[发明专利]3-羟基丁酮的一种纯化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从发酵液中分离纯化3-羟基丁酮的方法，属于工业微生物技术领域。

背景技术

3-羟基丁酮(acetoin)又名乙偶姻、甲基乙酰甲醇，广泛存在于玉米、葡萄、可可、苹果、香蕉、麦芽、动物组织中，也是多种微生物糖代谢的中间代谢产物。3-羟基丁酮是乳酸菌发酵牛奶过程中产生的一种主要的香味物质，具有特有的奶油香味，多用作奶油、干酪、咖啡的香味增强剂，作为一种食用香料，美国食品和萃取协会(FEMA)已批准在食品中使用，其安全号为2008，我国GB2760-1996也已明确规定允许食用。

3-羟基丁酮分子式为C₄H₈O₂，分子量88.12，有两个手性异构体，化学结构式见图1。3-羟基丁酮单体为无色或淡黄色液体，呈奶油香气，两分子3-羟基丁酮易聚合成二聚体，二聚体为白色结晶粉末。3-羟基丁酮熔点15℃，沸点148℃，能自燃，混溶于水，溶于乙醇、丙二醇，微溶于乙醚，在植物油中几乎不溶。

3-羟基丁酮生产方法主要包括化学合成法和生物转化法。化学合成主要采用两种方法：一种是通过丁二酮部分加氢还原；另一种是通过2，3-丁二醇选择性氧化。生物转化法，一种是利用酶法转化丁二酮生产，另外是通过微生物发酵糖质原料生产。无论以化学合成生产还是生物酶法转化都是以丁二酮或2，3-丁二醇为原料，但是丁二酮和2，3-丁二醇也是合成香料，而非大宗化工产品，因此原料来源及价格都受到限制，这可能也是目前3-羟基丁酮没有得到较好研究开发的原因之一。以糖质为原料利用微生物发酵生产丁二酮和2，3-丁二醇文献报道比较多，但通常3-羟基丁酮只是作为副产物。

3-羟基丁酮作为一种食用香料和一种重要的平台化合物，其需求量日益增加，尤其是随着人们生活水平的不断提高，对食品的安全性提出了更高的要求。目前，国际上主要有美国JM公司、德国BASF公司和日本信达公司生产3-羟基丁酮，这三家公司均采用化学合成法获得。国内也有部分企业从事3-羟基丁酮的工业化生产，主要包括江苏潘南香料厂、河南濮盟集团、上海泰禾化工有限公司、上海爱普香料有限公司以及上海凯信生物科技有限公司等。其中除上海爱普香料有限公司和上海凯信生物科技有限公司外，其余生产厂家均采用化学法生产，产量质量无法满足国内外市场对天然香料的需求。最新报道显示，上海爱普香料有限公司正在联合国内相关高校进行发酵法生产天然3-羟基丁酮及其衍生物的产业化研究，并已经取得了初步进展，获得了一株高产3-羟基丁酮的短小芽孢杆菌，申报了相关专利(申请号：200410084381.2)；上海凯信生物科技有限公司正在进行以微生物发酵技术生产天然、旋光性3-羟基丁酮的产业化研究，据称已获得Kosher认证证书，并通过天然度检测权威机构——美国乔治亚大学(University of Georgia)天然度检测，但其尚处于试生产阶段，生产规模很小，无法满足市场的巨大需求。开展3-羟基丁酮的生产及应用研究，尤其是开展环境友好、原料来源丰富、条件温和、产品可视为纯天然的微生物发酵法生产3-羟基丁酮的技术研究，具有重要的意义。

目前，对3-羟基丁酮生产菌株和发酵工艺的研究较多，对发酵液中3-羟基丁酮的分离纯化工艺几乎未见报道。蒸馏法从发酵液中提取2，3-丁二醇的文献报道较多。2，3-丁二醇的沸点是118℃，其它物理性质与3-羟基丁酮相似，研究报道多采用蒸馏法实现2，3-丁二醇的分离提取。

发明内容

本发明的目的是提供一种从生物发酵液中分离纯化3-羟基丁酮的工艺方法，以减压蒸馏和渗透蒸馏相结合的提取工艺为特征，解决了单纯的减压蒸馏没有浓缩作用的问题，提高了3-羟基丁酮的商业价值。具有工艺简单、产品纯度高、易于规模化提取等优点。

本发明按下述工艺步骤操作：

1、发酵液减压蒸馏：将发酵液离心去菌体，在60～90℃下减压蒸馏，回收冷凝液，测定3-羟基丁酮含量。

3-羟基丁酮含量采用气相色谱法测定。采用热导检测器，柱长1.5m，内径6.35mm，内装20％聚乙二醇20M(Carbowax20M)载于酸洗过的60/80目硅藻土载体上，或其他能分离双乙酰、水和甲基乙酰原醇的组分。测定时采用下列条件：试样2μg；进样温度约195℃；柱温约130℃，检测器约230℃；载气氦的流量约为每分钟35ml。平均滞留时间：双乙酰为2min15s，水为3min，甲基乙酰原醇为12min。所得甲基乙酰原醇的峰面积不得少于所有各峰总面积的96.0％。