CN1552687A - 一种长链二元酸的精制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种长链二元酸的精制方法。该方法首先将终止的长链二元酸发酵液直接加热破乳，分离回收未反应的烷烃；然后用无机酸调节发酵液的pH值，酸化结晶；加热使长链二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态，而形成油层浮于水溶液上面，无机盐、菌体、色素及其它杂质留在水溶液中，分离出熔融状态的二元酸，边搅拌边加水，将二元酸结晶、过滤和干燥。该方法能够有效地从发酵液分离制备高纯度长链二元酸，摆脱过滤除菌、过滤的二元酸结晶需要大量的水洗涤的问题，大大简化了工艺过程，缩短操作周期，提高了产品收率，从而降低了产品的成本。

Description

一种长链二元酸的精制方法
技术领域
本发明涉及一种从发酵液中提取和精制长链二元酸的方法。
背景技术
长链α、ω-二元酸(下文所说的“二元酸”均指“长链α、ω-二元酸”)是利用微生物发酵高碳数的正构烷烃而得到的代谢产物，在合成香料、工程塑料、热熔胶、涂料、液晶等方面具有广泛的应用，然而要想从发酵液中分离回收长链二元酸，则需要复杂的后处理过程。高碳数正构烷烃发酵后所得发酵液除含有长链二元酸外，还含有发酵菌体、培养基和未发酵的正构烷烃等，一般采用的离心分离法、板框过滤法、盐析法等预处理方法，然后再经水相法、有机溶剂萃取法、酯化法等方法进行精制。
长链二元酸的预处理的方法是：将终止的发酵液经加热破乳、分离未转化的烷烃、过滤除菌、酸化结晶、过滤二元酸、干燥得粗长链二元酸。这种预处理方法影响二元酸纯度及收率的关键是过滤除菌步骤。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，尤其是发酵液有杂菌时更是如此，而且过滤的菌体含滤液高，产品损失大。酸化结晶也是处理发酵液的难点，过滤除菌的发酵液需加热后用无机酸调PH至4或以下，冷却结晶，过滤结晶。二元酸结晶易包扎着无机酸，过滤的二元酸结晶需要大量的水洗涤，使二元酸结晶的pH值为5～7，二元酸结晶中的无机酸洗涤不彻底，影响后续产品的质量与收率，水洗过程水管道中的杂质及水中的无机盐也是使二元酸二次污染的过程。离心分离法、板框过滤法、盐析法等预处理方法都存在以上问题，都无法解决过滤除菌困难、产品损失大、收率低和纯度低的问题。
JP 56-260193、JP 56-260194的处理方法是将终止的发酵液在碱性条件下静置，离心除菌，加硅藻土吸附未除去的菌体和一些杂质，然后过滤、加酸、酸析结晶、过滤和干燥，最后得到二元酸晶体。上述方法的主要问题是发酵液在碱性条件下静置存在细胞自溶，使细胞蛋白流入发酵液中，增加了发酵液杂质含量，从而影响产品纯度，而且离心所除去的菌体中仍然含有大量发酵液，降低了产品的收率。
CN1064951C介绍了一种处理发酵液的方法是将终止发酵液直接加热破乳，分离回收未反应的烷烃，再将发酵液酸化结晶，过滤二元酸和菌体，碱化溶解二元酸、菌体的滤饼，将pH值调至8～12，加入盐析剂，加热溶解，冷却过滤二元酸盐，再将二元酸盐重新溶解水中，加热40℃～60℃，降温过滤，酸化结晶，过滤晶体并洗涤，干燥。该方法回收未反应的烷烃后直接将发酵液酸化结晶，二元酸结晶颗粒小与菌体同时过滤，增加了过滤困难；另外该过程中需要加入盐析剂，使操作更加繁琐。
CN1088055C介绍了一种发酵液溶剂萃取方法，将终止发酵液直接加热破乳，回收未反应的烷烃，用有机溶剂处理发酵液，得到含有二元酸的有机层，将水相和有机相同时进行过滤，用反萃取方法将二元酸从有机相转移到水中，酸化结晶，过滤晶体，然后进行洗涤和干燥。该方法将水相和有机相同时进行过滤，水相中的菌体过滤困难，过滤速度慢，延长了整个操作时间，而且有机溶剂的损失提高了产品的生产成本。
CN1049688C介绍了一种处理发酵液的方法是将终止发酵液直接加热50℃～100℃破乳，冷却分离未反应的烷烃，加入2wt％～5wt％的助滤剂过滤，并洗涤菌饼，酸化结晶，过滤晶体并洗涤，干燥。其缺点是采用100～200目珍珠盐助滤剂本身粒度就很细，加上粘稠的菌体，需要在0.1～0.2Mpa下压滤，滤液过滤不净，这样势必造成过滤速度慢和产品收率低的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有效地从发酵液中的取和精制高纯度长链二元酸的方法，摆脱过滤除菌、过滤的二元酸结晶需要大量的水洗涤问题，大大简化了工艺过程，缩短操作周期，提高了产品收率，从而降低了产品的成本。
本发明的方法包括以下步骤：
a、将终止的长链二元酸发酵液直接加热破乳，分离回收未反应的烷烃；
b、步骤a得到的发酵液酸化结晶，然后加热使长链二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态，而形成油层浮于水溶液上面，无机盐、菌体、色素及其它杂质留在水溶液中，保持20～120分钟，最好20～60分钟；
c、分离出步骤b中熔融状态的二元酸，然后边搅拌边加20～90℃的水，将二元酸结晶、过滤和干燥；或者在步骤b之后，直接降温，使熔融状态二元酸结成固体层而与水溶液层分离，取出固体二元酸，。
上述步骤b中使长链二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态的加热温度为90～120℃；在步骤c之前，最好将步骤b所得的液体降温3～20℃，同时保持二元酸完全处于熔融状态且静止在水溶液上面，保持10～60分钟，以免沸腾的气泡将杂质混入熔融状态的二元酸中。
本发明所说的长链二元酸是指C9～C13单一组份的直链脂肪族二元酸，具有一般的分子通式：HOOC(CH2)nCOOH(n＝7～11)，也可以是C9～C16两种或两种以上的混合正构烷烃生产的任意组份、任意比例的混合直链脂肪族二元酸。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点和特点：
1、摆脱了影响二元酸纯度及收率的关键步骤-过滤除菌，简化了工艺过程；
2、摆脱了过滤的二元酸结晶需要大量的水洗涤，避免了二元酸二次污染过程；
3、本发明方法由于工艺步骤少，设备投资少，生产周期短，从而使生产成本大为降低；
4、本发明方法采用长链二元酸发酵液直接处理，无须预处理，纯度达到96wt％以上，产品回收率可达到96wt％以上；
5、本发明方法不使用任何有机溶剂、助滤剂、盐析剂等，避免了对环境的污染及化学试剂的浪费。
具体实施方式
本发明的方法的具体操作包括以下步骤：
a、将终止的长链二元酸发酵液直接加热到50～100℃进行破乳，最好在80～95℃之间，恒温1～5小时，冷却到30～50℃，再静止1～5小时后，分离回收未反应的烷烃；
b、将步骤a得到的发酵液的温度加热到40～80℃，最好在60～70℃之间，用无机酸调节发酵液的pH值至1～7之间，最好在3～5之间，酸化结晶，然后加热到90～120℃，使长链二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态，而形成油层浮于水溶液上面，无机盐、菌体、色素及其它杂质留在水溶液中，保持20～120分钟，最好30～60分钟；将上述得到的液体降温3～20℃，同时保持二元酸完全处于熔融状态且静止在水溶液上面，保持时间为10～60分钟；
c、分离出步骤c中的熔融状态的二元酸，边搅拌边加20～90℃的水，将二元酸结晶、过滤和干燥；或在步骤c之后，直接降温，使熔融状态二元酸结成固体层而与水溶液层分离，放掉水溶液层，用水洗涤二元酸固体表面，取出固体二元酸，祛除固体二元酸表面的水。
所述的步骤c中分离出步骤b中的熔融状态的二元酸，可采用如下任一种方法：第一种是在同一容器中进行，直接放掉水溶液层，在加水搅拌之前最好用少量的80～100℃水洗涤熔融状态二元酸1～3次，然后放掉水溶液；第二种是将熔融状态的二元酸分离到另一个容器中，然后边搅拌边加20～90℃的水，将二元酸进行结晶、过滤和干燥。水洗熔融状态二元酸的目的是洗去熔融状态二元酸与水溶液接触面所吸附的菌体及杂质，以及吸附在容器内表面的菌体及杂质。
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
                            实施例1
制备十一烷二元酸。
a、正构十一烷烃经生物发酵后，得到含十一烷二酸的发酵液，发酵液中未反应物含量11.5wt％、菌体浓度为10g/L、酸浓度为105g/L、PH值为7.6。将终止的十一烷二元酸发酵液1000毫升直接加热到80℃进行破乳，恒温3小时，冷却至30℃，再静止2.5小时后，分离回收未反应的烷烃；
b、分离烷烃后的十一烷二元酸发酵液加热到40℃，用当量浓度为6的盐酸将发酵液的pH值调至3，酸化结晶，加热至108℃，使十一烷二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态，而形成油层浮于水溶液上面，无机盐、菌体、色素及其它杂质留在水溶液中，保持100分钟；将上述得到的液体降温到98℃，保持30分钟，使十一烷二元酸完全处于熔融状态，且浮于水溶液上面；
c、直接把步骤b得到的熔融状态的十一烷二元酸分到其它反应罐中，边搅拌边加60℃的水1000毫升，将十一烷二元酸结晶，然后进行过滤和干燥，得到总酸含量为97.3wt％的十一烷二元酸，产品回收率为96.7wt％。
                             实施例2
制备十二烷二元酸。
a、正构十二烷烃经生物发酵后，得到含十二烷二酸的发酵液，发酵液中未反应物含量10.4wt％、菌体浓度为15g/L、酸浓度为110g/L、PH值为7.8。将终止的十二烷二元酸发酵液1000毫升直接加热到95℃破乳，恒温4小时，冷却至35℃，再静止3小时后，分离回收未反应的烷烃；
b、分离烷烃后的十二烷二元酸发酵液加热到60℃，用当量浓度为6的盐酸将pH值调至4，酸化结晶，加热到110℃，使十二烷二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态，而形成油层浮于水溶液上面，无机盐、菌体、色素及其它杂质留在水溶液中，保持30分钟；将上述得到的液体降温到105℃，保持50分钟，十二烷二元酸完全处于熔融状态且浮于水溶液上面；
c、直接把步骤b得到的熔融状态的十二烷二元酸分到其它反应罐中，边搅拌边加40℃的水800毫升，使十二烷二元酸结晶，然后进行过滤和干燥，得到总酸含量98.1wt％的十二烷二元酸，产品回收率97.3wt％。
                          实施例3
制备混合二元酸。
a、取以C10～C15混合正构烷烃(C10～C15混合正构烷烃配比如表1)为原料的发酵液经生物发酵后，得到含混合二元酸的发酵液，发酵液中未反应物含量10.4wt％、菌体浓度为15g/L、酸浓度为110g/L、PH值为7.8。将终止的混合二元酸发酵液1000毫升直接加热到70℃破乳，恒温5小时，冷却到40℃，再静止4小时后，分离回收未反应的混合烷烃；
b、分离烷烃后的混合二元酸发酵液加热到80℃，用当量浓度为6的盐酸将pH值调至6，酸化结晶，加热到95℃，使混合二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态，而形成油层浮于水溶液上面，无机盐、菌体、色素及其它杂质留在水溶液中，保持90分钟；
c、放掉水溶液层，用50ml的90℃水洗涤熔融状态混合二元酸，放掉水溶液，边搅拌边加50℃的水500毫升，将混合二元酸结晶，然后进行过滤和干燥，得到总酸含量为97.1wt％的混合二元酸，产品回收率97.2wt％。
                            实施例4
制备十三烷二元酸。
a、正构十三烷烃经微生物发酵得到含有十三烷二酸的发酵液，发酵液中未反应物含量8wt％、菌体浓度为12g/L、酸浓度为100g/L、PH值为7.8。直接将十三烷二元酸发酵液1000毫升加热到60℃破乳，恒温2小时，冷却到50℃，再静止2小时后，分离回收未反应的十三烷烃；
b、分离烷烃后的十三烷二元酸发酵液加热到70℃，用当量浓度为6的盐酸将pH值调至4，酸化结晶，加热到108℃，使十三烷二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态，而形成油层浮于水溶液上面，无机盐、菌体、色素及其它杂质留在水溶液中，保持20分钟；将上述得到的液体降温到100℃，保持60分钟，使十三烷二元酸完全处于熔融状态而浮于水溶液上面；
c、将步骤b得到的液体直接降温到50℃，熔融状态十三烷二元酸结成固体层而与水溶液层分离，放掉水溶液层，用50毫升80℃的水洗涤十三烷二元酸固体表面两次，取出固体十三烷二元酸，祛除固体十三烷二元酸表面的水，得到总酸含量为96.8wt％的十三烷二元酸，产品回收率97.7wt％。
                           对比例1
采用中国专利CN1049688C制备长链二元酸的方法制备混合二元酸和十三烷二元酸，其具体制备过程见CN1049688C中的实施例2和实施例1，与本发明的对比结果见表2。
                     表1C10～C15混合正构烷烃及发酵后混合酸的配比
碳数 C9  C10  C11  C12  C13  C14  C15
混合烷烃，wt％ 0.27  2.22  9.53  30.99  49.23  6.12  1.12
混合酸，wt％ 1.34  4.60  12.03  33.75  36.38  10.95  0.72
                   表2本发明与中国专利CN1049688C对比结果
  DC13纯度，wt％   DC13收率，wt％ DC混合纯度，wt％   DC混合收率，wt％
  本发明   96.8   97.7 97.1   97.2
  CN1049688C   96   94 94.7   92.9

Claims (11)

1、一种长链二元酸的精制方法，包括以下步骤：
a、将终止的长链二元酸发酵液直接加热破乳，分离回收未反应的烷烃；
b、步骤a得到的发酵液酸化结晶，然后加热使长链二元酸在无机盐的水溶液中熔解成熔融状态，而形成油层浮于水溶液上面，无机盐、菌体、色素及其它杂质留在水溶液中，保持20～120分钟；
c、分离出步骤b中熔融状态的长链二元酸，边搅拌边加20～90℃的水，将二元酸结晶、过滤和干燥；或在步骤b之后直接降温，使熔融状态二元酸结成固体层而与水溶液层分离，取出固体二元酸。
2、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于所述步骤a终止发酵液的破乳温度为50～100℃。
3、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于所述步骤b中酸化前的发酵液温度为40～80℃。
4、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于所述步骤b中发酵液的酸化是采用无机酸调节发酵液的pH值至1～7之间。
5、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于所述步骤b中发酵液酸化结晶后的加热温度为90～120℃。
6、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于步骤b所述长链二元酸保持熔融状态的时间为30～60分钟。
7、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于由步骤b所得到的液体降温3～20℃，使二元酸完全处于熔融状态且静止在水溶液上面，保持10～60分钟。
8、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于分离步骤b中熔融状态的长链二元酸采用如下任一种方法：第一种是在同一容器中进行，直接放掉水溶液层；第二种是将熔融状态的二元酸分离到另一个容器中。
9、根据权利要求8所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于第一种分离方法中放掉水溶液层之后，加水搅拌之前，先用80～100℃水洗涤熔融状态二元酸1～3次。
10、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于步骤c中采取直接降温法时，在取出固体二元酸之前用水洗涤固体二元酸表面。
11、根据权利要求1所述的长链二元酸的精制方法，其特征在于长链二元酸为C9～C13单一组份的直链脂肪族二元酸，或者为C9～C16两种或两种以上的混合正构烷烃生产的混合直链脂肪族二元酸。
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