[发明专利]一种从发酵液中分离高纯度丁二酸的方法

说明书

一、技术领域

本发明属于生物化工分离领域，具体涉及的是一种从发酵液中分离高纯度丁二酸的方法。

二、背景技术

丁二酸(Succinic Acid)，又称琥珀酸，是碳四平台化合物中最为重要的有机二元酸之一，可广泛应用于聚酯、橡胶、制药、食品工业、防护涂料、染料和其他精细化学品等产业中。目前，丁二酸的合成主要采用丁烷经顺丁烯二酐化学电解法，这种方法污染大，成本高，严重阻碍了丁二酸的规模化生产。与化学电解法相比，生物发酵法制备丁二酸具有利用廉价可再生资源作为原料和固定温室气体二氧化碳实现减排等特点，最近受到了美国、日本、韩国和中国等国家学术与工业界的广泛关注。

在生物发酵制丁二酸过程中，发酵液中的主产物丁二酸及副产物甲酸、乙酸含量会随着发酵时间会有所累积。同时，这些增加的酸性组分也会降低发酵液的pH值，使得菌株偏离正常的生长环境，进而影响菌株的活性以及丁二酸收率。因此，在发酵过程中一般需要在发酵液中补充氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氨水、碳酸钠、碳酸镁、碳酸铵等碱性物质中和发酵液中的有机酸，维持发酵液pH值为近中性，发酵液中的丁二酸、甲酸和乙酸实际是以相应盐的形式存在。一般而言，从发酵液中分离获得丁二酸需将丁二酸盐转化为丁二酸。

JP62294090和US5168055报道了在发酵液中直接加入钙盐，与丁二酸负离子形成丁二酸钙沉淀，而后采用酸化、结晶的方式获得丁二酸产品的方法。尽管这种方法简单、较为节能，但在沉淀过程中会有部分蛋白和色素夹杂在丁二酸钙产品中，不仅影响了丁二酸的质量，而且在分离过程中加入的钙盐和硫酸也无法实现回用，造成了大量的浪费。

US5143834、JP2283289和JP2944157披露了采用电解方法获得丁二酸的方法。该过程是将低浓度的丁二酸盐溶液进行电分解，使其成为丁二酸的过饱和溶液和碱液。其中，分离出的碱液可以返回到发酵池中和丁二酸实现回用。然而，该电解工艺初期投资和运行费用较高，并且只适合电解丁二酸的一价盐发酵液，对丁二酸钙盐并不适合。

Yun Suk Huh等采用昂贵的三辛胺正辛醇溶液络合萃取丁二酸。该工艺采用毒性较大的三辛胺可能会影响丁二酸的品质，而且溶剂的回收使用也存在脱除杂质的问题（Process Biochemistry，2006年第41卷 1461–1465页）。JP2001514900将丁二酸发酵液进行预先酸化，而后加入硫酸铵盐析出丁二酸，但该过程涉及水相和甲醇两相操作，设备投资费用较高。US5958744公开了在发酵液中加入氨水和硫酸调节酸碱度，后续进行粗结晶和甲醇重结晶获得丁二酸的方法。该专利中，氨水和硫酸反应生成的硫酸铵在300℃高温条件下热分解可将氨水和硫酸循环使用，但在重结晶过程中使用有毒的甲醇对环境不友好。CN101748161尽管对US5958744中报道的方案进行简化，但仍然需要采用有毒性的甲醇作为丁二酸重结晶的溶剂。

US20090234160报道了从包含碱金属的丁二酸盐溶液中获得丁二酸的方法。该工艺利用碱金属硫酸盐与丁二酸溶解度随温度变化趋势不同的特点，在碱金属丁二酸盐溶液中加入硫酸，高温结晶沉淀分离出部分碱金属硫酸盐，而后低温沉淀脱除丁二酸结晶粗品，最后丁二酸粗品溶解、活性炭脱色、再结晶和干燥获得丁二酸产品。然而，该专利中披露的步骤较为繁琐，碱金属硫酸盐可能会影响丁二酸产品的品质。

CN100445257报道了从厌氧发酵液中分离获得丁二酸的方法。具体包括将厌氧发酵生产的丁二酸发酵液经微滤膜过滤、超滤膜超滤脱蛋白，活性炭脱色、酸化、蒸发浓缩和结晶等步骤，其过程较为繁琐，而且在蒸发浓缩4-6倍过程中，可能会有大量含有甲酸、乙酸的水蒸出，这部分水无法实现直接回用。

CN101475464公开了一种利用纳滤手段从发酵液中获得丁二酸的方法。尽管在该获得过程中不需要另外加入有机溶剂或活性炭，但该工艺设备投资较大，操作较为繁琐。

三、发明内容

丁二酸中的杂质组成，主要包括氮含量、色素含量和金属含量等指标，是影响丁二酸品质，特别是能否应用于聚酯、制药和食品等行业的关键。

本发明的目的是针对现有分离技术的各种不足，提出一种从发酵液中分离高纯度丁二酸的方法，其工艺路线简单、设备投资小、能耗低和便于操作，可实现大量水的回用，降低生产成本。

一种从发酵液中分离高纯度丁二酸的方法，包括以下步骤：

1）将丁二酸发酵液离心脱除菌体和大颗粒悬浮物得发酵离心上清液； 

2）将发酵离心上清液浓缩，蛋白质变性得蒸馏悬浊液；