[发明专利]一种从发酵液中提取琥珀酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物分离工程领域，具体涉及一种从发酵液中提取琥珀酸的方法。

背景技术

琥珀酸，又称1,4-丁二酸，因存在于琥珀中而得名。分子式为C₄H₆0₄，分子量为118.09，其结构式如下：

琥珀酸是一种二元有机酸，也是工业上一种重要的C₄平台化合物，是微生物三羧酸循环及厌氧发酵的重要代谢产物。作为基本有机化工原材料广泛应用于食品、医药、表面活性剂、清洁剂、绿色溶剂、生物可降解塑料等领域。

目前琥珀酸的生产方法可分为以石油基化学品为原料的化学合成法和以可再生糖为原料的生物发酵法。随着石油储存量的下降与价格不断攀升，以及石油基化学工业对环境的影响，生物发酵法生产琥珀酸是一种趋势。发酵法生产琥珀酸，发酵液中成分复杂，需要将菌体、蛋白等除去，再进一步分离纯化精制琥珀酸，目前从发酵液中提取琥珀酸的方法可分为以下四种：

（1）有机溶剂萃取法

通过添加一种有机溶剂，有选择的分离萃取琥珀酸，这也是有机酸提取常用的方法。但该提取方法，过程中会消耗大量有机溶剂。

（2）电渗析法

Berglund等（美国专利NO：5034105）发明了一种电渗析法提取发酵液中琥珀酸，发酵液过滤除菌后，进入两级电渗析单元，将盐和不带电荷的糖、蛋白等分离开，琥珀酸盐转变为琥珀酸，而盐离子，如Na⁺，则通过阳离子膜和氢氧根结合形成相应的碱。然而电渗析法电耗较高，装置和膜价格也较贵。

（3）膜提取法

吴昊等（中国专利NO：200610086003.7）发明了一种膜过滤提取琥珀酸的方法，首先采用微滤除菌，然后采用超滤膜过滤，再用活性炭脱色除杂，得到琥珀酸溶液，浓缩结晶得到琥珀酸晶体。虽然膜过滤提取，条件温和，不需要有机溶剂，但膜过滤难以除去甲酸和乙酸等杂质，此外成本也较高，不适用于大规模工业制备。

（4）钙盐沉淀法

钙盐沉淀法是通过向发酵液中加入Ca(OH)₂或CaCO₃来中和pH和生成琥珀酸盐沉淀，之后加入硫酸酸化，沉淀酸解得到琥珀酸。尽管此方法操作简便，易于在规模化生产中使用，但提取过程中会产生大量的工业上无法使用的废渣CaSO₄。

美国专利US5168055公开了一种采用钙盐法分离提取琥珀酸的方法，其技术路线是首先在发酵过程中添加氢氧化钙调节pH值，在发酵液中结晶出琥珀酸钙。发酵液经过滤得到菌体、蛋白、琥珀酸钙的混合沉淀，然后通过洗涤出去其中的菌体、蛋白等杂质；洗涤后的琥珀酸钙加入浓硫酸酸化成可溶的琥珀酸和不溶的硫酸钙；过滤去除硫酸钙后，琥珀酸溶液经过离子交换树脂去除阴阳离子，然后获得琥珀酸，产品中琥珀酸的纯度可达到80-99%。但该方法对发酵菌种要求较高，只适合于发酵过程中添加钙盐调节pH值的发酵工艺，目前已知的琥珀酸产生菌株在此方面性能不佳，不适合工业化生产。

中国专利CN101643400A公开了一种从发酵液中提取琥珀酸的方法，该方法将琥珀酸发酵液除菌除杂后得到琥珀酸盐溶液，并加入氯化钙反应后生成琥珀酸钙沉淀，反应液固液分离后得到琥珀酸钙固体，加入盐酸反应生成氯化钙和琥珀酸后，降温至5-55℃析出琥珀酸固体，固液分离后得到琥珀酸和氯化钙溶液。该方法提取收率可达到90%以上，产品纯度可达99.5%，同时副产物氯化钙可重复利用。但该方法中通入盐酸还原后得到的琥珀酸和氯化钙均属于水可溶性物质，很难分离，同时添加的盐酸也不能够重复利用。

目前琥珀酸的发酵水平可达到100 g/L以上，转化率达到80%，达到工业化水平。然而受限于目前提取工艺技术还不成熟、工业化成本较高，工业化放大比较困难，导致目前生物发酵法生产琥珀酸还处于实验室阶段。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中从发酵液中提取琥珀酸的溶剂消耗高、产物分离困难的问题，进而提供了一种提取效率高、收率高、提取原料可循环利用的从发酵液中提取琥珀酸的方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的从发酵液中提取琥珀酸的方法，包括如下步骤：

（1）向琥珀酸发酵液过滤液中加入氧化锌，控制温度70-85℃、生成琥珀酸锌沉淀；

（2）过滤得到琥珀酸锌沉淀，并将所述琥珀酸锌沉淀加水制成悬浮液后通入H₂S反应，生成硫化锌沉淀和琥珀酸溶液；