专利名称：一种从发酵液中提取精制α、ω－链二羧酸的方法
技术领域：
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／lml加入量 g3500C16二羧酸96 450 164500 C12～C16混合 105500 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
权利要求
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。
全文摘要
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。
文档编号C12P7/40GK1289757SQ9911329
公开日2001年4月4日 申请日期1999年9月29日 优先权日1999年9月29日
发明者王崇晖, 宋喜军, 张恒利, 张艳丽, 解丽娟 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石油化工集团公司抚顺石油化工研究院