一种分离提纯发酵液中乙偶姻的方法技术

本发明专利技术公开了一种分离提纯发酵液中乙偶姻的方法，该方法包括在发酵液中加入无机盐和弱极性有机溶剂进行萃取的步骤；其中无机盐的加入量为发酵液体积的25～125％，有机溶剂和发酵液的体积比为1～2:1。所述的弱极性有机溶剂为乙酸乙酯、甲基叔丁基醚、乙酸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种。采用本发明专利技术的方法，含乙偶姻的萃取相中几乎不含色素、残糖和有机酸杂质，萃取液可直接进行精馏，精馏过程中塔釜不易出现结垢现象；由于采用的溶剂极性小、比热容低，上相含水量低，回收能耗低，回收过程中乙偶姻损失小；操作简单，是一种具有工业应用前景的乙偶姻分离提取技术。

A method of separation and purification of fermentation broth of acetoin

The invention discloses a method for separation and purification of fermentation broth of acetoin, the method comprises adding inorganic salt and weak polar organic solvent in the fermentation broth extraction steps; the amount of inorganic salt as fermentation liquid volume of 25 ~ 125%, organic solvent and fermentation liquid volume ratio of 1 ~ 2:1. The weak polar organic solvent is a kind of ethyl acetate, methyl tert butyl ether, butyl acetate, carbonic acid two methyl ester and carbonic acid ethyl ester two. With this method, extraction of acetoin phase almost does not contain pigment, residual sugar and organic acid extract impurities, direct distillation, distillation tower is not easy to fouling phenomenon; because of the polarity of solvent, heat capacity is low, low water content, recycling low energy consumption, small acetoin loss recovery process; simple operation, is a separation and extraction technology with industrial application prospect of acetoin.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物工程
，涉及到微生物发酵液中产物的分离技术，特别涉及一种利用多级逆流盐析萃取技术分离发酵液中乙偶姻的方法。
技术介绍
乙偶姻(3-羟基-2-丁酮)是一种广泛存在于自然界的天然香料和重要的平台化合物，可用于合成香料双乙酰和四甲基吡嗪、光学活性的α-羟基酮衍生物以及多种医药中间体。乙偶姻具有R-和S-两种光学异构体。目前商品化的乙偶姻产品多采用化学法合成，为两种光学异构体的外消旋混合物，而生物法制备获得的产物多以其中一种异构体为主，因而近年来发酵法生产乙偶姻的研究颇受关注。目前，这些研究多侧重于菌种的筛选与改造以及发酵工艺的优化，而乙偶姻的分离提取研究则较少。已公开发表的发酵液中乙偶姻的分离主要有3种方法：1)树脂吸附法(CN102924253B)，乙偶姻发酵液通过装有吸附剂的吸附柱，经吸附、洗杂和洗脱过程，收集洗脱液得到乙偶姻溶液；2)双水相萃取法，采用丙酮和磷酸氢二钾组成的萃取体系从未预处理的发酵液中分离提取乙偶姻，上相中乙偶姻回收率可达94.1％，色素去除率为88.7％，蔗糖去除率95％(Chem.Eng.Comm.,199:1492-1503,2012)；3)发酵-衍生回收法，将发酵液中的乙偶姻转化为双乙酰(Europeanpatent,EP1826194)、四甲基吡嗪(J.Ind.Microbiol.Biotechnol.,37:815-821,2010)后回收。这些方法中，乙偶姻转化为四甲基吡嗪的转化率不是很高，转化为双乙酰是在气相中进行的；吸附法中树脂价格昂贵，处理量相对较小。相比较而言，采用丙酮-磷酸氢二钾体系进行萃取操作简单，易放大，具有一定的工业化前景。利用亲水性有机溶剂和无机盐组成的双水相体系萃取发酵液中的生物基化学品是本课题组首先提出的一种分离新技术(CN101012152B)，在研究2,3-丁二醇分离时也对其前体乙偶姻的回收进行了监测，显示了与2,3-丁二醇类似的分配特性与回收率，但是在后续的操作中发现，由于乙偶姻易与水共沸，浓缩过程中乙偶姻损失较大。例如，利用旋转蒸发仪对含有62.3g/L乙偶姻的发酵清液在40～55℃进行减压蒸馏，浓缩至一半体积时蒸出的水中乙偶姻含量为34g/L，得到的浓缩液仅含94.4g/L的乙偶姻，回收率为75.8％；35～40℃减压蒸馏含84.7g/L乙偶姻的乙醇盐析萃取上相，浓缩至1/3体积时回收的乙醇中含有15.4g/L乙偶姻，浓缩液中含有202g/L乙偶姻，回收率为79.5％。另外，由于上相富含水，发酵副产物有机酸、可溶性蛋白、残糖、色素等不能彻底从发酵液中清除，例如乙醇和碳酸钾组成的双水相体系萃取盾叶薯蓣发酵液中的2,3-丁二醇时，乳酸和乙酸的去除率分别为67％和27％(化工学报，60(11):2798-2804，2009)，这给后续的分离纯化带来困难。综上所述，利用亲水性有机溶剂-盐组成的双水相体系萃取发酵液中的乙偶姻时存在如下缺陷：1)上相富含水，浓缩过程中乙偶姻损失较大；2)上相中残留部分色素；3)糖、有机酸和蛋白未能彻底从上相中去除，若浓缩后直接精馏，则塔釜易结垢。
技术实现思路
本专利技术针对亲水性有机溶剂-盐形成的双水相萃取发酵液中乙偶姻时得到的上相含水、色素、残糖、有机酸较多、不利后续精馏等问题，提出了一种基于弱极性有机溶剂的多级逆流盐析萃取技术提取分离发酵液中乙偶姻的新方法。本专利技术的技术方案如下：一种分离提纯发酵液中乙偶姻的方法，其特征在于，该方法包括在发酵液中加入无机盐和弱极性有机溶剂进行萃取的步骤；其中无机盐的加入量为发酵液体积的25～125％，优选50～100％，更优选50～75％，弱极性有机溶剂和发酵液的体积比为1～2:1，优选1～1.5:1。进一步地，在上述技术方案中，所述的弱极性有机溶剂为乙酸乙酯、甲基叔丁基醚、乙酸丁酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中的一种。进一步地，在上述技术方案中，所述的弱极性有机溶剂含有按照体积百分比2～30％的乙醇、甲醇或丙酮，优选10～20％。进一步地，在上述技术方案中，所述的无机盐为硫酸铵、磷酸氢二钾、焦磷酸钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种，优选磷酸氢二钾。进一步地，在上述技术方案中，所述的发酵液为去除菌体和大部分蛋白质的发酵清液，发酵液中乙偶姻的浓度为35～100g/L，优选50～75g/L。进一步地，在上述技术方案中，在发酵液中加入无机盐和有机溶剂进行萃取时，采用二级或三级逆流萃取。本专利技术所述的分离提纯发酵液中乙偶姻的方法，优选的方法包括以下步骤：1)采用离心或/和膜过滤的方法除去发酵液中菌体和大部分蛋白质，得发酵清液；2)发酵清液中加入无机盐，搅拌溶解，得含盐混合液；3)含盐混合液中加入弱极性有机溶剂，混合后静置至分相，得到下层的水相和上层的有机相两层液相共存体系，有机相富含乙偶姻，水相富含盐；4)步骤3)的有机相在20～45℃、真空度-0.08～-0.1MPa条件下减压蒸馏除去弱极性有机溶剂，剩余萃取液经分离提纯，得乙偶姻。上述乙偶姻分离方法中，经步骤1)～3)，发酵液中的乙偶姻被萃取至有机相中，回收率高达90％以上。进一步地，在步骤3)中，含盐混合液中加入弱极性有机溶剂，15-40℃条件下搅拌3～60min后静置4～8小时至分相。进一步地，在步骤4)中，所述获得的萃取液可在适当的条件下精馏，获得乙偶姻，乙偶姻的纯度高达95％以上。其中，萃取液的精馏条件可以根据所采用的设备的大小适当调整，如采用实验室用的小型间歇式精馏塔时可以采用的精馏条件为：真空度-0.08～-0.1MPa，塔顶温度80～115℃，回流比为1:2～1:20。本专利技术的有益效果：本专利技术采用适量无机盐和乙酸乙酯、甲基叔丁基醚等弱极性有机溶剂组成的盐析萃取体系，萃取得到乙偶姻，乙偶姻分布在上相的有机相中。有机相中有机溶剂极性弱，在水中溶解度小，不能与水任意混溶，盐析得到的上相中含水量少，几乎不含色素、残糖和有机酸，所以该上相除去有机溶剂后可直接用于精馏提纯，塔釜不易结垢，有利于工业化操作；所用有机溶剂沸点低、上相中含水量少，浓缩过程所需能耗降低，乙偶姻损失较小。上相有机溶剂可回收重复使用，可降低成本。附图说明图1为乙醇含量对乙偶姻分配的影响，其中：R表示盐析萃取的相比；K表示分配系数；Y表示回收率；A～D的盐析萃取体系为：A，甲基叔丁基醚-乙醇/焦磷酸钾；B，甲基叔丁基醚-乙醇/磷酸氢二钾；C，乙酸乙酯-乙醇/焦磷酸钾；D，乙酸乙酯-乙醇/磷酸氢二钾。图2为盐用量对乙偶姻分配的影响，其中：R表示盐析萃取的相比；K表示分配系数；Y表示回收率；A～D的盐析萃取体系为：A，甲基叔丁基醚-乙醇(20％)/焦磷酸钾；B，乙酸乙酯-乙醇(30％)/焦磷酸钾；C，甲基叔丁基醚-乙醇(30％)/磷酸氢二钾；D，乙酸乙酯-乙醇(20％)/磷酸氢二钾。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用试剂等均可从化学或生物试剂公司购买。以下结合技术方案详细叙述本专利技术的具体实施方式。乙偶姻发酵液：由枯草芽孢杆菌BacillussubtilisDL01(ProcessBiochem本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离提纯发酵液中乙偶姻的方法，其特征在于，该方法包括在发酵液中加入无机盐和弱极性有机溶剂进行萃取的步骤；其中无机盐的加入量为发酵液体积的25～125％，有机溶剂和发酵液的体积比为1～2:1。

【技术特征摘要】
1.一种分离提纯发酵液中乙偶姻的方法，其特征在于，该方法包括在发酵液中加入无机盐和弱极性有机溶剂进行萃取的步骤；其中无机盐的加入量为发酵液体积的25～125％，有机溶剂和发酵液的体积比为1～2:1。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的弱极性有机溶剂为乙酸乙酯、甲基叔丁基醚、乙酸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的弱极性有机溶剂含有按照体积百分比2～30％的乙醇、甲醇或丙酮。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无机盐为硫酸铵、磷酸氢二钾、焦磷酸钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的发酵液为发酵清液，发酵液中乙偶姻的浓度为35～100g/L。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述萃取为...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴建英，关文天，马林会，修志龙，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21