[发明专利]一种发酵液中1;3-丙二醇的分离提取方法

说明书

本发明公开了一种发酵液中1,3‑丙二醇的分离提取方法，包括：（1）分离1,3‑丙二醇发酵液，除去不溶性固形物；（2）在发酵液中加入芳香醛类溶剂、缩醛化催化剂、相转移催化剂，搅拌下与1,3‑丙二醇进行缩醛化反应；（3）将上述反应液静置分层，芳香醛类溶剂及缩醛产物在上层有机相层，通过相分离除去下层水相层；（4）将所得有机相层进行蒸馏，得到缩醛产物；（5）加入纯水及水解催化剂对所得缩醛产物进行水解，静置分层，芳香醛类溶剂为有机相层，1,3‑丙二醇进入水相层，对水相层进行过滤或离心除去催化剂；（6）对所得水相层进行精馏脱水，再精馏收集1,3‑丙二醇馏分。该方法工艺简单、避免了有毒萃取剂的使用，分离得到的产品纯度高、收率高。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及微生物发酵产品的分离技术，特别涉及一种发酵液中1,3-丙二醇的分离提取方法。

背景技术

1,3-丙二醇(1,3-PDO)是一种重要的化工原料，在制造聚酯纤维、聚氨酯、热熔胶、粉末涂料、抗冻剂、包装材料以及有机合成中间体等方面都有着广泛的应用，其中制造高性能的聚酯纤维PTT是目前主要的用途。1,3-丙二醇可通过化学法路线和生物法路线生产，采用生物技术生产1,3-丙二醇，以其绿色化学为特征，具有反应条件温和、操作简便、副产物少、环境污染小、可利用再生资源等特点，成为新世纪生物化工研究的热点之一。

1,3-丙二醇的发酵液是一个成份非常复杂的混合体系，主要包括产物1,3-丙二醇、微生物菌体、有机酸盐（包括乙酸盐、乳酸盐、琥珀酸盐）、无机盐、甘油、水、蛋白质及其它中间代谢产物等。由于产物1,3-丙二醇分子含有两个羟基，它的亲水性较乙醇更强，目前发酵液中产物的浓度为30～90g/L，要从稀发酵液中分离回收产品就变得极为困难。

发酵液处理的第一步就是除去菌体得到澄清发酵液。由于菌体颗粒细小，发酵液外观呈乳状液形式，除含有颗粒细小的细菌细胞和细胞碎片外，还含有水溶性蛋白质和其它胶状物，目前多采用过滤、离心、膜过滤方法或外加絮凝剂的方法使菌体产生一定程度的絮凝，便于过滤除菌。离心除菌需要高速的离心设备，不能完全除菌，产品损失大。膜过滤存在的问题是分离能力小、分离时间长，易出现膜污染、堵塞等，需要频繁更换膜组件，且损失较大。外加絮凝剂只能使部分菌体产生絮凝沉淀，且发酵液中大量存在的盐类不会结晶析出，会给后续处理过程带来很大的困难。

在现有的1,3-丙二醇制备工艺中，发酵过程大都采用钠盐发酵工艺。在发酵过程中，细菌代谢产生大量的二氧化碳，为了控制发酵所需的条件，需要加入大量的KOH或NaOH以中和二氧化碳，这样发酵液中就存在大量的一价金属盐，分离过程难以除去，使得产品的分离变得更为困难，产品精馏时会产生严重的盐结晶和粘性物质阻碍蒸发的问题，产品收率低，而且分离成本很高。

由于发酵液中各种盐类、大分子蛋白及多糖类物质的大量存在，给分离工艺带来了极大的困难，需专门的手段和技术将这些杂质一步步脱除。现有工艺中也采用了许多技术进行脱除，如超滤、纳滤、醇沉工艺、电渗析及离子交换脱盐等，这些技术的应用，使1,3-丙二醇的分离提取过程变得更为复杂，操作成本高，产品损失大。

为了能更有效地从发酵液中分离1,3-丙二醇产品，国内外科技工作者为此做出了不懈的努力，提出了许多工艺方法。如Janusz J等人采用液-液萃取方法从发酵液中分离1,3-丙二醇，并对其应用潜力作了评价(Biotechnology Techniques 1999 13:127-130)。向波涛等人（清华大学学报(自然科学版) 2001, Vol. 41, No. 12）也提出了类似的方法，结果表明，难以选择到合适的溶剂，萃取达不到理想的分离效果。在这一研究基础上，他们又进一步研究了反应萃取分离1,3-丙二醇的方法，其方法是在酸催化剂存在下，1,3-丙二醇与乙醛反应生成缩合物，然后用苯类溶剂(如甲苯、乙苯、二甲苯等)萃取，再经脱除溶剂、水解得到1,3-丙二醇。这一过程步骤繁琐，所用反应试剂乙醛沸点低，挥发损失大，且需使用毒性大的苯类溶剂进行萃取分离反应物，产品收率也不高。