一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法，其提取方法为（1）丁二酸发酵液的制备（2）使用氨气将丁二酸盐转化为丁二酸二铵再酸化处理丁二酸发酵液（3）丁二酸的提取（4）引入镁盐制氨工艺和双极膜电渗析回收酸碱工艺，回收利用蒸发水、氨气、碳酸镁悬浊液、盐酸；过程中经过丁二酸二铵的中间产物实现了过程中的清洁生产，同时避免了传统工艺过程中使用了树脂交换将丁二酸二铵转化为丁二酸，造成污水排放量大的问题，且降低了过程难度，是一个闭合的清洁生产工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法
本专利技术涉及一种使用丁二酸发酵液，经过丁二酸二铵过程提取丁二酸的方法。本专利技术属于生物化工

技术介绍
丁二酸（succinicacid）又名琥珀酸，广泛存在于生物体中，是一种重要的二元有机羧酸，也是微生物三羧酸循环糖酵解途径的重要代谢产物。目前，丁二酸可以通过微生物发酵制备而得。微生物发酵制备丁二酸的过程中，根据微生物的种类和发酵工艺的不同，产生了许多不同的后提取的工艺方法。分离纯化的过程就是除去不溶性杂质，将丁二酸盐转化为游离的丁二酸，并将其浓度提高到所需要的过程。一种路线短、成本低、无污染、操作简便的分离提取工艺对于工业化发酵生产丁二酸是非常关键的。分离纯化的过程就是除去不溶性杂质，将丁二酸盐转化为游离的丁二酸，并将其浓度提高到所需要的过程。一种路线短、成本低、无污染、操作简便的分离提取工艺对于工业化发酵生产丁二酸是非常关键的。目前研究的几种提取工艺有液-液萃取法、钙盐结晶分离法、硫酸铵裂解分离法和膜分离法等。液-液萃取法是化学工业中一种效果良好、应用广泛的方法，但提取过程中使用了大量有机溶剂，残留溶剂的毒性影响了其在医药食品行业的应用。钙盐法需消耗大量硫酸、氧化钙或氢氧化钙，且不能循环利用。膜法提取效率高，但过程中容易发生堵塞，流程不稳定。US5168055披露了一种不消耗大量试剂，也不产生大量副产物的生产和纯化丁二酸的工艺，生产过程中的副产物硫酸铵可实现循环利用，从而形成一个闭合的清洁生产过程，丁二酸晶体是唯一的产物，但此结晶过程操作条件比较苛刻，难度较大。CN101665428提供了一种提取丁二酸的方法，使用了氨气、碳酸铵或碳酸氢铵将丁二酸盐转化为丁二酸二铵，再使用阳离子交换树脂转化为丁二酸；其中再生阳离子交换树脂的清洗液制备铵盐作为化肥使用，回用镁沉淀物至发酵体系。该方法使用了树脂交换的传统工艺过程，造成污水排放量大，且回收可作为化肥的铵盐时需要将清洗的水全部蒸干，回收成本高。整个流程未能实现闭合，无法回收过程中使用的盐类物质和盐酸，造成了辅料浪费及环境污染问题。这种方法不适于工业化生产要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法，其提取方法如下：（1）丁二酸发酵液的制备①在发酵釜中使用种子培养基对琥珀酸放线杆菌进行培养，所述种子培养基的组成成分按质量浓度计为：蛋白胨5g/L，玉米浆20g/L，葡萄糖20g/L，磷酸二氢钾1.5g/L，磷酸氢二钠1.5g/L，酵母膏5g/L，去离子水配制，所述发酵釜中需二氧化碳的每分钟体积通入量为0.1%~0.5%的发酵罐体积，过程中流加碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液，维持体系pH值稳定在6.0-7.0；②将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，在发酵釜中进行培养得丁二酸发酵液，所述发酵培养基的组成成分按质量浓度计为：蛋白胨5g/L，玉米浆10g/L，葡萄糖100g/L，磷酸二氢钾2.5g/L，磷酸氢二钠2.5g/L，酵母膏5g/L，乙酸钠5g/L，用去离子水配置，所述发酵釜中需二氧化碳的每分钟体积通入量为0.1%~0.5%的发酵罐体积，过程中流加碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液，维持体系pH值稳定在6.0-7.0；此时丁二酸发酵液的主要组成物质为丁二酸镁和发酵过程的培养基残留物；（2）丁二酸发酵液的处理①将丁二酸发酵液由泵输送进入陶瓷膜组件，过滤得清液；②将清液转入丁二酸二铵转化罐中，氨气从转化罐底部进入，pH值到10~10.2后反应完毕，停止氨气进入，反应得转化液；③将转化液由泵输送进入陶瓷膜组件进行二次过滤，分离丁二酸二铵和氢氧化镁固体，得含有丁二酸二铵的清液和氢氧化镁悬浊液，氢氧化镁悬浊液质量浓度达到20%；④将含有丁二酸二铵的清液转入酸化釜中，加入5%的盐酸调节溶液pH值为2，生成丁二酸和氯化铵混合溶液；（3）丁二酸的提取①将经过步骤（2）④处理后的混合溶液由泵输送进入蒸发塔，溶液中水蒸气从蒸发塔上部流出，溶液浓度浓缩至丁二酸含量为25%~30%，得浓缩液；②将浓缩液转入结晶罐，搅拌转速为20~30rpm，控制温度降低至8~10℃后，停留4小时，结晶完毕；③将经过步骤（3）②处理后的溶液转入离心机，离心得丁二酸晶体产品和结晶母液；（4）副产物的回收与利用①蒸发水的回收与利用：将经过步骤（3）①流出的水蒸气经过冷却器回收蒸发水，用于任意需水步骤；②氨气的回收与利用：将步骤（3）③回收的结晶母液与步骤（2）③回收的氢氧化镁悬浊溶液混合转入氨气发生罐反应，控制温度为120~130℃，压力1.5~2kg/cm2，pH值为9~10，生成的氨气转入步骤（2）②利用，结晶母液与氢氧化镁悬浊溶液反应完毕后得反应相，反应相为质量浓度20~25%的氯化镁溶液；③碳酸镁悬浊液的回收与利用：将氢氧化钠溶液装入喷射器，吸收二氧化碳后生产碳酸钠，碳酸钠转入双极膜电渗析设备中；将经过步骤（4）②的反应相转入碳酸镁生成罐，与碳酸钠混合生成碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液和氯化钠溶液，碳酸镁悬浊液转入步骤（1）②利用，氯化钠溶液由双极膜电渗析设备回收生成盐酸；④盐酸的回收与利用：回收步骤（4）③双极膜电渗析设备中生成的盐酸，转入步骤（2）④利用。一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法，其中，所述丁二酸发酵液中丁二酸镁的质量百分比含量为8%~12%。本专利技术的有益效果为：使用琥珀酸放线杆菌（Actinobacillussuccinogenes）CGMCC1593厌氧发酵进行丁二酸的制备是一种非常可靠的高效的方法。以碳酸镁作为发酵过程中的pH调节剂，则发酵液中主要组成物质为丁二酸镁和发酵过程的培养基残留物。提取过程中经过丁二酸二铵的中间产物有利于实现过程中的清洁生产工艺，适当改变过程中所涉及的其它的化学品，降低过程难度，即可达到工业化生产的要求，且过程中采用酸化法将丁二酸二铵转化为丁二酸，避免了传统工艺过程中使用了树脂交换，造成污水排放量大的问题。实验中发现，如果过程中引入镁盐制氨工艺和双极膜电渗析回收酸碱的工艺，使过程达到闭合的清洁工艺，同时降低了过程难度，例如，避开了高温分解硫酸氢铵的步骤等。整个工艺过程，产生了丁二酸晶体产品，蒸发水、氨气、碳酸镁悬浊液、盐酸都可回收与利用，无其他副产物生成。需要说明的是，由于微生物发酵特点，发酵液中有少量的乙酸生成，因此乙酸会在过程中累积，但这并不影响本专利提出的工艺过程和方法。具体实施方式实施例一一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法，其提取方法如下：（1）丁二酸发酵液的制备①称取蛋白胨5kg，玉米浆20kg，葡萄糖20kg，磷酸二氢钾1.5kg，磷酸氢二钠1.5kg，酵母膏5kg，去离子水947kg配置成总质量为1000kg的种子培养基，在发酵釜中使用种子培养基对琥珀酸放线杆菌进行培养，所述发酵釜中需二氧化碳的每分钟体积通入量为10L，过程中流加碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液，维持体系pH值稳定在6.0-7.0；②称取蛋白胨50kg，玉米浆100kg，葡萄糖1000kg，磷酸二氢钾25kg，磷酸氢二钠25kg，酵母膏50kg，乙酸钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法，其特征为，其提取方法如下：（1）丁二酸发酵液的制备①在发酵釜中使用种子培养基对琥珀酸放线杆菌进行培养，所述种子培养基的组成成分按质量浓度计为：蛋白胨5g/L，玉米浆20g/L，葡萄糖20g/L，磷酸二氢钾 1.5g/L，磷酸氢二钠1.5g/L，酵母膏5g/L，去离子水配制，所述发酵釜中需二氧化碳的每分钟体积通入量为0.1%~0.5%的发酵罐体积，过程中流加碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液，维持体系PH值稳定在6.0‑7.0；②将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，在发酵釜中进行培养得丁二酸发酵液，所述发酵培养基的组成成分按质量浓度计为：蛋白胨5g/L，玉米浆10g/L，葡萄糖100g/L，磷酸二氢钾 2.5g/L，磷酸氢二钠2.5g/L，酵母膏5g/L，乙酸钠5g/L，用去离子水配置，所述发酵釜中需二氧化碳的每分钟体积通入量为0.1%~0.5%的发酵罐体积，过程中流加碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液，维持体系PH值稳定在6.0‑7.0；此时丁二酸发酵液的主要组成物质为丁二酸镁和发酵过程的培养基残留物；（2）丁二酸发酵液的处理①将丁二酸发酵液由泵输送进入陶瓷膜组件，过滤得清液；②将清液转入丁二酸二铵转化罐中，氨气从转化罐底部进入， PH值到10~10.2后反应完毕，停止氨气进入，反应得转化液；③将转化液由泵输送进入陶瓷膜组件进行二次过滤，分离丁二酸二铵和氢氧化镁固体，得含有丁二酸二铵的清液和氢氧化镁悬浊液，氢氧化镁悬浊液质量浓度达到20%；④将含有丁二酸二铵的清液转入酸化釜中，加入5%的盐酸调节溶液PH值为2，生成丁二酸和氯化铵混合溶液；（3）丁二酸的提取①将经过步骤（2）④处理后的混合溶液由泵输送进入蒸发塔，溶液中水蒸气从蒸发塔上部流出，溶液浓度浓缩至丁二酸含量为25%~30%，得浓缩液；②将浓缩液转入结晶罐，搅拌转速为20~30rpm，控制温度降低至8~10℃后，停留4小时，结晶完毕；③将经过步骤（3）②处理后的溶液转入离心机，离心得丁二酸晶体产品和结晶母液；（4）副产物的回收与利用①蒸发水的回收与利用：将经过步骤（3）①流出的水蒸气经过冷却器回收蒸发水，可用于任意需水步骤；②氨气的回收与利用：将步骤（3）③回收的结晶母液与步骤（2）③回收的氢氧化镁悬浊溶液混合转入氨气发生罐反应，控制温度为120~130℃，压力1.5~2kg/cm2，PH值为9~10，生成的氨气可转入步骤（2）②利用，结晶母液与氢氧化镁悬浊溶液反应完毕后得反应相，反应相为质量浓度20~25%的氯化镁溶液；③碳酸镁悬浊液的回收与利用：将氢氧化钠溶液装入喷射器，吸收二氧化碳后转入双极膜电渗析设备中生成盐酸和碳酸钠；将经过步骤（4）②的反应相转入碳酸镁生成罐，与双极膜电渗析设备中回收的碳酸钠混合生成碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液，碳酸镁悬浊液可转入步骤（1）②利用；④盐酸的回收与利用：回收步骤（4）③双极膜电渗析设备中生成盐酸，可转入步骤（2）④利用。...

【技术特征摘要】
1.一种使用丁二酸发酵液提取丁二酸的方法，其特征为，其提取方法如下：（1）丁二酸发酵液的制备①在发酵釜中使用种子培养基对琥珀酸放线杆菌进行培养，所述种子培养基的组成成分按质量浓度计为：蛋白胨5g/L，玉米浆20g/L，葡萄糖20g/L，磷酸二氢钾1.5g/L，磷酸氢二钠1.5g/L，酵母膏5g/L，去离子水配制，所述发酵釜中需二氧化碳的每分钟体积通入量为0.1%~0.5%的发酵罐体积，过程中流加碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液，维持体系pH值稳定在6.0-7.0；②将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，在发酵釜中进行培养得丁二酸发酵液，所述发酵培养基的组成成分按质量浓度计为：蛋白胨5g/L，玉米浆10g/L，葡萄糖100g/L，磷酸二氢钾2.5g/L，磷酸氢二钠2.5g/L，酵母膏5g/L，乙酸钠5g/L，用去离子水配置，所述发酵釜中需二氧化碳的每分钟体积通入量为0.1%~0.5%的发酵罐体积，过程中流加碳酸镁质量浓度为20%的碳酸镁悬浊液，维持体系pH值稳定在6.0-7.0；此时丁二酸发酵液的主要组成物质为丁二酸镁和发酵过程的培养基残留物；（2）丁二酸发酵液的处理①将丁二酸发酵液由泵输送进入陶瓷膜组件，过滤得清液；②将清液转入丁二酸二铵转化罐中，氨气从转化罐底部进入，pH值到10~10.2后反应完毕，停止氨气进入，反应得转化液；③将转化液由泵输送进入陶瓷膜组件进行二次过滤，分离丁二酸二铵和氢氧化镁固体，得含有丁二酸二铵的清液和氢氧化镁悬浊液，氢氧化镁悬浊液质量浓度达到20%；④将含有丁二酸二铵的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕涛，
申请(专利权)人：镇江博睿兴邦生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32