[发明专利]一种分离提取富马酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种发酵工业中有机酸分离提取方法。

背景技术

富马酸(fumaric acid)，是一种重要的大宗化学品，可广泛应用于食品、化工、医药、涂料、树脂等领域，同时富马酸也是一种重要的四碳平台化合物，可以通过催化转化、脂化、加氢等工艺生产天冬氨酸、苹果酸、琥珀酸、马来酸、1，4-丁二醇等其它四碳化合物。

富马酸的生产方法有化学合成法和生物发酵法，当前富马酸生产的主要技术是化学合成法，但是早在20世纪初期，人们就已经开始了生物发酵法生产富马酸的研究，只是由于当时科技水平和人们认识的局限性，生物法合成富马酸一直处于较低的水平，基本上都是处于实验室研究阶段。近年来随着石油价格的不断上涨，生物发酵法制备富马酸再次成为人们研究的热点。

生物发酵法制备富马酸多采用米根霉或少根根霉等菌种，以葡萄糖为底物进行发酵生产，国内外学者在富马酸生产菌种选育方面做了大量的研究，本研究小组诱变筛选获得一株富马酸高产菌株并申请专利(公开号：CN101100645)。然而在富马酸发酵过程中，需要添加适量中和剂来中和生成的富马酸，Ying Zhou等在2002年的Bioprocess Biosyst Eng上发表文章探讨了不同中和剂对富马酸发酵的影响，发现以CaCO₃作为中和剂时富马酸产量最高。同样，1988年美国杜邦公司发表专利(专利号：4877731)在对富马酸发酵过程中的溶氧调控进行了保护，该专利中所采用发酵工艺依然是采用钙盐作为中和剂。可见，钙盐法作为有机酸传统的分离方法，在富马酸的分离中同样具有重要作用。然而，采用钙盐法制备有机酸会导致产物分离过程中产生大量的钙盐积累从而导致环境污染，随着2007年9月1日我国“节能减排全民行动”的正式启动，钙盐法分离提取有机酸必然会被淘汰。

近年来，人们还对从发酵液中提取有机酸的其它如：溶液萃取法、吸附法、离子交换法和电渗析法等进行了研究。研究发现：液液萃取技术具有选择性强和适用范围广的特点，但反萃问题尚未得到很好的解决，产物浓度很低；电渗析法技术原理简单，但操作过程中产生的热量易导致菌体失活，同时较强的反向对流使该过程不能达到高收率。使得以上方法均有一定的局限性。同时，有机酸的发酵过程也是一个产物抑制的过程，如何实现发酵液中有机酸的及时移出，提高产率和产量，是传统单一分离技术所无能为力的。

同时，有机酸的发酵过程也是一个产物抑制的过程，如何实现发酵液中有机酸的及时移出，提高产率和产量，是传统单一分离技术所无能为力。1993年A.Freeman等人在nature biotechnology发表文章总结了原位产物分离技术在生物过程中的应用，该技术在有机酸生产的应用越来越广泛。虽然早在1996年，George T.Tsao等人在Applied and Environmental Microbiology发表文章，利用R.oryzae具有自我固定的特性，设计了一种旋转生物膜接触器耦联吸附柱的装置用于米根霉的发酵和富马酸的吸附收集，富马酸产量为85g/L。但在该工艺发酵条件下，发酵液中富马酸浓度较低，树脂的吸附能力未能得到有效利用，从而使得发酵过程中树脂使用量相对增加，能耗和物耗增大，难以实现产业化应用。

本发明采用游离细胞发酵制备富马酸，利用中空纤维膜截留菌体，纳滤装置浓缩发酵液提高富马酸浓度，并采用离子交换树脂对发酵液中的富马酸进行实时吸附分离，提高了树脂的吸附能力，极大的降低了树脂在反应分离过程的使用量。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用米根霉发酵制备富马酸的过程中原位分离提取富马酸的方法，其特征在于利用游离化的米根霉菌菌体进行发酵的同时，采用中空纤维膜过滤、纳滤浓缩和离子交换吸附耦合技术分离提取富马酸。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种利用米根霉发酵制备富马酸的过程中原位分离提取富马酸的方法，其特征是由以下步骤组成：

(1)发酵培养：米根霉在反应器中经发酵培养得到发酵培养液；

(2)中空纤维膜过滤：米根霉在反应器中发酵培养时，反应器中发酵培养液pH值＜6.0时，发酵培养液进入中空纤维膜过滤，截留液返回反应器中，滤过液进入浓缩池；

(3)纳滤浓缩：浓缩池内pH值＞3.0时，浓缩池内的滤过液进入纳滤装置，相对分子质量＜100的物质透过纳滤膜返回反应器，其余物质被截留返回浓缩池形成浓缩液；