專利名稱：發(fā)酵生產(chǎn)1,5-二氨基戊烷的方法
發(fā)酵生產(chǎn)1，5- 二氨基戊烷的方法本發(fā)明涉及一種從含1，5-二氨基戊烷(DAP)的發(fā)酵液中分離DAP的方法、一種使 用該分離方法發(fā)酵生產(chǎn)DAP的方法以及一種使用以該方式分離和發(fā)酵生產(chǎn)的DAP制備含 DAP的聚合物的方法。
背景技術(shù)：
1，5-二氨基戊烷(也常稱為1，5-戊二胺或尸胺；下文稱為DAP)是化學工業(yè)中重 要的原料。DAP例如用于制備聚酰胺、聚脲或聚氨酯及其共聚物。此外，已知經(jīng)賴氨酸脫羧發(fā)酵生產(chǎn)或酶催生產(chǎn)DAP —段時間了。就此已經(jīng)描述了 從發(fā)酵液中分離目標產(chǎn)物的各種方法。如EP-A-1482055描述了在反應期間調(diào)節(jié)pH的二羧酸存在下賴氨酸的酶催脫羧。 通過首先將含目標產(chǎn)物的溶液脫色和濃縮并然后在冷卻結(jié)晶法中結(jié)晶DAP 二羧酸鹽來分 離該方法中產(chǎn)生的DAP 二羧酸鹽。W0-A-2006/123778描述了在二氧化碳存在下通過賴氨酸酶催脫羧制備DAP碳酸 鹽。通過濃縮反應溶液和消除二氧化碳形成DAP。JP 2004-208646描述了通過將含L-賴氨酸二羧酸鹽的溶液酶催脫羧并加入選自 醇、酮和腈的有機溶劑將DAP 二羧酸鹽沉淀來制備DAP 二羧酸鹽。JP 2004-222569描述了通過使用表達L-賴氨酸脫羧酶的棒狀細菌，調(diào)整培養(yǎng)上 清液到PH 12并用極性有機溶劑萃取DAP來制備DAP。最后，JP 2004-000114描述了通過使用表達L-賴氨酸脫羧酶的大腸桿菌 (E. coli)細胞轉(zhuǎn)化高度濃縮的L-賴氨酸單鹽酸鹽，調(diào)整反應溶液到13并用極性有機 溶劑萃取反應產(chǎn)物，隨后蒸餾來制備DAP。然而，基于借助有機溶劑的DAP萃取的現(xiàn)有技術(shù)方法尤其不利，因為目標產(chǎn)物的 產(chǎn)量不是最理想且尤其是萃取步驟太慢以及整個方法太耗時，這極其不利于以工業(yè)規(guī)模實 施該制備。發(fā)明簡述因此本發(fā)明的目的是進一步改進從發(fā)酵液中分離DAP(尸胺)。更特定地，其旨在 進一步提高目標產(chǎn)物的產(chǎn)量和改進分離，尤其是溶劑型萃取所需時間。令人驚奇的是，通過提供如下一種方法實現(xiàn)該目的，其中a)首先調(diào)整發(fā)酵液到堿 性PH，然后熱處理，并此后用合適的有機萃取劑萃取。含DAP的發(fā)酵副產(chǎn)物，尤其是乙酰 基-DAP，在這里驚奇地發(fā)現(xiàn)水解裂解而釋放出目標產(chǎn)物。另一驚人之處是發(fā)現(xiàn)萃取步驟中 相分離速率可大幅度提高。該相分離速率的增加例如在復合營養(yǎng)培養(yǎng)基如酵母提取物存在 下后處理來自微生物發(fā)酵的發(fā)酵液時尤其明顯。附圖描述

圖1描述了從發(fā)酵液中分離DAP的整個方法的本發(fā)明特定實施方案的流程圖。圖2顯示了在pH 13.7下通過回流發(fā)酵液進行五小時的熱處理期間乙酰 基-DAP (三角形)水解裂解形成DAP (菱形)。殘留的賴氨酸含量(正方形)在熱處理期間 保持不變。
圖3顯示了在加熱方法中和隨后發(fā)酵液的回流期間氨的釋放。下曲線_氣體量； 上曲線-內(nèi)部溫度線圖。發(fā)明詳述1.優(yōu)詵實施方案本發(fā)明涉及一種從含1，5_ 二氨基戊烷(DAP)的發(fā)酵液中分離DAP的方法，其中 a)堿化發(fā)酵液，b)熱處理發(fā)酵液，c)用有機萃取劑萃取DAP，* d)從取出的有機相中分離 DAP。在該方法的第一特定方案中，調(diào)整發(fā)酵液到pH> 11，例如尤其是》11.5或》12， 例如尤其是彡12-14，或12. 5-13. 8，或13-13. 8，或13. 5-13. 7。為此，尤其通過加入堿金屬 氫氧化物或堿土金屬氫氧化物如鈉、鉀或鈣的氫氧化物調(diào)整PH。通過調(diào)整pH可將材料分布進一步優(yōu)化，最佳傳質(zhì)條件可設(shè)定在約pH12. 5以上。通過調(diào)整pH也可將任選存在的乙?；?DAP裂解進一步優(yōu)化，最佳裂解條件(裂 解動力學)可設(shè)定在約PH 13以上-取決于存在的乙酰基-DAP量。如果合適，細胞組分可在堿化之前從發(fā)酵液中去除。技術(shù)人員熟悉去除該細胞組 分的方法(如分離器、傾析器、絮凝、過濾方法或多個這類工藝步驟的組合)。在本方法的另一個方案中，將堿化的發(fā)酵液通過例如分批或連續(xù)地加熱到回流溫 度，例如在大氣壓下加熱到90-110°C，或在過壓下加熱到更高溫度進行熱處理。該熱處理 在引起任選存在的乙?；?DAP水解裂解的條件下進行，優(yōu)選以基本定量的方式。為此技術(shù) 人員可按需調(diào)整重要的工藝參數(shù)如壓力、溫度和停留時間。術(shù)語“乙?；?DAP”包含單乙酰 基-DAP和二乙?；?DAP，然而通常主要是單乙?；男问健Ｔ诹硗獾膶嵤┓桨钢?，該加熱 可分多步進行，例如也通過中間膨脹回收釋放的氨。在本發(fā)明方法另外的方案中，用與水有混溶性區(qū)的有機溶劑萃取DAP，該有機溶劑 盡可能呈極性并在堿性PH下穩(wěn)定，例如尤其是極性有機溶劑，更具體為偶極質(zhì)子性有機溶 劑。將在下文段落中描述合適的溶劑。在優(yōu)選實施方案中，DAP萃取和/或隨后的相分離在升高的溫度下分批進行。將 在下文段落中描述萃取和后處理含DAP的萃取液的進一步方案。本發(fā)明方法尤其適合后處理來自微生物在復合培養(yǎng)基如包含酵母提取物的培養(yǎng) 基中發(fā)酵的發(fā)酵液。本發(fā)明還涉及一種發(fā)酵生產(chǎn)DAP的方法，其中產(chǎn)生賴氨酸的微生物在產(chǎn)生賴氨酸 和如果合適產(chǎn)生DAP的條件下培養(yǎng)并使用上述DAP分離方法分離形成的DAP。該發(fā)酵可尤其在含復合培養(yǎng)基組分的培養(yǎng)基中進行。這可能包括使用產(chǎn)生賴氨酸 的微生物，其額外表達賴氨酸脫羧酶活性如異源賴氨酸脫酸酶(LDC)，即來源于不同有機體 的賴氨酸脫羧酶。根據(jù)本發(fā)明，“復合營養(yǎng)或培養(yǎng)基”或“復合培養(yǎng)基”是本身已知的培養(yǎng)基，其包含 物質(zhì)混合物的復合組合物，例如玉米漿、胰胨、細菌用胨(bactone)、大豆水解產(chǎn)物以及尤其 是酵母提取物。另一方面還可使含賴氨酸的發(fā)酵液與提純的、任選固定化的賴氨酸脫羧酶接觸， 從而使賴氨酸脫羧給出DAP，或?qū)⑵渌磉_任選固定化LDC的微生物加入培養(yǎng)液中或使后 者與其接觸。在本文明確參考的現(xiàn)有技術(shù)(例如參見JP 2002-223771)描述了在這方面合
4適的方法。這里原則上可對上述整個分離方法或上述發(fā)酵生產(chǎn)方法或其單個步驟作為分批 或半分批或補料分批或重復(補料)分批法分批或連續(xù)進行。本發(fā)明進一步涉及一種制備含DAP的聚合物的方法，其中DAP單體首先通過上述 方法發(fā)酵生產(chǎn)和分離，然后與至少一種其他共聚單體一起聚合。該共聚單體可尤其選自多 元羧酸如尤其是具有4-12個碳原子的二羧酸、其酯和酐；以及多異氰酸酯如尤其是具有 C2-Cltl亞烷基橋連基或環(huán)狀橋連基的二異氰酸酯。合適二羧酸的非限制性實例是丁二酸、戊 二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸等等。合適二異氰酸酯的非限制性實例是二 苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和異佛爾 酮二異氰酸酯。這導致了尤其是聚酰胺、聚脲或聚氨酯類聚合物的形成，例如聚酰胺5，10 或聚酰胺5，6。聚合方法包括將至少一種共聚單體加入分離的DAP或使用來自DAP沉淀的DAP和 至少一種共聚單體的混合物。例如通過如上所述借助蒸餾后處理的DAP萃取液的DAP鹽沉 淀可產(chǎn)生合適的DAP/共聚單體混合物。該共聚單體優(yōu)選多元羧酸如癸二酸。2發(fā)酵產(chǎn)牛賴氨酸或DAP的總說明2. 1微生物本發(fā)明原則上可用于任何含DAP的發(fā)酵液的后處理中。原則上對發(fā)酵所用微生物 也沒有限制。后者可能是天然存在的微生物、借助突變和選擇改良的微生物，但尤其是重組 產(chǎn)生的微生物，例如真菌，但尤其是細菌。這些微生物能夠直接生產(chǎn)DAP和/或DAP衍生物 如乙酰基-DAP或至少能夠發(fā)酵產(chǎn)生賴氨酸，尤其是L-賴氨酸。更具體而言，所用重組細菌 能夠經(jīng)二氨基庚二酸酯途徑(“DAP途徑”)、琥珀酰酶途徑或脫氫酶途徑生物合成賴氨酸。這些微生物可由葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、麥芽糖、糖蜜、淀粉、纖維素或由甘油、 酯肪酸或植物油或乙醇產(chǎn)生賴氨酸，尤其是L-賴氨酸，并優(yōu)選釋放至少部分產(chǎn)生的賴氨酸 進入細胞外空間。它們優(yōu)選為棒狀細菌，更具體為棒狀桿菌屬(Corynebacterium)或短桿 菌屬(Brevibacterium)。可特別提及棒狀桿菌屬中的谷氨酸棒狀桿菌(Corynebacterium glutamicum)，其產(chǎn)生L-氨基酸的能力已被本領(lǐng)域所知。可提及的棒狀細菌的合適菌株的實例是棒狀桿菌屬菌株，尤其是谷氨酸棒 狀桿菌(C. glutamicum)菌株，例如谷氨酸棒狀桿菌ATCC 13032、醋谷氨酸棒狀桿菌 (Corynebacterium acetoglutamicum) ATCC 15806、口譽 St 酸棒狀桿菌(Corynebacterium acetoacidophilum)ATCC 13870、熱產(chǎn)氨棒狀桿菌(Corynebacterium thermoaminogenes) FERM BP-1539、棲糖蜜棒狀桿菌(Corynebacterium melassecola) ATCC 17965，或短 桿菌屬菌株，例如黃色短桿菌(Brevibacterium flavum)ATCC 14067、乳糖發(fā)酵短桿 菌(Brevibacterium lactofermentum)ATCC 13869 禾口 叉開失fi 桿菌(Brevibacterium divaricatum)ATCC 14020 ；或衍生于它們的菌株，例如谷氨酸棒狀桿菌KFCC10065、谷氨酸 棒狀桿菌ATCC21608。縮寫KFCC是指韓國聯(lián)邦菌物保藏中心(the Korean Federation ofCulture Collection)?？s寫ATCC表示美國典型培養(yǎng)物保藏中心(theAmerican Type Strain Culture Collection)?？s寫FERM BP表示日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究院國家生物科學和人類 技術(shù)石if究院保藏中心(the collection ofthe National Institute of Bioscience and
5Human—Technology，Agency ofIndustrial Science and Technology, Japan)。2. 2發(fā)酵程序本發(fā)明待后處理的發(fā)酵液例如來源于重組棒狀細菌的培養(yǎng)，該細菌經(jīng)由促進賴氨 酸生物合成和影響至少一種賴氨酸生物合成基因的解調(diào)性(deregulating)干涉使賴氨 酸，尤其是L-賴氨酸的產(chǎn)量或含賴氨酸的混合物的產(chǎn)量增加和/或其額外超表達具有賴氨 酸脫羧酶活性的酶并積累DAP和/或乙?；?DAP。后者因此能夠直接生產(chǎn)DAP。賴氨酸生物合成涉及的基因和伴隨的促進賴氨酸生物合成的解調(diào)性干涉總結(jié)于 下表1。表1 解調(diào)性基因和基因產(chǎn)物的實例
權(quán)利要求
一種從含1，5 二氨基戊烷(DAP)的發(fā)酵液中分離DAP的方法，其中a)堿化發(fā)酵液，b)熱處理發(fā)酵液，c)使用有機萃取劑萃取DAP，和d)從取出的有機相中分離DAP。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將發(fā)酵液調(diào)整到pH> 11。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中通過加入堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物調(diào)整pH。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的方法，其中堿化的發(fā)酵液通過加熱到回流溫度熱處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項的方法，其中熱處理在引起任選存在的乙酰基-DAP水解裂 解的條件下進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項的方法，其中用偶極質(zhì)子性有機溶劑萃取DAP。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中萃取劑是鏈烷醇或環(huán)烷醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中萃取和/或隨后的相分離在升高的溫度下進行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項的方法，其中在堿化之前從發(fā)酵液中去除細胞組分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項的方法，其中萃取步驟中含DAP的相通過蒸餾提純或由所 述相沉淀DAP。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項的方法，其中發(fā)酵液來源于微生物在含復合培養(yǎng)基組分 的培養(yǎng)基中的發(fā)酵。
12.一種發(fā)酵生產(chǎn)DAP的方法，其中產(chǎn)生賴氨酸的微生物在產(chǎn)生賴氨酸以及如果合適 產(chǎn)生DAP的條件下培養(yǎng)且形成的DAP通過使用權(quán)利要求1-11任一項的方法分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中發(fā)酵在含復合培養(yǎng)基組分的培養(yǎng)基中進行。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中產(chǎn)生賴氨酸的微生物包含賴氨酸脫羧酶活性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中產(chǎn)生賴氨酸的微生物包含異源賴氨酸脫羧酶。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的方法，其中產(chǎn)生賴氨酸的微生物包含異源賴氨酸脫羧酶基因。
17.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中含賴氨酸的發(fā)酵液與任選固定化的賴氨酸脫羧 酶接觸，從而使賴氨酸脫羧給出DAP。
18.一種制備含DAP的聚合物的方法，其中DAP單體首先發(fā)酵產(chǎn)生并通過根據(jù)權(quán)利要求 1-17任一項的方法分離，然后與至少一種其他共聚單體一起聚合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中共聚單體選自多異氰酸酯以及多元羧酸及其鹽、酯 和酸酐。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19的方法，其中將至少一種共聚單體加入分離的DAP中，或使 用來自DAP沉淀的DAP和至少一種共聚單體的混合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中DAP/共聚單體混合物由根據(jù)權(quán)利要求10的鹽沉淀產(chǎn)生。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中共聚單體是多元羧酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從含1，5-二氨基戊烷(DAP)的發(fā)酵液中分離DAP的方法、一種使用所述分離方法發(fā)酵生產(chǎn)DAP的方法以及一種使用根據(jù)所述方法分離的DAP或發(fā)酵生產(chǎn)的DAP生產(chǎn)含DAP的聚合物的方法。
文檔編號C12P13/00GK101981202SQ200980110562
公開日2011年2月23日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者B·恩斯特, M·弗爾克特, O·策爾德爾, W·K·鄭 申請人:巴斯夫歐洲公司