[发明专利]从发酵培养基回收并使用羧酸

说明书

优先权要求

本申请要求2012年12月20日提交的美国临时申请号61/739,769的优先权的权益，该申请的内容结合在此。

技术领域

本发明涉及一种用于生产羧酸的方法。具体地，本发明涉及一种用于从发酵培养基中回收羧酸的方法。

背景技术

羧酸，例如四碳琥珀酸、苹果酸、马来酸和富马酸，以及它们的衍生物作为各种其他化学品的前体分子发挥了重要作用，这些化学品包括可生物降解的聚酯树脂、染料、以及药物和作为食品工业中的添加剂。目前，例如，琥珀酸是从原油通过马来酐催化氢化为琥珀酸酐并随后水合或通过马来酸的直接催化加氢而大量商业生产的。这种从石油化学品生产琥珀酸的传统方法是昂贵的并产生污染问题。近年来，许多人已经寻求开发一种借助于生物基发酵方法来生产琥珀酸的更加成本竞争力且环境友好的方法。一种重要二元羧酸的发酵生产是有利的，这不仅是因为使用了可再生底物，而且还因为在发酵过程中将温室气体CO₂结合到琥珀酸中。

例如，这些生物衍生的琥珀酸(BDSA)方法试图通过从生物质发酵葡萄糖来生产琥珀酸、分离并纯化该酸，并且然后催化处理它作为平台化学品来生产，例如，1,4-丁二醇(BDO)和相关产品、四氢呋喃和γ-丁内酯；N-甲基吡咯烷酮(NMP)、2-吡咯烷酮或用于制造广泛分类产品的其他化学品。每年，现有国内市场的此类化学品总额近10亿英镑，或超过13亿美元。该BDSA方法还希望减少对进口石油的依赖并希望扩大国内农业市场至更多食物来源。

然而，通常，从发酵培养基中回收二元羧酸涉及形成二酸的不溶性盐类，典型地，不溶性钙盐。在通过真菌如米根霉(Rhizopus oryzae)或米曲霉(Asperigillus oryzae)发酵的情况下，其分别优选制备富马酸和苹果酸，典型地将钙以CaCO₃的形式引入培养基中，其在溶液中形成Ca(HCO₃)₂。碳酸氢盐有效维持培养基的pH，因为产生的二酸倾向于降低pH。二酸以钙盐的形式回收。此种C₄二酸的钙盐在水溶液中具有非常低的溶解度(典型地在室温下小于3克/升)，并且不适合于需要游离酸的许多应用，如化学转化为衍生产品像丁二醇和类似物。因此，钙盐典型地溶解在硫酸中，形成不溶性的硫酸钙，其可以容易地从游离二酸分离。硫酸钙是一种具有很少商业应用的产品，并且因此典型地作为固体废物被丢弃在垃圾填埋场或者其他固体废物处置场所。

在例如WO2010/147920中所述的一种替代方法，而不是使用碳酸钙，使用一种含有镁氧的化合物来维持用于真菌生长的介质的pH，这些化合物例如MgO、Mg(OH)₂、MgCO₃、或Mg(HCO₃)₂，所有这些在水溶液中形成碳酸氢盐。发现使用镁而不是钙提高了通过发酵生产酸。发酵是在5-8并且更优选6.0-7.0的pH下进行。通过添加镁氧化合物来维持pH，并且将CO₂引入到介质中与镁氧化合物组合以维持碳酸氢根(HCO₃^-)的摩尔分数为至少0.1并且最优选约0.3，基于在该介质中HCO₃^-、CO₃^-2、以及CO₂的总摩尔数。在发酵结束时，该介质的液体部分含有大多数二酸作为可溶性镁盐，将其从含有沉淀盐和其他不溶性物质的介质的固体部分中分离。溶解的酸式盐是通过使用无机酸如硫酸将pH降低至低于该二酸的等电点，并将该介质的温度降低至(最优选)不大于5℃转化成游离酸形式，这从溶液中沉淀出游离酸。

虽然可用于生产游离酸，所描述的对于使用镁盐的技术结果是昂贵的，首先是因为镁氧化合物比类似的钙化合物的成本相当更多，而且还因为大量的镁以无机酸的镁盐的形式保留在发酵介质中，并且对于进一步发酵或其他目的不是有用的。此外，需要降低回收的可溶性盐的温度以沉淀出游离酸增加了附加的能源成本。