从发酵液中提取丁二酸的方法

专利名称：从发酵液中提取丁二酸的方法技术领域：本发明属于生物化工技术领域，涉及一种从发酵液中提取丁二酸的方法。 背景技术：丁二酸(琥珀酸)是一种重要的C4平台化合物，广泛的用于医药、农药、染料、香 料、油漆、食品、塑料和照相材料工业。是l， 4-丁二醇、四氢呋喃，？丁内酯、PBT树脂、 N-甲基吡咯垸酮、己二酸等重要大宗化学品和专用化学品的基础原料。丁二酸的制备方法主要有化学合成法和微生物发酵法。化学法主要有石蜡氧化、氯乙酸 甲酯的氰化水解、环烯的臭氧氧化、顺丁烯二酸酑或反丁烯二酸的催化加氢和顺丁烯二酸 的电解。化学合成法中生产丁二酸会对环境造成污染，而且化学合成法的原料是不可再生 的石油化工产品，使其广泛应用受到了限制。微生物发酵生产丁二酸的原料为可再生资源， 如玉米浆、甘蔗、葡萄糖等，此外，发酵工程中吸收C02，从环保和资源的利用上来看， 发酵法生产丁二酸是一种新兴、很有发展潜力的绿色工艺。目前微生物发酵较好的水平为 发酵液中丁二酸的含量为50g/L左右。所以发酵液中所含的成分除丁二酸外还包括菌体、 颗粒状培养基组分、可溶性生物大分子、小分子有机物及有机酸(甲酸、乙酸等)等。因 此将微生物发酵液中的丁二酸进行后处理和提纯的研究具有重要意义。从微生物发酵液中提取丁二酸的方法主要有钙盐法，氨盐法，溶剂萃取法，常规电渗 析法，膜分离法。美国专利US5143833, US5168055公开了一种钙盐提取丁二酸的方法，向发酵液中加 入氢氧化钙，产生丁二酸钙的沉淀，过滤后酸化，除去硫酸钙后得到丁二酸溶液，但是此 方法的收率较低，存在提取过程中产生大量的硫酸钙废弃物，酸碱消耗量大，能耗大的缺 陷。美国专利US5958744公开了一种氨盐提取丁二酸的方法，先用氢氧化钠调节发酵液的 pH大于6.5，然后再加入硫酸氢铵，进行结晶，最后通过甲醇纯化。铵盐法路线长，需用 大量的溶剂，结晶条件不易掌握，步骤较繁，难度大，操作费用高，后处理的成本高。美国专利US503415公开了常规电渗析后再经脱盐电渗析除去大部分盐得到纯度较高 的丁二酸溶液。但是电渗析法路线长，能耗高，处理杂质离子有很大的局限性，如不能处 理二价离子，对设备投资大，操作困难。LeeSY(ProessBiochem,2006,41:1461-1465)，王大为(高校化学工程学报，1994， 8(2); 143。报道了用溶剂的方法提取丁二酸，但是在提取的过程中需消耗大量昂贵的有机溶剂， 导致提纯成本较高，同时残留溶剂的毒性对食品级及医药级产品的质量有不良影响，该法 还不适合高强离子强度的发酵液体系。3中国专利CN1887843公开了一种采用微滤膜过滤，然后用超滤膜过滤，再用活性炭脱 色，浓縮，结晶来提取丁二酸的方法，但是这种方法不能将丁二酸盐转化为丁二酸，最后 还要加酸酸化，会导致溶液中引入大量的盐，结果会导致提纯产品较为困难，收率较低。中国专利CN101348428A和CN101348429A公开了一种用阴、阳树脂提纯丁二酸的方 法，它在离子交换的过程中会消耗大量的水，使得蒸发成本较高，增加了能耗成本，并且 再生的过程会产生大量的废水。同时用于发酵液中含盐量高，导致树脂污染严重，再生困 难，树脂寿命縮短。上述提取方法中或存在后处理提纯成本高，或所用试剂材料较为昂贵，工艺路线长， 或方法过于复杂，能耗大的问题，不利于发酵法生产丁二酸的规模化生产。 发明内容本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺条件温和，不添加任何有机溶剂 和其他有机化合物，工艺流程短，步骤简单，成本低，选择性好，产品质量高的从发酵液 中提取丁二酸的方法。本发明的技术方案概述如下从发酵液中提取丁二酸的方法，由下述步骤组成(1) 将通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液在0.03 0.3MPa， 10 6(TC，通过孔径为 0.1 0.5 um的微滤膜进行错流过滤，浓縮倍数为15 25倍，洗水量为发酵液体积的10% 50%，截留除去菌体和其他颗粒较大的杂质颗粒；(2) 将经步骤(1)得到的滤液在1 5MPa， 20 60°C，通过截留分子量为500 2000的 纳滤膜进行错流过滤，浓縮倍数20 40倍，洗水量为发酵液体积的10% 30%，截留除去 发酵液中残留的蛋白质和色素，得到澄清的滤液；(3) 将所述澄清的滤液在5 4(TC，通过双极膜电解电渗析电解，分别得到丁二酸溶液和 氢氧化钠溶液； 、(4) 将所述丁二酸溶液减压蒸发，降温结晶得到白色丁二酸晶体。所述步骤(1)优选的是将通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液在0.12MPa， 30 °C，通过孔径为0.3 um的微滤膜进行错流过滤，浓縮倍数为20倍，洗水量为发酵液体积 的20% 40%，截留除去菌体和其他颗粒较大的杂质颗粒。所述步骤(2)优选的是将经步骤(1)得到的滤液在2MPa， 4(TC，通过截留分子量 为800 1000的纳滤膜进行错流过滤，浓縮倍数35倍，洗水量为发酵液体积的20%，截留 除去发酵液中残留的蛋白质和色素，得到澄清的滤液。本发明所用的发酵液是由葡萄糖、蔗糖、玉米淀粉水解糖浆、农作物秸秆木质纤维素 水解糖浆或甜高粱秸杆糖浆为原料发酵得到的含丁二酸钠的发酵液。本发明的有益效果本发明采用了微滤膜除去菌体和颗粒较大的杂质颗粒，过滤液清 澈。质量明显优于常规发酵液处理采用的离心、絮凝及压滤方法，并且操作过程无高速运 转部件，降低了能耗和劳动强度。采用的纳滤膜兼并了脱色和除杂的步骤，省去了传统的 脱色过程，避免了活性炭对丁二酸的吸附，减少了操作歩骤，同时提高了收率。采用的双4极膜电解电渗析，避免了传统的用酸碱调整pH值，降低了系统中盐的含量，使得丁二酸 结晶的纯度更高，同时使得系统中的钠盐得以回收利用，降低了对环境的污染。本发明各 工序之间串联紧密，料液始终在密闭的条件下循环，整个工艺过程条件温和，不添加任何 有机溶剂和其他有机化合物，工艺流程短，步骤简单，对设备要求不高，最后的产品纯度 高，经检测分析丁二酸含量大于99.0%。 具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。实施例1从发酵液中提取丁二酸的方法，由下述步骤组成将20L微生物发酵法生产的含丁二酸50.1g/L的丁二酸钠发酵液通过孔径为0.3um的 微滤膜进行错流过滤，除去菌体及颗粒杂质，操作压力0.12MPa，温度3(TC，浓縮倍数为 19倍，洗水量为4L,微滤后的清液经截留分子量为500的纳滤膜错流过滤，除去发酵液中 残留的蛋白质和色素，操作压力2MPa，温度4(TC，浓縮倍数35倍，洗水量为2L，得到 澄清的滤液，澄清的滤液再在35'C经双极膜电解电渗析电解，分别得到丁二酸溶液和氢氧 化钠溶液，氢氧化钠溶液回收，丁二酸溶液在6(TC减压蒸发，丁二酸的质量浓度大于20% 后降温结晶，过滤，烘干得到804.6g白色的丁二酸成品，收率80.3%。检测分析丁二酸含 量为99.2%。实施例2从发酵液中提取丁二酸的方法，由下述步骤组成 (1 )将20L通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液在0.12MPa， 60°C ，通过孔径为0.1 um 的微滤膜进行错流过滤，浓縮倍数为20倍，洗水量为8L，截留除去菌体和其他颗粒较大 的杂质颗粒；(2) 将经步骤(1)得到的滤液在2MPa， 40°C，通过截留分子量为800的纳滤膜进行错流 过滤，浓缩倍数30倍，洗水量为4L，截留除去发酵液中残留的蛋白质和色素，得到澄清 的滤液；(3) 将所述澄清的滤液在5'C，通过双极膜电解电渗析电解，分别得到丁二酸溶液和氢氧 化钠溶液；(4) 将所述丁二酸溶液在6(TC减压蒸发，降温结晶得到白色丁二酸晶体。 实施例3从发酵液中提取丁二酸的方法，由下述步骤组成 (1 )将20L通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液在0.03MPa， 40°C ，通过孔径为0.5 um 的微滤膜进行错流过滤，浓縮倍数为15倍，洗水量为2L，截留除去菌体和其他颗粒较大 的杂质颗粒；(2)将经步骤(1)得到的滤液在lMPa， 60°C，通过截留分子量为1000的纳滤膜进行错 流过滤，浓縮倍数20倍，洗水量2L，截留除去发酵液中残留的蛋白质和色素，得到澄清 的滤液；5(3) 将所述澄清的滤液在40°C，通过双极膜电解电渗析电解，分别得到丁二酸溶液和氢 氧化钠溶液；(4) 将所述丁二酸溶液减压蒸发，降温结晶得到白色丁二酸晶体。 实施例4从发酵液中提取丁二酸的方法，由下述歩骤组成(1) 将20L通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液在0.3 MPa， l(TC ，通过孔径为0.3 um 的微滤膜进行错流过滤，浓縮倍数为25倍，洗水量为IOL，截留除去菌体和其他颗粒较大 的杂质颗粒；(2) 将经歩骤(1)得到的滤液在5MPa， 20°C，通过截留分子量为2000的纳滤膜进行错 流过滤，浓縮倍数40倍，洗水量为6L，截留除去发酵液中残留的蛋白质和色素，得到澄 清的滤液；(3) 将所述澄清的滤液在30°C，通过双极膜电解电渗析电解，分别得到丁二酸溶液和氢 氧化钠溶液；(4) 将所述丁二酸溶液减压蒸发，降温结晶得到白色丁二酸晶体。权利要求1. 从发酵液中提取丁二酸的方法，其特征是由下述步骤组成(1)将通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液在0.03～0.3MPa，10～60℃，通过孔径为0.1～0.5um的微滤膜进行错流过滤，浓缩倍数为15～25倍，洗水量为发酵液体积的10％～50％，截留除去菌体和其他颗粒较大的杂质颗粒；(2)将经步骤(1)得到的滤液在1～5MPa，20～60℃，通过截留分子量为500～2000的纳滤膜进行错流过滤，浓缩倍数20～40倍，洗水量为发酵液体积的10％～30％，截留除去发酵液中残留的蛋白质和色素，得到澄清的滤液；(3)将所述澄清的滤液在5～40℃，通过双极膜电解电渗析电解，分别得到丁二酸溶液和氢氧化钠溶液；(4)将所述丁二酸溶液减压蒸发，降温结晶得到白色丁二酸晶体。2. 根据权利要求1所述的一种从发酵液中提取丁二酸的方法，其特征是所述步骤(1)为 将通过微生物发酵法生产的丁二酸钠发酵液在0.12MPa， 3(TC,通过孔径为0.3 um的微滤 膜进行错流过滤，浓缩倍数为20倍，洗水量为发酵液体积的20% 40%，截留除去菌体和 其他颗粒较大的杂质颗粒。3. 根据权利要求1所述的一种从发酵液中提取丁二酸的方法，其特征是所述步骤(2)为 将经步骤(1)得到的滤液在2MPa， 40°C，通过截留分子量为800 1000的纳滤膜进行错 流过滤，浓縮倍数35倍，洗水量为发酵液体积的20%，截留除去发酵液中残留的蛋白质和 色素，得到澄清的滤液。全文摘要本发明公开了一种从发酵液中提取丁二酸的方法，由下述步骤组成将微生物发酵生产的丁二酸钠发酵液通过微滤膜进行错流过滤，截留除去菌体和其他颗粒较大的杂质颗粒；通过纳滤膜进行错流过滤，截留除去发酵液中残留的蛋白质和色素，得到澄清的滤液；将澄清的滤液通过双极膜电解电渗析电解，分别得到丁二酸溶液和氢氧化钠溶液；将丁二酸溶液减压蒸发，降温结晶得到白色丁二酸晶体。本发明各工序之间串联紧密，料液始终在密闭的条件下循环，整个工艺过程条件温和，不添加任何有机溶剂和其他有机化合物，工艺流程短，步骤简单，对设备要求不高，最后的产品纯度高，经检测分析丁二酸含量大于99.0％。文档编号C07C55/00GK101486637SQ20091006783公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月9日 优先权日2009年2月9日发明者万屹东, 华文松, 芮新生, 陆瑾连, 顾松林 申请人:常茂生物化学工程股份有限公司