CN1289757A - 一种从发酵液中提取精制α、ω－链二羧酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从发酵液中提取精制长链二羧酸的方法,用萃取溶剂处理发酵液后,再用反萃取方法将二羧酸产品从有机相转移到水相中,然后经过酸析、过滤、干燥等步骤得到二羧酸产品。与现有技术相比,不但简化了工艺步骤,缩短了操作周期,降低了能耗,而且改善了工作环境和操作安全性,降低了溶剂消耗,减轻了空气污染。

Description

一种从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法

本发明涉及一种从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法。

目前，国内外普遍采用生物氧化方法制取长链二羧酸，利用不同碳数的正构烷烃经生物氧化得到相应的代谢产物α，ω-长链二羧酸，然后从发酵液中提取精制得到纯度较高的产品，利用常规的方法(如过滤、离心、结晶、膜分离等)进行精制提纯是非常困难的，得到的产品纯度、收率均不高。日本专利JP81 15695公开了一种用甲苯溶剂进行萃取、有机相用乙二醇反萃取的方法，其做法是首先将发酵液过滤除菌得到清液，用HCl酸化结晶，然后用甲苯萃取，有机相用等量的乙二醇反萃取。这种方法的主要缺点是发酵液粘稠，菌体颗粒微小，过滤除菌非常困难，给操作带来很大麻烦，尤其是发酵液染有杂菌时更是如此。而且滤饼粘稠不易滤干，产品损失大，收率不高。中国专利CN1070394公开了一种用酮类溶剂抽提的方法，它的目的是解决产品回收率低，过滤困难等问题。将终止发酵液经加热、破乳、分离未转化的烷烃，酸化结晶，过滤干燥得到干滤饼(主要成份是二羧酸和菌体)，然后在加热条件下用酮类溶剂溶解滤饼中的二羧酸，再经过滤除去菌体及不溶物，降温结晶，再过滤分去溶剂，干燥滤饼得到二羧酸产品。这种方法虽然提高了产品的收率，但存在的主要问题是：(1)发酵液分离未转化的烷烃后首先要酸化结晶、过滤、干燥，然后才进行抽提，这样过程繁杂、操作周期长、费用高；(2)由于产品直接从溶剂中结晶，过滤后滤饼中含有许多溶剂，这部分溶剂在干燥时全部挥发掉了，既造成了溶剂损失，又污染了环境。

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种全发酵液溶剂萃取方法，简化工艺过程，缩短操作周期，降低溶剂消耗及操作费用，从而使产品成本降低。

实现本发明的目的一个技术方案可以是：

本发明的主要过程包括：

(1)从终止发酵液中分离除去未转化的正构烷烃；

(2)用有机溶剂处理含有α，ω-长链二羧酸及菌体的发酵液，得到溶解有目的产物的有机相层；

(3)趁热过滤分离除去菌体及溶剂相中携带的不溶性杂质；

(4)用反萃取方法将二羧酸产品从有机相转移到水相中；

(5)从所得水相中酸析得到长链二羧酸的结晶物；

(6)分离、干燥上述结晶物得到二羧酸产品。

实现本发明的另一个方案可以是：

(1)从终止发酵液中分离除去未转化的正构烷烃；

(2)用有机溶剂处理含有α，ω-长链二羧酸及菌体的发酵液，得到溶解有目的产物的有机相层；

(3)用脱色吸附剂处理上述有机相层；

(4)趁热过滤分离除去脱色吸附剂、菌体、有机盐等不溶物；

(5)用反萃取方法将二羧酸产品从有机相转移到水相中；

(6)从所得水相中酸析得到长链二羧酸的结晶物；

(7)分离、干燥上述结晶物得到二羧酸产品。

以下对上述两个方案的具体步骤进行详细说明。

分离除去未转化的正构烷烃的方法可以是：

将发酵结束后的终止发酵液加热到80～100℃，然后静置，使未转化的烷烃与发酵液分层，上层是烷烃，下层是发酵液及菌体，分去上层烷烃。

萃取步骤可以按以下方法进行：

在分离烷烃后的发酵液中加入萃取溶剂，搅拌下加热到80～100℃进行萃取，使二羧酸从发酵液中转移到溶剂相中。为了降低二羧酸在水相中的溶解度，使萃取更加完全，同时减轻乳化作用，用酸性强于二羧酸的无机酸(如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等)调节发酵液的pH值，使之达到4．5～3．0，然后在保温下静置分层，上层为溶解有二羧酸的溶剂相，下层为水相层，菌体留在了水相层中，然后分离得到含有二羧酸的溶剂相。为了萃取完全，也可以采用两次或多次萃取的方法，然后将两次或多次萃取的溶剂相合并。

在上述萃取过程中，萃取温度以不超过100℃为宜，最好为85～90℃，搅拌转速最好保持20～50r／min。

调节pH值时，无机酸的浓度最好为5～10N。

对于所使用的溶剂，应具有如下的性质：(1)与水不互溶，且在高、低温下，水在溶剂中的溶解度及溶剂在水中的

溶解度都要小；

(2)在高温时对二羧酸的溶解度要大，而在低温时溶解度小；

(3)在操作条件下不与二羧酸发生化学反应；

(4)价格低或适中，安全系数大。

这样的有机溶剂有酮类溶剂，如甲基异丁基酮、丁酮等，酯类溶剂如醋酸丁酯、醋酸异丁酯等。

有机溶剂的使用量根据发酵液中的二羧酸含量而定，以使发酵液中的二羧酸能够完全溶解或稍多一些即可，通常为发酵液∶溶剂(v／v)=1∶0．5～1．2，最好是1∶0．6～0．8。

脱色吸附剂处理有机相层的过程可以为：

在上述过程所得到的溶剂相中，加入适量的脱色吸附剂，以除去溶剂中溶解的有机色素及可溶性蛋白等杂质，保持温度90～120℃，在搅拌的条件下进行脱色吸附，时间至少1h，最好为1～2h，然后趁热过滤，除去脱色吸附剂、少量的菌体以及溶剂中夹带的一些不溶性杂质，得到无色透明的含有二羧酸的有机溶液。分离过程的操作温度，最好保持在90～100℃。

脱色吸附剂是具有多孔结构的活性炭或者活性白土，活性炭最好选用大孔型粉状活性炭。对于活性白土，其要求是含水量5．0～10．0％，最好为6．5～8．0％，颗粒度为120目筛通过量95％以上。脱色吸附剂的加入量根据溶剂相的颜色深浅确定，通常为1．0～6．5％，最好为3．0～5．5％。

反萃取步骤可以采用如下方法：上述步骤得到的含有二羧酸的有机热溶剂中，低速搅拌下加入1．2～2倍体积的热水(温度80～90℃)，用6～10N的NaOH溶液进行碱化，使水相的pH值达到9～12，并降低温度至室温，使溶剂相中的二羧酸转移到水相中，静置分层。上层为溶剂可直接返回供下次使用，下层为含有二羧酸钠盐的水相层。

反萃取所用的热水最好使用净化过的纯净水，较差的水质会在处理过程中形成二羧酸的金属盐，残留于产品中，影响产品的使用性能。

酸析步骤可参照如下方法：

将上述二羧酸的钠盐溶液加热至80～95℃，搅拌下滴加2～8N的无机酸(如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等)，调节溶液的pH值达4．5～3．0，使二羧酸以游离态形式存在。然后控制降温速度缓慢降温，低速搅拌，降温速度可以为3～15℃／h，转速可以为20～50r／min，使二羧酸从溶液中晶析出来，降至室温后继续保持5～10h，以利于生成良好的晶体形态。

分离上述结晶物可以采用过滤或离心分离等方法，将二羧酸从结晶液中分离出来，得到湿晶体。

将二羧酸湿晶体进行干燥，干燥温度＜100℃，最好为50～70℃。干燥后即得到精制的α，ω-长链二羧酸产品，外观为白色粉末状。

所说的α，ω-长链二羧酸是指C₁₁～C₁₈的直链脂肪二羧酸，分子式为HOOC(CH₂)_nCOOH(n=9～16)，既可以是单一组份的二羧酸，也可以是任意组份、任意比例的混合二羧酸。发酵液中的二羧酸的含量为20～180g／l。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)由于是全发酵液萃取，直接从发酵液中萃取产品，省去了酸化结晶、过滤、干燥等预处理过程，简化了工艺步骤，缩短了操作周期，降低了能耗；

(2)脱色吸附步骤除去了溶剂中的有机色素及可溶性蛋白等杂质，既可以使后续处理过程得到的二羧酸产品的纯度得以保证，又可以使回收的溶剂色泽浅、杂质少，可直接返回重复使用，免去了冗长的溶剂再生过程。

(3)由于后几个步骤均在水相中进行，便于操作，改善了工作环境和操作安全性；

(4)产品直接从水相中结晶，降低了溶剂消耗，减轻了空气污染，且水的沸点低，易于挥发，便于降低干燥能耗，缩短干燥时间，产品中不会残留溶剂。

本发明工艺过程简单，能耗低，产品成本低，有利于大批量工业化生产。

实施例1

取以正构十三碳烷烃作底物的终止发酵液400ml，其中十三烷二酸的含量为96g／l，搅拌下加热到90～100℃，然后静置分层，分离除去未转化的烷烃。加入240ml醋酸丁酯，搅拌下加热到90～95℃，(搅拌速度40～50r／min)，滴加6N的H₂SO₄，将发酵液的pH值调止4．0左右，保温下静置分层，将上下两相层分离。向下层带有菌体的水相层中加入100～120ml的醋酸丁酯，再萃取一次，将两次萃取的溶剂相合并。加入13g粉状活性炭，搅拌下加热到100℃左右，脱色吸附1．5h，然后在保温下热过滤。所得到的热滤液在继续保温下加入70～80℃的纯净水400ml，用6N左右的NaOH溶液调节水相的pH值为10，静置分层并冷却到室温，分去上层溶剂供下次使用。下层水相层在搅拌下(搅拌速度25r／min)滴加4N的H₂SO₄调pH值止4．0～3．0，加热到90℃左右使溶液变澄清。然后控制降温至室温，降温速度5～10℃／h左右。在降温过程中，二羧酸产品慢慢从溶液中以晶体形式析出，过滤后得到二羧酸滤饼，在60℃下干燥得到白色粉末状十三烷二酸，产品收率96．1％，纯度95．6％，总酸含量＞99．0％。

实施例2

取以正构十三烷作底物的终止发酵液400ml，其中十三烷二酸的含量为127g／l，搅拌下加热到90℃，静置分层，分去未转化的正十三烷。分别加入320ml及140ml甲基异丁基酮进行两次萃取。与实施例1相比，除无脱色吸附步骤外，其它操作步骤及条件相同。得到的产品外观为白色粉末状，十三烷二酸的回收率97．4％，纯度96．3％，总酸含量＞99．0％。

实施例3～4

分别取含有十六烷二酸及含有C₁₂～C₁₆混合二羧酸(其组成为：C₁₂二羧酸6．8％，C₁₃二羧酸41．7％，C₁₄二羧酸38．5％，C₁₅二羧酸9．2％，C₁₆二羧酸3．6％)的终止发酵液进行萃取，溶剂为醋酸丁酯，脱色吸附剂为活性炭，操作步骤与方法同实施例1，操作条件列于表1，实施结果列于表2。

表1实施例  发酵液体积    产物       含酸量    溶剂加入量  脱色吸附剂

       ml                     g／l        ml        加入量 g3        500        C₁₆二羧酸    96         450          164        500      C₁₂～C₁₆混合  105        500          21

                 二羧酸       (总酸)

表2实施例  产品纯度  总酸含量      外观    95％乙醇溶液   产品回收率

       ％         ％                                  ％3       95．8     ＞99．0     白色粉末    无色透明      96．44                 ＞99．0     白色粉末    无色透明      95．0

Claims (9)

1． 一种从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，包括以下几个步骤：

(1)从终止发酵液中分离除去未转化的正构烷烃；

(2)用有机溶剂萃取处理(1)步所得含有α，ω-长链二羧酸及菌体的发酵液，得到溶解有目的产物的有机相层；

(3)趁热过滤分离除去菌体及溶剂相中夹带的不溶性杂质；

(4)用反萃取方法将二羧酸产品从有机相转移到水相中；

(5)从所得水相中酸析得到长链二羧酸的结晶物；

(6)分离、干燥上述结晶物得到二羧酸产品。

2．按照权利要求1所述的从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，其特征在于在所述的萃取过程中，加入萃取剂后，调节发酵液的pH值在3．0～4．5的范围内。

3．按照权利要求1所述的从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，其特征在于所述的萃取剂是甲基异丁基酮、丁酮、醋酸丁酯、醋酸异丁酯中的一种或几种。

4．按照权利要求1所述的从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，其特征在于所述的二元酸是C₁₁～C₁₈中的一种或几种。

5．一种从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，包括以下几个步骤：

(1)从终止发酵液中分离除去未转化的正构烷烃；

(2)用有机溶剂处理含有α，ω-长链二羧酸及菌体的发酵液，得到溶解有目的产物的有机相层；

(3)用脱色吸附剂处理上述有机相层；

(4)趁热过滤分离除去脱色吸附剂、菌体、及溶剂中夹带的不溶性杂质；

(5)用反萃取方法将二羧酸产品从有机相转移到水相中；

(6)从所得水相中酸析得到长链二羧酸的结晶物；

(7)过滤、干燥上述结晶物得到二羧酸产品。

6．按照权利要求5所述的从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，其特征在于在所述的萃取过程中，加入萃取剂后，调节发酵液的pH值在3．0～4．5的范围内。

7．按照权利要求5所述的从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，其特征在于所述的萃取剂是甲基异丁基酮、丁酮、醋酸丁酯、醋酸异丁酯中的一种或几种。

8．按照权利要求5所述的从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，其特征在于所述的二元酸是C₁₁～C₁₈中的一种或几种。

9．按照权利要求5所述的从发酵液中提取精制α，ω-长链二羧酸的方法，其特征在于所述的脱色吸附剂是具有多孔结构的活性炭或活性白土。