酸化使之完全生成长链二元酸；IV、最后经冷却结晶、过滤、洗涤和干燥等步骤制得总酸纯度大于99w％的长链二元酸产品。在本方案第II步骤中的长链二元酸单盐结晶、过滤时，由于长链二元酸单盐吸附色素的能力很弱，在长链二元酸单盐结晶的过程中，可溶性蛋白质及色素在长链二元酸单盐结晶过滤时留在母液中，此过程具有脱除蛋白质和脱除色素的双重作用，因而提高了长链二元酸产品的纯度并降低了产品的色度，提高了产品的质量。

本发明另一个实施方案步骤为：I、将终止发酵液直接酸化，过滤得到含有菌体的长链二元酸滤饼；II、所得长链二元酸滤饼加碱溶液调节pH值为6.2～7.0，使长链二元酸生成长链二元酸单盐并加热溶解；III、把含长链二元酸单盐的溶液冷却结晶并过滤得到长链二元酸单盐晶体滤饼及滤液；IV、把长链二元酸单盐晶体滤饼溶解并继续加碱反应，完全生成长链二元酸双盐溶液，并滤除固形物；V、把滤液酸化使长链二元酸双盐全部转化为长链二元酸，然后经结晶、过滤、洗涤和干燥步骤得到总酸度大于99w％的长链二元酸产品。在本方案第I步骤加酸酸化并加热使发酵液中蛋白质变性析出，然后通过过滤使可溶性蛋白及部分色素滤除。在第III步骤中的长链二元酸单盐结晶、过滤时，由于长链二元酸单盐吸附色素的能力很弱，在长链二元酸单盐结晶的过程中，可溶性蛋白质及色素在长链二元酸单盐结晶过滤时留在母液中，此过程具有脱除蛋白质和脱除色素的双重作用，因而提高了长链二元酸产品的纯度并降低了产品的色度，提高了产品的质量。

本发明第三个实施方案步骤为：I、将终止发酵液直接酸化，过滤得到含有菌体的长链二元酸滤饼；II、所得长链二元酸滤饼加碱溶液调节pH值为6.2～7.0，使长链二元酸生成长链二元酸单盐并加热溶解；III、过滤上步骤所得的溶液得到含长链二元酸单盐的滤液；IV、把上步骤得到的长链二元酸单盐滤液冷却结晶并过滤得到长链二元酸单盐晶体滤饼；V、把上步骤得到的长链二元酸单盐滤饼溶解并加酸酸化，并加热使长链二元酸单盐全部转化为长链二元酸，然后经结晶、过滤、洗涤和干燥步骤得到总酸度大于99w％的长链二元酸产品。在第I步骤加酸酸化并加热使发酵液中蛋白质变性析出，然后通过过滤使可溶性蛋白质及部分色素滤除。在第IV步骤中的长链二元酸单盐结晶、过滤时，由于长链二元酸单盐吸附色素的能力很弱，在长链二元酸单盐结晶过程中，可溶性蛋白质及色素在长链二元酸单盐结晶过滤时留在母液中，此过程具有脱除蛋白质和脱除色素的双重作用，因而提高了长链二元酸产品的纯度并降低了产品的色度，提高了产品的质量。

本发明第一个实施方案的具体步骤如下：

1.将终止发酵液过滤除菌后所得的滤液加酸调pH值至6.2～7.0，加热至85～100℃，使生成的长链二元酸单盐完全溶解，然后降温至75～85℃并保温15～30min。

2.把溶液冷却至室温后过滤，得到长链二元酸单盐滤饼及滤液。

3.把长链二元酸单盐溶解并加酸调节pH值至2.0～4.0，并加热至80～95℃，使长链二元酸单盐完全转化为长链二元酸，然后降温至70～85℃并保温15～30min。

4.把步骤3得的溶液冷却结晶，经过滤、洗涤和干燥等步骤得到长链二元酸精产品。

其中，步骤1中酸化pH值适宜控制在6.5～6.8之间。步骤2中所得的滤液可以加入0.5～3w％的吸附剂，以去除色素及可溶性蛋白质，吸附处理温度为20～60℃，时间为15～30min，过滤得到脱色、脱蛋白质的滤液，该滤液在步骤3中用于溶解滤饼。

本发明另一个实施方案的具体步骤如下：

1.将终止发酵液直接酸化，调pH值2～4，加热75～90℃，静止分离回收烷烃，然后缓慢降至室温，经过滤得到含菌体的长链二元酸滤饼。

2.将含菌体的长链二元酸滤饼与水混合，加碱调pH值6.2～7.0，然后加热至85～100℃使生成的长链二元酸单盐完全溶解，降温至75～85℃保温15～30min。

3.把步骤2得到的溶液缓慢降温至室温促使长链二元酸单盐结晶，过滤得到含菌体的长链二元酸单盐滤饼及滤液。

4.把步骤3得到的滤饼溶解并加碱溶液调pH值至9～12，并缓慢加热至50～70℃使之完全生成长链二元酸双盐溶液，过滤得到澄清的长链二元酸双盐滤液。

5.于步骤4得到的长链二元酸双盐滤液中加酸酸化，调pH值2～4，加热75～95℃，使长链二元酸双盐完全转化为长链二元酸，然后降温至70～85℃并保温15～30min，接着缓慢冷却至室温，经过滤、洗涤和干燥步骤制得长链二元酸产品。

其中步骤3中得到的滤液可以加入0.5～3w％的吸附剂，于20～60℃下处理15～30min，过滤得到澄清的滤液，该滤液在步骤4中用于溶解滤饼。在步骤4中为减少过滤时间可以在溶液中加入1～3w％的助滤剂并充分混合后进行过滤。

本发明第三个实施方案的具体步骤如下：

1.将终止发酵液直接酸化，调pH值2～4，加热75～90℃，静止分离回收烷烃，然后缓慢降至室温，经过滤得到含菌体的长链二元酸滤饼。

2.将含菌体的长链二元酸滤饼与水混合，加碱调pH值至6.2～7.0，然后加热至85～100℃使生成的长链二元酸单盐完全溶解。

3.过滤第2步中得到的溶液，得到含长链二元酸单盐的滤液。

4.把步骤3中的滤液在75～85℃保温15～30min，然后缓慢降温至室温使长链二元酸单盐结晶，过滤得到长链二元酸单盐滤饼及滤液。

5.把步骤4中得到的滤饼溶解加酸调节pH至2.0～4.0，并加热至80～95℃，使长链二元酸单盐完全转化为长链二元酸，然后降温至70～85℃并保温15～30min，然后冷却结晶，经过滤、洗涤和干燥等步骤得到长链二元酸精产品。

其中步骤4中得到的滤液可以加入0.5～3w％的吸附剂，于20～60℃下处理15～30min，过滤得到澄清的滤液，该滤液在步骤5中用于溶解滤饼。在步骤3中为减少过滤时间可以在溶液中加入1～3w％的助滤剂并充分混合后进行过滤。

本发明上述的酸化所用的酸可以是H₂SO₄、HNO₃、HCl或H₃PO₄，所用的碱可以是碱金属的氢氧化物如NaOH、KOH等，所用的吸附剂可以是活性炭或活性白土，所用的助滤剂可以是硅藻土。本发明所处理的长链二元酸可以是单体长链二元酸或C₁₀～C₁₈的任意混合长链二元酸。

本发明方法在长链二元酸单盐结晶及最终酸化结晶时，温度在75～85℃时保温15～30min，并缓慢降温以促使晶体生长，不仅有利于操作过滤，而且有利于色素及可溶性蛋白质滞留在滤液中，另外由于长链二元酸单盐结合色素和蛋白质的能力非常弱，因而在长链二元酸单盐结晶、过滤时，可溶性蛋白质和色素留在滤液中，并在该滤液中加入吸附剂把这些蛋白质和色素脱除。利用本方法制备的长链二元酸，总酸纯度大于99w％，氮含量小于50μg/g，收率大于90w％，色度小于40，产品外观呈白色。用本方法制备的长链二元酸可以广泛用于合成高级香料、高级热熔胶等产品。

                          实施例1

取200mL由热带假丝酵母菌发酵得到十三碳二元酸，浓度为130g/l，pH7.6的发酵液，用3mol/L的H₂SO₄将pH值调至4.0，加热至80℃，静止30min，分去溶液中残留的烷烃，然后降至室温，经过滤和洗涤得到含菌体的十三碳二元酸粗滤饼。

用325mL水与粗酸滤饼混合，再用10mol/L的NaOH溶液将pH值调至6.5，加热至95℃，再降温至80℃维持30min，然后缓慢冷却至室温，过滤得到十三碳二元酸单钠盐滤饼及十三碳二元酸单盐滤液，于滤液中加入1w％的粉末活性炭，在40℃时吸附处理30min。过滤得到的滤液与十三碳二元酸单钠盐滤饼混合，用10mol/L的NaOH调pH值至10.2，并加热至60℃反应生成十三碳二元酸双钠盐，加2w％硅藻土助滤剂充分搅拌，然后过滤除去固形物得到滤液，向滤液中加入3mol/L的H₂SO₄，调pH值至4.0，加热至80℃，静止冷却至室温，经过滤、洗涤和干燥步骤得到十三碳二元酸产品。产品性质见表1。

                         实施例2

取200mL十三碳二元酸浓度为130g/l，pH7.6除去菌体的发酵液，加3mol/L的H₂SO₄调pH至6.2，加热至95℃，降温至80℃并保温30min，然后缓慢降至室温，经过滤得到十三碳二元酸单钠盐滤饼及滤液。

于滤液中加入1w％粉末活性炭，在40℃下吸附处理30min，过滤得到滤液，将该滤液与滤饼混合并加150mL水，再用3mol/L的H₂SO₄调pH值3.2，加热至80℃，充分搅拌，然后静止冷却至室温，经过滤、洗涤和干燥等步骤得到十三碳二元酸产品。产品性质见表1。

                         实施例3

取200mL浓度为120g/l，pH7.6的十三碳和十四碳混合二元酸发酵液，用3mol/L的H₂SO₄调pH值至3.4，加热至80℃，静止30min，分去溶液中残留的十三碳及十四碳烷烃，然后冷却至室温，经过滤、洗涤得到含菌体的混合二元酸滤饼。

向滤饼中加200mL水并充分混合，用10mol/L的NaOH调pH值至6.6，升温至95℃再降温至80℃并维持30min，然后缓慢冷却至室温，过滤得到混合长链二元酸单钠盐滤饼及滤液，于滤液中加入1w％的粉末活性炭，在40℃时吸附处理30min，过滤得到的滤液与滤饼混合，用10mol/L的NaOH调pH值至9.7，加热至60℃，加2w％硅藻土并充分搅拌，然后过滤除去固形物，向滤液中加入3mol/L的H₂SO₄，调pH值至3.0，加热80℃，静止冷却至室温，过滤、洗涤、和干燥得混合长链二元酸产品。产品性质见表1。

                         实施例4

取400mL由热带假丝酵母菌发酵得到十三碳二元酸，浓度为130g/l，pH7.5的发酵液，用3mol/L的H₂SO₄将pH值调至4.0，加热至80℃，静止30min，分去溶液中残留的烷烃，然后降至室温，经过滤和洗涤得到含菌体的十三碳二元酸粗滤饼。

用650mL水与粗酸滤饼混合，再用10mol/L的NaOH溶液将pH值调至6.6，加热至96℃使十三碳二元酸单钠盐完全溶解，然后过滤除去固形物。把滤液降温至80℃维持20min，然后缓慢冷却至室温，过滤得到十三碳二元酸单钠盐滤饼及滤液，于滤液中加入1.8w％的粉末活性炭，在50℃时吸附处理20min。过滤得到的滤液与十三碳二元酸单钠盐滤饼混合，并加入3mol/L的H₂SO₄，调pH值至4.0使完全生成十三碳二元酸，加热至80℃，静止冷却至室温，经过滤、洗涤和干燥步骤得到十三碳二元酸产品。产品性质见表1。

表1

项目	总酸含量(w％)	十三碳二元酸含量(w％)	产品烷烃含量	色度	氮含量(μg/g)	产品收率(w％)	产品外观
								实例1	99.1	98.2	未检出	32	23.2	90.3	白色
实例2	99.35	98.7	未检出	28.5	34.2	93.2	白色
								实例3	99.4	/	未检出	25.3	29.8	92.5	白色
实例4	99.2	98.3	未检出	31	22.8	90.2	白色

Claims (20)

1.一种从正构烷烃发酵液中精制长链二元酸的方法，包括以下步骤：

I、将该发酵液除菌后加酸调节pH值为6.2～7.0，使长链二元酸生成长链二元酸单盐，并加热溶解长链二元酸单盐；

II、冷却结晶并过滤上步所得到的溶液，得到长链二元酸单盐滤饼及滤液；

III、把上步中得到的长链二元酸单盐滤饼经加热溶解并酸化使之完全生成长链二元酸；

IV、上步得到的长链二无酸溶液经冷却结晶、过滤、洗涤和干燥步骤制得长链二元酸产品。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于第I步中生成长链二元酸单盐溶液的pH值为6.5～6.8。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于第I步中加热溶解长链二元酸单盐的温度为85～100℃，完全溶解后在75～85℃保温15～30min。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于第II步中得到的滤液用吸附剂处理，处理温度为20～60℃，时间为15～30min，吸附剂选自活性炭、活性白土，加入量为0.5～3w％，处理后的滤液用于第III步中的滤饼溶解过程。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于第III步中溶解温度为80～95℃，pH值为2.0～4.0，酸化反应完成后在70～85℃保温15～30min。

6.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的长链二元酸是单体长链二元酸或C₁₀～C₁₈的任意混合的长链二元酸。

7.一种从正构烷烃发酵液中精制长链二元酸的方法，包括以下步骤：

I、将该发酵液直接酸化结晶，过滤得到含有菌体的长链二元酸滤饼；

II、上步所得长链二元酸滤饼加碱溶液调节pH值为6.2～7.0，使长链二元酸生成长链二元酸单盐并加热溶解；

III、把上步得到的长链二元酸单盐的溶液冷却结晶并过滤得到长链二元酸单盐晶体滤饼及滤液；

IV、把上步得到的长链二元酸单盐晶体滤饼溶解并继续加碱反应，完全生成长链二元酸双盐溶液，并滤除固形物；

V、把上步得到滤液酸化使长链二元酸双盐全部转化为长链二元酸，然后经结晶、过滤、洗涤和干燥步骤得到长链二元酸产品。

8.按照权利要求7的方法，其特征在于第I步中的酸化pH值为2～4，温度为75～90℃，静止分离回收烷烃，然后降至室温过滤得到长链二元酸滤饼。

9.按照权利要求7的方法，其特征在于第II步中加热溶解长链二元酸单盐的温度为85～100℃，长链二元酸单盐溶解后在75～85℃保温15～30min。

10.按照权利要求7的方法，其特征在于第III步中得到的滤液用吸附剂进行处理，处理温度为20～60℃，时间为15～30min，吸附剂选自活性炭、活性白土，加入量为0.5～3w％，处理后的滤液用于第IV步中的滤饼溶解过程。

11.按照权利要求7的方法，其特征在于第IV步中生成长链二元酸双盐的溶液pH值为9～12，温度为50～70℃。

12.按照权利要求7的方法，其特征在于第V步中生成长链二元酸的pH值为2～4，温度为75～95℃。

13.按照权利要求7的方法，其特征在于所述的长链二元酸为单体长链二元酸或C₁₀～C₁₈的任意混合的长链二元酸。

14.一种从正构构烷烃发酵液中精制长链二元酸的方法，包括以下步骤：

I、将该发酵液直接酸化，过滤得到含有菌体的长链二元酸滤饼；

II、把上步中所得的长链二元酸滤饼加碱溶液调节pH值为6.2～7.0，使长链二元酸生成长链二元酸单盐并加热溶解；

III、过滤上步骤所得的溶液得到含长链二元酸单盐的滤液；

IV、把上步骤得到的长链二元酸单盐滤液结晶，过滤得到长链二元酸单盐晶体滤饼及滤液；

V、把上步骤得到的长链二元酸滤饼溶解并加酸酸化使长链二元酸单盐全部转化为长链二元酸，然后经结晶、过滤、洗涤和干燥步骤得到长链二元酸产品。

15.按照权利要求14的方法，其特征在于第I步中酸化的pH值为2～4，温度为75～90C，静止分离烷烃后降至室温过滤得到含菌体的长链二元酸滤饼。

16.按照权利要求14的方法，其特征在于第II步中溶解长链二元酸单盐的温度为85～100℃。

17.按照权利要求14的方法，其特征在于过滤第IV步中的滤液先在75～85℃保温15～30min，然后降温至室温使长链二元酸单盐结晶，得到长链二元酸单盐滤饼及滤液。

18.按照权利要求14的方法，其特征在于第IV步中得到的滤液加入0.5～3w％的选自活性炭或活性白土的吸附剂，于20～0℃下处理15～30min，过滤得到澄清的滤液，该滤液在步骤V中用于溶解长链二元酸单盐滤饼。

19.按照权利要求14的方法，其特征在于第V步中酸化处理条件为：pH值2.0～4.0，温度80～95℃，并在长链二元酸单盐完全转化为长链二元酸后降温至70～85℃保温15～30min。

20.按照权利要求14的方法，其特征在于所述的长链二元酸为单体长链二元酸或C₁₀～C₁₈的任意混合长链二元酸。