[发明专利]一种利用纳滤从丁二酸发酵液中分离提取丁二酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物分离工程技术领域，具体涉及利用纳滤技术从丁二酸发酵液中分离提取丁二酸的方法。

背景技术

丁二酸(Succinic Acid，Butanedioic Acid)又称琥珀酸，是一种重要的二元有机羧酸，是微生物三羧酸循环及厌氧发酵的重要代谢产物，广泛用于可降解材料、制药、表面活性剂、防护涂料、染料和其它工业中。而其盐——丁二酸二钠(干贝素)也是重要的食品添加剂具有特殊的海鲜风味而广泛地应用于食品工业。从丁烷通过顺式丁烯二酐生产丁二酸，因原料成本和环境污染等原因使得丁二酸作为基本化工原料的广泛应用受到限制。厌氧发酵法制备丁二酸以成本较低的可再生的生物质和温室气体二氧化碳为原料，污染少，能耗低，因此以微生物发酵生产丁二酸的研究与开发正在美国、日本、欧盟及我国深入开展，而从发酵液中高效分离提取丁二酸是生物法制备丁二酸的重要技术。

目前公开专利及文献中涉及从微生物发酵液中提取制备丁二酸的方法主要有钙盐法、溶剂萃取法、铵盐法、电渗析法、离子交换法、膜分离法。美国专利US5168055采用钙盐中和法提取丁二酸，路线长、效率低下，产生大量硫酸钙废渣，酸碱消耗大，增加了成本和环境污染。美国专利US5034105、US5143834采用两级膜电渗析分离提纯丁二酸的方法，但该法电渗析膜损耗及电能消耗极高，且不能处理二价离子。美国专利US5958744采用铵盐法提取丁二酸，但其结晶过程操作条件苛刻，需要高温裂解硫酸盐，步骤繁琐，难度大。Lee SY等人(Process Biochemistry 41(2006)：1461)采用溶剂萃取法从发酵液中提取丁二酸，需使用昂贵而具有毒性的叔胺类萃取剂及助溶剂，残留溶剂的毒性对食品级及医药级丁二酸的质量存在安全隐患，此外还有溶剂回收问题。中国专利CN200810195852.5、CN200810195851.0采用离子交换法处理并分离提取丁二酸，由于丁二酸发酵液中含有大量杂质离子，导致树脂污染加重，交换容量迅速下降，树脂处理频繁，存在再生困难、洗脱剂用量及排污量大等问题。中国专利ZL200610086003.7采用微滤、超滤膜分离提取丁二酸，但由于发酵液酸化时产生大量硫酸镁，可能会导致产品硫酸盐超标或提取收率下降。此外上述分离提取丁二酸过程中多采用价格较为昂贵的活性炭进行脱色精制。总之，目前丁二酸的分离提取方法在简化工艺、提高产品质量及降低成本等方面仍有待改进。

纳滤(NF)是近20年来发展起来的一种新型膜分离技术，纳滤膜是拥有纳米级微孔的复合荷电膜，基于其筛分原理适合对分子量介于150～1000道尔顿有机分子进行分离，基于其电荷效应，适合将单价离子与多价离子及中性物质分离。近年来将纳滤应用于生物产品分离已有专利报道，多涉及抗生素浓缩、中草药提取、多糖纯化等领域，如中国专利CN1511839、CN1202121、CN1364764，其目标产品的分子量≥250道尔顿，但鲜有将纳滤用于分子量150道尔顿以下产品的专利报道，中国专利CN101265179将纳滤用于乳酸(分子量90道尔顿)的提取，将乳酸透过纳滤膜与其它分子量较小的杂质分离。丁二酸的分子量仅为118道尔顿，将纳滤技术用于其与小分子杂质及多价盐的分离，并采用纳滤膜对其进行预浓缩，经专利检索还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用纳滤技术从丁二酸发酵液中分离提取丁二酸的方法，以克服现有丁二酸提取方法存在的步骤多、收率低、排污大及产品质量不易控制的缺点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用纳滤从丁二酸发酵液中分离提取丁二酸的方法，包括如下步骤：

(1)采用微滤或板框加压过滤的方法，对丁二酸发酵液进行预过滤，以除去菌体及固体颗粒；

(2)调节步骤(1)得到的滤液的pH值至4.0～6.0，进行超滤，以除去蛋白等生物大分子，收集超滤透过液；

(3)调节超滤透过液的pH值至3.0～4.0，进行纳滤，以除去色素、多价无机离子及未消耗的底物，收集纳滤透过液；

(4)调节含有丁二酸的纳滤透过液的pH值至6.0～7.0，再次进行纳滤，以除去甲酸、乙酸等副产物及单价无机离子，收集纳滤截留液，实现预浓缩；

(5)将步骤(4)得到的纳滤截留液进行减压蒸发浓缩；

(6)浓缩液50～70℃保温，用氢氧化钠或碳酸钠将浓缩液调节至pH8，再冷却结晶、干燥，得丁二酸二钠；或者，浓缩液50～70℃保温，用浓硫酸或浓盐酸将浓缩液调节至pH2.0～3.0，冷却结晶、干燥，得丁二酸。