[发明专利]萃取与发酵偶联分离发酵液中1,3-丙二醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，涉及到微生物发酵液的分离技术，特别涉及一种利用萃取技术偶联发酵分离微生物发酵液中1,3-丙二醇的方法。

背景技术

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料，有着广泛的用途，可用作溶剂、抗冻剂和保护剂和合成聚酯和聚氨酯的单体。以1,3-丙二醇(1,3-PD)为单体合成的聚酯(PTT)较以乙二醇为单体的聚酯(PET)有着更优良的特性，如：抗紫外、低静电，表面张力变小，抗污能力强；回弹性好，PTT的回弹性是PET的2倍，受到外力能迅速恢复原形；染色性好，染色温度低；并且PTT有能够生物降解、耐酸碱性强等优点。这些都表明1,3-丙二醇有着良好的应用前景，但价格偏高却阻碍了其的应用。目前发酵法生产1,3-丙二醇成为了研究的热点，科研工作者也在一直努力探索简便的方法来分离发酵液中的1,3-丙二醇。

目前，从发酵液中分离1,3-丙二醇的方法主要是发酵液经絮凝或膜过滤去除菌体和部分大分子物质，然后再通过醇类沉淀(如CN1460671A)、有机溶剂萃取(如DE863632397和US5008473)或电渗析除盐来去除发酵液中的杂质，最后通过精馏操作得到1,3-丙二醇。这些方法的共同点是都要脱除发酵液中的水分，不同之处在于去除发酵液中的大分子物质和小分子盐类的方式。Gong等人(Desalination,2004,161(2):169-178)首先对发酵液进行絮凝去除发酵液中的大分子物质，然后采用电渗析除去小分子盐类，但是电渗析操作产品损失较多，且膜易污染，成本高。

溶剂萃取因易放大、能耗低，被认为是一种很有工业化前景的技术。Boonsongsawat T等人(Sep Sci Technol,2010,45(4):541–547)用乙酸乙酯在30℃条件下萃取1,3-丙二醇，其分配系数为0.22。1,3-丙二醇高度亲水，难以找到合适的溶剂将其从发酵液中高效地萃取出来。加盐萃取可以显著地提高目标产物的分配系数，如Wu SH等人(Ind Eng Chem Res,2012,51(33):10930–10935)采用戊醇与磷酸钠、硫酸钠组成的盐析萃取体系，1,3-丙二醇的回收率达90％以上。如果所用有机溶剂是亲水的低分子物质，如甲醇、乙醇、丙酮等，就可以形成一种新型的双水相萃取体系，用于从发酵液中提取1,3-丙二醇和2,3-丁二醇(中国专利：ZL200710010201.X；ZL200710010203.9)。但高浓度无机盐的回收利用是该技术应解决的问题。

目前，还没有分离方法简单、分离效果好、能耗低、且适用于工业化生产的从微生物发酵液中分离1,3-丙二醇的方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前发酵法生产1,3-丙二醇的后续分离纯化产品的工艺存在的一些问题，如成本高，分离能力小，原料、盐、菌体回收困难，以及减压蒸馏后期出现盐结晶和黏性物质阻碍馏分蒸发等问题，提供了一种从微生物发酵液中分离1,3-丙二醇的新方法。该方法将发酵液中加入糖或糖和少量可溶性无机盐萃取1,3-丙二醇，同时萃取1,3-丙二醇后的下相经稀释后直接用于1,3-丙二醇的发酵从而实现下相的重复利用，实现了分离与发酵的耦合，减少了废水的排放，降低了分离能耗，是一种很有工业应用前景的从发酵液中分离1,3-丙二醇的方法。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种萃取与发酵偶联分离发酵液中1,3-丙二醇的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将糖或/和可溶性无机盐溶解于1,3-丙二醇发酵液中，得含糖混合液；

2)向步骤1)的含糖混合液中加入有机溶剂，振荡混合，在15-40℃下静置或离心至分相，得到上层的有机相和下层的水相相共存的萃取体系；

3)步骤2)得到的有机相，去除有机溶剂，得1,3-丙二醇粗品；

4)步骤2)得到的水相，去除有机溶剂后，加入水稀释至糖浓度为50-200g/L，补加发酵所需无机盐、微量元素、甘油，接入菌体，进行1,3-丙二醇的发酵。

进一步地，在上述技术方案中，所述1,3-丙二醇发酵液为含菌体的1,3-丙二醇发酵原液或去除菌体的1,3-丙二醇发酵清液，所述1,3-丙二醇发酵液中1,3-丙二醇浓度为40-150g/L。

进一步地，在上述技术方案中，在步骤1)所述的糖的加入量为萃取体系中的质量的10％～30％(ω/ω)，优选为10％～15％(ω/ω),更优选为12％(ω/ω)；所述可溶性无机盐的加入量为萃取体系质量的0.5％～7％(ω/ω)，优选为1％～3％(ω/ω),更优选为2％(ω/ω)。