[发明专利]从采用微生物所得的发酵液制备丁酸烷基酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从采用微生物所得的发酵液制备丁酸烷基酯的方法，更具体而言，本发明涉及利用溶剂对由产丁酸菌株产生的丁酸进行提取从而制备可用作燃料油的丁酸烷基酯的方法。

背景技术

近年来，已经公开了许多对有关生物乙醇燃料的技术开发和方案所做的研究。然而，使用生物乙醇作为燃料油掺和剂的最大问题在于：在水被引入到混合有乙醇的汽油中时，水被吸收到混合的汽油中，与此同时，水-乙醇混合物层从汽油中分离出来。

与乙醇不同，混合有丁醇、丁酸甲酯或丁酸乙酯的汽油即使在水被引入其中时也不会吸水，因此其不会发生分层。因此，与乙醇混合汽油不同，混合有丁醇、丁酸甲酯或丁酸乙酯的汽油在贮存、运输基本设施和交通工具中均不需要额外的处理。

丁醇、丁酸甲酯和丁酸乙酯的其它优点在于：与乙醇相比，其热值较高并且蒸气压较低，因此降低了汽车发动机中发生气阻的可能性。特别是，由于与乙醇相比，丁醇具有与汽油相近的空气-燃料比，因此可以在不影响发动机性能的范围内向汽油中加入相对更大量的丁醇。

然而，如下表1所示，丁醇具有大约与汽油辛烷值相等的辛烷值，这使得其难以像乙醇、MTBE或ETBE那样被用作辛烷值提升剂。

与MTBE相比，丁酸甲酯和丁酸乙酯为更优的辛烷值提升剂，并且对人体无害以至于可用作果味调味剂，因此在加入汽油中时其被认为是对环境和人体无害的物质。

表1

尽管具有以上优点，但丁酸衍生物（如丁酸甲酯和丁酸乙酯）之所以未被用作燃料的主要原因是尚不能达到有效地生产丁酸。

如上所述，丁酸甲酯和丁酸乙酯可被用作与汽油调和的辛烷值提升剂，并且丁酸乙酯还可以被用作溶剂。

此外，如下表2所示，丁酸丁酯具有约30的十六烷值、以及满足柴油标准的闪点，因此可被用作新型的生物柴油。当丁酸丁酯被氢解时，仅生成丁醇而不产生其它酯类副产物，因此在酯类化合物中，丁酸丁酯可能最适合用于制备丁醇。

表2

当丁酸系化合物以盐的形式存在于由微生物菌株得到的发酵液（即培养液）中时，即使使用烷基胺（具有良好的提取效率的碱性有机溶剂）作为萃取溶剂，也很难提取丁酸。

常规方法公开了这样的方式：向培养液中加入无机酸（如硫酸），从而将丁酸盐转化为丁酸，之后使用萃取溶剂提取丁酸。然而，由于在提取之后所获得的废培养液包含硫酸铵或硫酸钙，不能够从该培养液中回收氨和氢氧化钙，因此这不利地增加了生产成本。

另一方面，韩国未审查专利申请公布No.2009-0103720中公开了：通过加入丁醇来使丁酸酯化，然后使用催化反应器使其氢解，由此制备丁醇。

然而，由生物来源的丁酸、特别是微生物来源的丁酸制备可用作燃料油的低分子量烷基酯的方法尚属未知。

发明内容

技术问题

因此，考虑到相关领域中所存在的上述问题而做出了本发明，本发明旨在提供一种制备丁酸烷基酯的方法，该方法无需使用昂贵的高压高温催化反应器，同时能够从采用微生物所得的培养液中高效地提取丁酸。

本发明的一个方面要提供一种制备丁酸烷基酯的方法，其包括：（a）通过采用产丁酸菌株进行发酵来制备包含丁酸盐的培养液；（b）向所述培养液中加入除碳酸之外的无机酸或二氧化碳，从而将所述丁酸盐转化为丁酸，然后利用连续提取装置使用萃取溶剂提取丁酸，从而获得包含丁酸的提取液，其中所述连续提取装置被配置为使得萃取柱具有多个在纵向上进行往复运动的板，并且所述培养液和所述萃取溶剂被分别供应至所述柱的上部和下部；以及（c）使用酯化反应器使所述提取液与碳原子数为4或更小的醇或其混合物进行反应，由此获得丁酸烷基酯。

本发明所要解决的技术问题不限于前述问题，通过以下描述，本领域技术人员可清楚地理解其它技术问题。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种制备丁酸烷基酯的方法，其包括：（a）通过采用产丁酸菌株进行发酵来制备包含丁酸盐的培养液；（b）向所述培养液中加入除碳酸之外的无机酸或二氧化碳，从而将所述丁酸盐转化为丁酸，然后利用连续提取装置使用萃取溶剂提取丁酸，从而获得包含丁酸的提取液，其中所述连续提取装置被配置为使得萃取柱具有多个在纵向上进行往复运动的板，并且所述培养液和所述萃取溶剂被分别供应至所述柱的上部和下部；以及（c）使用酯化反应器使所述提取液与碳原子数为4或更小的醇或其混合物进行反应，由此获得丁酸烷基酯。

有益效果