一种从重组大肠杆菌发酵液中分离制备高纯度1,2,4-丁三醇的方法技术

本发明专利技术涉及微生物发酵液分离技术，特别涉及一种从重组大肠杆菌发酵液中分离制备1,2,4‑丁三醇的方法。本发明专利技术先以膜分离法对发酵液中的蛋白质和糖类进行过滤筛除，得到粗分离液，再以活性炭脱色法对粗分离液进行色素杂质的去除，并通过真空旋转蒸发法对溶液进行浓缩，最后采用多级分子蒸馏的方式制备得到纯度达到98％以上的高品质BT产品。本发明专利技术提供了一种全新的从重组大肠杆菌发酵液中分离纯化1,2,4‑丁三醇的路径，采取的膜过滤、旋转蒸发和分子蒸馏方法，都属于物理操作，不再引入杂质，具有节约分离成本，保护环境的优点。

A Method for Separating and Preparing High Purity 1,2,4-Butantriol from Recombinant Escherichia coli Fermentation Broth

The invention relates to a microbial fermentation broth separation technology, in particular to a method for separating and preparing 1,2,4 -butanetriol from recombinant E. coli fermentation broth. The invention filters and sieves proteins and sugars in fermentation broth by membrane separation method, obtains crude separation liquid, removes pigment impurities in crude separation liquid by activated carbon decolorization method, concentrates the solution by vacuum rotary evaporation method, and finally prepares high-quality BT products with purity of more than 98% by multi-stage molecular distillation method. The present invention provides a new way of separating and purifying 1,2,4 -butanetriol from recombinant E. coli fermentation broth. Membrane filtration, rotating evaporation and molecular distillation are all physical operations, and impurities are no longer introduced. The method has the advantages of saving separation cost and protecting the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种从重组大肠杆菌发酵液中分离制备高纯度1,2,4-丁三醇的方法
本专利技术属于生物工程和化学工程
，具体涉及微生物发酵液分离技术，特别涉及从重组大肠杆菌发酵液中制备高纯度1,2,4-丁三醇的方法。
技术介绍
1,2,4-丁三醇(1,2,4-butanetriol,BT，以下简称BT)是一种无色、无臭、透明易吸湿的水溶性黏稠糖浆状多元醇，一种类似甘油的C4平台化合物。1,2,4-丁三醇(1,2,4-butanetriol，BT)作为重要的有机合成中间体，在军工、医药、烟草、化妆品、造纸业、农业和高分子材料等领域有着极大的应用潜力。目前，自然界中尚未发现天然的BT生物合成途径，BT的生产方法主要是化学合成法和生物发酵法。化学合成法已经相当成熟，是国内外都普遍采取的方法，但其副产物多、产率低、对环境有危害，随着全球气候变暖，各种极端天气的出现，人们越来越关注环境问题，各种环境友好型的BT生产方法被开发和研究。生物发酵法因其副产物可降解，具有良好的资源的可持续性和环境友好性为更多研究人员所接受。但生物发酵法生产得到的BT浓度较低，一般在几克/升的水平，加之BT自身沸点高，亲水性强，进一步加大了分离难度，因此，解决从发酵液中提取分离BT的问题，对于生物发酵法生产BT的应用推广具有积极的意义。现有技术中关于从发酵液中分离提取BT的研究中，密歇根州立大学使用了2-丁醇作为BT的下游分离萃取剂，萃取后经树脂吸附，可得到纯度超过99％的BT，但2-丁醇在水中溶解度较低(350g/L，20℃)，并不适合大规模推广使用；现有专利文件CN107021874A公开了一种从微生物发酵液中分离精制1,2,4-丁三醇的方法，具体为用有机硼酸萃取含BT的发酵液，继而采用分子蒸馏进行分离。除去上述两种分离方法外，在微生物发酵液中提取分离BT的研究还是一片空白。本专利技术提供了一种从重组大肠杆菌发酵液中分离纯化BT的方法，旨在为BT的工业化生产奠定坚实的理论基础，促进生物法制备BT的规模化生产。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种从重组大肠杆菌发酵液中分离制备高纯度1,2,4-丁三醇的方法，本专利技术提供的方法步骤简单，容易进行工业化生产。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种从重组大肠杆菌发酵液中分离制备高纯度1,2,4-丁三醇的方法，包括以下步骤：(1)对重组大肠杆菌发酵液进行离心预处理，得到预处理液；将所述预处理液进行微滤，得到第一滤液；将所述第一滤液进行多级超滤，得到粗滤液；(2)将所述步骤(1)中的粗滤液和活性炭混合进行脱色处理，得到脱色滤液；(3)将所述步骤(2)中的脱色滤液进行浓缩处理，得到浓缩液；(4)将所述步骤(3)中的浓缩液进行多级分子蒸馏处理，得到纯度98％以上的1,2,4-丁三醇。所述步骤(1)中离心预处理的转速为8000～16000rpm，时间1～12min；优选的，转速为12000rpm，时间为2～5min，最优选为2min；所述微滤具体为：将所述预处理液依次以孔径为R1和R2的微滤膜进行微滤；所述R1为0.3～0.6μm，R2为0.1～0.25μm，优选R1为0.45μm，优选R2为0.20μm。优选的，所述多级超滤在卷式膜小型试验机中进行，所述多级过滤的流速50～200ml/min，压力为0.05～0.2MPa，更优选为流速100ml/min，压力0.1MPa。优选的，所述步骤(1)中多级超滤的步骤如下：1)将部分第一滤液连续加入试验机中，采用直径为R3的超滤膜进行进行过滤，待收集的透过液体积为第一滤液体积的1/2～3/4时，停止收集，在试验机中加入与剩余滤液等体积的水，开机混匀后继续第二次收集，如此重复操作4次；2)对步骤1)收集的滤液依次以孔径为R4和R5的超滤膜进行过滤，过滤方法和步骤1)相同；所述R3为20000～40000Da，R4为4000～6000Da，R5为500～1500Da。优选的，所述步骤(2)中的脱色次数为3次，单次脱色用活性炭和粗滤液的比例为1/10～1/1，更优选为1/5。优选的，所述步骤(3)中浓缩处理采用真空旋转蒸发的方式，所述真空旋转蒸发的温度为70～90℃，真空度0.05～0.1MPa，蒸发时间为20～40min，旋转速度90～250r/min，浓缩程度至原液体积的1/8～1/10。优选的，所述步骤(4)中的多级分子蒸馏在分子蒸馏器中进行；所述多级分子蒸馏具体为：1)取步骤(3)中浓缩液360ml加入进料罐中，进料保温温度调节至30～40℃，向冷阱中加入液氮，调节主蒸发器温度100～140℃，内冷器温度5～15℃，开启真空泵，调节真空度为5～15mbar，开启进料齿轮泵，进料泵频率9.9Hz，转子转速100～500r/min；2)5～10min后，调节真空度至10～25.2mbar，调节主蒸发器温度至110～150℃，按此条件蒸馏50～80min后进行收集，得到轻组分A1和重组份B1；3)将上述重组份B1全部加入进料罐中，调节主蒸发器温度至100～150℃，真空度5～15mbar，内冷器温度设定为10～20℃，其他条件不变，蒸馏30～60min后进行收集，得到轻组分A2和重组份B2；4)将上述重组份B2全部加入进料罐中，调节真空度0.5～0.8mbar，其他条件不变，待冷凝管有大量液体出现时，增加进料频率至11.5Hz，按此条件处理30～60min后收集，得到轻组分A3和重组份B3；5)清洗设备，将上述重组份B3全部加入进料罐中，调节主蒸发器温度至140℃，其他条件不变处理30-60min，收集得到轻组分A4和重组份B4；6)收集上述轻组分A1～A4即得高纯度1,2,4-丁三醇。有益效果：本专利技术提供了一种全新的从重组大肠杆菌发酵液中分离纯化1,2,4-丁三醇的方法，本专利技术采用的采取膜过滤、旋转蒸发和分子蒸馏等方法均属于物理操作，不会引入其他杂质，节约了成本，最终得到的BT产品纯度达到了98％以上，达到了很好的分离纯化效果，为生物发酵法制备BT打下了良好的基础。具体实施方式本专利技术提供了一种从重组大肠杆菌发酵液中分离制备高纯度1,2,4-丁三醇的方法，包括以下步骤：(1)对重组大肠杆菌发酵液进行离心预处理，得到预处理液；将所述预处理液进行微滤，得到第一滤液；将所述第一滤液进行多级超滤，得到粗滤液；(2)将所述步骤(1)中的粗滤液和活性炭混合进行脱色处理，得到脱色滤液；(3)将所述步骤(2)中的脱色滤液进行浓缩处理，得到浓缩液；(4)将所述步骤(3)中的浓缩液进行多级分子蒸馏处理，得到纯度98％以上的1,2,4-丁三醇。本专利技术先对重组大肠杆菌发酵液进行离心预处理，得到预处理液。在本专利技术中，对所述重组大肠杆菌发酵液无特殊要求，常规的制备1,2,4-丁三醇的大肠杆菌发酵液即可，优选为含有1,2,4-丁三醇、葡萄糖、木糖、木糖酸和一些未知蛋白等的重组大肠杆菌发酵液(详见《重组大肠杆菌利用D-木糖合成D-1,2,4-丁三醇》，北京理工大学生命学院，马鹏飞等)；本专利技术中所述离心预处理的转速优选为8000～16000rpm，更优选为12000rpm，时间优选为1～12min，更优选为2～5min，最优选为2min；本专利技术优选使用离心机进行离心预处理；本专利技术对离心机无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从重组大肠杆菌发酵液中分离制备高纯度1,2,4‑丁三醇的方法，包括以下步骤：(1)对重组大肠杆菌发酵液进行离心预处理，得到预处理液；将所述预处理液进行微滤，得到第一滤液；将所述第一滤液进行多级超滤，得到粗滤液；(2)将所述步骤(1)中的粗滤液和活性炭混合进行脱色处理，得到脱色滤液；(3)将所述步骤(2)中的脱色滤液进行浓缩处理，得到浓缩液；(4)将所述步骤(3)中的浓缩液进行多级分子蒸馏处理，得到纯度98％以上的1,2,4‑丁三醇。

【技术特征摘要】
1.一种从重组大肠杆菌发酵液中分离制备高纯度1,2,4-丁三醇的方法，包括以下步骤：(1)对重组大肠杆菌发酵液进行离心预处理，得到预处理液；将所述预处理液进行微滤，得到第一滤液；将所述第一滤液进行多级超滤，得到粗滤液；(2)将所述步骤(1)中的粗滤液和活性炭混合进行脱色处理，得到脱色滤液；(3)将所述步骤(2)中的脱色滤液进行浓缩处理，得到浓缩液；(4)将所述步骤(3)中的浓缩液进行多级分子蒸馏处理，得到纯度98％以上的1,2,4-丁三醇。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中离心预处理的转速为8000～16000rpm，时间为1～12min；所述微滤具体为：将所述预处理液依次以孔径为R1和R2的微滤膜进行微滤；所述R1为0.3～0.6μm，R2为0.10～0.25μm。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多级超滤在卷式膜小型试验机中进行，所述多级过滤的流速50～200ml/min，压力为0.05～0.2MPa。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中多级超滤的步骤如下：1)将部分第一滤液连续加入试验机中，采用直径为R3的超滤膜进行进行过滤，待收集的透过液体积为第一滤液体积的1/2～3/4时，停止收集，在试验机中加入与剩余滤液等体积的水，开机混匀后继续第二次收集，如此重复操作4次；2)对步骤1)收集的滤液依次以孔径为R4和R5的超滤膜进行过滤，过滤方法和步骤1)相同；所述R3为20000～40000Da，R4为4000～6000Da，R5为500～1500Da。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的脱色次数为3次，单次脱色用活性炭和粗滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立权，赵东旭，高海军，张少静，张国梁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11