[发明专利]一种分离提纯发酵液中乙偶姻的方法

说明书

本发明公开了一种分离提纯发酵液中乙偶姻的方法，该方法包括在发酵液中加入无机盐和弱极性有机溶剂进行萃取的步骤；其中无机盐的加入量为发酵液体积的25～125％，有机溶剂和发酵液的体积比为1～2:1。所述的弱极性有机溶剂为乙酸乙酯、甲基叔丁基醚、乙酸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种。采用本发明的方法，含乙偶姻的萃取相中几乎不含色素、残糖和有机酸杂质，萃取液可直接进行精馏，精馏过程中塔釜不易出现结垢现象；由于采用的溶剂极性小、比热容低，上相含水量低，回收能耗低，回收过程中乙偶姻损失小；操作简单，是一种具有工业应用前景的乙偶姻分离提取技术。

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中产物的分离技术，特别涉及一种利用多级逆流盐析萃取技术分离发酵液中乙偶姻的方法。

背景技术

乙偶姻(3-羟基-2-丁酮)是一种广泛存在于自然界的天然香料和重要的平台化合物，可用于合成香料双乙酰和四甲基吡嗪、光学活性的α-羟基酮衍生物以及多种医药中间体。

乙偶姻具有R-和S-两种光学异构体。目前商品化的乙偶姻产品多采用化学法合成，为两种光学异构体的外消旋混合物，而生物法制备获得的产物多以其中一种异构体为主，因而近年来发酵法生产乙偶姻的研究颇受关注。目前，这些研究多侧重于菌种的筛选与改造以及发酵工艺的优化，而乙偶姻的分离提取研究则较少。

已公开发表的发酵液中乙偶姻的分离主要有3种方法：1)树脂吸附法(CN102924253B)，乙偶姻发酵液通过装有吸附剂的吸附柱，经吸附、洗杂和洗脱过程，收集洗脱液得到乙偶姻溶液；2)双水相萃取法，采用丙酮和磷酸氢二钾组成的萃取体系从未预处理的发酵液中分离提取乙偶姻，上相中乙偶姻回收率可达94.1％，色素去除率为88.7％，蔗糖去除率95％(Chem.Eng.Comm.,199:1492-1503,2012)；3)发酵-衍生回收法，将发酵液中的乙偶姻转化为双乙酰(European patent,EP1826194)、四甲基吡嗪(J.Ind.Microbiol.Biotechnol.,37:815-821,2010)后回收。这些方法中，乙偶姻转化为四甲基吡嗪的转化率不是很高，转化为双乙酰是在气相中进行的；吸附法中树脂价格昂贵，处理量相对较小。相比较而言，采用丙酮-磷酸氢二钾体系进行萃取操作简单，易放大，具有一定的工业化前景。

利用亲水性有机溶剂和无机盐组成的双水相体系萃取发酵液中的生物基化学品是本课题组首先提出的一种分离新技术(CN 101012152 B)，在研究2,3-丁二醇分离时也对其前体乙偶姻的回收进行了监测，显示了与2,3-丁二醇类似的分配特性与回收率，但是在后续的操作中发现，由于乙偶姻易与水共沸，浓缩过程中乙偶姻损失较大。例如，利用旋转蒸发仪对含有62.3g/L乙偶姻的发酵清液在40～55℃进行减压蒸馏，浓缩至一半体积时蒸出的水中乙偶姻含量为34g/L，得到的浓缩液仅含94.4g/L的乙偶姻，回收率为75.8％；35～40℃减压蒸馏含84.7g/L乙偶姻的乙醇盐析萃取上相，浓缩至1/3体积时回收的乙醇中含有15.4g/L乙偶姻，浓缩液中含有202g/L乙偶姻，回收率为79.5％。另外，由于上相富含水，发酵副产物有机酸、可溶性蛋白、残糖、色素等不能彻底从发酵液中清除，例如乙醇和碳酸钾组成的双水相体系萃取盾叶薯蓣发酵液中的2,3-丁二醇时，乳酸和乙酸的去除率分别为67％和27％(化工学报，60(11):2798-2804，2009)，这给后续的分离纯化带来困难。

综上所述，利用亲水性有机溶剂-盐组成的双水相体系萃取发酵液中的乙偶姻时存在如下缺陷：1)上相富含水，浓缩过程中乙偶姻损失较大；2)上相中残留部分色素；3)糖、有机酸和蛋白未能彻底从上相中去除，若浓缩后直接精馏，则塔釜易结垢。

发明内容

本发明针对亲水性有机溶剂-盐形成的双水相萃取发酵液中乙偶姻时得到的上相含水、色素、残糖、有机酸较多、不利后续精馏等问题，提出了一种基于弱极性有机溶剂的多级逆流盐析萃取技术提取分离发酵液中乙偶姻的新方法。

本发明的技术方案如下：