[发明专利]包括二氧化碳脱除工艺的发酵生产戊二胺的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵工程领域，具体而言，本发明涉及生物催化法生产1, 5-戊二胺及其分离提取技术，即二氧化碳脱除法分离提取全细胞催化液中的戊二胺的技术。

背景技术

1, 5-戊二胺(1,5-Pentanediamine) ，又名尸胺(Cadaverine)、1, 5-二氨基戊烷(1, 5- Diaminopentane)，与二元酸可聚合成高分子聚酰胺材料（即尼龙）。全球每年生产约700万吨聚酰胺材料，消耗大量石化资源，因此生物法合成聚酰胺的重要组成单体—1, 5-戊二胺具有重要的经济学和生态学意义。

全细胞催化法以赖氨酸为底物，利用菌体细胞中的赖氨酸脱羧酶催化产生戊二胺。目前，赖氨酸作为大宗氨基酸品种之一，其产能严重过剩，利润率极低。因此，开发高效的以赖氨酸为底物的戊二胺生物催化的生产方法，不但可以开发新型生物基材料市场，还可以推进氨基酸发酵产业的转型升级。

关于从发酵液/全细胞催化液中分离提取戊二胺的现有技术，可以列举以下的报道。专利US7189543B2公布了直接从催化液中制备戊二胺己二酸盐晶体的方法。使用己二酸中和全细胞催化过程中产生的戊二胺，获得pH为6.0的戊二胺己二酸盐溶液；去除戊二胺催化液中的细胞，活性炭脱色后浓缩至盐含量为70-77%，降温得到戊二胺己二酸盐晶体，用于尼龙聚合。专利（US2010/0292429A1, CN101981202A和EP1482055A1）和文献（Metabolic Engineering, 2014, 25:113–123）公开了应用丁醇萃取法从发酵液中分离提取戊二胺。在戊二胺发酵液中加入氢氧化钠，高温回流裂解发酵液中的副产物后，使用丁醇多次萃取获得含有戊二胺的有机相，蒸出有机相中的低沸点溶剂得到高沸点的戊二胺，进一步精馏获得高纯度的戊二胺。

目前公开的戊二胺分离提取的现有技术中，析晶法得到戊二胺羧酸盐的收率低，并且残存赖氨酸等杂质，难以进一步精制，所得到的戊二胺羧酸盐用作聚酰胺树脂膜材料时产生鱼眼等表面外观缺陷，并影响注射成型的流动性（CN101578256A）。萃取法得到戊二胺的收率较低；有机溶剂残留降低了戊二胺产品的纯度；有机溶剂气味大、毒性高、易燃易爆，增加了实际应用的操作难度；有机溶剂需要回收，增加了工艺流程和能耗。

发明内容

发明简述

本发明要解决的技术问题在于提供新的发酵制备1, 5-戊二胺的方法，其能提高1, 5-戊二胺，和/或能减少强碱用量并降低盐渣生成量，从而降低戊二胺生产的综合成本。具体而言，本发明的方法包括：

（1）培养表达赖氨酸脱羧酶的细胞，获得包含1, 5-戊二胺的发酵液；和

（2）提取步骤（1）获得的发酵液中的1, 5-戊二胺，其中在向发酵液中加入强碱之前脱除其中的二氧化碳。

优选在本发明的方法的步骤（1）中，所述细胞是过表达赖氨酸脱羧酶的细胞，优选是赖氨酸脱羧酶基因表达增强（如，通过替换赖氨酸脱羧酶基因的启动子为强启动子（如，T7启动子）而表达增强）的细胞。

也优选在本发明的方法的步骤（1）中，所述细胞是细菌细胞，优选是大肠杆菌细胞，如大肠杆菌BL21(DE3)。

还优选在本发明的方法的步骤（1）中，所述培养中不补加酸性pH调节剂，而且所述细胞自身会产生CO₂以中和1, 5-戊二胺。

另外优选在本发明的方法的步骤（1）中，所述细菌以赖氨酸为底物，通过赖氨酸脱羧酶催化而产生1, 5-戊二胺。

优选在本发明的方法中，步骤（2）包括：

（21）分离（如，离心或过滤）出发酵液中的液体；

（22）脱除步骤（21）获得的液体中的二氧化碳，然后加入碱处理；和

（23）从步骤（22）获得的处理液中提取出含1, 5-戊二胺的成分（如，馏分）。

更优选在本发明的方法的步骤（22）中，通过减压和/或升温分离出液体中的二氧化碳来脱除液体中的二氧化碳。

也更优选在本发明的方法的步骤（22）中，碱包括氢氧化钠、氢氧化钾和/或氢氧化钙。

还更优选在本发明的方法的步骤（23）中，所述提取包括蒸馏（如，常压蒸馏、减压蒸馏和/或精馏）、蒸发（如，闪蒸）和/或干燥（如，喷雾干燥和/或减压干燥）。

优选在本发明的方法中，1, 5-戊二胺的产量大于30g/L所述发酵液，优选大于50 g/L所述发酵液，更优选大于80 g/L所述发酵液，更加优选大于100 g/L所述发酵液，最优选大于120 g/L所述发酵液。

发明详述