[發(fā)明專利]一種從微生物發(fā)酵液中分離精制1,2,4-丁三醇的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610634366.3
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN107021874B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 王建勛;侯同剛;咸漠;董晴晴;王喬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C07C29/88
• 分類號: C07C29/88;C07C29/80;C07C29/74;C07C31/22
• 代理公司: 北京金信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11225
• 代理人: 張皓;黃威

本發(fā)明涉及微生物發(fā)酵液分離技術(shù)，特別涉及從微生物發(fā)酵液中分離精制1,2,4?丁三醇的方法。所述方法包括用特定的選自C10?C18烷基硼酸或C6?C18芳基硼酸的有機硼酸萃取含有1,2,4?丁三醇的發(fā)酵液，然后分子蒸餾進行分離，從而高效地得到1,2,4?丁三醇。根據(jù)本發(fā)明的分離精制方法結(jié)合了絡合萃取與分子蒸餾的方法對發(fā)酵法生產(chǎn)BT進行分離純化，工藝簡單，分離效率高，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物工程和化學工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及微生物發(fā)酵液分離技術(shù)，特別涉及從微生物發(fā)酵液中分離精制1,2,4-丁三醇的方法。

背景技術(shù)

1,2,4-丁三醇(以下簡稱BT)是一種重要的中間體，在醫(yī)藥、煙草、化妝品、造紙、農(nóng)業(yè)和高分子材料領(lǐng)域具有廣泛用途。自然界中尚未發(fā)現(xiàn)天然的BT生物合成途徑，現(xiàn)階段丁三醇的工業(yè)化生產(chǎn)主要依靠化學合成法，副產(chǎn)物多、產(chǎn)率低、對環(huán)境有危害，清潔高效的丁三醇生物合成途徑逐漸引起研究者的關(guān)注。

目前生物發(fā)酵生產(chǎn)的BT濃度偏低，一般在幾克/升的水平，另外，BT本身沸點高，親水性強，常規(guī)的分離技術(shù)如精餾等需要耗費大量能源，再加上發(fā)酵液成分復雜，進一步增加了分離提純的難度。因此從發(fā)酵液中分離提取BT，已成為其工業(yè)化發(fā)展的瓶頸之一。

目前，從發(fā)酵液中分離提取BT尚處于實驗室研究階段。例如密歇根州立大學的研究表明，BT的下游分離可以利用2-丁醇作為萃取劑，萃取率達到74％，再經(jīng)過樹脂吸附，可得到純度超過99％的BT。但2-丁醇在水中有中等的溶解度(35.0g/100mL，20℃)，顯然該溶劑不適用于大規(guī)模使用。BT類似物甘油，早期也一直用溶劑萃取的方法進行分離提純，涉及的萃取劑包括醚、對二氧六環(huán)、正丁醇、異戊醇、苯胺、二甲苯、煤油等等。但因為溶劑成本過高，操作環(huán)境不佳，逐漸被淘汰。目前甘油提純的主流技術(shù)為減壓蒸餾。

考慮到BT屬于一種多元醇，而硼酸和硼酸鹽可以非常迅速地與多元醇和α-羥基羧酸形成穩(wěn)定的螯合物。很多研究報道利用硼酸來絡合多元醇，或者利用多元醇絡合硼酸等。例如專利CN 103073086 B發(fā)明了用硼酸處理過的樹脂吸附廢水中所含甘油的方法，將硼酸處理大孔陰離子樹脂后形成硼酸型離子樹脂，將其置入含甘油的廢水處理裝置中，吸附后通過酸堿處理洗脫，樹脂可循環(huán)使用，這一方法正是基于硼酸可與甘油發(fā)生反應的原理。

BT發(fā)酵液中的多元醇僅有未發(fā)酵的殘?zhí)牵约耙恍┌l(fā)酵的副產(chǎn)物，其含量相對較少。如果能選擇性將多元醇先進行一步分離，則BT可以從復雜的發(fā)酵液混合物中得以有效的初步分離，將極大的減少后期處理成本。然而，單純的無機硼酸并不能直接用于BT的絡合，因為硼酸本身是水溶性，絡合產(chǎn)物也是水溶性，無法做到兩相分離。考慮到絡合后的兩相分離，必須采用不溶于水的硼酸產(chǎn)品作為絡合劑，并需要考慮絡合劑與BT的分離問題。有研究利用帶有硼酸基團的樹脂作為吸附劑進行多元醇的吸附，但問題在于吸附后需要脫附，脫附后又需要進一步將脫附的洗脫液進行分離，再加上樹脂吸附和洗脫本身的速度較緩慢，因此效率不高。

另外，由于發(fā)酵產(chǎn)物成分復雜，最終高純度的產(chǎn)品仍然需要通過蒸餾手段實現(xiàn)。由于BT沸點高，且高溫下容易與其他雜質(zhì)發(fā)生進一步反應，因此需要一種減壓且受熱時間短的分離手段實現(xiàn)。分子蒸餾是一種特殊的液液分離技術(shù)，它不同于傳統(tǒng)蒸餾依靠沸點差分離原理，而是依不同物質(zhì)分子運動平均自由程的差別實現(xiàn)分離。專利CN 2668212Y提出了一種真空分子蒸餾裝置，用于分離一些特殊的熱敏性物料或在分離過程中易分解的不穩(wěn)定高分子有機化合物，將該裝置應用于BT的分離提純，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多級分子蒸餾 提純后，BT的純度可達90％以上，同時保持著較高的收率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種從發(fā)酵液中分離精制BT的方法，其特征是，采用特定的有機硼酸作為BT的絡合劑，發(fā)酵液首先進行絡合萃取，從發(fā)酵液中分離獲得BT混合液，BT純度約為50～60％；BT混合液進行分子蒸餾進行提純，經(jīng)一級或多級分子蒸餾后，得到純度≥90％的高純度BT產(chǎn)品。