一种从发酵液中提取丙酮酸的方法与流程

1.本发明涉及一种从发酵液中提取丙酮酸的方法，属于微生物发酵液分离技术领域。


背景技术：

2.丙酮酸是一种重要的有机合成中间体，分子式ch3cocooh，广泛应用于制药、日化、农用化学品和食品等领域。在药物合成方面的应用十分广泛，一般可用于合成治疗高血压药物、蛋白酶抑制剂、抗病毒剂、镇静剂等。除此以外，丙酮酸系列化合物还可用于合成治疗肿瘤、溃疡、骨质疏松等疾病的药物。特别值得注意的是，丙酮酸钙是目前销售火爆的减肥药的主要成份之一。丙酮酸衍生物还广泛应用于化妆品、金属焊接、空气清新剂、果酒保鲜剂等领域。
3.目前，工业上丙酮酸的合成方式主要有化学法及生物合成法两种，生物合成法主要是利用微生物发酵将廉价的碳源物质或酶法将其他物质转化成丙酮酸。生物法（包括发酵法与酶转化法）制备丙酮酸，其产物中含有其他代谢产物和一些杂质，如糖、蛋白质、胶体物质等，成分十分复杂，必须通过物理和化学方法将丙酮酸提取出来。而且，为了使细菌或酶处在适宜的ph范围，通常使用乳酸盐为底物，得到的产品通常为丙酮酸盐。
4.专利cn106496022a涉及一种从微生物发酵液或酶转化液中提取丙酮酸的方法，采取浓缩、酸化、萃取、蒸馏的技术路线。其中酸化步骤加入的是浓硫酸。其他公开的技术路线中，对丙酮酸盐的酸化通常使用的也是常见无机酸如硫酸、盐酸、磷酸等。使用传统无机酸进行酸化，反应液及反应废水呈酸性，对反应容器及废水排放管道耐腐蚀性能要求较高，废水处理成本较高。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种从发酵液中提取丙酮酸的方法，处理条件温和，不添加任何传统无机酸，操作过程简单、安全，对操作人员及环境无污染。
6.为实现以上技术目的，本发明的技术方案如下：一种从发酵液中提取丙酮酸的方法，包括以下步骤：（1）预处理：将含有丙酮酸的微生物发酵液分离去除菌体、其他可见固型物质及大分子物质，获得含有丙酮酸盐的预处理液；（2）提取：向步骤（1）得到的预处理液中加入可溶解丙酮酸的有机溶剂，充分搅拌并通入二氧化碳，得到富含丙酮酸的有机相与丙酮酸含量较低的水相；（3）分相：排出水相，释放有机相压力，减压蒸馏有机相，去除有机溶剂与溶解其中的水，获得丙酮酸粗品；（4）精制：将上述所得丙酮酸粗品采用分子蒸馏器蒸馏，获得丙酮酸纯品。
7.进一步的，步骤（1）所述分离去除菌体、其他可见固型物质及大分子物质的方法，包括采用现有技术的离心、过滤、微滤和超滤中的一种或几种的组合方式。
8.进一步的，步骤（2）所述有机溶剂的加入量与预处理液体积比大于1：1，优选3：1~6：1。
9.进一步的，步骤（2）所述有机溶剂，是指可以溶解丙酮酸，并与水不完全互溶的溶剂，选自二氯乙烷、乙醚、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的至少一种。
10.进一步的，步骤（2）中通入二氧化碳为具有一定压力的二氧化碳，压力为≥2mpa，优选≥4mpa，更优选5mpa~10mpa。
11.进一步的，步骤（2）中保持溶液温度为0~50℃，优选10~40℃。
12.进一步的，步骤（2）中通入二氧化碳后，保持≥1h，优选1~3h。
13.进一步的，步骤（2）在加入有机溶剂前，还包括先对预处理液进行蒸发浓缩的步骤，使预处理液中丙酮酸根浓度≥80g/l，优选≥100g/l。
14.进一步的，步骤（3）所述减压蒸馏的操作条件为：10~30kpa，40~60℃。
15.进一步的，步骤（4）所述分子蒸馏器的操作条件为：0.5~2kpa，50~70℃。
16.与现有技术相比，本发明的方法具有以下优势：本发明利用高压co2溶于水作为酸化剂，代替硫酸、盐酸等强酸，将丙酮酸盐到丙酮酸的转化与有机相相转移过程结合，缩短了工艺流程；不使用强酸，减少对设备的腐蚀；处理后的废水中没有酸残留，大大降低废水处理的成本。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
18.下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
19.实施例1（1）预处理：将含有丙酮酸的粗品水溶液（所述含有丙酮酸的粗品水溶液为通过发酵直接制备得到的丙酮酸发酵液或通过其他途径获得的含丙酮酸的水溶液）泵入离心机中，离心去除菌体和其他可见固型物。离心条件：常温，转速3000r/min。采用超滤过滤去除杂质，所用超滤膜组件管式膜组件，膜材料为截留分子量为500～3000da的聚乙烯膜，超滤条件：常温，操作压力0.4~1.0mpa。将超滤过滤液在200pa，65℃条件下减压蒸发浓缩，使丙酮酸根浓度至100g/l，获得含有丙酮酸盐的预处理液。
20.（2）提取：取含有丙酮酸盐的预处理液100ml加入反应釜，向其中加入有机溶剂二氯乙烷300ml，再向反应釜中充入二氧化碳并加压至5mpa，操作温度10℃，保持恒温恒压充分搅拌反应1h。
21.（3）分相：静置至水相与有机相完全分离后，保持压力排出下层水相，之后降温降压，回收二氧化碳，丙酮酸溶解在有机相中。使用减压蒸馏的方法，在10kpa，40℃条件下去除有机相中二氯乙烷，得到丙酮酸粗品。
22.（4）精制：将丙酮酸粗品通过分子蒸馏器，在1kpa，50℃蒸馏，得到丙酮酸精品。
23.实施例2在实施例1的基础上，步骤（2）中加入有机溶剂为乙酸乙酯600ml，反应时间为3h。
24.实施例3在实施例1的基础上，步骤（2）中加入有机溶剂为乙醚500ml，充入二氧化碳压力为
10mpa。
25.实施例4在实施例1的基础上，步骤（2）中加入有机溶剂为乙酸丁酯400ml，充入二氧化碳压力为4mpa。步骤（3）中减压蒸馏温度为60℃。
26.实施例5在实施例1的基础上，步骤（2）中加入有机溶剂为乙酸丁酯400ml，充入二氧化碳压力为2mpa。步骤（3）中减压蒸馏温度为60℃。
27.比较例1按实施例1步骤（1）方法得到的含有丙酮酸盐的预处理液，加入浓硫酸调节ph至≤2.0，取100ml加入反应釜，向其中加入有机溶剂乙酸乙酯300ml，操作温度20℃，保持恒温恒压充分搅拌反应1h。静置至水相与有机相完全分离后，排出下层水相，丙酮酸溶解在有机相中。之后按照实施例1的步骤（3）与步骤（4）得到丙酮酸精品。
28.表1.


技术特征：
1.一种从发酵液中提取丙酮酸的方法，包括以下步骤：（1）预处理：将含有丙酮酸的微生物发酵液分离去除菌体、其他可见固型物质及大分子物质，获得含有丙酮酸盐的预处理液；（2）提取：向步骤（1）得到的预处理液中加入可溶解丙酮酸的有机溶剂，充分搅拌并通入二氧化碳，得到富含丙酮酸的有机相与丙酮酸含量较低的水相；（3）分相：排出水相，释放有机相压力，减压蒸馏有机相，去除有机溶剂与溶解其中的水，获得丙酮酸粗品；（4）精制：将上述所得丙酮酸粗品采用分子蒸馏器蒸馏，获得丙酮酸纯品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述分离去除菌体、其他可见固型物质及大分子物质的方法，包括采用现有技术的离心、过滤、微滤和超滤中的一种或几种的组合方式。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述有机溶剂的加入量与预处理液体积比大于1：1，优选3：1~6：1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述有机溶剂选自二氯乙烷、乙醚、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的至少一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中通入二氧化碳为具有一定压力的二氧化碳，压力为≥2mpa，优选≥4mpa，更优选5mpa~10mpa。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中保持溶液温度为0~50℃。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中通入二氧化碳后，保持≥1h。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）在加入有机溶剂前，还包括先对预处理液进行蒸发浓缩的步骤，使预处理液中丙酮酸根浓度≥80g/l。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述减压蒸馏的操作条件为：10~30kpa，40~60℃。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述分子蒸馏器的操作条件为：0.5~2kpa，50~70℃。

技术总结
一种从发酵液中提取丙酮酸的方法，包括以下步骤：（1）预处理：将含有丙酮酸的微生物发酵液分离去除菌体、其他可见固型物质及大分子物质，获得含有丙酮酸盐的预处理液；（2）提取：向步骤（1）得到的预处理液中加入可溶解丙酮酸的有机溶剂，充分搅拌并通入二氧化碳，得到富含丙酮酸的有机相与丙酮酸含量较低的水相；（3）分相：排出水相，释放有机相压力，减压蒸馏有机相，去除有机溶剂与溶解其中的水，获得丙酮酸粗品；（4）将上述所得丙酮酸粗品采用分子蒸馏器蒸馏，蒸馏获得丙酮酸纯品。本发明利用高压CO2溶于水作为酸化剂，代替硫酸、盐酸等强酸，将丙酮酸盐到丙酮酸的转化与有机相相转移过程结合，缩短了工艺流程；不使用强酸，减少对设备的腐蚀；处理后的废水中没有酸残留，大大降低废水处理的成本。低废水处理的成本。


技术研发人员：朱化雷 李澜鹏 高大成 张霖
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院
技术研发日：2020.12.22
技术公布日：2022/6/23