[发明专利]从发酵液中提取富马酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，涉及一种从发酵液中提取富马酸的方法。

背景技术

富马酸又名延胡索酸，化学名称为反丁烯二酸或反-1，2-乙烯二羧酸，富马酸是一种重 要的有机基本化工原料和精细化工产品。在食品领域，富马酸可作为食品酸味剂并起着防 腐剂和抗氧化剂的作用，工业级富马酸主要用于生产不饱和聚酯树脂和醇酸树脂，以及用 作生产电泳漆的原料。富马酸的衍生物应用广泛。例如富马酸二辛酯和富马酸二异辛酯为 内增塑剂。富马酸作为一种重要的四碳平台化合物，可采用酶催化转化、酯化、加氢等工 艺生产L-天冬氨酸、苹果酸、琥珀酸、马来酸、1，4-丁二醇、丁内酯、和四氢呋喃等四 碳化合物。富马酸在药物生产中的应用更加广泛，它可用于生产解毒药二巯基丁二酸钠； 治疗人体小红血球贫血病的富马酸亚铁；临床使用的止痛药物富马酸异呱丙毗仑；新型的 抗变态反应药物富马酸酮替芬等。

富马酸的合成方法主要有化学法和发酵法。目前工业上主要采用顺酐异构化和糠醛氧 化等以化学法合成富马酸为主，由于顺酐的原料主要是苯和丁烷等不可再生的石油资源， 原料受到了限制，并且对环境的污染较大，由于原料的特性使得通过这种方法制备的富马 酸品质达不到食品级或饲料级的要求。使得富马酸的广泛应用也受到限制。虽然糠醛可由 植物原料水解得到，但是工艺副反应多，后处理困难，成本高。

微生物发酵生产富马酸的原料为可再生资源，如玉米浆、甘蔗、葡萄糖、木质纤维等， 发酵法操作条件温和，环境污染小，可持续发展性强，此外，发酵工程中吸收CO₂，发酵法 生产的富马酸纯度高且副产物无毒无害，符合食品级的要求。因此从环保和资源的利用上 来看，发酵法生产富马酸是一种新兴、很有发展潜力的绿色工艺。微生物发酵法制备富马 酸的常用菌种为根霉菌，如米根霉、少根霉、无根根霉以及黑根霉等。美国专利US4877731 公开了一种通过分阶段溶氧控制策略发酵R.arrhizus利用葡萄糖生产富马酸的方法，Tsao 教授等利用米根霉发酵产富马酸的方法(Bioprocess Biosyst Eng，2002，25：179-181)，中 国专利CN101240259A公开了一种工程菌Escherichia coli JM125生产富马酸的方法；中 国专利CN101100645A公开了一种用米根霉(Rhizopus Oryzae)ME-F11生产富马酸的方法。 目前，微生物发酵法生产富马酸的方法中，糖酸的转化率最高的只有85％。富马酸的产量 只占总酸产量的90％左右，发酵液中同时含有琥珀酸、苹果酸、α-酮戊二酸等多种有机酸。 因此将微生物发酵液中的富马酸进行后处理和提纯的研究具有重要意义。

从发酵液中提取富马酸最传统的方法有活性炭过滤法、溶剂萃取法和电渗析法。但是 由于活性炭对于含双键物质的强烈吸收，造成了富马酸的极大损失，对活性炭的处理也会 造成较大的环境污染。溶剂萃取法在提取的过程中需消耗大量昂贵的有机溶剂烷基化三膦， 导致提纯成本较高，残留溶剂的毒性也会对食品级及医药级产品的质量有不良影响，同时 该法还不适合高强离子强度的发酵液体系。。电渗析法在操作过程中产生的水电离易和发酵 液中钙镁等金属离子结合在膜上形成垢，降低电渗析膜的使用效果和寿命，，同时较强的反 向对流使该过程不能达到高收率。以上方法均具有一定的局限性，难以实现产业化应用。

George T.Tsao等人于1996年在Applide and Environmental Microbiology发表了 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偶联吸附柱的装置从 米根霉的发酵液中吸附收集富马酸的方法。但是该方法的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，从而使得发酵工程中树脂的使用量相对增加，能耗和物耗 较大，树脂的再生需会产生大量的废水，同样不适合工业生产。

中国专利CN101235394A公开了一种中空纤维膜过滤、纳滤浓缩和离子交换吸附耦合技 术分离提取富马酸的方法。该方法在分离过程中需要精确控制溶液的酸度；虽然提高了树 脂的利用率，但从大孔树脂洗脱富马酸时需要大量的碱溶液，树脂的再生也会产生大量的 废水，对环境不友好；由于树脂对于琥珀酸和苹果酸同样具有吸附能力，因此无法有效分 离琥珀酸和苹果酸等杂质有机酸。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种从发酵液中提取富马酸的方法。

本发明的技术方案概述如下：