[发明专利]两步盐析萃取分离发酵液中1,3-丙二醇、乙酸和丁酸的方法

说明书

本发明属于生物工程技术领域，提供了一种两步盐析萃取分离发酵液中1,3‑丙二醇、乙酸和丁酸的方法。该方法为：将可溶性酸性无机盐溶解于1,3‑丙二醇发酵液中，加入疏水性有机溶剂，振荡混合，室温下静置分相，进行第一步盐析萃取，上相为富含丁酸的有机相，下相为富含1,3‑丙二醇和乙酸的盐相；用碱溶液或碱性无机盐溶液反萃取上相中的丁酸；向下相加入亲水性有机溶剂，进行第二步盐析萃取，萃取1,3‑丙二醇和乙酸。本发明解决了目前发酵法生产1,3‑丙二醇分离工艺中存在的1,3‑丙二醇与副产物难以分离、成本高等问题。该方法工艺简单，分离时间短，回收率高，分离成本低，是一种很有工业应用前景的分离方法。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，涉及微生物发酵液的分离技术，特别涉及一种利用盐析萃取技术分离发酵液中1,3-丙二醇、乙酸和丁酸的方法。

背景技术

1,3-丙二醇、乙酸和丁酸作为生产前景广阔的化工原料和中间体，在很多领域都有广阔的应用。1,3-丙二醇可用作溶剂、粘合剂、化妆品、保鲜剂以及合成聚酯、聚氨酯的单体，其中与对苯二甲酸合成的聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)，由于不易产生静电、抗紫外、良好的回弹性、耐污性以及生物可降解性等优点，在地毯、纺织和工程塑料等行业有巨大的应用前景。乙酸主要用于生产醋酸乙烯、醋酸酯、醋酐、双乙烯酮、氯乙酸、醋酸纤维等，或作为对苯二甲酸、农药、医药和燃料等工业生产过程中的溶剂或原料。丁酸可用于制造丁酸酯类、丁酸纤维素酯，也用作乳化剂、杀菌剂和萃取剂，丁酸及其衍生物还可以应用在食品、医药和饲料等领域。

传统上，1,3-丙二醇主要由化学法生产，随着化石能源的逐渐枯竭以及由此带来的环境和安全问题引起人们越来越多的担忧，因此生物转化法发酵生产1,3-丙二醇成为了研究的热点。目前国内多采用克雷伯肺炎杆菌将甘油转化为1,3-丙二醇的方法，该法所用的细菌是条件致病菌，且副产物有2,3-丁二醇、乙酸、乙醇、乳酸、琥珀酸、柠檬酸、甲酸等，产物分离比较困难。自然界中丁酸梭菌也能将甘油转化为1,3-丙二醇，该菌是益生菌，且副产物只有乙酸和丁酸。如果将发酵液中1,3-丙二醇分离的同时回收有机酸，那么将有利于降低分离成本，提高经济效益。

目前，从发酵液中分离1,3-丙二醇的方法主要是发酵液经过离心、絮凝处理或者膜过滤去除菌体和部分生物大分子，然后经过有机溶剂沉淀、有机溶剂萃取、反应萃取或者电渗析除盐等进行粗分离，除去部分杂质，最后通过精馏得到1,3-丙二醇。向浓缩的发酵液中加入乙醇能够析出大量沉淀，洗涤沉淀，洗涤液和上清液精馏可以得到1,3-丙二醇，但是此步骤需要消耗大量有机溶剂，且溶剂容易挥发损耗。用乙酸乙酯可以萃取1,3-丙二醇，其分配系数为0.22，加入少量乙醇作助溶剂可将分配系数提高到0.33，但是回收率依然很低。原因是1,3-丙二醇的亲水性太强，很难找到合适的溶剂将其高效萃取出来。反应萃取能将1,3-丙二醇转化成疏水性产物，从而被有机溶剂萃取，但是发酵液中成分复杂，多种副反应伴随进行，同时催化剂也容易失活，降低催化效率。若先将发酵液超滤去除部分杂质，然后利用电渗析去除小分子盐类，则有助于反应萃取，但电渗析能耗大，膜易污染，成本较高。由亲水性有机溶剂和无机盐组成的盐析萃取体系能够从发酵液中一步将1,3-丙二醇高效萃取出来，但有机酸(如乙酸、乳酸)同时也被萃取进入上相，使后续分离仍有困难。