專利名稱：從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法。
背景技術(shù)：
富馬酸又名延胡索酸，化學(xué)名稱為反丁烯二酸或反-1,2-乙烯二羧酸，富馬酸是一種重 要的有機(jī)基本化工原料和精細(xì)化工產(chǎn)品。在食品領(lǐng)域，富馬酸可作為食品酸味劑并起著防 腐劑和抗氧化劑的作用，工業(yè)級(jí)富馬酸主要用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹(shù)脂和醇酸樹(shù)脂，以及用 作生產(chǎn)電泳漆的原料。富馬酸的衍生物應(yīng)用廣泛。例如富馬酸二辛酯和富馬酸二異辛酯為 內(nèi)增塑劑。富馬酸作為一種重要的四碳平臺(tái)化合物，可采用酶催化轉(zhuǎn)化、酯化、加氫等工 藝生產(chǎn)L-天冬氨酸、蘋(píng)果酸、琥珀酸、馬來(lái)酸、1， 4-丁二醇、丁內(nèi)酯、和四氫呋喃等四 碳化合物。富馬酸在藥物生產(chǎn)中的應(yīng)用更加廣泛，它可用于生產(chǎn)解毒藥二巰基丁二酸鈉； 治療人體小紅血球貧血病的富馬酸亞鐵；臨床使用的止痛藥物富馬酸異呱丙毗侖；新型的 抗變態(tài)反應(yīng)藥物富馬酸酮替芬等。
富馬酸的合成方法主要有化學(xué)法和發(fā)酵法。目前工業(yè)上主要采用順酐異構(gòu)化和糠醛氧 化等以化學(xué)法合成富馬酸為主，由于順酐的原料主要是苯和丁垸等不可再生的石油資源， 原料受到了限制，并且對(duì)環(huán)境的污染較大，由于原料的特性使得通過(guò)這種方法制備的富馬 酸品質(zhì)達(dá)不到食品級(jí)或飼料級(jí)的要求。使得富馬酸的廣泛應(yīng)用也受到限制。雖然糠醛可由 植物原料水解得到，但是工藝副反應(yīng)多，后處理困難，成本高。
微生物發(fā)酵生產(chǎn)富馬酸的原料為可再生資源，如玉米漿、甘蔗、葡萄糖、木質(zhì)纖維等， 發(fā)酵法操作條件溫和，環(huán)境污染小，可持續(xù)發(fā)展性強(qiáng)，此外，發(fā)酵工程中吸收C02，發(fā)酵法 生產(chǎn)的富馬酸純度高且副產(chǎn)物無(wú)毒無(wú)害，符合食品級(jí)的要求。因此從環(huán)保和資源的利用上 來(lái)看，發(fā)酵法生產(chǎn)富馬酸是一種新興、很有發(fā)展?jié)摿Φ木G色工藝。微生物發(fā)酵法制備富馬 酸的常用菌種為根霉菌，如米根霉、少根霉、無(wú)根根霉以及黑根霉等。美國(guó)專利US4877731 公開(kāi)了一種通過(guò)分階段溶氧控制策略發(fā)酵R. arrhizus利用葡萄糖生產(chǎn)富馬酸的方法，Tsao 教授等利用米根霉發(fā)酵產(chǎn)富馬酸的方法(Bioprocess Biosyst Eng， 2002， 25:179-181)，中 國(guó)專利CN101240259A公開(kāi)了一種工程菌Escherichia coli JM125生產(chǎn)富馬酸的方法；中 國(guó)專利CN101100645A公開(kāi)了一種用米根霉(Rhizopus Oryzae)ME-Fll生產(chǎn)富馬酸的方法。 目前，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)富馬酸的方法中，糖酸的轉(zhuǎn)化率最高的只有85%。富馬酸的產(chǎn)量 只占總酸產(chǎn)量的90%左右，發(fā)酵液中同時(shí)含有琥珀酸、蘋(píng)果酸、a-酮戊二酸等多種有機(jī)酸。 因此將微生物發(fā)酵液中的富馬酸進(jìn)行后處理和提純的研究具有重要意義。
從發(fā)酵液中提取富馬酸最傳統(tǒng)的方法有活性炭過(guò)濾法、溶劑萃取法和電滲析法。但是 由于活性炭對(duì)于含雙鍵物質(zhì)的強(qiáng)烈吸收，造成了富馬酸的極大損失，對(duì)活性炭的處理也會(huì) 造成較大的環(huán)境污染。溶劑萃取法在提取的過(guò)程中需消耗大量昂貴的有機(jī)溶劑垸基化三膦，導(dǎo)致提純成本較高，殘留溶劑的毒性也會(huì)對(duì)食品級(jí)及醫(yī)藥級(jí)產(chǎn)品的質(zhì)量有不良影響，同時(shí) 該法還不適合高強(qiáng)離子強(qiáng)度的發(fā)酵液體系。。電滲析法在操作過(guò)程中產(chǎn)生的水電離易和發(fā)酵 液中鈣鎂等金屬離子結(jié)合在膜上形成垢，降低電滲析膜的使用效果和壽命，，同時(shí)較強(qiáng)的反 向?qū)α魇乖撨^(guò)程不能達(dá)到高收率。以上方法均具有一定的局限性，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
George T. Tsao等人于1996年在Applide and Environmental Microbiology發(fā)表了 利用R. oryzae具有自我固定的特性，設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)生物膜接觸器偶聯(lián)吸附柱的裝置從 米根霉的發(fā)酵液中吸附收集富馬酸的方法。但是該方法的發(fā)酵液中富馬酸濃度較低，樹(shù)脂 的吸附能力未能得到有效利用，從而使得發(fā)酵工程中樹(shù)脂的使用量相對(duì)增加，能耗和物耗 較大，樹(shù)脂的再生需會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，同樣不適合工業(yè)生產(chǎn)。
中國(guó)專利CN101235394A公開(kāi)了一種中空纖維膜過(guò)濾、納濾濃縮和離子交換吸附耦合技 術(shù)分離提取富馬酸的方法。該方法在分離過(guò)程中需要精確控制溶液的酸度；雖然提高了樹(shù) 脂的利用率，但從大孔樹(shù)脂洗脫富馬酸時(shí)需要大量的堿溶液，樹(shù)脂的再生也會(huì)產(chǎn)生大量的 廢水，對(duì)環(huán)境不友好；由于樹(shù)脂對(duì)于琥珀酸和蘋(píng)果酸同樣具有吸附能力，因此無(wú)法有效分 離琥珀酸和蘋(píng)果酸等雜質(zhì)有機(jī)酸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下
一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，由如下步驟組成
(1) 將通過(guò)微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的富馬酸鈉發(fā)酵液在0.03 0.3MPa， 10 60°C，通過(guò)孔徑 為0. 1 0.5 um的微濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)為15 25倍，洗水量為發(fā)酵液體積的 1% 20%，截留除去菌體和其他顆粒較大的雜質(zhì)顆粒；
(2) 將經(jīng)步驟(1)得到的濾液在0.03 0.3 MPa， 20 60°C，通過(guò)截留分子量為3000 120000的超濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)20 40倍，洗水量為發(fā)酵液體積的1% 20%，截 留除去發(fā)酵液中殘留的蛋白質(zhì)，得到澄清的濾液；
(3) 將所述澄清的濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮，濃縮倍數(shù)為2 10;
(4) 將濃縮液降溫至20 6(TC，加入無(wú)機(jī)酸調(diào)節(jié)pH小于4. 0，得到酸化液；
(5) 將所述酸化液通過(guò)離心機(jī)過(guò)濾，固體用水洗滌，洗滌用水量為所述發(fā)酵液體積的0. 1% 5%，由于琥珀酸和蘋(píng)果酸等雜質(zhì)有機(jī)酸在水中的溶解度較大，通i離心機(jī)過(guò)濾有效的除去 了發(fā)酵液中的雜質(zhì)有機(jī)酸；
(6) 將洗漆后的固體通過(guò)流化床在40 100 'C烘干；將烘干產(chǎn)生的蒸汽尾氣用于所述步 驟(3)濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮前的預(yù)加熱。
所述步驟(3)所述蒸發(fā)器為一效蒸發(fā)器、二效蒸發(fā)器、三效蒸發(fā)器或四效蒸發(fā)器，優(yōu) 選的是四效蒸發(fā)器。
所述步驟(4)所述無(wú)機(jī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸或磷酸，優(yōu)選硫酸。 優(yōu)選的pH為2.0。
本發(fā)明所用的發(fā)酵液是由葡萄糖、蔗糖、玉米淀粉水解糖漿、農(nóng)作物秸稈木質(zhì)纖維素 水解糖漿或甜高粱秸桿糖漿為原料發(fā)酵得到的含富馬酸鈉的發(fā)酵液本發(fā)明的方法由于采用了微濾膜和超濾膜，可以除去發(fā)酵液中的菌體、顆粒較大的雜 質(zhì)顆粒和蛋白質(zhì)，過(guò)濾液清澈。質(zhì)量明顯優(yōu)于常規(guī)發(fā)酵液處理采用的離心、絮凝及壓濾方 法，并且操作過(guò)程無(wú)高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件，降低了能耗和勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)將蒸發(fā)、酸化、離心和 烘干的有效結(jié)合，使得雜質(zhì)有機(jī)酸和富馬酸有效的得到了分離，同時(shí)避免了利用樹(shù)脂吸附 富馬酸而產(chǎn)生的大量廢水。將烘干產(chǎn)生的蒸汽尾氣得到了綜合利用，蒸汽的利用率得到了 提高。本發(fā)明各工序之間串聯(lián)緊密，料液始終在密閉的條件下循環(huán)，整個(gè)工藝過(guò)程條件溫 和，不添加任何有機(jī)溶劑，工藝流程簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，最后的產(chǎn)品純度高，經(jīng)檢測(cè) 分析富馬酸含量大于99. 0%。


圖l從發(fā)酵液中提取富馬酸的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1
從發(fā)酵液中提取丁富馬酸的方法，由下述步驟組成
將5000L微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的含富馬酸40.6g/L的富馬酸鈉發(fā)酵液通過(guò)孔徑為O.lum 的微濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，除去菌體及顆粒雜質(zhì)，操作壓力0.12MPa，溫度3(TC，濃縮倍數(shù) 為19倍，洗水量為250L，微濾后的清液經(jīng)截留分子量為80000的超濾膜錯(cuò)流過(guò)濾，除去 發(fā)酵液中殘留的蛋白質(zhì)，操作壓力0.1MPa，溫度40'C，濃縮倍數(shù)30倍，洗水量為400L， 得到澄清的濾液，澄清的濾液經(jīng)四效蒸發(fā)，濃縮倍數(shù)5倍，濃縮液降溫至3(TC，用硫酸調(diào) 整濃縮液的pH值為2.0 ，酸化液離心，固體用50L水洗滌，固體用流化床在10(TC烘干3 小時(shí)，得到189. 2Kg白色的富馬酸成品，收率93. 2%。
實(shí)施例2
從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，由如下步驟組成
(1) 將通過(guò)微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的富馬酸鈉發(fā)酵液在0.03MPa， 60°C，通過(guò)孔徑為0.5 um 的微濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)為15倍，洗水量為發(fā)酵液體積的1%，截留除去菌體和 其他顆粒較大的雜質(zhì)顆粒；
(2) 將經(jīng)步驟(1)得到的濾液在0.03 MPa， 60'C,通過(guò)截留分子量為120000的超濾膜 進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)20倍，洗水量為發(fā)酵液體積的1%，截留除去發(fā)酵液中殘留的蛋 白質(zhì)，得到澄清的濾液；
(3) 將所述澄清的濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮，濃縮倍數(shù)為6;
(4) 將濃縮液降溫至6(TC，加入磷酸調(diào)節(jié)pH為3.9，得到酸化液；
(5) 將所述酸化液通過(guò)離心機(jī)過(guò)濾，固體用水洗滌，洗滌用水量為所述發(fā)酵液體積的0. 1%;
(6) 將洗滌后的固體通過(guò)流化床在100 'C烘干；將烘干產(chǎn)生的蒸汽尾氣用于所述步驟(3) 濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮前的預(yù)加熱。
實(shí)施例3
從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，由如下步驟組成-(1)將通過(guò)微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的富馬酸鈉發(fā)酵液在0.3MPa， 30°C，通過(guò)孔徑為O.lum的微濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)為25倍，洗水量為發(fā)酵液體積的20%，截留除去菌體和其 他顆粒較大的雜質(zhì)顆粒；
(2) 將經(jīng)步驟(1)得到的濾液在0.2 MPa， 50°C，通過(guò)截留分子量為3000的超濾膜進(jìn)行 錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)40倍，洗水量為發(fā)酵液體積的20%，截留除去發(fā)酵液中殘留的蛋白質(zhì)， 得到澄清的濾液；
(3) 將所述澄清的濾液通過(guò)二效蒸發(fā)器濃縮，濃縮倍數(shù)為2;
(4) 將濃縮液降溫至3(TC，加入硝酸調(diào)節(jié)pH為2.0，得到酸化液；
(5) 將所述酸化液通過(guò)離心機(jī)過(guò)濾，固體用水洗滌，洗滌用水量為所述發(fā)酵液體積的5%。
(6) 將洗滌后的固體通過(guò)流化床在60 'C烘干；將烘干產(chǎn)生的蒸汽尾氣用于所述步驟(3) 濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮前的預(yù)加熱。
實(shí)施例4
從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，由如下步驟組成
(1) 將通過(guò)微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的富馬酸鈉發(fā)酵液在0.1 MPa, IO'C，通過(guò)孔徑為0.3 um 的微濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)為20倍，洗水量為發(fā)酵液體積的10%，截留除去菌體和 其他顆粒較大的雜質(zhì)顆粒；
(2) 將經(jīng)步驟(1)得到的濾液在0.3 MPa， 2CTC，通過(guò)截留分子量為10000的超濾膜進(jìn) 行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)30倍，洗水量為發(fā)酵液體積的10%，截留除去發(fā)酵液中殘留的蛋白 質(zhì)，得到澄清的濾液；
(3) 將所述澄清的濾液通過(guò)三效蒸發(fā)器濃縮，濃縮倍數(shù)為10;
(4) 將濃縮液降溫至2(TC，加入鹽酸調(diào)節(jié)pH小于l.O，得到酸化液；
(5) 將所述酸化液通過(guò)離心機(jī)過(guò)濾，固體用水洗漆，洗滌用水量為所述發(fā)酵液體積的2%;
(6) 將洗滌后的固體通過(guò)流化床在4(TC烘干；將烘干產(chǎn)生的蒸汽尾氣用于所述步驟(3) 濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮前的預(yù)加熱。
權(quán)利要求
1.一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，其特征是由如下步驟組成(1)將通過(guò)微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的富馬酸鈉發(fā)酵液在0.03～0.3MPa，10～60℃，通過(guò)孔徑為0.1～0.5um的微濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)為15～25倍，洗水量為發(fā)酵液體積的1％～20％，截留除去菌體和其他顆粒較大的雜質(zhì)顆粒；(2)將經(jīng)步驟(1)得到的濾液在0.03～0.3MPa，20～60℃，通過(guò)截留分子量為3000～120000的超濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，濃縮倍數(shù)20～40倍，洗水量為發(fā)酵液體積的1％～20％，截留除去發(fā)酵液中殘留的蛋白質(zhì)，得到澄清的濾液；(3)將所述澄清的濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮，濃縮倍數(shù)為2～10；(4)將濃縮液降溫至20～60℃，加入無(wú)機(jī)酸調(diào)節(jié)pH小于4.0，得到酸化液；(5)將所述酸化液通過(guò)離心機(jī)過(guò)濾，固體用水洗滌，洗滌用水量為所述發(fā)酵液體積的0.1％～5％；(6)將洗滌后的固體通過(guò)流化床在40～100℃烘干；將烘干產(chǎn)生的蒸汽尾氣用于所述步驟(3)濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮前的預(yù)加熱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，其特征是所述步驟(3)所述蒸發(fā)器為一效蒸發(fā)器、二效蒸發(fā)器、三效蒸發(fā)器或四效蒸發(fā)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，其特征是所述蒸發(fā)器為四效蒸發(fā)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，其特征是所述步驟(4)所述無(wú)機(jī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸或磷酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，其特征是所述無(wú)機(jī)酸為硫酸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，其特征是所述步驟(4)所述pH為2. 0。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種從發(fā)酵液中提取富馬酸的方法，由如下步驟組成(1)將富馬酸鈉發(fā)酵液通過(guò)微濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾；(2)將濾液通過(guò)超濾膜進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，得到澄清的濾液；(3)將澄清的濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮；(4)降溫，加入無(wú)機(jī)酸調(diào)節(jié)pH小于4.0，得到酸化液；(5)將酸化液通過(guò)離心機(jī)過(guò)濾，固體用水洗滌；(6)將洗滌后的固體通過(guò)流化床烘干；將烘干產(chǎn)生的蒸汽尾氣用于所述步驟(3)濾液通過(guò)蒸發(fā)器濃縮前的預(yù)加熱。本發(fā)明的方法降低了能耗和勞動(dòng)強(qiáng)度，雜質(zhì)有機(jī)酸和富馬酸有效的得到了分離，同時(shí)避免產(chǎn)生大量廢水。蒸汽尾氣得到了綜合利用，工藝過(guò)程條件溫和，不添加任何有機(jī)溶劑，工藝流程簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，產(chǎn)品純度高。
文檔編號(hào)C07C57/15GK101492366SQ200910068108
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者萬(wàn)屹東, 華文松, 芮新生, 陸瑾連, 顧松林 申請(qǐng)人:常茂生物化學(xué)工程股份有限公司