雙水相萃取發(fā)酵液丁酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用PEG/Na2S04雙水相萃取發(fā)酵液丁酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 丁酸是一種醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)等方面有著廣泛應(yīng)用的重要的化工原料，生產(chǎn)丁酸主 要有微生物發(fā)酵法和化學(xué)法，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丁酸原料來源廣泛、條件溫和、能耗低，更 易滿足食品和醫(yī)藥級(jí)產(chǎn)品的要求，但是，發(fā)酵法存在丁酸濃度低、純化處理量大等問題，實(shí) 現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的成本較高，已報(bào)道的丁酸分離方法主要有成鹽法、蒸餾法、離子交換法和鹽 萃取法等。而雙水相萃取法未見報(bào)道，本文以丁酸菌為發(fā)酵菌種生產(chǎn)丁酸，采用飽和硫酸鈉 鹽沉淀發(fā)酵液中的糖類和含氮化合物，然后用聚乙二醇（PEG)/硫酸鈉雙水相萃取法萃取 發(fā)酵液中的丁酸，具有低能耗、操作簡(jiǎn)單、重復(fù)利用萃取劑等優(yōu)點(diǎn)。考察不同的雙水相萃取 體系對(duì)丁酸萃取率的影響因素，并對(duì)相關(guān)條件進(jìn)行單因素和響應(yīng)面法系統(tǒng)研究，對(duì)粗丁酸 通過蒸餾除去乙酸，以期建立一條從發(fā)酵液中高效提取丁酸的新工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種，具有低能耗、操作簡(jiǎn)單、重復(fù)利用萃 取劑等優(yōu)點(diǎn)的新型的用PEG/Na2S04雙水相萃取發(fā)酵液丁酸的方法。
[0004] 實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用PEG/Na2S04雙水相萃取發(fā)酵液 丁酸的方法，其特征在于：包括有以下步驟， 一、發(fā)酵液制備及預(yù)處理，丁酸菌種為本實(shí)驗(yàn)室保存，培養(yǎng)基：葡萄糖32-38g/L，蛋白 胨 3-7g/L，酵母膏 3-7g/L，（NH4)2S04 1.5-2.5g/L，F(xiàn)eS04.7H20 0.5-0.9g/L，K2HP04 l_5g/L。發(fā)酵溫度為30-38 °C，攪拌轉(zhuǎn)速120-170r/min，pH值5-6,采用葡萄糖補(bǔ)料流 加，初始葡萄糖質(zhì)量濃度為，32-38g/L，當(dāng)糖質(zhì)量濃度降至8-12g/L時(shí)，補(bǔ)料至糖質(zhì)量濃 度為32-38g/L，按上述操作重復(fù)補(bǔ)料發(fā)酵至產(chǎn)物質(zhì)量濃度不再提高，底物不再消耗時(shí)，停 止發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，將發(fā)酵液于4000-6000r/min離心8min以上，除去菌體及其他固形物，上清 液即為發(fā)酵液； 二、 發(fā)酵液鹽析除雜，發(fā)酵液中加入硫酸鈉使發(fā)酵剩余的糖類和含氮化合物產(chǎn)生沉淀， 過濾后將濾渣洗滌兩次以上，取得的濾液加入PEG形成雙水相； 三、PEG/Na2S04|水相系統(tǒng)建立，利用Albertsson濁點(diǎn)法滴定法測(cè)定雙水相相組 成，在280K-300K的水浴鍋中進(jìn)行滴定操作，測(cè)定并制作由PEG1000、PEG2000、PEG4000、 ?￡66000與似2504溶液形成的各體系相圖，稱取一定量的40%質(zhì)量濃度的？￡6溶液于燒 杯中，定量滴加40%質(zhì)量濃度的Na2S04溶液，振蕩，滴至混合物體系出現(xiàn)渾濁狀態(tài)，顯示已 形成不溶的兩相，按照式（1)和式（2)算出此時(shí)PEG和Na2S04在系統(tǒng)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即得相 圖中的一個(gè)點(diǎn)，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. ー種用PEG/Na2SO4雙水相萃取發(fā)酵液丁酸的方法，其特征在干：包括有以下步驟， 一、發(fā)酵液制備及預(yù)處理，丁酸菌種為本實(shí)驗(yàn)室保存，培養(yǎng)基：葡萄糖32-38g/L，蛋白 胨 3-7g/L，酵母膏 3-7g/L，（NH4)2S04 1.5-2.5g/L，F(xiàn)eS04.7H20 0.5-0.9g/L,K2HPO4 l_5g/L，發(fā)酵溫度為30-38 °C，攪拌轉(zhuǎn)速120-170r/min，pH值5-6,采用葡萄糖補(bǔ)料流加， 初始葡萄糖質(zhì)量濃度為32-38g/L，當(dāng)糖質(zhì)量濃度降至8-12g/L吋，補(bǔ)料至糖質(zhì)量濃度為 32-38g/L，按上述操作重復(fù)補(bǔ)料發(fā)酵至產(chǎn)物質(zhì)量濃度不再提高，底物不再消耗時(shí)，停止發(fā) 酵實(shí)驗(yàn)，將發(fā)酵液于4000-6000r/min離心8min以上，除去菌體及其他固形物，上清液即 為發(fā)酵液； 二、發(fā)酵液鹽析除雜，發(fā)酵液中加入硫酸鈉使發(fā)酵剩余的糖類和含氮化合物產(chǎn)生沉淀， 過濾后將濾渣洗滌兩次以上，取得的濾液加入PEG形成雙水相； 三、PEG/Na2SO4雙水相系統(tǒng)建立，利用Albertsson濁點(diǎn)法滴定法測(cè)定雙水相相組 成，在280K-300K的水浴鍋中進(jìn)行滴定操作，測(cè)定并制作由PEG1000、PEG2000、PEG4000、 PEG6000與Na2SO4溶液形成的各體系相圖，稱取一定量的35-45%質(zhì)量濃度的PEG溶液于 燒杯中，定量滴加35-45 %質(zhì)量濃度的Na2SO4溶液，振蕩，滴至混合物體系出現(xiàn)渾濁狀態(tài)，顯 示已形成不溶的兩相，按照式（1)和式（2)算出此時(shí)PEG和Na2SO4在系統(tǒng)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即 得相圖中的ー個(gè)點(diǎn)，
式中P--在某單相點(diǎn)時(shí)硫酸鈉在系統(tǒng)中的總量，g; q--在某単相點(diǎn)時(shí)PEG在系統(tǒng)中的總量，g; w--在某單相點(diǎn)時(shí)水在系統(tǒng)中的總量，g; a-在某單相點(diǎn)時(shí)硫酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％; b--在某単相點(diǎn)時(shí)PEG的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ ; 四、 萃取發(fā)酵液丁酸單因素實(shí)驗(yàn)，取丁酸發(fā)酵液，根據(jù)步驟三的成相規(guī)律加入3. 5-4. 5 倍丁酸發(fā)酵液的PEG和硫酸鈉，混合均勻，恒溫下靜置分相，成相后分別取上下相液體，以 丁酸在雙水相的上相中的得率為指標(biāo)，采用氣相色譜AgilentGC6820測(cè)定丁酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 色譜參數(shù)為：HP-INN0WAX毛細(xì)管柱；FID檢測(cè)器；載氣：高純氮；進(jìn)樣ロ溫度220-270 °C， FID檢測(cè)器溫度220-270°C;采用外標(biāo)法，進(jìn)樣量0. 3-0. 5iiL;丁酸的出峰時(shí)間分別為 I. 4-1. 7min，物質(zhì)的含量由峰面積與標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算，
上述公式中，Y為丁酸在上相中的萃取率；も、(：2為雙水相體系中下相丁酸的質(zhì)量濃度， 單位為mg/mL;V1、V2為雙水相系統(tǒng)上、下相體積,單位為mL; 五、 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，根據(jù)Box-Behnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié) 果，選取對(duì)丁酸在雙水相中分配行為影響較大的三個(gè)因素，分別用X1,X2,X3代表，其中X:為 PEG6000的質(zhì)量，も為Na2SOJl度，X3為溫度，以丁酸在上相中的得率為響應(yīng)值（Y)進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)； 六、 多級(jí)萃取，發(fā)酵液經(jīng)一次萃取，下相中還含有較多的丁酸，把下相放入雙水相再進(jìn) 行萃取，合并多級(jí)的上相萃取液，可得到較高的丁酸萃取率； 七、PEG回收，收集的雙水相上相洗脫液加入碘溶液，使PEG沉淀，過濾沉淀； ノU蒸餾分離丁酸，根據(jù)丁酸和乙酸的沸點(diǎn)不同，通過蒸餾分離得到純的丁酸。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用PEG/Na2SO4雙水相萃取發(fā)酵液丁酸的方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用PEG/Na2SO4雙水相萃取發(fā)酵液丁酸的方法，其特征在于：包括有以下步驟，一、發(fā)酵液鹽析除雜，二、PEG／Na2SO4雙水相系統(tǒng)建立，三、萃取發(fā)酵液丁酸單因素實(shí)驗(yàn)，四、響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，五、多級(jí)萃取，六、PEG回收，七、蒸餾分離丁酸，通過采用上述步驟，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種，具有低能耗、操作簡(jiǎn)單、重復(fù)利用萃取劑等優(yōu)點(diǎn)的新型的用PEG/Na2SO4雙水相萃取發(fā)酵液丁酸的方法。
【IPC分類】C12P7-52, C07C53-124, C07C51-48
【公開號(hào)】CN104628549
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510026919
【發(fā)明人】吳祥庭
【申請(qǐng)人】溫州大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日