[发明专利]一种通过双水相萃取从发酵液中提取丁二酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用新型的双水相体系（无机盐/亲水性有机溶剂），通过盐析萃取从发酵液中提取丁二酸的方法，属于生物化工技术领域。 

背景技术

丁二酸是美国能源部确定的12种最具潜力的平台化合物，在制药、食品和农业领域应用广泛（DEPARTMENT OF ENERGY WASHINGTON DC, 2004）。发酵法生产丁二酸在上游过程已经取得了很大的进展，下游过程已经成为了发酵法生产丁二酸商业化的一个瓶颈。在发酵法生产丁二酸的过程中，下游提取和纯化过程占成本的60%以上（Chemical engineering & technology, 2008, 31(5): 647-654）。目前对于丁二酸的提取，主要有3个步骤：第一步是通过膜过滤或者离心去除细胞和蛋白；第二步主要是产品的分离和杂质的去除，主要有以下单元操作钙盐法、铵盐法、电渗析、络合萃取、离子交换、吸附和酸化酯化法。最后一步便是真空浓缩和结晶。 

美国专利US 5168055提出了用钙盐法提取发酵液中的丁二酸，通过使用氢氧化钙调节发酵过程的pH值，使pH值保持在5.8~6.4，进而发酵产物形成丁二酸钙沉淀，然后将丁二酸钙进行过滤、水洗、硫酸溶解，进而形成丁二酸和硫酸钙沉淀。然后将丁二酸溶液过强酸阳离子树脂和弱碱阴离子树脂除去杂质，得到高纯度的丁二酸。钙盐法虽然简单，但是收率低、副产物硫酸钙不易处理等缺点。美国专利US 86265190B1提出了一种铵盐法制备丁二酸的方法，用氨水中和发酵液，发酵液浓缩到丁二酸胺含量30%后，加硫酸调pH1.5-1.8，得到丁二酸结晶，并用甲醇重结晶，回收硫酸和甲醇，其中包括高温裂解硫酸盐，该步骤繁琐，增加了运行成本。美国专利US 5143834使用电渗析的方法来提取丁二酸，首先将发酵液通过电渗析膜，丁二酸盐变成丁二酸和碱，然后将丁二酸溶液过强酸阳离子交换柱和弱碱阴离子交换柱得到高纯度的丁二酸，该步骤在电渗析的过程中耗能巨大，不适合商业化应用。液液萃取法工业过程中常用的方法，对于丁二酸的萃取，一般都是用叔胺类萃取剂，韩国Huh等报道了用络合萃取、真空浓缩和结晶三步提取丁二酸，丁二酸纯度达99.5%以上，回收率达73.1% （Process Biochemistry, 41 (2006) 1461–1465）。中国专利CN103012107A报道了将离子交换和络合萃取结合的方法来提取丁二酸，发酵液先过滤、通过强酸阳离子交换将丁二酸盐转化成丁二酸，然后经过络合萃取、氨水反萃、乙醇沉淀来提取丁二酸铵。萃取率超过90%，纯度为97.8%。但是由于有机溶剂的毒性，使其在食品和医药级的丁二酸应用受到限制。中国专利CN1887843A、CN101475464A都是使用膜过滤的方法来分离发酵液中丁二酸，其回收率较高，但是使用膜过滤极易造成膜污染，膜的再生需要使用大量的酸碱和水。中国专利CN101348428A使用阴离子交换树脂来吸附发酵液中丁二酸，将发酵液经过滤、阴离子交换树脂吸附、水洗、酸洗脱、减压浓缩、结晶得到丁二酸产品，离子交换树脂的洗脱需要消耗大量的水和产生大量的废弃树脂固体物，不利于绿色环保。美国Alvaro Orjuela 等报道了通过将发酵液直接浓缩到丁二酸盐固体，然后加入乙醇和浓硫酸来同时酸化和酯化得到丁二酸二乙酯，丁二酸的回收率在95%以上，但是由于发酵液存在葡萄糖和生物大分子，粘度很大，直接浓缩非常困难，耗能巨大，且浓缩时葡萄糖易与其他物质发生反应，使其颜色加深（Separation and Purification Technology, 2011, 83: 31-37）。 

传统的双水相（高聚物/无机盐或者高聚物/高聚物），由于其温和的条件，操作简单，放大容易，在生物大分子（如蛋白）的提取中取得了很好的应用，但是由于高聚物价格非常昂贵，使其在大宗化学品的提取中受限。近年来，有学者在进行有机溶剂溶析结晶时发现，有的亲水性溶剂和无机盐在合适的条件下也能够形成双水相。与传统的双水相体系相比，此种新型的双水相，粘度低、分相快、成本低。中国专利CN101012151A和CN101012152A分别公开了利用新型的双水相萃取提取发酵液中1,3丙二醇和2，3丁二酸。中国专利CN101979368A公开了使用盐析萃取从发酵液中提取有机酸，产品回收率高、成本低，是一种有工业应用前景的方法。本发明针对发酵液中的丁二酸，采用新型的双水相体系提取，减少提取操作的流程，葡萄糖和蛋白去除率较高，同时，加入的无机盐、亲水性有机溶剂和小分子醇都可以很好的回收、绿色环保。 

发明内容