一种从发酵液中提取乙偶姻的方法技术

本发明专利技术公开了一种从发酵液中提取乙偶姻的方法，将经过预处理的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；其中，所述的吸附剂为超高交联树脂HD-02，该树脂的骨架为聚苯乙烯，通过Friedel-Crafts后交联反应制得，其具有中等极性，孔隙率为40～50%，颗粒大小为0.42～0.55mm，湿密度为1.05～2.02g/cm3，平均比表面积为1450～1800m2/g，平均孔径为1.62～2.70nm，孔体积为0.73～0.86cm3/g，含水量为42～45%。该方法简便快捷，能耗低，提供了一种有效分离发酵液中乙偶姻的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术生物分离
，具体涉及。
技术介绍
乙偶姻(又名3_羟基-2- 丁酮)是一种应用广泛、令人喜爱的食用香料，此外在制药工业、化学工业、涂料工业、IT行业亦有重要的应用。全球乙偶姻的需求量约lOOOt，国际市场天然乙偶姻的价格约为30万元/吨。目前，国际市场上的乙偶姻香料产品主要由美国，德国和日本的几家大公司生产，并且主要为合成产品。然合成法存在产品收率和得率较低，且环境污染较严重等缺点，而且产品质量很难达到目前乙偶姻的最大消费领域——食用香料的要求；更为严重的是合成工艺的原料来源(丁二酮、丁酮、2，3-丁二醇)紧缺限制了其大规模的发展。近年来，由于环保需求以及未来社会绿色化工的需要，生物合成法已成为主要的研究方向，其中微生物发酵制备乙偶姻已初步实现工业化生产，据报道其最高发酵单位达到80g/L。·在大多数菌株代谢过程中，乙偶姻是作为2，3- 丁二醇和丁二酮代谢的副产物而存在的，积累浓度较低。例如产丁醇的丙酮丁醇梭杆菌(Clostridium acetobutylicum),其发酵主产物为丙酮、丁醇和乙醇(ABE)，乙偶姻作为发酵副产物，含量仅为0. 2%。在传统工艺中，只从发酵液中提取ABE三种组分，使得工业化生产中采用发酵法获得丁醇的成本远高于化学合成法，这可能是生物法生产丁醇未实现工业化生产的主要原因。但若能本着“吃干炸净”的原则同时从发酵液中分离出高附加值的乙偶姻，这在某种程度上既可缓解发酵法生产丁醇的经济压力，同时也能提高利用发酵法生产丁醇的价值。而如何从发酵液中分离得到乙偶姻仍是亟待解决的问题。Yan-Yang Wu 等人利用液液萃取法，分别用 I- 丁醇(Y. Wu, K. Chen, D. Pan, J.Zhuj B. Wuj Y. Shenj Liquid-liquid equilibria of water+3-hydroxy-2-butanone+l-butanol，J.Chem. Eng. Data. 56 (2011) 2641-2646)，乙酸乙酯(Υ· Wu，Κ· Chen，D. Pan，J.ZhujB. WujY. Shenj Liquid-liquid equilibria of water+3-hydroxy-2-butanone+ethylethanoate，FluidPhase Equilib. 305 (2011) 101-105)，乙酸丁酯(Υ· Wuj K. Chen, D. Pan, J.ZhujB. WujY. Shenj Liquid-liquid equilibria of water+3-hydroxy-2-butanone+butylethanoate at several temperatures, J. Chem. Eng. Data. 56 (2011) 910-914)作为萃取剂，分离发酵液中的乙偶姻。但因其所用的萃取剂均为有毒的有机溶剂，从而限制了乙偶姻在食品工业的发展。Speckman and Collins (R. A. Speckmanj E. B. Collins, Separation ofdiacetyl,acetoin，and 2，3-butylene glycol by salting-out chromatography, Anal.Biochem. I (1968) 154-160)早在1968年就用了 Dowex Ix 8离子交换树脂来吸附乙偶姻，并用0. 5M的Na2SO4溶液将其洗脱，由此提供了一个用树脂分离乙偶姻的先例。但文献中所提及的操作中，每次仅向吸附柱中加入25-100μ g的乙偶姻，这显然不能作为工业生产上分离乙偶姻的参考。Jian-an Sun 等人(J. A. Sun, B. Rao, L. Y. Zhang, Y. L. Shen, D. Z. Wei, extractionofacetoin from fermentation broth using an acetone/phosphate aqueous two-phasesystem, Chem. Eng. Commun. 199 (2012) 1492-1503)利用双水相萃取法来分离发酵液中的乙偶姻，文献中提及的双水相系统包含30% (w/w)的丙酮和35% (w/w)的磷酸氢二钾，该系统可直接应用于未经过滤的乙偶姻发酵液，乙偶姻的回收率可达到94. 3%。但此法具有分离时间长，需要反萃以回收高聚物等缺点。另一方面，采用蒸馏的方法从发酵液中分离乙偶姻能耗较高，约占乙偶姻生产能耗的40%。因此，发酵产量不高及分离能耗高是微生物发酵法生产乙偶姻工艺成本居高不下的主要原因。本专利技术所研究的发酵液，其发酵过程为先将菌种划线于固体平板上，培养后平板上长出白色不规则菌落；再挑取平板上的菌泥，接种于种子培养基中静止培养；最后取种子液接种到发酵培养基中，静止培养一段时间后即可得所需的发酵液。所得的初始发酵液经粗过滤后，在离心机中以12000rpm，离心2min去除菌体。将去除菌体的发酵液经一套连续离交装置去除发酵液中的杂蛋白以及丙酮、丁醇、丁酸等组分。本专利技术所用的发酵液中含有乙醇、乙偶姻、乙酸三种组分，其百分含量比为2:2:1。乙醇、乙偶姻、乙酸的沸点分别为78.4° C、148° C、117.9° C，采用蒸馏的方法可将它们分离，但分离能耗较大且所得产品纯度不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种从主要含有乙醇、乙偶姻和乙酸的发酵液中提取乙偶姻的方法，以解决发酵液中乙偶姻的下游分离困难问题，并减小乙偶姻分离过程的能耗。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下，将经过预处理的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；其中，所述的吸附剂为超高交联树脂HD-02，该树脂的骨架为聚苯乙烯，通过Friedel-Crafts后交联反应制得，其具有中等极性，孔隙率为40 50%，最佳为46% ;颗粒大小为0. 42 0. 55mm,最佳为0. 52mm ;湿密度为I. 05 2. 02g/cm3，最佳为I. 09g/cm3平均比表面积为1450 1800m2/g,最佳为1645. 5m2/g ;平均孔径为I. 62 2. 70nm,最佳为I.9nm ;孔体积为0. 73 0. 86cm3/g，最佳为0. 796cm3/g ;含水量为42 45%，最佳为43%。其中，所述的吸附剂按如下方法制备得到将氯甲基化聚苯乙烯树脂在5 7倍重量的邻硝基乙苯中充分溶胀，加入三氯化铁作催化剂，催化剂的加入量为氯甲基化聚苯乙烯树脂重量的1(Γ30%，以1° C/min 1° C/10min的升温速率逐步升温至100 180° C,进行Friedel-Crafts反应，当树脂残余氯含量为广2wt%时，停止反应制得超高交联树脂HD-02，用乙醇洗涤，真空干燥，即得。其中，所述的氯甲基化聚苯乙烯树脂，简称氯球，比表面积为20(T400m2/g，含氯量Γ10% (最佳控制在2%以下)，孔容I. 2 I. 4cm3/g、孔径为I. 46 2. 69nm、平均粒径为0. 64mm。上述氯甲基化聚苯乙烯树脂可以从市本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从发酵液中提取乙偶姻的方法，其特征在于，将经过预处理的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；其中，所述的吸附剂为超高交联树脂HD？02，该树脂的骨架为聚苯乙烯，通过Friedel？Crafts后交联反应制得，其具有中等极性，孔隙率为40～50%，颗粒大小为0.42～0.55mm，湿密度为1.05～2.02g/cm3，平均比表面积为1450～1800m2/g，平均孔径为1.62～2.70nm，孔体积为0.73～0.86cm3/g，含水量为42～45%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：应汉杰，王丽丽，吴菁岚，周精卫，林晓清，焦鹏飞，张旭，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：