[发明专利]一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法

说明书

本申请公开了一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，包括：1)采用氧化葡萄糖酸杆菌作为生物催化剂进行发酵，在发酵过程中添加过量的碳酸钙粉末；2)采用差速离心进行原位分离分别获得乙醇酸钙和细胞；3)将乙醇酸钙重结晶得到乙醇酸钙晶体；4)使用硫酸酸化乙醇酸钙溶液，进行电渗析，获得高纯度乙醇酸溶液。本申请避免了乙醇酸的超高溶解度对提纯的阻碍，并且预先生成的乙醇酸钙相对容易结晶；最终可以产生高纯度的乙醇酸溶液，而且中间产物乙醇酸钙具有高稳定性，在结晶过程中化学结构不变，避免了高温蒸发过程中对乙醇酸化学结构的破坏。

技术领域

本发明属于(生物基)材料，或医用工程材料制备技术领域，涉及一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法。

背景技术

乙醇酸是一种最简单的α-羟基酸，具有重要的工业应用和有前途的潜力，例如家庭和工业中的化妆品和香水，防腐剂，洗涤剂和消毒剂。乙醇酸最重要的商业用途是合成聚乳酸-乙醇酸酯和聚乙醇酸酯，用于生物医学材料和治疗应用。它是美国食品和药物管理局(FDA)批准的少数几种可生物降解，生物相容性和无毒的市售聚酯之一。

在癌症免疫治疗中，聚乳酸-乙醇酸酯是负载抗肿瘤药物，在体内诱导有效的抗肿瘤免疫应答。作为一种绿色生物质产品，乙醇酸和乙醇酸盐的生物生产可以通过肝细胞中草酸盐合成相关的途径或β-羟基天冬氨酸循环代谢，并通过过氧化物酶体、线粒体和细胞质基质等细胞器中的一系列酶系统参与人体代谢途径。

国际市场对高纯度乙醇酸的需求不断增加，由乙二醇经全细胞催化制取乙醇酸的绿色生物转化技术具有巨大的发展前景，但由于乙醇酸亲水性强且难以结晶提纯，以经济的方式从发酵液中高效分离高纯度的乙醇酸仍然是一个很大的挑战。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本申请所要解决的技术问题是提供一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，利用氧化葡萄糖酸杆菌催化和乙醇酸钙原位结晶分离耦合先生产高纯度的乙醇酸钙结晶，再通过重结晶、硫酸酸化、电渗析等过程联用以制备高满足医用级要求等纯度的乙醇酸产品。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，包括以下步骤：

1)在通空气和搅拌的生物反应器中，以乙二醇为底物，采用氧化葡萄糖酸杆菌NL71作为生物催化剂进行发酵，在发酵过程中添加过量的碳酸钙粉末；

2)在发酵液中产生乙醇酸钙沉淀后，停止发酵，采用差速离心进行原位分离分别获得乙醇酸钙和细胞；

3)用去离子水以完全溶解乙醇酸钙，通过离心除去不溶性杂质；然后将乙醇酸钙溶液重结晶，回收重结晶后的固体，最终得到白色针状乙醇酸钙晶体；

4)使用硫酸酸化乙醇酸钙溶液；将酸化后含微量乙醇酸钙的乙醇酸溶液，进行电渗析，在酸室中收集获得高纯度乙醇酸溶液。

所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，碳酸钙中和发酵液，发酵液pH为2。

所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，采用差速离心法两次分别回收乙醇酸钙及细胞，两次离心力分别为89g和200g。

所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，冷却结晶温度为0-4℃。

所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，，进行4轮重结晶操作。

所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，10wt％硫酸酸化乙醇酸钙溶液至pH为2。

所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，所述双极膜电渗析装置电压为50V。