[发明专利]一种利用连续色谱技术分离丁三醇发酵液的工艺

说明书

本发明公开了一种利用连续色谱技术分离丁三醇发酵液的工艺，将丁三醇发酵液经过离心和超滤处理后，得到的清液泵入装有吸附树脂的连续分离装置中进行吸附，再用低沸点的有机溶剂或者所述有机溶剂的水溶液作为解吸剂进行解吸，即可得产品丁三醇，以纯水作为再生剂进行吸附剂再生。本发明利用洗脱竞争作用，通过连续装置实现丁三醇分离纯化的目的，产品液中的丁三醇可高达2％～5％以上，纯度98％以上，平均收率99％以上，丁三醇的浓度经过色谱分离过程得到了提高，为进一步通过传统精馏法浓缩丁三醇节省了大量的能耗。

技术领域

本发明属于生物分离技术领域，具体涉及丁三醇发酵液的连续色谱分离工艺。

背景技术

1，2，4-丁三醇(BT)是一种易吸湿的水溶性多元醇，它经过硝化可得到1，2，4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)，可代替硝化甘油作为增塑剂。BTTN不但可以改善推进剂的低温力学性能，而且撞击感度比硝化甘油小，热稳定性也比硝化甘油高，因此它是一种有发展前途的可用于NEPE推进剂的优良增塑剂。在医药中，BT用于手术后镇痛和压制骨折后的疼痛、用来制备降胆固醇药和抗癌药、用作药物缓释剂等。在烟草中，用作烟草添加剂可以消除硝基化合物对人体的毒害，减少焦油成分对人体的伤害。在彩色显影液中，它可以改善其稳定性和色溶度。

丁三醇可通过化学合成和生物转化两种方法获得。在公开的丁三醇生产方法中，大多是化学合成法，但是化学合成法，反应条件苛刻，过程复杂。例如已公开的专利CN200710042816.0中，提供了化学法合成1，2，4丁三醇的方法，包括如下步骤：将丁烯二醇、H2WO4和N-甲基吗啉的混合溶液和环氧化剂通过设置在反应器顶部的设有二通道喷嘴的混合器混合后，进入反应器反应；反应器中的物料，通过循环泵送往反应器顶部的喷嘴，循环使用，收集环氧化物；环氧化剂选自富氧气体；将环氧化物、乙醇在催化剂的存在下，进行加氢反应，然后收集1，2，4-丁三醇。与化学法相比，微生物发酵生产丁三醇更能满足绿色、环保的要求。2003年，Niu等首先提出了BT的生物合成法。该方法以D-木糖或L-阿拉伯糖为底物，经过四步酶催化实现，使用莓实假单胞菌和大肠杆菌两种微生物作为催化剂。生物合成法具有成本低廉、反应条件温和、环境友好、安全高效等优点。但微生物发酵法得到的发酵液中除丁三醇外，还含有木糖、木糖酸、乳酸、乙酸等副产物需要分离。因此，急需寻找一种高效节能的分离提取方法。主要的分离方法有：蒸馏法、萃取法和吸附法。蒸馏法是利用各组分沸点不同，低沸点组分先蒸发冷凝来实现分离的一种热力学分离工艺。蒸馏法工业应用比较成熟，但是发酵液中产物的浓度较低，需处理的发酵液量较大，采用蒸馏方法能耗巨大。例如，专利CN2668212Y提出了一种真空分子蒸馏装置，用于分离一些特殊的热敏性物料或在分离过程中易分解的不稳定高分子有机化合物，将该装置应用于BT的分离提纯，结果发现经过多级分子蒸馏提纯后，BT的纯度可达90％以上，同时保持着较高的收率。溶剂萃取具有条件温和、设备简单和能耗低等优点，分配系数高且适合工业化应用的萃取剂的筛选是研究的热点。李敏等选用正戊醛作为反应剂，同时作为萃取剂，1，2，4-丁三醇和正戊醛反应生成疏水性缩醛，缩醛被萃取进入有机相和发酵液分离，随后将有机相中的缩醛水解生成1，2，4-丁三醇，回收率为84％。基于树脂的吸附色谱法具有操作简单、设备要求低、能耗小、环境污染少等优点，吸附法用于丁三醇的分离迄今为止无人报道。

因此本发明采用连续色谱技术四段式的操作方式，即吸附、洗杂、解吸和再生。吸附段中所需组分与杂质均会被树脂吸附，随着吸附过程的进行，弱吸附组分会被强吸附组分置换出来，因在连续工艺中，树脂的切换方向与料液的流动方向相反，强吸附组分会随着树脂的转动进入后续阶段，而弱吸附组分则会随着料液的流动流出树脂柱。洗杂段主要是除去树脂颗粒外空隙中的这部分料液，洗杂剂用水。经过洗杂段洗涤的负载树脂进入洗脱段进行洗脱操作。洗脱完成后再进行树脂的再生。在连续分离系统运行时，吸附、洗杂、洗脱和再生4个工序是同步开始的，不存在非活性树脂，树脂使用率大大提高。

发明内容