一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法技术

本申请公开了一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，包括：1)采用氧化葡萄糖酸杆菌作为生物催化剂进行发酵，在发酵过程中添加过量的碳酸钙粉末；2)采用差速离心进行原位分离分别获得乙醇酸钙和细胞；3)将乙醇酸钙重结晶得到乙醇酸钙晶体；4)使用硫酸酸化乙醇酸钙溶液，进行电渗析，获得高纯度乙醇酸溶液。本申请避免了乙醇酸的超高溶解度对提纯的阻碍，并且预先生成的乙醇酸钙相对容易结晶；最终可以产生高纯度的乙醇酸溶液，而且中间产物乙醇酸钙具有高稳定性，在结晶过程中化学结构不变，避免了高温蒸发过程中对乙醇酸化学结构的破坏。化学结构的破坏。化学结构的破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法


[0001]本专利技术属于(生物基)材料，或医用工程材料制备
，涉及一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法。

技术介绍

[0002]乙醇酸是一种最简单的α
‑
羟基酸，具有重要的工业应用和有前途的潜力，例如家庭和工业中的化妆品和香水，防腐剂，洗涤剂和消毒剂。乙醇酸最重要的商业用途是合成聚乳酸
‑
乙醇酸酯和聚乙醇酸酯，用于生物医学材料和治疗应用。它是美国食品和药物管理局(FDA)批准的少数几种可生物降解，生物相容性和无毒的市售聚酯之一。
[0003]在癌症免疫治疗中，聚乳酸
‑
乙醇酸酯是负载抗肿瘤药物，在体内诱导有效的抗肿瘤免疫应答。作为一种绿色生物质产品，乙醇酸和乙醇酸盐的生物生产可以通过肝细胞中草酸盐合成相关的途径或β
‑
羟基天冬氨酸循环代谢，并通过过氧化物酶体、线粒体和细胞质基质等细胞器中的一系列酶系统参与人体代谢途径。
[0004]国际市场对高纯度乙醇酸的需求不断增加，由乙二醇经全细胞催化制取乙醇酸的绿色生物转化技术具有巨大的发展前景，但由于乙醇酸亲水性强且难以结晶提纯，以经济的方式从发酵液中高效分离高纯度的乙醇酸仍然是一个很大的挑战。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本申请所要解决的技术问题是提供一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，利用氧化葡萄糖酸杆菌催化和乙醇酸钙原位结晶分离耦合先生产高纯度的乙醇酸钙结晶，再通过重结晶、硫酸酸化、电渗析等过程联用以制备高满足医用级要求等纯度的乙醇酸产品。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，包括以下步骤：
[0008]1)在通空气和搅拌的生物反应器中，以乙二醇为底物，采用氧化葡萄糖酸杆菌NL71作为生物催化剂进行发酵，在发酵过程中添加过量的碳酸钙粉末；
[0009]2)在发酵液中产生乙醇酸钙沉淀后，停止发酵，采用差速离心进行原位分离分别获得乙醇酸钙和细胞；
[0010]3)用去离子水以完全溶解乙醇酸钙，通过离心除去不溶性杂质；然后将乙醇酸钙溶液重结晶，回收重结晶后的固体，最终得到白色针状乙醇酸钙晶体；
[0011]4)使用硫酸酸化乙醇酸钙溶液；将酸化后含微量乙醇酸钙的乙醇酸溶液，进行电渗析，在酸室中收集获得高纯度乙醇酸溶液。
[0012]所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，碳酸钙中和发酵液，发酵液pH为2。
[0013]所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，采用差速离心法两次分别回收乙醇酸钙及细胞，两次离心力分别为89g和200g。
[0014]所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，冷却结晶温度为0
‑
4℃。
[0015]所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，，进行4轮重结晶操作。
[0016]所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，10wt％硫酸酸化乙醇酸钙溶液至pH为2。
[0017]所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，所述双极膜电渗析装置电压为50V。
[0018]所述的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，所述双极膜电渗析装置盐室电导率稳定在100
‑
200μs/cm时，停止电渗析操作。
[0019]乙醇酸钙比氧化葡萄糖酸杆菌更容易在水相中沉淀，因此设计的差速离心工艺，以达到乙醇酸钙和氧化葡萄糖酸杆菌的同时分离。细胞回收与原位乙醇酸钙产物去除相结合，到达沉淀点，原位乙醇酸钙离心分离，连续生产的经济效益显著提高。由于乙醇酸钙性质在不同温度下具有一定的溶解度差和冷水中极低的溶解度，通过几轮重结晶操作可有效除去杂质。为工业生产来自氧化葡萄糖酸杆菌催化的高纯度乙醇酸钙晶体开发绿色生物技术。
[0020]根据硫酸钙溶解度(9.10
×
10
‑6)比乙醇酸钙(3.43
×
10
‑4)低2个数量级的事实，选择了低成本的硫酸作为酸化剂，不仅可以酸化乙醇酸钙，还可以通过形成硫酸钙沉淀去除引入的杂质离子。此外，调节pH值＜6.0可防止盐沉淀的产生，并避免在电渗析过程中设备结垢。进行电渗析处理中的酸化乙醇酸钙溶液(pH＝2.0)，能够有效去除钙和静息离子的杂质同时达到乙醇酸的转化和富集作用。
[0021]有益效果：与现有技术相比，本申请在乙醇酸生产方面，生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸具有以下优点：
[0022]a)该策略避免了乙醇酸的超高溶解度对提纯的阻碍，并且预先生成的乙醇酸钙相对容易结晶；
[0023]b)最终可以产生高纯度的乙醇酸溶液，而且中间产物乙醇酸钙具有高稳定性，在结晶过程中化学结构不变，避免了高温蒸发过程中对乙醇酸化学结构的破坏。
附图说明
[0024]图1是生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的工艺流程图；
[0025]图2是生物催化反应制备乙醇酸钙结果图；
[0026]图3是乙醇酸钙的提纯
‑
重结晶工艺结果图；
[0027]图4是产物乙醇酸的核磁共振氢谱图；
[0028]图5是不同pH下乙醇酸钙的酸化率及钙离子浓度结果图；
[0029]图6是电渗析工艺结果图。
具体实施方式
[0030]下面结合实施例和附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本专利技术保护的范围。
[0031]以下实施例中样品溶液的配制：取1mL反应后的发酵液于离心机中以10000rpm离心5min，再用超纯水稀释浓度约为0.4～4g/L的样品溶液，并用0.22μm滤膜过滤，放置于高效液相色谱样品盘等待检测分析。
[0032]高效液相色谱检测方法为：配制的乙二醇及乙醇酸标准溶液通过Agilent 1260液相色谱仪进行分析检测，色谱柱为Aminex Bio
‑
Rad HPX
‑
87H柱(Agilent)，流动相为5mM/L的H2SO4溶液，流速为0.6mL/min，检测器为示差检测器，进样量为10μL。乙醇酸保留时间为12.65min，乙二醇保留时间为16.74min。
[0033]乙醇酸体积生产速率(％)＝乙醇酸产量(g/L)/生物催化时间(min)*100
[0034]乙醇酸体积生产率(％)＝乙醇酸产量(g/L)/生物催化时间(h)*100。
[0035]实施例1
[0036]本实施例的生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，其工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
[0037]1)生物催化剂制备
[0038]取保存在含有50g/L山梨醇、5g/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在通空气和搅拌的生物反应器中，以乙二醇为底物，采用氧化葡萄糖酸杆菌NL71作为生物催化剂进行发酵，在发酵过程中添加过量的碳酸钙粉末；2)在发酵液中产生乙醇酸钙沉淀后，停止发酵，采用差速离心进行原位分离分别获得乙醇酸钙和细胞；3)用去离子水以完全溶解乙醇酸钙，通过离心除去不溶性杂质；然后将乙醇酸钙溶液重结晶，回收重结晶后的固体，最终得到白色针状乙醇酸钙晶体；4)使用硫酸酸化乙醇酸钙溶液；将酸化后含微量乙醇酸钙的乙醇酸溶液，进行电渗析，在酸室中收集获得高纯度乙醇酸溶液。2.根据权利要求1生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，其特征在于，碳酸钙中和发酵液，发酵液pH为2。3.根据权利要求1生物与电化学过程联用迂回制备高纯度乙醇酸的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇，余强，周鑫，华夏，徐彬，王欢，袁成飞，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：