一种用于从生物转化所得的后发酵培养基中分离丙烷-1,3-二醇的方法
【专利说明】一种用于从生物转化所得的后发酵培养基中分离丙烷-1, 3-二醇的方法
[0001]本发明涉及一种用于从生物转化所得的后发酵培养基中分离丙烷-1，3- 二醇的方法。
[0002]丙烷-1，3-二醇主要被用作，尤其是作为单体，来构建用于生产卫生和医疗应用的纤维、地毪和纺织品的聚合物PTT (polytrimethylene terephthalate,聚对苯二甲酸丙二醇酯)，和作为一种包装和/或结构材料。这里使用的“生物转化”是任何引起产生丙烷-1，3- 二醇的酶/生化途径的发酵过程的同义词。
[0003]US7056439B2公开了一种方法用于从发酵培养基中提取丙烧_1，3_ 二醇的方法，使用的是醇(戊醇、丙醇、己醇、油醇)、酮(4-甲基-2-戊酮)、酯类(乙酸异丙酯的、磷酸三丁酯)、油酸、大豆油、链烷烃(正己烷)及其混合物。这种方法需要使用不同的溶剂进行多次萃取，并反萃取到水相中。分离的丙烷-1，3- 二醇的最大纯度为95-98.5%。
[0004]US5008473描述了一种使用环己烧分离丙烧_1，3_ 二醇的方法。这种方法不适合用于生物技术工艺得到和包含甘油的混合物中。
[0005]从EP1720814B1已知一种方法，用于分离亲水性有机化合物，包括丙烷_1，3_ 二醇，在一定温度下使用乙二醇醚，然后加热到更高的温度，结果得到一种含亲水性化合物和醚残液的水萃取相。这种方法是基于醚二醇的萃取和对于其来说的一种特定现象，即随温度的升高醚在水相中的溶解度降低。这种方法也公开了在反萃取到水相步骤中加入有机溶齐U，以进一步减少乙二醇醚在水相中的溶解度。其中一些酮添加剂在这里被提及。在这种方法中，有机溶剂不能单独用于提取本身。这种功能是由乙二醇醚实现，其自然地强制温度升高并反萃取到水相。整个溶液从而构成丙烷-1，3-二醇位于水相的浓度，如US7056439B2中所述。
[0006]US20120184783公开了通过有机溶剂或有机溶剂混合物的萃取从二醇混合物中纯化特定二醇的方法，包括丙烷-1，3-二醇。溶剂混合物的适当选择允许所选二醇组(包括三个、四个和五个碳原子)从起始混合物中恢复，其中，水的含量最大为50 wt.%。但是，现有提出的方法无论用何种方式从甘油含量小于5wt.%的后发酵培养基中分离二醇都是没有效率，也没有丙烷-1，3-二醇的分离选择性。该方法未能完善四碳酮类C4 (2-丁酮)的使用。
[0007]CN101012151A公开了一种从后发酵培养基中分离丙烷_1，3_ 二醇的方法，其中，后发酵培养基中含30-700g/ L范围的丙二醇，包括添加无机盐(10-100%)和有机溶剂达到初始饱和状态以用于萃取。该方法涉及含有丙二醇的特定发酵培养基，并包括无机盐加入所引起的技术上的不便和昂贵的步骤。多于三碳酮类(C3)的应用被省略。
[0008]CN190792公开了一种从含丙二醇的发酵培养基中分离丙烷_1，3_ 二醇的方法，是通过结合化学反应的提取法。丙烷-1，3-二醇的回收是在水解和蒸馏后进行的。这是一个昂贵和多级的过程，不仅降低了效率，并且对公司的盈利能力造成了负面影响。
[0009]类似的回收技术被马林诺夫斯基等人(沿Prog., 16: 76-79，2000)提出。该提取方法是基于通过醛提取分离丙烷-1，3- 二醇，作为反应物，将丙烷-1，3- 二醇转化为烷基二恶烷，所得产物接着用有机溶剂(甲苯、邻二甲苯、乙苯)萃取。
[0010]使用乙酸乙酯和乙醇的混合物从后发酵培养基中提取丙烷-1，3-二醇的方法是本领域从 feAarai1/? Science and Technology, 45: 541-547，中已知的。
[0011]丙烧-1, 3-二醇也可以通过连续的液-液萃取被回收Tech., 13:127-130, 1999),但是这种方法被报道是有限效率的，由于丙烷_1，3- 二醇在有机溶剂中的低分配比率。
[0012]CN1460671公开了用于减少后发酵培养基(包含产物)体积的热浓缩步骤，和通过在有机溶剂中发生沉淀以去除生物质的步骤。液-液萃取和水相/有机相混合未被提及。只是在沉淀后生物质洗涤期间进行混合。甲基乙基酮被加入，作为沉淀剂，只用以除去生物质，并不作为萃取剂。这可以通过不存在相位分布(水相/有机相)来证明，并且不进行上清液的提取。
[0013]CN1460671 A的解决方案描述了一种对水(来自后发酵培养基)和有机溶剂(用于生物质的沉淀)的混合物进行蒸馏的方法。所述方案缺乏临界液-液提取过程。
[0014]在本发明的解决方案中，所述方法没有浓缩或沉淀步骤，而且有机溶剂用于液-液萃取而不是生物质沉淀。
[0015]在本发明中，相对于CN1460671A，液-液萃取物中的被萃取物质(丙烷_1，3_ 二醇)在主溶液(后发酵培养基)和次溶液(有机溶剂-甲基乙基酮，使用其以使关键化合物被萃取)之间分配。其结果是，获得萃余液(溶液基本上无丙烷-1，3- 二醇)和含丙烷-1，3- 二醇的提取液。提取液(并非所有的水相-如CN1460671A步骤2和步骤3中的上清液)单独被进一步纯化以得到纯净的最终产品和溶剂(萃取剂)。
[0016]根据本发明，在溶剂回收和最终产物纯化步骤中，由于有效的逆流萃取，水含量至少为溶解于甲基乙基酮中水量的12%，由于液-液萃取过程中的混合。
[0017]EP0261554A公开了使用环己烷来提取丙烷_1，3_ 二醇，而本发明涉及丙烷-1，3- 二醇在连续液-液萃取中从后发酵培养基(生物质除去后)中分离，依靠2- 丁酮和最终产品的蒸馏实现。
[0018]EP1103618B1是基于一种已知的离子交换层析法，其中，丙烷_1，3_ 二醇被分离是通过使用阳离子树脂和下一个步骤的活性炭柱和弱碱性阴离子树脂或阳离子树脂和强碱性阴离子树脂。这样，其不同于本发明中的丙烷-1，3- 二醇在连续液-液萃取中从后发酵培养基(生物质除去后)中分离，依靠2- 丁酮和最终产品的蒸馏实现。
[0019]US6603048B1公开了一种从后发酵培养基中分离丙烧_1，3_ 二醇的方法,其包括丙烷-1，3- 二醇和其它发酵联产品(特别是甘油)，使用沸石分子筛。这种方法是从后发酵培养基中回收工业用丙烷-1，3-二醇的例子。尽管用于工业用途，但是这种方法使用了一种昂贵的分离介质，及其在半连续化基础上的产品分离，均产生了额外资本和生产费用。
[0020]CN101497556A公开了一种固体超强酸催化剂的方法，作为一种附加醛醇缩合反应和精馏操作的丙烷-1，3- 二醇分离方法。
[0021]本发明涉及连续液-液萃取后发酵培养基的方法，其使用2- 丁酮，而没有使用催化剂反应和醛醇缩合反应。
[0022]到目前为止，并没有连续的方法被公开，以用于通过2- 丁酮直接从后发酵培养基中提取丙烷-1，3- 二醇，所述后发酵培养基几乎来自任何一种可以获得丙烷-1，3- 二醇的发酵过程。
[0023]面对获得纯净的丙烷-1，3-二醇的需求，本发明人开发了一种简单廉价的方法用于从后发酵培养基中分离丙烷-1，3- 二醇。
[0024]本发明的目的是一种从后发酵培养基中分离丙烷-1，3- 二醇的方法，包括通过有机溶剂混合物萃取丙烷-1，3- 二醇，其特征在于，先前的生物质从后发酵培养基中去除后，通过存在于有机溶剂混合物的2- 丁酮使得丙烷-1，3- 二醇被分离。所述方法，优选地，连续地或逐步地进行，而且被用于萃取步骤的有机溶剂被重复使用。优选地，2-丁酮在有机溶剂混合物中的含量至少为10%，且含丙烷-1，3- 二醇的后发酵培养基与有机溶剂混合物的体积比至少为1:3。生物质去除后，丙烷-1，3-二醇的分离不包括盐析或后发酵培养基的浓缩。
[0025]本发明的方法，其特征还在于，丙烷-1，3- 二醇借助有机溶剂混合物分离，之后通过在真空中蒸馏，以得到高纯度的丙烷-1，3- 二醇。优选地，首先生物质从含丙烷-1，3- 二醇的后发酵培养基中去除，通过以下方式包括:超滤、过滤、离心或沉淀，然后通过有机溶剂混合物进行丙烷-1，3- 二醇的萃取。
[0026]本发明从后发酵培养基中回收丙烷-1，3-二醇的方法是基于通过有机溶剂，例如2- 丁酮，连续地或逐步地萃取丙烷-1，3- 二醇。
[0027]本发明方法的一方面优点是从后发酵培养基中回收丙烷-1，3-二醇作为主要产物的增加比率，所述后发酵培养基来自任何一种可以引起产生丙烷-1，3-二醇的发酵方法。作为碳的来源，可以采用丙三醇或糖类。
[0028]用于分离的后发酵培养基可能包括甘油残基、丙烷-1，3- 二醇、杂质如有机酸，主要包括:乙酸、丁酸、和碳水化合物(即主要是葡萄糖、果糖、右旋糖、木糖、阿拉伯糖、水溶性淀粉组分和纤维素残基)。碳水化合物在后发酵培养基中的存在不会影响2-丁酮萃取丙烷-1,3-二醇的效率。
[0029]所述方法可以确保获得丙烷-1，3-二醇在高效率提取物中的期望浓度，这可能是由于有机溶剂被循环用于萃取步骤中(连续地或逐步地)。在从后发酵培养基中萃取丙烷-1，3-二醇的过程中，在各相之间的交界处没有发生乳化，而乳化现象在之前使用溶剂(乙酸乙酯、正己烷、甲苯、4-甲基-2-戊酮)情况下通常会发生，而且如果不能，会大大限制那么在工业过程中阻止在工业过程中的使用。
[0030]分离是直接从后发酵培养基进行的，而无需任何附加的程序，例如水蒸发(浓缩)或无机盐加入(如CN101012151A所述方法)。只是从后发酵培