CN1190400C - 微生物发酵液中提取分离1,3－丙二醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物工程技术领域，涉及发酵液中提取分离产品技术，特别涉及从发酵液提取分离1，3-丙二醇的方法。本发明的特征在于带菌的发酵液直接蒸馏浓缩到原体积的1/2～1/20；冷却后，按1∶0.3～1∶5的体积比加入乙醇或甲醇、正丙醇、异丙醇、丙酮、丁酮等，然后通过沉降或过滤或1000～4500rpm离心分离沉淀，取上清液；再用1∶1～1∶10的体积比的同样的醇或酮洗涤沉淀，然后通过沉降或过滤或1000～4500rpm离心分离沉淀，取上清液；将所得上清液通过蒸馏或精馏回收醇或酮。本发明解决目前发酵法生产1，3-丙二醇分离工艺中存在的问题，如分离能力小，减压蒸馏后期出现盐结晶和粘性物质阻碍蒸发等问题。本发明的优点是工艺简单，分离成本低，分离时间短，产品纯度高可广泛用于发酵法生产1，3-丙二醇产品分离。
Description
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，特别涉及到从微生物发酵液中分离1，3-丙二醇的方法。
背景技术
众所周知，1，3-丙二醇是一种重要的化工原料，与乙二醇、1，2-丙二醇和1，4-丁二醇有着同样的用途，但它与对苯二甲酸合成的新型聚酯材料聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)具有许多聚酯材料所不具备的优良特性，如尼龙样的弹性恢复、抗紫外、臭氧及氮氧化物的着色性、低静电、低水吸附、全色范围内无需添加任何特殊化学品而呈现出的良好的连续印染性及可生物降解性等。这些都表现出了1，3-丙二醇美好的应用前景，但其昂贵的价格却阻碍了其应用。自从发酵法生产1，3-丙二醇成为可能以来，科研工作者一直努力探索一条既省事又可降低成本的分离方法。
目前从微生物发酵液中提取分离1，3-丙二醇，多采用带菌发酵液经高速离心或经膜(如纤维膜)过滤分离细胞，然后通过萃取剂萃取如DE863632397和US5008473、分子筛如WO0125178、或减压蒸馏方法提纯1，3-丙二醇。上述工艺中，高速离心不仅能耗较高，而且分离能力有限。对于大宗化工原料的生产，膜过滤分离存在的缺点是成本较高，分离能力较小，分离时间长，操作压力较高，而且易出现膜污染膜堵塞等问题。在发酵液中直接添加助滤剂/絮凝剂，有助于沉淀部分菌体、核酸和蛋白，但发酵液中的盐不会结晶而析出，在减压蒸馏过程中仍会形成粘性物质，阻碍1，3-丙二醇的蒸发。Baltycka等人Biotechnology Progress(2000，16：76-79)公开报导采用反应萃取，其一般步骤是，在发酵液中加入醛，使1，3-丙二醇与醛缩合，脱去有机相中水后，用邻二甲苯或甲苯或乙苯萃取，然后通过水解得到1，3-丙二醇。可见，反应萃取工艺需要多步操作，由此造成分离效率较低，操作工艺复杂，操作条件难控制等问题使工业推广有一定难度，目前此方面的研究仍处在实验室阶段。Malinowski等人在Biotechnology Progress(1999，13(2)：127-30)报道采用液-液萃取方法，但目前离工业化还有一定距离，存在的问题是萃取效率较低，专一性强的萃取剂选择较为困难。
发明内容
本发明的目的是针对目前发酵法生产1，3-丙二醇后续分离纯化产品的工艺中存在的一些问题，如成本高，分离能力小，以及减压蒸馏后期出现盐结晶和粘性物质阻碍馏分蒸发等问题，而提出一种从发酵液中分离1，3-丙二醇的有效方法，使微生物发酵法生产1，3-丙二醇在技术上、经济上可行。
本发明技术方案是：
1)将带菌的发酵液直接蒸发浓缩到原发酵液体积的1/2～1/20，同时收集蒸汽，冷凝，用来配制培养基或碱液；
2)将步骤1)得到的浓缩液冷却后，按1∶0.3～1∶5的体积比加入乙醇或甲醇、正丙醇、异丙醇、丙酮、丁酮等，然后通过自然沉降或过滤或小于1000～4500转每分钟离心分离沉淀物，取上清液；
3)将步骤2)得到的沉淀，按1∶1～1∶10的体积比加入上述同样的醇或酮，搅拌，洗涤沉淀。然后通过自然沉降或过滤或1000～4500转每分钟离心分离沉淀物，取上清液；
4)将步骤2)和步骤3)所得上清液混合，通过蒸馏或精馏回收醇或酮；
5)将步骤4)所得的溶液通过减压蒸馏收集富含1，3-丙二醇的馏分；步骤4)和步骤5)可以在同一装置中进行。
本发明的效果和益处是：
克服了目前从微生物发酵液中提取分离1，3-丙二醇工艺存在的诸多弊端，使工艺得以简化，成本降低，经济可行。具体表现在：带菌发酵液直接浓缩解决了目前高速离心和膜分离能耗高，分离能力低和工艺复杂等缺点；将蒸出水收集用来配制培养基和碱液，不仅节约水资源，而且将蒸发夹带的1，3-丙二醇得以回收，减少了产品的损失；加醇(或酮)不仅将菌体与发酵液得以分离，而且将发酵液中核酸、蛋白和部分盐得以沉淀，同时也解决了减压蒸馏后期出现的盐结晶和粘性物质影响1，3-丙二醇蒸发等问题。
具体实施方式
以下详细叙述本发明技术方案和具体实施例。
步骤1
将带菌的发酵液直接蒸发浓缩到原发酵液体积的1/2～1/20，同时收集蒸汽，冷凝，用来配制培养基或碱液，蒸发操作可以是单效的也可以是多效；
步骤2
将步骤1)得到的浓缩液经自然或强制冷却到室温后，按1∶0.3～1∶5的体积比加入乙醇或甲醇、丙醇、异丙醇、丙酮、丁酮等，搅拌10～30分钟，静置3～12小时，然后通过自然沉降或过滤或小于1000～4500转每分钟离心分离沉淀物，取上清液；
步骤3
将步骤2)得到的沉淀，按1∶1～1∶10的体积比加入上述同样的醇或酮，搅拌10～30分钟，洗涤沉淀，然后通过自然沉降或过滤或1000～4500转每分钟离心分离沉淀物，取上清液；
步骤4
将步骤2)和步骤3)所得上清液混合，通过蒸馏或精馏回收醇或酮，蒸馏或精馏可以在常压或减压下操作；
步骤5
将步骤4)所得的溶液通过减压蒸馏收集富含1，3-丙二醇的馏分；步骤4)和步骤5)可以在同一装置中进行。
实施例：
本实施例中所用发酵液是采用克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)批式流加甘油发酵生产1，3-丙二醇所得到的，其中1，3-丙二醇的浓度为63g/l。
克雷伯氏杆菌(K.pneumoniae)是购自中国普通微生物菌种保藏中心(CGMCC)，菌种保藏号：1.1736。
分离过程分五步：
1)取350ml的发酵液在旋转蒸发仪进行减压蒸馏，真空度为0.088MPa，温度控制≤75℃，浓缩到60～80ml；
2)静置冷却到室温后，加140ml 95％工业乙醇，搅拌15分钟后静置5小时，再在3000rpm离心10分钟，取上清液；
3)将沉淀物加70ml 95％工业乙醇，搅拌15分钟后，在3000rpm离心10分钟，取上清液；
4)将前两步所得上清液混合，在水浴中经减压蒸馏，真空度为0.088MPa，温度控制≤75℃，回收乙醇；
5)通过减压蒸馏，真空度为0.088MPa，在油浴中收集160～185℃的富含1，3-丙二醇的馏分。所得产品的纯度为99％，回收率为85％。
Claims (1)
1、微生物发酵液中提取分离1，3-丙二醇的方法，其特征是：
1)将带菌的发酵液直接蒸发浓缩到原发酵液体积的1/2～1/20；
2)将步骤1)得到的浓缩液冷却后，按1∶0.3～1∶5的体积比加入乙醇或甲醇、正丙醇、异丙醇、丙酮、丁酮，然后通过自然沉降或过滤或1000～4500转每分钟离心分离沉淀物，取上清液；
3)将步骤2)得到的沉淀，按1∶1～1∶10的体积比加入上述同样的醇或酮，搅拌，洗涤沉淀，然后通过自然沉降或过滤或1000～4500转每分钟离心分离沉淀物，取上清液；
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