一种微生物发酵法生产的癸二酸及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微生物发酵法生产的癸二酸，其中的十碳脂肪酸、十碳羟基脂肪酸等杂质含量具有非常低的水平。本发明专利技术还提供了所述癸二酸的制备方法以及由其所制得的聚合物。本发明专利技术提供的癸二酸通过微生物发酵法制得，通过微生物发酵过程以及分离纯化过程的处理，可得到纯度更高、杂质含量更低、热稳定性更好的癸二酸产品，尤其是生物法制癸二酸中常见的十碳脂肪酸和十碳羟基脂肪酸杂质含量较低。高纯度、低杂质含量的癸二酸产品可满足高档聚酰胺、聚酯等聚合物产品的质量要求，所得的聚合物产品性能更加优异。本发明专利技术的癸二酸制备方法条件温和、环境友好、产品转化率高且品质好，可以替代化学法用于癸二酸产品的工业化规模生产。

Sebacic acid produced by microbial fermentation and its preparation method

The present invention provides a sebacic acid produced by microbial fermentation, in which the content of impurities such as ten carbon fatty acid, ten carbon hydroxy fatty acid and so on has very low level. The present invention also provides the preparation method of the sebacic acid and the polymer prepared therefrom. The present invention provides decanedioic acid by microbial fermentation method, by processing the microbial fermentation process and purification process, the purity of higher and lower impurity content, better thermal stability of sebacic acid products, especially the ten carbon and ten carbon fatty acids common hydroxy fatty acid content of impurities in the low biological production of sebacic acid. Sebacic acid products with high purity and low impurity content can meet the quality requirements of high-grade polyamide, polyester and other polymer products, and the polymer products have better performance. The preparation method of sebacic acid has the advantages of mild condition, friendly environment, high product conversion rate and good quality, and can be used for industrialized production of sebacic acid instead of chemical method.

【技术实现步骤摘要】
一种微生物发酵法生产的癸二酸及其制备方法
本专利技术涉及微生物发酵领域，具体涉及一种微生物发酵法生产的癸二酸及其制备方法。
技术介绍
癸二酸广泛用于生产聚酰胺工程塑料，如尼龙1010、尼龙610。也可用于耐高温润滑油、环氧树脂固化剂、合成润滑脂及人造香料、耐寒增塑剂等，是应用广泛的化工原料之一。目前工业生产和应用的癸二酸是用蓖麻油为原料，通过化学法制备得到的。主要工艺流程是蓖麻油水解生成蓖麻油酸钠皂，然后进一步制备得到蓖麻油酸，蓖麻油酸在苯酚的存在下，加碱、加热进行高温裂解，生成癸二酸双钠盐，然后进一步加热、加酸、脱色、结晶得到癸二酸。采用蓖麻油催化裂解法制癸二酸，生产过程复杂、在250～270℃的高温下进行反应，使用苯酚或邻甲酚有毒试剂，污染环境，严重制约着化学法生产癸二酸产业的发展。生物法制备癸二酸具有生产工艺简单、绿色环保的特点。前人对生物法癸二酸的制备做了一些研究，特别是在70年代和80年代，相关的研究比较多。中国科学院微生物所的余志华通过诱变筛选得到一株优良菌株，并对该菌株产癸二酸的条件进行了优化，在16升发酵罐上，发酵液中癸二酸达到71g/L以上，通过水相结晶得到了癸二酸成品，产品纯度达到99.6％以上，提取收率85％。刘祖同等人筛选了能产癸二酸的菌株，产癸二酸的浓度为2.9％。中科院林业土壤研究所筛选得到的解脂假丝酵母可以产癸二酸，产酸30～40g/L，转化率43～55％。由于生物法制备的癸二酸中含有大量的发酵杂质，不易纯化，所得产品难以达到更低的杂质含量，杂质的存在会对癸二酸后续使用如聚合制备聚酰胺等产生重要影响，使所得的聚合物产品难以达到更高的质量性能，而现有研究也多集中在发酵环节，没有系统研究发酵液的后续纯化工艺，更没有研究发酵过程中产生的十碳脂肪酸、十碳羟基脂肪酸等杂质对于产品性能的影响，因此，急需开发一种杂质含量更低、产品性能更高的生物法癸二酸产品。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种微生物发酵法生产的癸二酸，其杂质含量更低，产品性能更好。本专利技术的另一个目的是提供所述癸二酸的制备方法。本专利技术的还一个目的是提供一种包含所述微生物发酵法生产的癸二酸而制得的聚合物产品。本专利技术提供的微生物发酵法生产的癸二酸，其中的十碳脂肪酸杂质含量低于200ppm，优选低于50ppm，以及十碳羟基脂肪酸杂质含量低于300ppm，优选低于100ppm。本专利技术提供的微生物发酵法生产的癸二酸，其中的十碳脂肪酸杂质和十碳羟基脂肪酸杂质含量可达到极低的水平，本专利技术人发现，此时的癸二酸产品具有更好的产品性能，尤其是用于制备聚酰胺、聚酯等聚合物时，可明显提高聚合物产品的性能。进一步地，本专利技术提供的微生物发酵法生产的癸二酸，其热稳定性大于90％，优选大于等于95％，更优选大于等于97％。癸二酸产品中常见的一些杂质如糖、氮和一些非饱和的化合物在高温、有氧气存在的情况下发生反应，易导致产品颜色变黄，称为产品的热稳定性。热稳定性的测定为：将产品加热熔融，通入一定量氧气，反应一段时间，测定其透光率。本专利技术提供的癸二酸可明显提高热稳定性。本专利技术提供的上述技术方案任一项所述的癸二酸的制备方法为：首先将热带假丝酵母(Candidatropicalis)进行种子培养，然后将所得种子接入发酵培养基，并加入癸烷开始发酵转化得到发酵液，最后将所述发酵液纯化即得。本专利技术的制备方法优选采用热带假丝酵母CATN145，其保藏号为CCTCCM2011192，它具备的生物学和遗传学特点如公开号为CN102839133A、公开日为2012-12-26的中国专利技术专利申请所述。利用该菌株生产癸二酸，癸烷到癸二酸的重量转化率可以达到80％以上，产酸可达到100g/L以上。本专利技术的制备方法中，种子培养过程中使用的培养基可以为微生物发酵领域中常见的种子培养基种类，例如，可包括碳源、氮源、无机盐、营养因子等等，再如，碳源包括但不限于葡萄糖、麦芽糖、蔗糖等；氮源包括但不限于酵母膏、玉米浆、尿素、硫酸铵、硝酸钾等；无机盐包括但不限于硝酸钾、磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸亚铁、硫酸锌等；营养因子包括但不限于维生素C、维生素B1、生物素等。优选地，种子培养基可以包括以下成分：蔗糖15～30g/L、玉米浆2～10g/L、酵母膏1～8g/L、磷酸二氢钾4～12g/L以及尿素1～4g/L。种子培养过程的温度可以为28～30℃，当种子生长至对数生长期可视为完成种子培养，将其接入发酵培养基进行后续发酵转化过程，接种量可以为5～25％(v/v)。本专利技术的制备方法中，所述发酵培养基包括以下成分：葡萄糖0～50g/L、硝酸钾1～10g/L、玉米浆2～10g/L、酵母膏1～8g/L、磷酸二氢钾1～10g/L以及硫酸铵1～4g/L。优选地，所述发酵培养基包括以下成分：葡萄糖25～40g/L、硝酸钾1.2～2.5g/L、玉米浆2～5g/L、酵母膏1～3g/L、磷酸二氢钾1.8～3.5g/L以及硫酸铵1.2～2g/L。通过控制发酵培养基中的葡萄糖、硫酸铵、硝酸钾、磷酸二氢钾的含量，可更好地控制微生物的生长速度以及利用微生物转化癸二酸和其他代谢副产物的生成速率，特别是控制十碳脂肪酸和十碳羟基脂肪酸的生成速率，从而可有效降低十碳脂肪酸和羟基脂肪酸杂质的含量，减轻后续纯化过程的负担，最终降低癸二酸产品的十碳脂肪酸和羟基脂肪酸杂质含量。本专利技术的制备方法中，将种子培养所得种子接入发酵培养基后培养菌体，当菌体稀释三十倍后OD620达到0.5以上时加入癸烷开始发酵转化，在发酵转化过程中，控制菌体稀释三十倍后OD620达到0.3～0.8，更优选为0.4～0.7，进一步优选为0.4～0.5。通过控制菌体含量，可以抑制十碳脂肪酸和十碳羟基脂肪酸的累积并促进癸烷转化。本专利技术的制备方法中，发酵过程中的pH值控制为5.0～8.0，pH低于5.0时，发酵体系中容易大量累积十碳脂肪酸和十碳羟基脂肪酸，pH高于8.0时则癸二酸的合成效率较低。本专利技术的制备方法中，所述发酵转化过程中相对溶氧维持在10％(v/v)以上，优选在10～70％，更优选在40～70％。相对溶氧可通过调节发酵转化过程中的搅拌转速和风量来控制，一般来说，风量可控制在0.1～0.8VVM，搅拌转速根据不同规模的生产量调整。本专利技术的制备方法中，所述发酵转化过程中通过连续流加或者批次补加的方式控制发酵培养体系中癸烷的量大于等于1％(v/v)，发酵过程结束后控制所得发酵液中癸烷的量小于等于0.5％(v/v)。本专利技术的制备方法中，其他发酵工艺参数如温度、压力等可选择常规条件，或由本领域技术人员根据其他工艺条件进行适应性调整，例如，本专利技术的发酵转化过程中，温度可以控制为28～32℃，发酵罐压控制可以为0.03～0.1Mpa。本专利技术的制备方法中，所述发酵液的纯化过程依次包括以下步骤：S1：通过膜过滤、板框过滤、离心分离中的一种或多种分离方式除杂得到癸二酸粗品；S2：将所得的癸二酸粗品经过一次或多次结晶得到癸二酸晶体；以及S3：将所得的癸二酸晶体洗涤、干燥后即得所述癸二酸。步骤S1主要用于将发酵液中的菌体、残烃以及影响下游聚合的代谢杂质去除，提取出癸二酸粗品，经步骤S1后可除去过半量的十碳脂肪酸及十碳羟基脂肪酸杂质。其中的膜过滤为优选的分离方式，可选用常见的微滤膜、超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物发酵法生产的癸二酸，其特征在于，其中的十碳脂肪酸杂质含量低于200ppm，优选低于50ppm，以及十碳羟基脂肪酸杂质含量低于300ppm，优选低于100ppm。

【技术特征摘要】
1.一种微生物发酵法生产的癸二酸，其特征在于，其中的十碳脂肪酸杂质含量低于200ppm，优选低于50ppm，以及十碳羟基脂肪酸杂质含量低于300ppm，优选低于100ppm。2.根据权利要求1所述的微生物发酵法生产的癸二酸，其特征在于，所述癸二酸的热稳定性大于90％，优选大于等于95％，更优选大于等于97％。3.权利要求1或2所述的癸二酸的制备方法，其特征在于，首先将热带假丝酵母(Candidatropicalis)进行种子培养，然后将所得种子接入发酵培养基，并加入癸烷开始发酵转化得到发酵液，最后将所述发酵液纯化即得。4.根据权利要求3所述的癸二酸的制备方法，其特征在于，所述发酵培养基包括以下成分：葡萄糖0～50g/L、硝酸钾1～10g/L、玉米浆2～10g/L、酵母膏1～8g/L、磷酸二氢钾1～10g/L以及硫酸铵1～4g/L。5.根据权利要求4所述的癸二酸的制备方法，其特征在于，所述发酵培养基包括以下成分：葡萄糖25～40g/L、硝酸钾1.2～2.5g/L、玉米浆2～5g/L、酵母膏1～3g/L、磷酸二氢钾1.8～3.5g/L以及硫酸铵1.2～2g/L。6.根据权利要求3所述的癸二酸的制备方法，其特征在于，将种子培养所得种子接入发酵培养基后培养菌体，当菌体稀释三十倍后OD620达到0.5以上时加入癸烷开始发酵转化，在发酵转化过程中，控制菌体稀释三十倍后OD620为0.3～0.8，更优选为0.4～0.7，进一步优选为0.4～0.5。7.根据权利要求3所述的癸二酸的制备方法，其特征在于，所述发酵转化过程中相对溶氧维持在10％(v/v)以上，优选在10～70％，更优选在40～70％。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敏，郝英利，张明阳，杨晨，李乃强，刘修才，
申请(专利权)人：上海凯赛生物技术研发中心有限公司，凯赛生物产业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31