CN1951890A

CN1951890A - 1,3－丙二醇发酵液中菌体、蛋白及色素的脱除方法

Info

Publication number: CN1951890A
Application number: CN 200510047504
Authority: CN
Inventors: 王崇辉
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: CN100386297C

Abstract

本发明公开了一种从1，3－丙二醇发酵液去除菌体、水溶性蛋白及色素的方法。该方法包括：向1，3－丙二醇发酵液中加入絮凝剂，搅拌后，静置沉降，分离得到絮凝后的发酵清液；将发酵清液流过树脂柱，其中的水溶性大分子蛋白及色素物质被吸附到树脂表面，得到澄清的发酵液。本发明方法采用絮凝法与树脂吸附分离法相结合，不但能除去发酵液中的菌体，还能除去发酵液中存在的水溶性蛋白及色素物质。所使用的树脂为交联苯乙烯系非极性大孔吸附树脂，对水溶性蛋白及色素的选择性高，使1，3－丙二醇发酵液中菌体和蛋白能在同一过程中脱除，而且去除得更为有效彻底，为后续的脱盐工序及蒸馏过程创造了良好的条件。

Description

1，3-丙二醇发酵液中菌体、蛋白及色素的脱除方法

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及微生物发酵产品分离过程中去除发酵液中水溶性蛋白的方法，特别涉及到从1，3-丙二醇发酵液中分离去除菌体、水溶性蛋白及色素的方法。

背景技术

1，3-丙二醇(1，3-PD)是一种重要的化工原料，在制造聚酯纤维、聚氨酯、热熔胶、粉末涂料、抗冻剂、包装材料以及有机合成中间体等方面都有着广泛的应用，其中制造高性能的聚酯纤维PTT是目前主要的用途。1，3-丙二醇可通过化学法路线和生物法路线生产，采用生物技术生产1，3-丙二醇，以其绿色化学为特征，具有反应条件温和、操作简便、副产物少、环境污染小、可利用再生资源等特点，成为新世纪生物化工研究的热点之一。

1，3-丙二醇的发酵液是一个成份非常复杂的混合体系，主要成份包括产物1，3-丙二醇、微生物菌体细胞、有机酸盐、无机盐、甘油、水、蛋白质及其它中间代谢产物等，由于产物1，3-丙二醇分子含有两个羟基，它的亲水性较乙醇更强，目前发酵液中产物的浓度为30～70g/L，要从稀发酵液中分离回收产品就变得极为困难，产品回收率低，而且分离成本很高。

1，3-丙二醇属胞外产物，在提取纯化之前需要经过预处理，除去发酵液中的菌体细胞和蛋白，得到澄清发酵液。由于菌体颗粒细小，发酵液外观呈乳状液形式，除含有颗粒细小的细菌细胞和细胞碎片外，还含有水溶性蛋白质和其它胶状物以及一些色素物质。这些细菌细胞和细胞碎片以及水溶性蛋白质大分子的存在，会给后续工艺带来极大的困难，直接影响脱盐蒸发工序，产生堵塞、阻碍蒸发，导致产品收率的降低。色素物质的存在会使最终产品带有颜色，影响其外观及品质。目前细胞及碎片的分离方法主要有过滤方法和离心方法。用传统的过滤除菌法，效率低、劳动强度大，过滤所形成的黏胶状滤饼会堵塞滤布，使操作无法顺利进行。一种新的过滤方法是利用微滤膜或超滤膜进行错流过滤，存在的问题是分离能力小、分离时间长，不能将固液相分离完全，易出现膜污染堵塞等。而用离心的方法除去菌体与蛋白，需要高速的离心设备，投资大能耗高，固相中液体滞留量大，产品损失大。

为了能更有效地对1，3-丙二醇发酵液进行预处理，国内外科技工作者为此做出了不懈的努力，提出了许多工艺方法。清华大学李凡锋等人公开了一种絮凝预处理方法(微生物学通报，2004.31(3)：30～35)，该方法使用天然澄清剂II型B组份作为絮凝剂，对1，3-丙二醇的发酵液进行预处理，对菌体的絮凝率为95％，但对蛋白的絮凝效果较差，尤其是不能有效地去除发酵液中存在的水溶性大分子蛋白及色素物质，得到的清液颜色较深。这些水溶性大分子蛋白及色素物质仍会在后序的蒸发及蒸馏过程产生结焦，形成黑色类焦状物，阻碍蒸发的问题没有得到有效的解决。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种从1，3-丙二醇发酵液中去除菌体、蛋白和色素的方法。该方法简单易行，能够有效地从1，3-丙二醇发酵液中去除菌体、水溶性大分子蛋白及其色素物质。

本发明方法是采用絮凝法和吸附分离法相结合，从1，3-丙二醇发酵液中去除菌体、蛋白及色素物质，其步骤包括：

(1)微生物菌体絮凝分离：取1，3-丙二醇发酵液，搅拌下加入絮凝剂，搅拌后，静置沉降，上层为澄清的清液，下层为菌体絮凝物，上下两层分批过滤或离心得到絮凝后的发酵清液。

(2)发酵液过柱吸附：步骤(1)得到的清液流过树脂柱，发酵液中水溶性大分子蛋白及其色素物质被吸附到树脂表面，得到澄清的发酵液。

本发明方法中所用的树脂为交联苯乙烯系非极性大孔吸附树脂(如商品型号D3520)，外观为乳白色不透明球状颗粒，粒径范围0.3～1.25mm，平均孔径0.3～1.25，比表面480～520m²/g。该树脂对水溶性蛋白及色素均有良好的选择性。新购树脂可能含有分散剂、致孔剂、惰性溶剂等化学残留，所以使用前最好进行预处理。预处理可以在树脂装柱前进行，也可在装柱后在柱上进行。预处理可以采用现有技术中的常规方法进行，本发明中最好采用如下过程：(I)用去离子水冲洗树脂，洗去杂质及树脂粉末；(II)用1.5～5倍树脂体积的去离子水浸泡树脂8～24h，使树脂颗粒充分扩展；(III)用1.5～5倍树脂体积的乙醇或丙酮，浸泡树脂8～24h，用2.5～5倍树脂体积的乙醇冲洗树脂，洗至流出液加水不呈白色浑浊为止；(IV)用去离子水冲洗树脂，洗净乙醇；(V)用稀HCl溶液，浓度最好2wt％～4wt％，浸泡树脂层5～12h，而后用去离子水洗至水洗液呈中性。

本发明所处理的1，3-丙二醇发酵液中1，3-丙二醇的含量为30～80g/L，通常终止发酵液的pH值为6.5～7.5。

本发明方法中，絮凝过程应在较低温度下进行，以5～35℃为好，最好为10～30℃。搅拌速度选择为60～180r/min为好，最好为80～150r/min。搅拌时间5～30min为宜，最好8～20min。

本发明方法中所用的絮凝剂为有机高分子絮凝剂(本发明中简称絮凝剂N)，按照中国专利ZL98121074.0公开的方法制备，它具有如下的网状结构：

其中R₁是胺基或带有羟烷基取代的胺基；R₂、R₄分别是亚烷基；R₃是羰基氧或羟基烷基氧；m＝5～15，n＝10～20。

所用絮凝剂的运动粘度为500～2000mm²/s。

所用絮凝剂的最佳阳离子度为1.5～2.6mmol/g。

该絮凝剂具有较高的阳离子电荷密度，所含电荷能有效地中和菌体和蛋白微粒表面的负电荷，降低Z电位值，使之趋于零，达到脱稳、微粒凝聚的目的。絮凝剂的加入量为0.5～5.0g/L发酵液，最好为1.0～3.5g/L发酵液。

在室温下，步骤(1)所得的发酵清液用泵连续输送通过树脂柱，控制适当流速进行吸附，接收流出液即为去除水性蛋白及色素的澄清的发酵液。

发酵液过柱吸附过程要求发酵液与树脂要有足够的接触时间，以保证能达到良好的吸附效果，使蛋白及色素物质能够最大限度的被树脂吸附，所以要控制适当的流速。流速以0.3～2.0ml/min为宜，最好控制在0.6～1.5ml/min。

其中所用树脂经使用后，吸附能力下降，应进行再生处理。再生方法可以采用现有技术中常用的方法，最好采用如下方法：先用去离子水冲洗树脂，再用2～5倍树脂体积的乙醇或丙酮洗涤；上述过程重复1～2次，最后用去离子水洗净树脂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：(1)、本发明方法采用絮凝法与树脂吸附分离法相结合，不但能有效地除去发酵液中的菌体，还能有效地除去发酵液中存在的水溶性蛋白及色素物质，而且去除率较高。(2)、所使用的树脂对水溶性蛋白及色素的选择性高，使1，3-丙二醇发酵液中菌体和蛋白能在同一过程中脱除，而且去除得更为有效彻底，为后续的脱盐工序及蒸馏过程创造了良好的条件。(3)、该工艺操作简便，成本较低，产品损失小，树脂可反复使用，适合工业生产。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的详述。

本实施例所处理的发酵液是以甘油为底物，采用克雷伯氏菌发酵而得到的1，3-丙二醇发酵液。

实施例1

本实施例所处理的1，3-丙二醇发酵液中，1，3-丙二醇的含量为68.5g/L，发酵终止pH值为6.8。

取1000ml上述发酵液，在80r/min的速度搅拌下，于20℃加入絮凝剂N0.32g(中国专利ZL98121074.0实施例中絮凝剂3)，该絮凝剂的粘度为1200mm²/s，阳离子度为2.1mmol/g。搅拌10min后静置沉降。待絮凝完全沉降后分别过滤上层清液和沉降层，得到除菌后的清液。

取D3520(外观为乳白色不透明球状颗粒，粒径范围0.3～1.25mm，平均孔径0.3～1.25，比表面480～520m²/g)大孔吸附树脂，先用去离子水冲洗树脂，洗去杂质及树脂粉末后，用2.2倍树脂体积的去离子水浸泡树脂10h，再用3倍树脂体积的乙醇浸泡树脂20h，用2.8倍树脂体积的乙醇冲洗树脂，洗至流出液加水不呈白色浑浊为止，接着用去离子水冲洗树脂洗去乙醇，用2.5wt％的HCl溶液浸泡树脂层8h，而后用去离子水洗至水洗液呈中性后装柱(φ20×200mm，内装树脂270g)。

上述絮凝除菌后的清液用计量泵打入树脂柱进行吸附，流速0.6ml/min，收集流出液即为澄清的1，3-丙二醇发酵液。相对原发酵液絮凝除菌率为96.1wt％，蛋白去除率为98.2wt％，色素去除率为81.5wt％。

实施例2

本实施例中所用的1，3-丙二醇发酵液中，1，3-丙二醇含量为57.2g/L，发酵终止pH值为7.2。

取500ml上述发酵液，装入1000ml三口烧瓶或烧杯中，在150r/min的速度搅拌下，于25℃加入絮凝剂N2.2g，絮凝剂性质同实施例1。搅拌20min后，静置沉降，分别离心分离清液层和絮凝物，合并离心液即得到澄清的发酵液。

按照实施例1方法过柱操作，流速为2.0ml/min。得到的1，3-丙二醇发酵液相对原发酵液，菌体去除率为96.3wt％，蛋白去除率为97.1wt％，色素去除率为77.6wt％。

Claims

1、一种从1，3-丙二醇发酵液中去除菌体、水溶性蛋白及色素的方法，步骤包括：

(1)向1，3-丙二醇发酵液中加入絮凝剂，搅拌后，静置沉降，分离得到絮凝后的发酵清液；

(2)步骤(1)得到的发酵清液流过树脂柱，其中的水溶性大分子蛋白及色素物质被吸附到树脂表面，得到澄清的发酵液。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所用的树脂为交联苯乙烯系非极性大孔吸附树脂，粒径范围0.3～1.25mm，平均孔径0.3～1.25，比表面480～520m²/g。

3、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的树脂使用前经过预处理，过程如下：(I)用去离子水冲洗树脂，洗去杂质及树脂粉末；(II)用2～3倍树脂体积的去离子水浸泡树脂8～24h；(III)用2～3倍树脂体积的乙醇或丙酮，浸泡树脂8～24h，用2.5～5倍树脂体积的乙醇冲洗树脂，洗至流出液加水不呈白色浑浊为止；(IV)用去离子水冲洗树脂，洗净乙醇；(V)用浓度为2wt％～4wt％的HCl溶液，浸泡树脂层5～12h，而后用去离子水洗至水洗液呈中性。

4、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所处理的1，3-丙二醇发酵液中1，3-丙二醇的含量为30～80g/L，终止发酵液的pH值为6.5～7.5。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于在所用发酵清液流过树脂柱的流速为0.3～2.0ml/min。

6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于在所用发酵清液流过树脂柱的流速为0.6～1.5ml/min。

7、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所用树脂经使用后，再生处理的方法如下：先用去离子水冲洗树脂，再用2～5倍树脂体积的乙醇或丙酮洗涤；上述过程重复1～2次，最后用去离子水洗净树脂。

8、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所用的絮凝剂的结构如下：

9、按照权利要求8所述的方法，其特征在于所用絮凝剂的运动粘度为500～2000mm²/s，阳离子度为1.5～2.6mmol/g。

10、按照权利要求8所述的方法，其特征在于所用絮凝剂的加入量为0.5～5.0g/L发酵液。

11、按照权利要求8所述的方法，其特征在于所用絮凝剂的加入量为1.0～3.5g/L发酵液。

12、按照权利要求1或8所述的方法，其特征在于所述絮凝温度为5～35℃。

13、按照权利要求1或8所述的方法，其特征在于所述絮凝温度为10～30℃。

14、按照权利要求1或8所述的方法，其特征在于所述搅拌速度为60～180r/min，搅拌时间为5～30min。

15、按照权利要求1或8所述的方法，其特征在于所述搅拌速度为80～150r/min，搅拌时间为8～20min。