專利名稱：提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從發(fā)酵液中提取精制長鏈二羧酸的方法，特別涉及適用于制造大環(huán)酯類麝香香料的α，ω-長鏈二羧酸的提取精制方法。
長鏈二羧酸(通常是α，ω-長鏈二羧酸)是以正構(gòu)烷烴為原料，采用生物氧化的發(fā)酵方法生產(chǎn)，然后從發(fā)酵液中提取精制得到的脂肪二羧酸產(chǎn)品。目前，長鏈二羧酸的主要用途是用于合成大環(huán)酯類麝香香料，由于大環(huán)麝香是具有特殊香氣性質(zhì)的香料產(chǎn)品，所以對合成的原料二羧酸提出了一些特殊要求，要求其純度高、蛋白含量低、色澤淺、無其它不良異味。而發(fā)酵液是一個集微生物菌體、烷烴、培養(yǎng)基、水及各種代謝產(chǎn)物、分沁物共存的非常復雜的多相體系，組成復雜，粘度大，利用常規(guī)的分離方法提取精制二羧酸是非常困難的，而且產(chǎn)品收率低、純度不高，不能滿足合成香料的要求。為此，日本專利JP56-15695提出了一種用溶劑抽提的方法來提取精制長鏈二羧酸，其作法是首先將發(fā)酵液過濾除菌，得到含有二羧酸的發(fā)酵清液，然后用HCl酸化結(jié)晶，再用苯類溶劑萃取，有機相用等量的乙二醇反萃取，這種方法雖然克服了二羧酸產(chǎn)品中蛋白含量高的缺點，純度有所提高，但由于微生物微小，過濾除菌操作非常困難，過濾速度很慢，濾餅不易濾干和洗滌，產(chǎn)品損失大，收率不高，而且使用的苯類溶劑毒性大，揮發(fā)度高，操作環(huán)境差。中國專利CN1070394公開了一種用酮類溶劑抽提的方法，發(fā)酵液先進行預處理，得到粗酸，然后用溶劑進行抽提。具體過程是發(fā)酵液經(jīng)加熱、破乳、分離未轉(zhuǎn)化的烷烴，酸化結(jié)晶，過濾后得到濕濾餅，再干燥得到干的含菌粗濾餅。含菌粗濾餅在加熱條件下用酮類溶劑溶解抽提，再經(jīng)過濾除去菌體及不溶物，降溫結(jié)晶，過濾分離溶劑，干燥濾餅得到二羧酸產(chǎn)品。這種方法雖然提高了產(chǎn)品的收率，但主要存在著以下的問題(1)抽提過程使用酮類溶劑，沸點低，揮發(fā)損失大，且操作環(huán)境及操作安全性差；(2)產(chǎn)品直接從溶劑中結(jié)晶，過濾后濕濾餅中含有大量溶劑，這部分溶劑在干燥時全部揮發(fā)掉了，既造成了溶劑損失，又污染了環(huán)境；(3)由于含溶劑濕產(chǎn)品的干燥過程須在較低溫度下進行，干燥溫度低于溶劑的沸點，產(chǎn)品中所含溶劑難以完全干燥除去，使二羧酸產(chǎn)品帶有濃烈的難聞的溶劑氣味，用其合成的大環(huán)麝香香料的香氣不夠理想，而且干燥過程能耗高。
本發(fā)明的目的是提供一種生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的提取精制方法，簡化工藝過程，縮短操作周期，從而降低生產(chǎn)成本，所用溶劑無毒無味，且揮發(fā)損失小，環(huán)境友好。
本發(fā)明的主要工藝步驟包括(1)從終止發(fā)酵液中分離除去未轉(zhuǎn)化的烷烴；(2)發(fā)酵液用酸酸化使二羧酸結(jié)晶，得到包埋有菌體的粗產(chǎn)品晶析液；(3)過濾上述晶析液，得到濕的粗酸濾餅，并用水洗滌；(4)用溶劑加熱溶解粗酸濾餅，對上述粗酸濾餅進行溶劑抽提，所述溶劑選自C2-C5二元醇中的一種或幾種；(5)趁熱過濾上述有機溶液，分離除去菌體、無機鹽等不溶物，得到含有二羧酸的有機溶液；(6)冷卻降溫，二羧酸產(chǎn)品慢慢從有機溶液中晶析出來；
(7)過濾上述晶析液，得到含溶劑的二羧酸濕濾餅。
上述含溶劑的二羧酸濕濾餅可直接作為合成香料的原料用于合成大環(huán)酯類麝香香料。
本發(fā)明所說的長鏈二羧酸是指以正構(gòu)烷烴為起始原料，經(jīng)微生物發(fā)酵方法生產(chǎn)的C11～C18的直鏈脂肪族二羧酸，具有一般的分子通式HOOC(CH2)nCOOH(n＝9～16)，主要是指α，ω-長鏈二羧酸。既可以是單一烷烴生產(chǎn)的單一組份的二羧酸，也可以是兩種或兩種以上的混合烷烴生產(chǎn)的兩種或兩種以上任意組份、任意比例的混合二羧酸，發(fā)酵液中長鏈二羧酸的含量為20～200g/l。所使用的溶劑為二元醇類，是指乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇。
(4)步所述溶劑抽提最好按以下A、B兩種方式進行。A干燥步驟(3)所得到的濕濾餅除去所含水份，用溶劑加熱溶解粗酸濾餅，并加入脫色吸附劑處理該有機溶液。B直接用溶劑加熱溶解步驟(3)所得到的濕濾餅，加入脫色吸附劑處理該有機溶液，并在加熱條件下，蒸餾脫除粗酸濾餅所帶入的水份。
本發(fā)明將通過下面的具體步驟實現(xiàn)將發(fā)酵結(jié)束后的終止發(fā)酵液用非揮發(fā)性的堿(如NaOH、KOH、Na2CO3、NaAc等)調(diào)節(jié)pH至8～10，加熱到80～100℃，然后靜置降溫，使未轉(zhuǎn)化的烷烴與發(fā)酵液分層，上層是烷烴，下層是發(fā)酵液及菌體，分去上層烷烴。
在分離烷烴后的發(fā)酵液中加入酸性強于二羧酸的無機酸(如硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸等)調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值使之達到4.5～2.0，這時二羧酸從發(fā)酵液中晶析出來，然后過濾或離心分去清液，得到包埋有菌體的二羧酸粗濾餅，再用水洗滌粗濾餅，盡可能除去從發(fā)酵液中帶入的蛋白、有機色素、無機鹽等水溶性雜質(zhì)。
調(diào)節(jié)pH值時，無機酸濃度不要過大，否則會因加入時局部濃度過大，使發(fā)酵液中的一些敏感物質(zhì)發(fā)生氧化，加深發(fā)酵液的顏色。無機酸的濃度最好為5～10N。
溶劑抽提步驟可按A方式或B方式進行。A將得到的粗酸濕濾餅進行干燥，干燥溫度50～70℃，得到干濾餅。然后加入二元醇及脫色吸咐劑，在加熱攪拌條件下進行溶劑抽提、脫色吸附、脫水處理。B直接用濕濾餅進行溶劑抽提、脫色吸附、脫水處理，脫水與抽提、脫色吸附同步進行。
溶解抽提溫度保持在90～150℃，最好為100～130℃，這樣既可以使二羧酸在溶劑中有較高的溶解度，脫色吸附劑具有良好的吸附效果，也可以滿足脫除溶液中所含水份操作對溫度的要求。
二元醇溶劑的使用量根據(jù)發(fā)酵液中二羧酸含量及溶解度而定，為使發(fā)酵液中的二羧酸在溶解溫度下能夠完全溶解并獲得較高的回收率，溶劑最好過量1～5倍。一般為發(fā)酵液∶溶劑(v/v)＝1∶1.0～8.0，最好為1∶2.0～6.0。
脫色吸附劑是具有多孔結(jié)構(gòu)的活性炭或活性白土，活性炭最好選用大孔型粉狀活性炭。對于活性白土，其要求是含水量為5.0重％～10.0重％，最好為6.5重％～8.0重％。顆粒度為120目篩通過量95％以上。脫色吸附劑的加入量根據(jù)粗酸溶液的顏色深淺而定，一般加入量為0.2重％～6.5重％，最好為0.8重％～5.0重％。
由于脫色吸附劑的比重較大，上述溶解抽提需要在良好的攪拌條件下進行，使脫色吸附劑與所處理介質(zhì)能夠充分接觸混合，充分發(fā)揮脫色吸附劑的作用，同時有利于水份的脫除，應選擇較高的轉(zhuǎn)速，通常為50～120r/min，最好為70～100r/min。
上述過程在要求的溫度下，處理時間以能夠使脫色吸附劑達到良好的吸附效果為宜。通常要求的時間范圍為0.5～2.5h，最好不低于0.5h，但過長的時間不會對處理過程產(chǎn)生不利影響。
如果采用濕酸濾餅進行抽提處理，所帶入的水份最好脫除干凈，以利于后續(xù)的處理過程，脫水處理與抽提、脫色吸附可同步進行。通常采用蒸餾方法脫除水份，既可以常壓蒸餾脫水，也可以采用真空度不高的減壓蒸餾脫水。在以上給出的操作溫度、攪拌速度及操作時間的工藝條件下，直接常壓蒸餾可以很便利的脫除水份。為了更快速、更徹底地脫水，可采用低真空條件脫水，系統(tǒng)真空度500～200mmHg，最好為400～300mmHg。操作時間既要保證溶液中的水份能夠完全脫除干凈，又要保證良好的吸附效果，時間最好為1.5～4.0h。
上述處理過程結(jié)束后趁熱過濾，分離除去脫色吸附劑、微生物菌體及不溶性雜質(zhì)，得到二羧酸的醇溶液。濾渣用已事先預熱的新鮮溶劑洗滌，以充分回收附著在濾餅上的二羧酸產(chǎn)品，提高二羧酸的回收率，洗滌液與濾液合并。為防止由于放熱而析出二羧酸結(jié)晶，需控制過濾時的操作溫度，最好保持在90～120℃。
冷卻上述二羧酸的醇溶液，低速攪拌下，控制降溫使二羧酸慢慢地從溶液中晶析出來，降至室溫后繼續(xù)保持3～6h，以利于形成良好的晶體形態(tài)。冷卻結(jié)晶過程的攪拌速度應低于50r/min，最好為20～40r/min。開始降溫時降溫速度可稍快一些，當溫度降至41～50℃時控制其速度在1～5℃/h，最好＜4℃/h，以避免溶液進入過飽和區(qū)，瞬間生成大量的晶核，使結(jié)晶顆粒過細，溫度低于40℃時可適當加快降溫速度，以10℃/h為宜。
采用過濾或離心方法處理上述二羧酸的晶析液，將二羧酸產(chǎn)品從晶析液中分離出來，得到含溶劑的二羧酸濕晶體，濕晶體中約含溶劑10重％～20重％。分離出的二元醇溶劑無需任何處理，可直接返回重復使用。
上述提純精制過程得到的含有溶劑的二羧酸濕晶體可不需干燥，直接作為原料用于合成大環(huán)酯類麝香化合物。
本發(fā)明與現(xiàn)明技術(shù)相比具有以下優(yōu)點發(fā)酵液預處理不需過濾除菌而直接結(jié)晶，過程便于實施，二羧酸的回收率高。
本發(fā)明工藝不使用揮發(fā)度高、氣味難聞的溶劑，所使用的溶劑本身就是合成香料產(chǎn)品的原料之一，避免了現(xiàn)有工藝中最終產(chǎn)品低溫干燥難以完全除凈溶劑，而導致合成的香料產(chǎn)品香氣不純正的弊端。
使用的溶劑無毒無味，不易揮發(fā)，提高了操作安全性，降低了溶劑損耗，改善了操作環(huán)境。
溶劑在使用過程中已經(jīng)過脫色吸附及過濾處理，無色無固體雜質(zhì)，不需再生可直接返回重復使用，省去了冗長的溶劑再生過程。
按照本發(fā)明方法提取精制的含溶劑的二羧酸濕晶體不需要干燥就可直接使用，簡化了工藝過程，降低了操作費用，縮短了處理周期，降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明提出的α，ω-長鏈二羧酸的提純精制工藝，其過程簡單，操作周期短，能耗低，從而降低了產(chǎn)品成本，有利于大批量工業(yè)化生產(chǎn)。
下面的實施例將對本發(fā)明工藝作進一步的詳述實施例1取以正構(gòu)十三烷作底物的終止發(fā)酵液400ml，其中α，ω-十三烷二酸含量為108g/l，加NaOH(6N)溶液調(diào)節(jié)pH至8～10，然后加熱到80～100℃，再降溫靜置，使未轉(zhuǎn)化的烷烴與發(fā)酵液分層，分去上層烷烴。在分離烷烴后的發(fā)酵液中加入6N的H2SO4，邊攪拌邊加入，將發(fā)酵液的pH調(diào)至4.0，在酸性條件下二羧酸從發(fā)酵液中晶析出來，變?yōu)橛坞x態(tài)二羧酸。過濾上述酸析液，濾餅用0.5～1倍體積的水洗滌，洗去水溶性雜質(zhì)，得到粗酸濾餅103g。
將得到的含有菌體的粗酸濕濾餅及12g粉末活性炭加入到500ml乙二醇溶劑中，在80r/min攪拌速度下加熱到110℃，使二羧酸完全溶解，溶液中的有機色素等雜質(zhì)被充分吸附到活性炭表面，在加熱的同時進行常壓蒸餾，脫除溶液中的水份，在110℃保持2h，使水份脫除干凈。上述處理過程結(jié)束后趁熱過濾，除去活性炭、微生物菌體及固體雜質(zhì)，得到無色透明的二羧酸的乙二醇溶液，過濾溫度不低于90℃，以免二羧酸的結(jié)晶析出。濾餅用0.7倍濾液體積的已事先預熱(85℃)的新鮮乙二醇洗滌。在20～40r/min的攪拌下，濾液冷卻降溫。溶液溫度＞50℃時，降溫速度控制在10℃/h左右，40～50℃之間降溫速度3℃/h左右，低于40℃為8～10℃/h。在降溫過程中，二羧酸產(chǎn)品慢慢地從溶液中以游離態(tài)形式晶析出來，過濾后得到含乙二醇的二羧酸濕濾餅。濾液為無色乙二醇溶劑，不需再生可返回重復使用。濕濾餅中含乙二醇15.3重％，α，ω-十三烷二酸84.6重％，直接作為原料用于合成大環(huán)雙內(nèi)酯麝香香料，α，ω-十三烷二酸回收率92.1重％。
實施例2
取以正構(gòu)十二烷作底物的終止發(fā)酵液200ml，其中α，ω-十二烷二酸含量為112g/l，加入NaOH(6N)溶液調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH至9.0左右，加熱煮沸，降溫靜置，使未轉(zhuǎn)化的烷烴與發(fā)酵液分層，分去上層烷烴。在攪拌下加入8N的H2SO4將發(fā)酵液的pH調(diào)至3.0，這時二羧酸從發(fā)酵液中晶析出來，過濾上述酸析液，濾餅用1倍體積的水洗滌，洗去水溶性雜質(zhì)，得到包埋有菌體的粗酸濾餅60g。在65℃溫度下干燥濕濾餅，得到34g干物質(zhì)。將上述干物質(zhì)及5.5g粉末活性炭在加熱條件下溶解于500ml 1，4-丁二醇(聚合級)溶劑中，溶解溫度為100℃，在80r/min攪拌速度下保持1.5h，然后保溫過濾除去固形不溶物，用同體積熱的新鮮乙二醇(聚合級)洗滌濾餅，濾液與洗滌液合并。將攪拌速度降為25r/min，濾液降溫。在降溫過程中，二羧酸產(chǎn)品慢慢地從溶液中以游離態(tài)形式晶析出來，過濾后得到含1，4-丁二醇的二羧酸濕濾餅26g，其中含1，4-丁二醇18.4重％，α，ω-十二烷二酸81.5重％，α，ω-十二烷二酸回收率94.5重％。
實施例3～4分別取以十六烷和C11～C16的混合正構(gòu)烷烴為底物的終止發(fā)酵液，按照實施例1所提供的操作步驟與方法進行提純精制處理，混合底物發(fā)酵液中α，ω-二羧酸的含量為C11二羧酸3.2g/l，C12二羧酸12.8g/l，C13二羧酸43.7g/l，C14二羧酸36.8g/l，C15二羧酸8.3g/l，C16二羧酸2.7g/l，溶劑為乙二醇(聚合級)，脫色吸附劑為粉末活性炭。操作條件列于表1，實施結(jié)果列于表2。
表1
表2
注*表中5％乙醇溶液是指測定二羧酸質(zhì)量指標時，將二羧酸配制成乙醇溶液，二羧酸在乙醇溶液的濃度為5重％。
**表中乙醇不溶物是指二羧酸溶解于乙醇后，是否有不溶物，主要是考察二羧酸的純度。
權(quán)利要求
1.一種提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，包括(1)從終止發(fā)酵液中分離除去未轉(zhuǎn)化的烷烴；(2)發(fā)酵液用酸酸化使二羧酸結(jié)晶，得到包埋有菌體的粗產(chǎn)品晶析液；(3)過濾上述晶析液，得到濕的粗酸濾餅，并用水洗滌；(4)用溶劑加熱溶解粗酸濾餅，進行溶劑抽提，所用溶劑是選自C2-C5二元醇中的一種或幾種；(5)趁熱過濾上述有機溶液，分離除去菌體、無機鹽等不溶物，得到含有二羧酸的有機溶液；(6)冷卻降溫(5)所得有機溶液，二羧酸產(chǎn)品慢慢從有機溶液中晶析出來；(7)過濾上述晶析液，得到含溶劑的二羧酸濕濾餅。
2.按照權(quán)利要求1所述提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于(4)步中所述的溶劑是選自乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇中的一種或幾種。
3.按照權(quán)利要求1所述提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于(7)步中所得含溶劑的二羧酸濕濾餅直接作為合成香料的原料用于合成大環(huán)酯類麝香香料。
4.按照權(quán)利要求1所述提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于(4)步中所述溶劑加熱溶解粗酸濾餅之前，先干燥步驟(3)所得到的濕濾餅，除去所含水份。
5.按照權(quán)利要求1所述提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于(4)步中所述溶劑加熱溶解粗酸濾餅的同時，還干燥步驟(3)所得到的濕濾餅，除去所含水份。
6.按照權(quán)利要求1所述提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于(4)步中所述溶劑加熱溶解粗酸濾餅的同時，還向其中加入脫色吸附劑處理該有機溶液，所述脫色吸附劑在所述(5)步的過濾中與菌體、無機鹽等不溶物一起被分離出去。
7.按照權(quán)利要求1所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述的長鏈二羧酸是以正構(gòu)烷烴為起始原料，經(jīng)微生物發(fā)酵方法生產(chǎn)的C11～C18的直鏈脂肪族二羧酸。
8.按照權(quán)利要求1所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述的長鏈二羧酸是C11～C18的直鏈脂肪族α，ω-二羧酸
9.按照權(quán)利要求1所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述(1)步的具體過程為將發(fā)酵結(jié)束后的終止發(fā)酵液用非揮發(fā)性的堿調(diào)節(jié)pH至8～10，加熱到80～100℃，然后靜置降溫，使未轉(zhuǎn)化的烷烴與發(fā)酵液分層，上層是烷烴，下層是發(fā)酵液及菌體，分去上層烷烴。
10.按照權(quán)利要求1所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述(2)步的具體過程為在分離烷烴后的發(fā)酵液中加入酸性強于二羧酸的無機酸，調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值使之達到4.5～2.0，這時二羧酸從發(fā)酵液中晶析出來，然后過濾或離心分去清液，得到包埋有菌體的二羧酸粗濾餅，再用水洗滌粗濾餅，盡可能除去從發(fā)酵液中帶入的蛋白、有機色素、無機鹽等水溶性雜質(zhì)。
11.按照權(quán)利要求1所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述(4)步溶劑抽提過程，溶解抽提溫度保持在90～150℃，發(fā)酵液與溶劑的體積比是1∶1.0～8.0。
12.按照權(quán)利要求4所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述干燥對步驟(3)所得到的濕濾餅進行干燥的溫度是50～70℃。
13.按照權(quán)利要求6所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述脫色吸附劑是具有多孔結(jié)構(gòu)的活性炭或活性白土。
14.按照權(quán)利要求1或6所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述溶劑抽提過程是在攪拌條件下進行的，攪拌轉(zhuǎn)速為50～120r/min。
15.按照權(quán)利要求6所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述脫色吸附處理時間是0.5～2.5h。
16.按照權(quán)利要求5所述的提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法，其特征在于所述干燥脫水的條件是系統(tǒng)真空度500～200mmHg，操作時間1.5～4.0h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提取精制生物發(fā)酵液中長鏈二羧酸的方法,包括從終止發(fā)酵液中分離除去未轉(zhuǎn)化的烷烴、酸化結(jié)晶、過濾、溶劑抽提、分離除去菌體及不溶物和結(jié)晶等過程,所用溶劑是C
文檔編號C07C55/00GK1351005SQ0012314
公開日2002年5月29日 申請日期2000年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月26日
發(fā)明者王崇暉, 佟明友, 宋喜軍, 張艷麗 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院