[發明專利]一種利用納濾從丁二酸發酵液中分離提取丁二酸的方法

有效

• 申請號: 200910025531.5
• 申請日: 2009-02-09
• 公開（公告）號: CN101475464A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 吳昊;姜岷;韋萍;雷丹;姚忠;左鵬
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C07C55/10
• 分類號: C07C55/10;C07C51/42;C07C51/41;B01D61/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙）
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于生物分離工程技術領域，具體涉及利用納濾技術從丁二酸發酵液中分離提取丁二酸的方法。

背景技術

丁二酸(Succinic?Acid，Butanedioic?Acid)又稱琥珀酸，是一種重要的二元有機羧酸，是微生物三羧酸循環及厭氧發酵的重要代謝產物，廣泛用于可降解材料、制藥、表面活性劑、防護涂料、染料和其它工業中。而其鹽——丁二酸二鈉(干貝素)也是重要的食品添加劑具有特殊的海鮮風味而廣泛地應用于食品工業。從丁烷通過順式丁烯二酐生產丁二酸，因原料成本和環境污染等原因使得丁二酸作為基本化工原料的廣泛應用受到限制。厭氧發酵法制備丁二酸以成本較低的可再生的生物質和溫室氣體二氧化碳為原料，污染少，能耗低，因此以微生物發酵生產丁二酸的研究與開發正在美國、日本、歐盟及我國深入開展，而從發酵液中高效分離提取丁二酸是生物法制備丁二酸的重要技術。

目前公開專利及文獻中涉及從微生物發酵液中提取制備丁二酸的方法主要有鈣鹽法、溶劑萃取法、銨鹽法、電滲析法、離子交換法、膜分離法。美國專利US5168055采用鈣鹽中和法提取丁二酸，路線長、效率低下，產生大量硫酸鈣廢渣，酸堿消耗大，增加了成本和環境污染。美國專利US5034105、US5143834采用兩級膜電滲析分離提純丁二酸的方法，但該法電滲析膜損耗及電能消耗極高，且不能處理二價離子。美國專利US5958744采用銨鹽法提取丁二酸，但其結晶過程操作條件苛刻，需要高溫裂解硫酸鹽，步驟繁瑣，難度大。Lee?SY等人(Process?Biochemistry?41(2006)：1461)采用溶劑萃取法從發酵液中提取丁二酸，需使用昂貴而具有毒性的叔胺類萃取劑及助溶劑，殘留溶劑的毒性對食品級及醫藥級丁二酸的質量存在安全隱患，此外還有溶劑回收問題。中國專利CN200810195852.5、CN200810195851.0采用離子交換法處理并分離提取丁二酸，由于丁二酸發酵液中含有大量雜質離子，導致樹脂污染加重，交換容量迅速下降，樹脂處理頻繁，存在再生困難、洗脫劑用量及排污量大等問題。中國專利ZL200610086003.7采用微濾、超濾膜分離提取丁二酸，但由于發酵液酸化時產生大量硫酸鎂，可能會導致產品硫酸鹽超標或提取收率下降。此外上述分離提取丁二酸過程中多采用價格較為昂貴的活性炭進行脫色精制。總之，目前丁二酸的分離提取方法在簡化工藝、提高產品質量及降低成本等方面仍有待改進。

納濾(NF)是近20年來發展起來的一種新型膜分離技術，納濾膜是擁有納米級微孔的復合荷電膜，基于其篩分原理適合對分子量介于150～1000道爾頓有機分子進行分離，基于其電荷效應，適合將單價離子與多價離子及中性物質分離。近年來將納濾應用于生物產品分離已有專利報道，多涉及抗生素濃縮、中草藥提取、多糖純化等領域，如中國專利CN1511839、CN1202121、CN1364764，其目標產品的分子量≥250道爾頓，但鮮有將納濾用于分子量150道爾頓以下產品的專利報道，中國專利CN101265179將納濾用于乳酸(分子量90道爾頓)的提取，將乳酸透過納濾膜與其它分子量較小的雜質分離。丁二酸的分子量僅為118道爾頓，將納濾技術用于其與小分子雜質及多價鹽的分離，并采用納濾膜對其進行預濃縮，經專利檢索還未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種利用納濾技術從丁二酸發酵液中分離提取丁二酸的方法，以克服現有丁二酸提取方法存在的步驟多、收率低、排污大及產品質量不易控制的缺點。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種利用納濾從丁二酸發酵液中分離提取丁二酸的方法，包括如下步驟：

(1)采用微濾或板框加壓過濾的方法，對丁二酸發酵液進行預過濾，以除去菌體及固體顆粒；

(2)調節步驟(1)得到的濾液的pH值至4.0～6.0，進行超濾，以除去蛋白等生物大分子，收集超濾透過液；

(3)調節超濾透過液的pH值至3.0～4.0，進行納濾，以除去色素、多價無機離子及未消耗的底物，收集納濾透過液；

(4)調節含有丁二酸的納濾透過液的pH值至6.0～7.0，再次進行納濾，以除去甲酸、乙酸等副產物及單價無機離子，收集納濾截留液，實現預濃縮；

(5)將步驟(4)得到的納濾截留液進行減壓蒸發濃縮；

(6)濃縮液50～70℃保溫，用氫氧化鈉或碳酸鈉將濃縮液調節至pH8，再冷卻結晶、干燥，得丁二酸二鈉；或者，濃縮液50～70℃保溫，用濃硫酸或濃鹽酸將濃縮液調節至pH2.0～3.0，冷卻結晶、干燥，得丁二酸。