[发明专利]一种从发酵液中分离提纯1,3-丙二醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及微生物发酵产品的分离技术，特别涉及到从发酵液中分离1，3-丙二醇的方法。

背景技术

1，3-丙二醇(1，3-PD)是一种重要的化工原料，在制造聚酯纤维、聚氨酯、热熔胶、粉末涂料、抗冻剂、包装材料以及有机合成中间体等方面都有着广泛的应用，其中制造高性能的聚酯纤维PTT是目前主要的用途。1，3-丙二醇可通过化学法路线和生物法路线生产，采用生物技术生产1，3-丙二醇，以其绿色化学为特征，具有反应条件温和、操作简便、副产物少、环境污染小、可利用再生资源等特点，成为新世纪生物化工研究的热点之一。

1，3-丙二醇的发酵液是一个成份非常复杂的混合体系，主要成份包括产物1，3-丙二醇、微生物菌体、有机酸盐(包括乙酸盐、乳酸盐、琥珀酸盐)、无机盐、甘油、水、蛋白质及其它中间代谢产物等。由于产物1，3-丙二醇分子含有两个羟基，它的亲水性较乙醇更强，目前发酵液中产物的浓度为30～90g/L，要从稀发酵液中分离回收产品就变得极为困难，产品回收率低，而且分离成本很高。

为了能更有效地从发酵液中分离1，3-丙二醇产品，国内外科技工作者为此做出了不懈的努力，提出了许多工艺方法。如Janusz J等人采用液-液萃取方法从发酵液中分离1，3-丙二醇，并对其应用潜力作了评价(Biotechnology Techniques 199913：127-130)，结果表明，难以选择到合适的溶剂，萃取达不到理想的分离效果。在这一研究基础上，他们又进一步研究了反应萃取分离1，3-丙二醇的方法。其方法是在酸催化剂存在下，1，3-丙二醇与乙醛反应生成缩合物，然后用苯类溶剂(如甲苯、乙苯、二甲苯等)萃取，再经脱除溶剂、水解得到1，3-丙二醇。这一过程步骤繁琐，操作条件难以控制，产品收率也不高。

US6,603,048公开了一种沸石分子筛吸咐分离的方法，选择合适的分子筛并采用程序解吸达到分离的目的，该方法所选用的沸石为中孔合成沸石H-ZSM-5，分离微生物细胞后的发酵液通过吸附柱吸附，用不同浓度的乙醇水溶液进行分步解吸，该沸石分子筛不仅吸附1，3-丙二醇，同时也吸附甘油，且吸附容量低。该方法存在的主要问题是产物的选择性不高，而且吸附容量太小，实际应用还有一定困难。

US6,479,716提出了离子交换色谱法分离1，3-丙二醇，该方法采用了类似于移动床(SMB)的技术，能够有效地从发酵液中分离回收1，3-丙二醇。树脂为聚苯乙烯磺酸型强酸性阳离子交换树脂，处理步骤包括发酵液预处理、吸附分离、解吸及纯化。这种方法一次回收率不高，整个过程的效率也不高，分离的产品纯度只有50％～90％，且树脂的再生处理会产生大量的废水，大规模生产存在着许多实际困难。

发酵液处理的第一步就是除去菌体得到澄清发酵液。由于菌体颗粒细小，发酵液外观呈乳状液形式，除含有颗粒细小的细菌细胞和细胞碎片外，还含有水溶性蛋白质和其它胶状物，直接过滤除菌几乎是不可能的。目前多采用离心、膜过滤方法或外加絮凝剂的方法使菌体产生一定程度的絮凝，便于过滤除菌。离心除菌需要高速的离心设备，不能完全除菌，产品损失大。膜过滤存在的问题是分离能力小、分离时间长，易出现膜污染堵塞等。外加絮凝剂只能使部分菌体产生絮凝沉淀，且发酵液中存在的盐类不会结晶析出，会给后续处理过程带来很大的困难。

在现有的1，3-丙二醇制备工艺中，发酵过程大都采用钠盐发酵工艺。在发酵过程中，细菌要代谢产生大量的二氧化碳，为了控制发酵所需的条件，需要加入大量的KOH或NaOH以中和二氧化碳，这样发酵液中就存在大量的一价金属盐，分离过程难以除去，使得产品的分离变得更为困难，产品精馏时会产生严重的盐结晶和粘性物质阻碍蒸发的问题，产品收率低，而且分离成本很高。