專利名稱：：一種陽離子樹脂交換提取發(fā)酵液中丁二酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種陽離子交換提取發(fā)酵液中丁二酸的方法，屬于生物化工
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：丁二酸是工業(yè)上一種重要的四碳化合物，它作為有機(jī)合成原材料、中間產(chǎn)物或?qū)Ｓ没瘜W(xué)品廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、香料、油漆、塑料和材料工業(yè)。目前丁二酸主要通過順丁烯二酐水解得到，化學(xué)合成的丁二酸因依賴石化原料等原因，存在生產(chǎn)成本增高的趨勢，從而使其廣泛應(yīng)用受到限制。微生物發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸以可再生碳源(如葡萄糖等)和二氧化碳作為主要原料，不僅可以擺脫對石化原料的依賴，而且提供了利用溫室氣體二氧化碳的新途徑，被認(rèn)為是一個新興的、很有發(fā)展?jié)摿Φ木G色工藝。利用微生物發(fā)酵制備丁二酸成為國內(nèi)外研究的熱點。中國專利CN1814747A公開了丁二酸生產(chǎn)菌及厭氧發(fā)酵方法。從微生物發(fā)酵液中提取丁二酸的方法，主要有鈣鹽法，銨鹽法，溶劑萃取法，電滲析法，膜分離法。美國專利US5168055公開了一種鈣鹽提取丁二酸的方法，但存在提取過程中產(chǎn)生大量的硫酸鈣廢棄物，酸堿消耗量大，能耗大的缺陷。美國專利US5958744公開了采用銨鹽提取丁二酸方法，銨鹽法路線長，結(jié)晶過程條件比較苛刻，還需要高溫裂解硫酸鹽，步驟繁瑣，難度大，操作費(fèi)用高，增加了運(yùn)行成本，不利于發(fā)酵制備丁二酸的規(guī)模化生產(chǎn)。LeeSY(ProcessBiochem，2006，41:1461-1465)等人報道了用叔胺類溶劑萃取提取丁二酸方法，但在提取過程中采用大量的昂貴的有機(jī)溶劑，殘留溶劑的毒性對醫(yī)藥級及食品級的產(chǎn)品有不良影響。并且目前還沒有關(guān)于采用三辛胺進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的成本問題以及三辛胺是否能夠回收利用的報道。美國專利US5034105公開了采用電滲析法提取丁二酸，這種方法的缺點是操作費(fèi)用相當(dāng)高，如離子膜的消耗和電滲析中的電能消耗。這種工藝的另一局限性是不能處理二價離子，因此，發(fā)酵過程中用氫氧化鎂或氫氧化鈣中和的發(fā)酵液不能用這種方法酸化或純化。中國專利CN1887843A公開了采用膜分離法提取丁二酸，這種方法不能將發(fā)酵得到的丁二酸鹽轉(zhuǎn)化為丁二酸，最后仍然采用調(diào)pH酸化方法，會導(dǎo)致溶液中引進(jìn)大量的鹽溶液，影響產(chǎn)品的純度。以上的專利均存在工藝路線長，操作費(fèi)用高，或產(chǎn)品純度不高等問題，增加了運(yùn)行成本，不利于發(fā)酵法丁二酸的規(guī)?；a(chǎn)。雖然中國專利CN1860237A公開了一種將含琥珀酸液體與H-型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂進(jìn)行接觸，從離子交換處理的液體中純化琥珀酸方法。但其工藝路線與本發(fā)明不同，沒有發(fā)酵液中碳酸鎂的回收，也沒有用NH4HC03溶液洗脫，Na+回收碳酸鈉，如果不考慮鹽的回收再利用將大大增加提取材料成本，增大排放廢物，污染環(huán)境，不利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)。并且該方法沒有提及離子交換的具體操作流速等條件，該專利實施例稱其方法得到的丁二酸純度達(dá)到99.9%，沒有提及提取收率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對目前發(fā)酵法生產(chǎn)丁二酸過程中丁二酸提取存在問題，提出了一種陽離子樹脂交換法提取丁二酸的方法。陽離子樹脂交換法提取丁二酸的方法，所述的陽離子樹脂包括強(qiáng)陽離子樹脂和弱陽離子樹脂，例如732陽離子樹脂。本發(fā)明的技術(shù)方案一種陽離子樹脂交換提取發(fā)酵液中丁二酸的方法，發(fā)酵液加熱離心或膜過濾除去菌體，清液中加入碳酸鈉置換發(fā)酵過程中所用的pH緩沖劑碳酸鎂，產(chǎn)生碳酸鎂沉淀，過濾回收濾餅，濾液再流過陽離子樹脂柱，流出液為丁二酸溶液，經(jīng)脫色、濃縮、結(jié)晶，得到丁二酸產(chǎn)品；經(jīng)過交換后的陽離子樹脂柱用碳酸銨溶液洗脫，得到碳酸氫鈉流出液，回收鈉鹽；進(jìn)一步再用硫酸按常規(guī)方法使樹脂再生，產(chǎn)生的(NH4)2S04用作肥料；步驟為(1)將發(fā)酵液加熱到8085。C，8000r/min離心10min，或用0.45p微濾膜過濾，除去菌渣，得到發(fā)酵清液；(2)將質(zhì)量濃度30。/。的Na2CO3溶液加熱到65匸，攪拌下緩慢加到步驟O)得到的發(fā)酵清液中，每升發(fā)酵液加45-60毫升Na2C03溶液，反應(yīng)40min后，升溫至9(TC保持120min，過濾，濾餅是碳酸鎂，洗滌直至無丁二酸根存在；濾液是丁二酸鈉溶液；(3)上述含丁二酸鈉濾液直接過陽離子樹脂柱，上柱流速為1.5h";(4)用發(fā)酵液重量12倍量的水洗脫，收集流出液；(5)對流出液脫色，在6085'C下脫色30min，脫色活性炭用量以流出液體積計為0.112g/L;(6)通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀循環(huán)水真空泵進(jìn)行減壓蒸發(fā)，溫度控制在6085°C，壓力為-0.08Mpa-0.1Mpa，當(dāng)丁二酸的含量大于10%,停止減壓濃縮；濃縮結(jié)束后置在4r冰箱，冷卻結(jié)晶，得到白色丁二酸晶體；(7)交換后的陽離子樹脂柱用1.5mol/L的NH4HC03溶液洗脫，流速為0.96h";(8)步驟(7)中得到的是NaHC03溶液，加熱生成Na2C03，回收Na鹽；然后陽離子樹脂柱用2mol/LH2S04再生，流速為0.96h"得到,)2804。如果發(fā)酵過程不用碳酸鎂作發(fā)酵pH緩沖劑，而是用Na2C03作發(fā)酵pH緩沖劑，則省去步驟(2)，直接將步驟(1)得到的發(fā)酵清液上柱。發(fā)酵液是由葡萄糖、蔗糖、玉米淀粉水解糖漿、木薯淀粉水解糖漿、工業(yè)制糖廢糖蜜、農(nóng)作物秸稈木質(zhì)纖維素水解糖漿、菊芋糖漿或甜高梁秸桿糖漿為原料發(fā)酵得到的含丁二酸的發(fā)酵液。本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明的陽離子樹脂交換法可以使得發(fā)酵清液不必對濾液進(jìn)行酸化，工藝路線短，收率高。陽離子交換后用(NH4)2C03洗脫，流出的NaHC03經(jīng)加熱除氨后回收再利用于發(fā)酵液處理，銨化后的陽離子交換柱用硫酸再生，產(chǎn)生的(NH4)2S04可以作為肥料，實現(xiàn)元素循環(huán)經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明提供了一種操作簡便、經(jīng)濟(jì)的從微生物發(fā)酵液中提取丁二酸的方法。圖1陽離子樹脂交換法從發(fā)酵液中提取丁二酸的生產(chǎn)工藝流程框圖。具體實施方式實施例1-6-鎂鹽、鈉鹽回收法陽離子樹脂交換提取丁二酸工藝實驗條件本實驗所用發(fā)酵液分別以玉米水解糖漿、木薯淀粉水解糖漿、工業(yè)制糖廢糖蜜(例如甘蔗糖蜜)、玉米秸桿水解糖漿、菊芋糖漿、甜高梁秸稈糖漿為原料發(fā)酵，發(fā)酵過程用MgC03調(diào)節(jié)pH。分別以上述玉米糖漿、甘蔗糖蜜等為原料發(fā)酵的丁二酸鎂發(fā)酵液，加熱到85°C，在8000r/min離心10min，除去菌體，得到丁二酸鎂發(fā)酵清液。將30%濃度的Na2C03溶液加熱到65°C，攪拌下緩慢加到上述得到的發(fā)酵清液中，每升發(fā)酵液加45-60毫升Na2(X)3溶液，反應(yīng)40min后，升溫至90°C保持120min，過濾，濾餅是碳酸鎂，洗滌直至無丁二酸根存在；濾液是丁二酸鈉溶液。將丁二酸鈉發(fā)酵液通過裝有處理好的強(qiáng)酸性氫型732陽離子樹脂柱，上柱流速為1.5h"。然后用發(fā)酵液重量12倍量的水沖洗，收集流出液。然后流出液在75'C下脫色30min，對玉米糖漿、甘蔗糖蜜兩種原料的脫色活性炭用量分別為35g/L和1012g/L。將得到的溶液濃縮結(jié)晶得到丁二酸產(chǎn)品。留在交換柱中的Na+，用1.5mol/L的NH4HC(V溶液洗脫，流速為0.96h"，Na+的收率可以達(dá)到94.5。/。。然后732陽離子樹脂柱用2mol/LH2S04再生，流速為0.96h"得到(NH4)2S04。采用此種工藝的丁二酸的各步收率如表1。表l:丁二酸的各步收率<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>Na+的含量的測定用原子吸收光譜法。實施例7:實驗條件..本實驗所用發(fā)酵液分別以玉米糖漿和甘蔗糖蜜為原料發(fā)酵，發(fā)酵過程用Na2C03調(diào)節(jié)pH。分別以玉米糖漿和甘蔗糖蜜為原料發(fā)酵的丁二酸鈉發(fā)酵液，加熱到85°C，用0.45p微濾膜膜過濾，得到含丁二酸鈉發(fā)酵清液。將含丁二酸鈉發(fā)酵清液通過裝有處理好的強(qiáng)酸性氫型732柱，上柱流速為1.5h"。然后用發(fā)酵液重量12倍量的水沖洗，收集流出液。然后流出液在75'C下脫色30min，對兩種原料的發(fā)酵液脫色活性炭用量分別為35g/L和1012g/L。將得到的溶液濃縮結(jié)晶得到丁二酸產(chǎn)品。留在交換柱中的Na+，用1.5mol/L的NH4HC03溶液洗脫，流速為0.96h—、Na+的收率可以達(dá)到94.5。/。。然后732陽離子樹脂柱用2mol/LH2S04再生，流速為0.96h—1得到(NH4)2S04。采用此種工藝的丁二酸的各步收率結(jié)果如表2。表2:丁二<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1.一種陽離子樹脂交換提取發(fā)酵液中丁二酸的方法，其特征在于發(fā)酵液加熱離心或膜過濾除去菌體，清液中加入碳酸鈉置換發(fā)酵過程中所用的pH緩沖劑碳酸鎂，產(chǎn)生碳酸鎂沉淀，過濾回收濾餅，濾液再流過陽離子樹脂柱，流出液為丁二酸溶液，經(jīng)脫色、濃縮、結(jié)晶，得到丁二酸產(chǎn)品；經(jīng)過交換后的陽離子樹脂柱用碳酸銨溶液洗脫，得到碳酸氫鈉流出液，回收鈉鹽；進(jìn)一步再用硫酸按常規(guī)方法使樹脂再生，產(chǎn)生的(NH4)2SO4用作肥料；步驟為(1)將發(fā)酵液加熱到80～85℃，8000r/min離心10min，或用0.45μ微濾膜過濾，除去菌渣，得到發(fā)酵清液；(2)將質(zhì)量濃度30％的Na2CO3溶液加熱到65℃，攪拌下緩慢加到步驟(1)得到的發(fā)酵清液中，每升發(fā)酵液加45-60毫升Na2CO3溶液，反應(yīng)40min后，升溫至90℃保持120min，過濾，濾餅是碳酸鎂，洗滌直至無丁二酸根存在；濾液是丁二酸鈉溶液；(3)上述含丁二酸鈉濾液直接過陽離子樹脂柱，上柱流速為1.5h-1；(4)用發(fā)酵液重量1～2倍量的水洗脫，收集流出液；(5)對流出液脫色，在60～85℃下脫色30min，脫色活性炭用量以流出液體積計為0.1～12g/L；(6)通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀循環(huán)水真空泵進(jìn)行減壓蒸發(fā)，溫度控制在60～85℃，壓力為-0.08Mpa～-0.1Mpa，當(dāng)丁二酸的含量大于10％，停止減壓濃縮；濃縮結(jié)束后置在4℃冰箱，冷卻結(jié)晶，得到白色丁二酸晶體；(7)交換后的陽離子樹脂柱用1.5mol/L的NH4HCO3溶液洗脫，流速為0.96h-1；(8)步驟(7)中得到的是NaHCO3溶液，加熱生成Na2CO3，回收Na鹽；然后陽離子樹脂柱用2mol/LH2SO4再生，流速為0.96h-1得到(NH4)2SO4。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子樹脂交換提取發(fā)酵液中丁二酸的方法，其特征在于發(fā)酵過程不用碳酸鎂作發(fā)酵pH緩沖劑，而是用Na2C03作發(fā)酵pH緩沖劑，則省去步驟(2)，直接將步驟(1)得到的發(fā)酵清液上柱。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子樹脂交換提取發(fā)酵液中丁二酸的方法，其特征在于發(fā)酵液是由葡萄糖、蔗糖、玉米淀粉水解糖漿、木薯淀粉水解糖漿、工業(yè)制糖廢糖蜜、農(nóng)作物秸稈木質(zhì)纖維素水解糖漿、菊芋糖漿或甜高梁秸桿糖漿為原料發(fā)酵得到的含丁二酸的發(fā)酵液。全文摘要一種陽離子樹脂交換提取發(fā)酵液中丁二酸的方法，屬于生物化工
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明將發(fā)酵液加熱離心或膜過濾除去菌體，清液中加入碳酸鈉產(chǎn)生碳酸鎂沉淀，過濾回收濾餅，濾液再流過陽離子樹脂柱，流出液為丁二酸溶液，經(jīng)脫色、濃縮、結(jié)晶，得到丁二酸產(chǎn)品；經(jīng)過交換后的陽離子樹脂柱用碳酸銨洗脫，得到碳酸氫鈉流出液，回收鈉鹽，經(jīng)加熱除氨后回收再利用于發(fā)酵液處理，進(jìn)一步再用硫酸按常規(guī)方法使樹脂再生，產(chǎn)生的(NH₄)₂SO₄用作肥料。本發(fā)明方法不必對濾液進(jìn)行酸化，工藝路線短，收率高，實現(xiàn)元素循環(huán)經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明提供了一種操作簡便、經(jīng)濟(jì)的從微生物發(fā)酵液中提取丁二酸的方法。文檔編號C07C51/47GK101348429SQ20081019585公開日2009年1月21日申請日期2008年9月5日優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日發(fā)明者曄倪,孫志浩,董晉軍,璞鄭申請人:江南大學(xué)