一种从微生物发酵液或酶转化液中同时提取α-酮戊二酸和丙酮酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种从微生物发酵液或酶转化液中同时提取α‑酮戊二酸和丙酮酸的方法，属于生物分离提取技术领域。本发明专利技术将含α‑酮戊二酸和丙酮酸的微生物发酵液或酶转化液经离心去除菌体和其他可见固型物、超滤去除大分子杂质、减压蒸发浓缩后用非水溶性有机溶剂萃取、结晶分离α‑酮戊二酸粗晶体和丙酮酸母液(若丙酮酸浓度较高，先蒸馏出部分丙酮酸纯品再结晶分离)、乙酸乙酯或乙酸丁酯等非水溶性有机溶剂洗涤α‑酮戊二酸粗晶体粗品离心烘干粉碎获得合格的α‑酮戊二酸产品、高真空度减压蒸馏(或分子蒸馏)获得合格的丙酮酸产品。本发明专利技术具有工艺操作简单高效、费用低、产品纯度高等优点，适合于α‑酮戊二酸和丙酮酸的共提取工业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种从微生物发酵液或酶转化液中同时提取α-酮戊二酸和丙酮酸的方法，属于生物分离提取

技术介绍
α-酮戊二酸(α-KG)是三羧酸循环中关键的中间代谢产物，是氨基酸和蛋白质代谢过程中主要的前体物质；丙酮酸(Pyruvicacid)是三大营养物质代谢联系中起着重要枢纽作用的代谢中间物质，可通过乙酰CoA和三羧酸循环实现体内糖、脂肪和氨基酸间的互相转化；两者在科研、医药卫生、化学品和食品工业等领域广泛应用。目前，大多数有机酸(α-酮戊二酸、丙酮酸和琥珀酸等)的合成方式主要有化学法及生物合成法两种，生物合成法主要是利用微生物发酵将碳源物质转化成目标有机酸。工业上从发酵液中提取有机酸常用的方法主要有树脂吸附解析法(衣康酸、曲酸、2-酮基-L-古龙酸提取)和钙盐沉淀法(乳酸、柠檬酸提取)。然而，当同时提取发酵液中的α-酮戊二酸的丙酮酸时，由于α-酮戊二酸的丙酮酸结构比较类似，树脂吸附解析无法有效分开两者；钙盐沉淀法从理论上来说可以根据α-酮戊二酸钙的丙酮酸钙的水溶性不同可以将二者分开，但是，提取工艺需在碱性条件下进行加热处理，而在此条件下，丙酮酸由于理化不稳定易发生聚合反应等生成一系列的聚合物，这些物质严重影响提取收率和产品纯度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种从微生物发酵液或酶转化液中同时提取α-酮戊二酸和丙酮酸的方法，所述方法是将含有α-酮戊二酸和丙酮酸的微生物发酵液或酶转化液进行浓缩、酸化、萃取、结晶、蒸馏、精制。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法包括如下步骤：1)含有α-酮戊二酸和丙酮酸的微生物发酵液或酶转化液的预处理：将含α-酮戊二酸和丙酮酸微生物发酵液或酶转化液分离去除菌体和其他可见固型物，经过滤去除大分子物质，浓缩使其中一种有机酸浓度≥120g/L，再经阳离子交换树脂去除高价金属离子，获得含有α-酮戊二酸和丙酮酸预处理液。2)α-酮戊二酸和丙酮酸粗品的分离：将预处理液酸化后，以非水溶性有机溶剂萃取含有α-酮戊二酸和丙酮酸预处理液，若萃取液中α-酮戊二酸浓度：丙酮酸浓度≥2，将萃取液进一步蒸发浓缩至高浓度α-KG，低温放置进行低温冷却结晶，离心分离获得α-酮戊二酸粗晶体和丙酮酸粗母液；若萃取液中α-酮戊二酸浓度：丙酮酸浓度≤2，蒸馏去除萃取剂及其中的水，继续蒸馏出部分丙酮酸纯品，向蒸馏母体中加入少量水，低温放置进行低温冷却结晶，离心分离获得α-酮戊二酸粗晶体和丙酮酸粗母液。3)α-酮戊二酸精品的获取：将α-酮戊二酸粗晶体用非水溶性有机溶剂淋洗，烘干、粉碎后获得α-酮戊二酸精品。4)丙酮酸纯品的获取：减压蒸馏丙酮酸粗母液，获得丙酮酸精品。在本专利技术的一种实施方式中，所述分离和过滤包括离心分离、超滤、微滤或板框过滤中的一种或几种的组合。在本专利技术的一种实施方式中，所述酸化是调节溶液pH≤1.5。在本专利技术的一种实施方式中，所述非水溶性有机溶剂是乙酸乙酯或乙酸丁酯等。在本专利技术的一种实施方式中，所述萃取是在5～40℃下萃取10～60min。在本专利技术的一种实施方式中，所述低温冷却结晶的结晶温度≤15℃。在本专利技术的一种实施方式中，离心分离粗晶体和母液，离心转速≥2000r/min。在本专利技术的一种实施方式中，所述α-酮戊二酸精品的获取，是将分离的α-酮戊二酸粗晶体采用非水溶性有机溶剂淋洗，然后离心、干燥粉碎；非水溶性有机溶剂的用量体积≤1/2倍粗品体积，所述干燥条件为50～80℃。在本专利技术的一种实施方式中，所述减压蒸馏丙酮酸粗母液的压力为-0.07～-0.1Mpa，减压蒸馏温度为30～60℃。在本专利技术的一种实施方式中，操作步骤如下：a：将含α-酮戊二酸和丙酮酸的微生物发酵液或酶转化液去除菌体和其他可见固型物；b：将去除菌体和其他可见固型物后的清液经超滤处理，去除其中的菌体碎片、色素、脂质、蛋白质和多糖等大分子物质，并用少量水洗涤过滤残留液；所述超滤膜组件可为卷式膜、管式膜和板式膜，膜截留分子量为500～3000；c：将超滤液经蒸馏浓缩处理，使其中一种有机酸浓度≥120g/L，所述蒸馏条件为：-0.07～-0.095Mpa，50～80℃；d：将蒸馏后的浓缩液通过阳离子交换树脂；e：将上述经阳离子交换树脂处理后的浓缩液边搅拌边加入浓硫酸调节至pH≤1.5；f：向酸化液中加入非水溶性有机溶剂进行萃取，萃取条件为5～40℃，萃取剂加入体积量为≥2倍酸化液体积，萃取时间10～60min，萃取次数≥2次；若所得萃取液中α-酮戊二酸浓度：丙酮酸浓度≥2，α-酮戊二酸、丙酮酸的分离提取按照步骤g-1至k-1进行；若所得萃取液中α-酮戊二酸浓度：丙酮酸浓度≤2，α-酮戊二酸、丙酮酸的分离提取按照步骤g-2至k-2进行。g-1：蒸馏萃取剂乙酸乙酯或乙酸丁酯等非水溶性有机溶剂，浓缩至α-酮戊二酸浓度≥200g/L，所述蒸馏条件为：-0.07～-0.095Mpa，35～60℃。h-1：将浓缩液迅速低温冷却结晶，所述温度≤15℃，时间1～5天，然后离心分离α-酮戊二酸粗晶体和丙酮酸粗液。i-1：将上述h-1中所得α-酮戊二酸粗晶体经乙酸乙酯或乙酸丁酯等非水溶性有机溶剂洗涤，乙酸乙酯或乙酸丁酯等非水溶性有机溶剂用量为≤1/2倍粗品体积，离心，然后在50～80℃恒温干燥箱内烘干，粉碎后即可得到固体粉末状α-酮戊二酸产品。j-1：将上述h-1中所得丙酮酸粗液减压蒸馏去除萃取剂及其中的水，获得丙酮酸粗品，所述蒸馏条件为：-0.07～-0.095Mpa，35～60℃。k-1：将上述所得丙酮酸粗品采用高真空度泵抽真空蒸馏或采用分子蒸馏器蒸馏，蒸馏获得丙酮酸纯品，所述蒸馏条件为：-0.098～-0.1Mpa，25～60℃。g-2：若f中所得萃取液中α-酮戊二酸：丙酮酸≤2，蒸馏去除萃取剂及其中的水，所述蒸馏条件为：-0.07～-0.095Mpa，35～60℃。h-2：将上述所得有机酸混合粗品采用高真空度泵抽真空蒸馏或采用分子蒸馏器蒸馏，蒸馏获得部分丙酮酸纯品，所述蒸馏条件为：-0.098～-0.1Mpa，25～60℃。i-2：向蒸馏后的蒸馏母体中加入少量水完全溶解析出固体后，低温冷却结晶，所述温度≤15℃，时间1～5天，然后离心分离α-酮戊二酸粗晶体和丙酮酸粗液。j-2：将上述i-2中所得α-酮戊二酸粗晶体经乙酸乙酯或乙酸丁酯等非水溶性有机溶剂洗涤，洗涤剂用量为≤1/2倍粗品体积，离心，然后在50～80℃恒温干燥箱内烘干，粉碎后即可得到固体粉末(α-酮戊二酸产品)。k-2：将上述i-2中所得丙酮酸粗液减压蒸馏去除萃取剂及其中的水，获得丙酮酸粗品，所述蒸馏条件为：-0.07～-0.095Mpa，35～60℃。l-2：将上述所得丙酮酸粗品采用高真空度泵抽真空蒸馏或采用分子蒸馏器蒸馏，蒸馏获得丙酮酸纯品，所述蒸馏条件为：-0.098～-0.1Mpa，25～60℃。有益效果：本专利技术的提取方法有效从微生物发酵或酶转化液中同时提取出生产α-酮戊二酸和丙酮酸，α-酮戊二酸和丙酮酸的纯度均达99％以上，产品质量达到食品级，提取工艺收率有明显提高，α-酮戊二酸和丙酮酸的收率都能达到80％。目前，工业级的是合格标准是98％，售价8-10/吨，但是99％以上的食品级的就是13-15万/吨，可见本专利技术方法能产生更高的经济价值。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时提取α‑酮戊二酸和丙酮酸的方法，其特征在于，所述方法是将含有α‑酮戊二酸和丙酮酸的微生物发酵液或酶转化液进行浓缩、酸化、萃取、结晶、蒸馏、精制；所述方法包括如下步骤：1)预处理：将含α‑酮戊二酸和丙酮酸微生物发酵液或酶转化液分离去除菌体和其他可见固型物，经过滤去除大分子物质，浓缩使α‑酮戊二酸或丙酮酸之一的浓度≥120g/L，再经阳离子交换树脂去除高价金属离子，获得含有α‑酮戊二酸和丙酮酸预处理液；2)α‑酮戊二酸和丙酮酸粗品的分离：将预处理液酸化后，以非水溶性有机溶剂萃取含有α‑酮戊二酸和丙酮酸预处理液，若萃取液中α‑酮戊二酸浓度：丙酮酸浓度≥2，将萃取液进一步蒸发浓缩至高浓度α‑KG，低温放置进行低温冷却结晶，离心分离获得α‑酮戊二酸粗晶体和丙酮酸粗母液；若萃取液中α‑酮戊二酸浓度：丙酮酸浓度≤2，蒸馏去除萃取剂及其中的水，继续蒸馏出部分丙酮酸纯品，向蒸馏母体中加入少量水，低温放置进行低温冷却结晶，离心分离获得α‑酮戊二酸粗晶体和丙酮酸粗母液；3)α‑酮戊二酸精品的获取：将α‑酮戊二酸粗晶体用非水溶性有机溶剂淋洗，烘干、粉碎后获得α‑酮戊二酸精品；4)丙酮酸精品的获取：减压蒸馏丙酮酸粗母液，获得丙酮酸精品。...

【技术特征摘要】
1.一种同时提取α-酮戊二酸和丙酮酸的方法，其特征在于，所述方法是将含有α-酮戊二酸和丙酮酸的微生物发酵液或酶转化液进行浓缩、酸化、萃取、结晶、蒸馏、精制；所述方法包括如下步骤：1)预处理：将含α-酮戊二酸和丙酮酸微生物发酵液或酶转化液分离去除菌体和其他可见固型物，经过滤去除大分子物质，浓缩使α-酮戊二酸或丙酮酸之一的浓度≥120g/L，再经阳离子交换树脂去除高价金属离子，获得含有α-酮戊二酸和丙酮酸预处理液；2)α-酮戊二酸和丙酮酸粗品的分离：将预处理液酸化后，以非水溶性有机溶剂萃取含有α-酮戊二酸和丙酮酸预处理液，若萃取液中α-酮戊二酸浓度：丙酮酸浓度≥2，将萃取液进一步蒸发浓缩至高浓度α-KG，低温放置进行低温冷却结晶，离心分离获得α-酮戊二酸粗晶体和丙酮酸粗母液；若萃取液中α-酮戊二酸浓度：丙酮酸浓度≤2，蒸馏去除萃取剂及其中的水，继续蒸馏出部分丙酮酸纯品，向蒸馏母体中加入少量水，低温放置进行低温冷却结晶，离心分离获得α-酮戊二酸粗晶体和丙酮酸粗母液；3)α-酮戊二酸精品的获取：将α-酮戊二酸粗晶体用非水溶性有机溶剂淋洗，烘干、粉碎后获得α-酮戊二酸精品；4)丙酮酸精品的获取：减压蒸馏丙酮酸粗母液，获得丙酮酸精品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离和过滤包括离心分离、超滤、微滤或板框过滤中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸化是调节溶液pH≤1.5。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非水溶性有机溶剂是乙酸乙酯或乙酸丁酯等。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述萃取是在5～40℃下萃取10～60min。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低温冷却结晶的结晶温度≤15℃。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述α-酮戊二酸精品的获取，是将分离的α-酮戊二酸粗晶体采用非水溶性有机溶剂淋洗，然后离心、干燥粉碎；非水溶性有机溶剂的用量体积≤1/2倍粗品体积，所述干燥条件为50～80℃。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述减压蒸馏丙酮酸粗母液的压力为-0.07～-0.1Mpa，减压蒸馏温度为30～60℃。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，操作步骤如下：a：将含α-酮戊二酸和丙酮酸的微生物发酵液或酶转化液去除菌体和其他可见固型物；b：将去除菌体和其他可见固型物后的清液经超滤处理，去除其中的菌体碎片、色素、脂质、蛋白质和多糖等大分子物质，并用少量水洗涤过滤残留液；所述超滤膜组件可为卷式膜、管式膜和板式膜，膜截留分子量为500～3000；c：将超滤液经蒸馏浓缩处理，使其中一种有机酸浓度≥120g/L，所述蒸馏条件为：-0.07～-0.095Mpa，50～80℃；d：将蒸馏后的浓缩液通过阳离子交换树脂；e：将上述经阳离子交换树脂处理后的浓缩液边搅拌边加入浓硫酸调节至pH≤1.5；f：向酸化液中加入非水溶性有机溶剂进行萃取，萃取条件为5～40℃，萃取剂加入体积量为≥2倍酸化...

【专利技术属性】
技术研发人员：周景文，陈坚，曾伟主，堵国成，方芳，刘松，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32