[发明专利]提纯琥珀酸

说明书

优先权权益

本申请要求于2012年5月7日提交的临时申请序列号61/643,405的优先权权益。

发明领域

本发明涉及一种用于从发酵液中分离琥珀酸和/或二元琥珀酸盐的工艺。具体地说，本发明涉及一种提纯琥珀酸和/或其盐的方法，该方法涉及在非官能化树脂上使用色谱法。

背景

琥珀酸及其衍生物是有用的平台化学品，被广泛应用于聚合物、燃料添加剂、油墨、化妆品的制造，并且用作食品和药品中的添加剂。例如，琥珀酸可以作为一种进料用于生产颜料、溶剂、洗涤剂、金属镀层和聚丁二酸丁二醇酯聚合物，这些聚丁二酸丁二醇酯聚合物可用于取代例如软包装、农用薄膜和堆肥袋等应用中的常规塑料。

琥珀酸传统上由有限的、昂贵的并且引起污染问题的石油化学产品生产。由于应用的多样化，生产生物琥珀酸的替代方法已经在过去的几年里受到关注。一种已经得到了许多关注的更加环保的方法是通过厌氧菌由葡萄糖发酵生产琥珀酸。琥珀酸的发酵生产可以被看作是一种绿色技术，不仅因为可再生底物用于其生产，而且在发酵时CO₂被结合进琥珀酸中。因此，发酵琥珀酸为合成树脂、可生物降解的聚合物和化学中间体的制造提供了一种绿色的、生物衍生的原料。

尽管琥珀酸的发酵生产与基于石油化学的工艺相比具有几个优点，但是为了生物技术工艺能与石油化学生产竞争，希望将生产成本减到最少。(见例如，James McKinlay等人，“生物基琥珀酸盐工业展望(Prospects for a Bio-based Succinate Industry)，”应用微生物学与生物技术(A_PPL.M_ICROBIOL.B_IOTECHNOL).，(2007)76:727-740；通过引用结合在此。)总生产成本的约60％是由下游处理产生的，例如发酵液中的产物的隔离和提纯。从发酵液中提纯琥珀酸是开发一种成功的、有成本效益的用于回收酸的工艺中的关键步骤。

历年来，已经开发出了各种各样的方法来隔离琥珀酸。这些技术涉及使用超过滤、用氢氧化钙或氨沉淀、结晶、电渗析、液液萃取、吸附以及离子交换色谱法。(见，Tanja Kurzrock等人，“从发酵液中回收琥珀酸(Recover of Succinic Acid from Fermentation Broth)，”综述(Review)，生物技术快报(B_IOTECHNOLOGY L_ETTER)，(2010)32:331-339；通过引用结合在此。)多种杂质(包括盐类、有机酸类和剩余生物质)都能抑制纯琥珀酸的隔离或者含有琥珀酸的流的下游处理。因为这一点，已经提出了多种不同的解决方案用于提纯琥珀酸，但是这些解决方案都有缺点。

例如，其他人已经探索的一些处方具有的一个问题是常规离子交换解决方案分离所希望的琥珀酸的相对有限的能力。离子交换还没有被证明是一种可以转化为商业规模操作的可行的处理技术。迄今为止，还没有示出树脂具有对琥珀酸的足够大的容量以提供一种有效的吸附工艺。因此，吸附色谱法已经受到对琥珀酸的选择性和容量两者的限制。对于发酵流，可以应用使用离子交换除去盐类，但是需要使用酸类和碱类使树脂再生，并且只有在较低水平盐类存在时才是有效的。如果发酵液中的盐含量高，则离子交换系统会受到妨碍并且因为低的通过量而是无效率的。因此，离子交换树脂对于将盐从其他有机酸类中分离出来将是较低效率的。因而，这在具有高水平盐类的情况下不是有效的。此外，传统的离子交换技术不能容易地分离存在于发酵液中的不同的有机酸。电去离子(EDI)因为与膜污染相关的问题不能将不同的有机酸分离至对于高通过量的应用可行的程度。其他方法例如反应萃取需要有机溶剂和昂贵的试剂。

尽管所有这些技术已经取得了一些成功，它们已经受到或者成本、副产物废弃物产生或规模经济的限制。因此，由于这些原因，存在对更好的或更直接的回收琥珀酸的方法的需要，这些方法可以简化工艺并且减少下游处理的成本以及废弃物。

发明概述

本发明描述了一种在发酵液中提纯或者琥珀酸或者二元琥珀酸盐去掉杂质的方法。具体地说，该工艺涉及过滤一种发酵液；调整其pH以产生一种具有小于或等于约3.0的pH值的含有琥珀酸盐的滤液；使该酸化的滤液选择性地在从约20℃至约100℃范围内的操作温度下通过一个具有非官能化树脂的色谱柱，这样使得获得至少两种不同的馏分，其中的至少一种含有游离琥珀酸或琥珀酸盐。