長(zhǎng)鏈二元酸環(huán)乙撐酯的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大環(huán)內(nèi)酯香料的生產(chǎn)方法，尤其涉及一種由含長(zhǎng)鏈二元酸的生物發(fā)酵液生產(chǎn)大環(huán)內(nèi)酯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]麝香是雄麝的肚臍和生殖器之間的腺囊的分泌物，是一種珍貴的動(dòng)物性香料，擴(kuò)散性和誘發(fā)力極強(qiáng)，具有特殊的柔和而優(yōu)雅的香氣，與玫瑰、茉莉花精油一起馳名世界，無論是東方還是西方，人們一直對(duì)它有極大興趣。麝香的香味濃郁，經(jīng)久不散，對(duì)人的心理和生理系統(tǒng)有極其顯著的影響，在香料工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)中都有十分重要的價(jià)值。
[0003]麝香具有良好的提香作用和極佳的定香能力，在調(diào)香中，如果缺少麝香等動(dòng)物性香料，其香氣就會(huì)缺乏動(dòng)態(tài)情感；只有將動(dòng)物性香料應(yīng)用于香精等配方，才起到定香、烘托、圓潤(rùn)與平衡整個(gè)香氣的作用，給整個(gè)香氣帶來活力，并賦以動(dòng)人的情感。
[0004]天然麝香的主要成分為大環(huán)麝香，包括C13-19的環(huán)酮、大環(huán)內(nèi)酯、雜環(huán)化合物等，性能穩(wěn)定、無毒，因此也是人們研究的熱點(diǎn)。大環(huán)內(nèi)酯麝香化合物是一種非常重要的麝香香料，在香料領(lǐng)域素有“香料之王”美譽(yù)，其香氣高雅華貴、留香持久，應(yīng)用在香料中具有提香、圓香和定香作用，通常用做修飾劑和定香劑，大環(huán)內(nèi)酯是調(diào)配麝香系列高級(jí)香妝品的物質(zhì)，也是調(diào)制葡萄酒、白蘭地等飲料食品的重要食用香精，還廣泛應(yīng)用于皂類、洗發(fā)護(hù)膚、洗滌劑等領(lǐng)域。
[0005]目前制備大環(huán)內(nèi)酯香料主要品種是十三烷二酸環(huán)乙撐酯和十二烷二酸環(huán)乙撐酯，它們的原料主要是長(zhǎng)鏈二元酸和乙二醇，常用的合成方法為醇酸酯化形成線性聚酯，然后解聚環(huán)化成大環(huán)內(nèi)酯。國(guó)內(nèi)的專利報(bào)道了合成工藝的開發(fā)，如CN1174976C公開的大環(huán)內(nèi)酯麝香化合物的制造方法，通過縮聚和解聚環(huán)化步驟制備得到，也有專利報(bào)道了產(chǎn)品類型的開發(fā)如CN1085956A公開的麝香混合大環(huán)雙內(nèi)酯化合物。
[0006]合成大環(huán)內(nèi)酯的原料長(zhǎng)鏈二元酸，目前主要利用生物發(fā)酵方法生產(chǎn)，以正構(gòu)烷烴、脂肪酸及其衍生物為碳源，利用微生物雙末端氧化的功能制取長(zhǎng)鏈二元酸，然后進(jìn)行提取。微生物發(fā)酵時(shí)形成包括空氣、烷烴、水和菌體的四相體系，在發(fā)酵過程中要通過機(jī)械攪拌、乳化劑等方式將碳源形成小油滴，微生物才能接觸到碳源，利用和氧化碳源產(chǎn)生二元酸；因此，長(zhǎng)鏈二元酸發(fā)酵液中包含了水相、油相(底物殘余等)、固相(菌體殘余蛋白質(zhì)等)，其中油水雙液相間的乳化現(xiàn)象增加了相間混合的復(fù)雜性，這給長(zhǎng)鏈二元酸的提取和精制帶來困難。
[0007]生物發(fā)酵制備長(zhǎng)鏈二元酸的過程中，發(fā)酵的底物包括烷烴、脂肪酸(或酯)，這些都與水不容，在發(fā)酵的時(shí)候需要乳化，在提取的時(shí)候都要破乳，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。如中國(guó)專利CN1108286A公開了一種長(zhǎng)鏈二元酸的精制方法，并可以含有溶劑的長(zhǎng)鏈二元酸濕餅作為原料制備麝香T。這種方法需要先去除殘余的發(fā)酵底物烷烴，由于在發(fā)酵液中油水乳化，去除烷烴比較困難，導(dǎo)致步驟多、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低。
[0008]日本專利JP昭56-15695A公開了一種溶劑抽提方法進(jìn)行提取長(zhǎng)鏈二兀酸,但是抽提法溶劑揮發(fā)嚴(yán)重，毒性大，一方面造成浪費(fèi)，另一方面污染環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)目前生物發(fā)酵液中長(zhǎng)鏈二元酸提取和應(yīng)用中存在的提取效率低下的問題，本發(fā)明提供了一種由含所述長(zhǎng)鏈二元酸的生物發(fā)酵液制備環(huán)乙撐酯的方法。
[0010]本發(fā)明第一個(gè)方面提供了一種長(zhǎng)鏈二元酸環(huán)乙撐酯的生產(chǎn)方法，所述長(zhǎng)鏈二元酸最為十二碳二元酸、十三碳二元酸中的一種或二者的混合物；所述方法包括如下步驟:
[0011]步驟1，將含長(zhǎng)鏈二元酸的生物發(fā)酵液直接進(jìn)行酸化沉淀，并進(jìn)行固液分離，得到固體混合物，將所述固體混合物干燥至水分重量含量為< 5% ；
[0012]步驟2，用水分重量含量為< 3%的乙二醇溶解所述固體混合物，過濾去除雜質(zhì)；
[0013]步驟3，過濾后的長(zhǎng)鏈二元酸乙二醇溶液，通過長(zhǎng)鏈二元酸與乙二醇的縮聚、解聚環(huán)化后得到長(zhǎng)鏈二元酸環(huán)乙撐酯。
[0014]含長(zhǎng)鏈二元酸的生物發(fā)酵液是微生物發(fā)酵生產(chǎn)長(zhǎng)鏈二元酸結(jié)束后得到的多相混合物，包含水分、發(fā)酵底物殘余、長(zhǎng)鏈二元酸鹽、菌體和其它雜質(zhì)，也可以是長(zhǎng)鏈二元酸發(fā)酵結(jié)束后，對(duì)發(fā)酵液經(jīng)過處理，除去發(fā)酵液中的除長(zhǎng)鏈二元酸鹽以外的一種或者多種其它組分或降低其含量后得到的多相混合物(即發(fā)酵液的處理液)。所述的含長(zhǎng)鏈二元酸的生物發(fā)酵液可以是專利文件CN2091272C公開的以烷烴、脂肪酸為底物，生物法轉(zhuǎn)化得到得到的長(zhǎng)鏈二元酸發(fā)酵液；所述的含長(zhǎng)鏈二元酸的生物發(fā)酵液可以是專利文件CN101121653B公開的以脂肪酸衍生物為底物，生物法轉(zhuǎn)化得到的長(zhǎng)鏈二元酸發(fā)酵液。
[0015]在本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例中，步驟I所述固液分離一般采用過濾去除液體，其中，在一些實(shí)施例中，所述過濾采用板框過濾的方法。
[0016]長(zhǎng)鏈二元酸發(fā)酵結(jié)束時(shí)，發(fā)酵液的pH值一般在7.0以上，長(zhǎng)鏈二元酸以鹽的形態(tài)溶解在長(zhǎng)鏈二元酸發(fā)酵液中。長(zhǎng)鏈二元酸在常溫下基本不溶于水，工業(yè)生產(chǎn)上，長(zhǎng)鏈二元酸發(fā)酵液通過酸化來使長(zhǎng)鏈二元酸沉淀。
[0017]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述酸化優(yōu)選為通過添加無機(jī)酸來實(shí)施。
[0018]其中，所述無機(jī)酸的添加量通過控制pH值來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明中，將發(fā)酵液pH值調(diào)節(jié)至PH值為4.0或4.0以下(室溫條件下)。
[0019]其中，所述無機(jī)酸可以是鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸等中的任意一種或幾種的混合物，并優(yōu)選為硫酸。
[0020]所述無機(jī)酸的濃度沒有特別的要求，只要不破壞長(zhǎng)鏈二元酸的分子結(jié)構(gòu)即可。
[0021]含長(zhǎng)鏈二元酸的生物發(fā)酵液添加無機(jī)酸，長(zhǎng)鏈二元酸沉淀完畢后，生成以長(zhǎng)鏈二元酸和菌體為主要不溶物的混合溶液。對(duì)該溶液進(jìn)行固液分離，得到長(zhǎng)鏈二元酸和菌體為主體的混合固體。常用的固液分離方式包括離心、過濾等。
[0022]在從發(fā)酵液中分離長(zhǎng)鏈二元酸和菌體之前，為提高分離的效率，可以采取對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行加熱等處理方法。
[0023]得到長(zhǎng)鏈二元酸和菌體的混合物之后，需要對(duì)該固體混合物進(jìn)行進(jìn)一步的脫水處理，將其中的大部分水分蒸發(fā)，控制干燥后固體的水分含量在5%以下(w/w)。
[0024]在本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例中，步驟I所述固體混合物干燥至水分重量含量< 3%。
[0025]在得到干燥的固體混合物之后，加入乙二醇，升溫，溶解長(zhǎng)鏈二元酸。
[0026]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，因發(fā)酵液中的雜質(zhì)復(fù)雜，有大量膠體狀物質(zhì)存在，在有水分存在的條件下，菌體黏度很大，極難過濾。這會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)鏈二元酸的乙二醇溶液黏度大，菌體難以除去。發(fā)明人意外的發(fā)現(xiàn)，通過控制長(zhǎng)鏈二元酸與菌體混合固體的水分含量，然后控制加入的乙二醇的水分含量，得到水分含量較低的長(zhǎng)鏈二元酸乙二醇溶液，可以有效的緩解，甚至徹底解決菌體難過濾的問題。在本發(fā)明條件下的長(zhǎng)鏈二元酸乙二醇溶液，以菌體為主體的雜質(zhì)容易分離，得到澄清的長(zhǎng)鏈二元酸乙二醇溶液。長(zhǎng)鏈二元酸乙二醇溶液和以菌體為主體的雜質(zhì)的分離，可以常用常規(guī)的工業(yè)分離方法，如過濾、離心等方式。
[0027]在本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例中，步驟2中乙二醇的用量一般以有效溶解混合固體中的長(zhǎng)鏈二元酸為宜。本發(fā)明中乙二醇的用量一般不低于(大于等于)長(zhǎng)鏈二元酸重量的3倍，優(yōu)選3-5倍。
[0028]在本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例中，乙二醇溶解長(zhǎng)鏈二元酸的溫度，一般不應(yīng)低于70°C(彡 70°C)，優(yōu)選 75-95 °C，更優(yōu)選 75-90 °C。
[0029]在本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例中，長(zhǎng)鏈二元酸的乙二醇溶液過濾之前還可以通過活性炭脫色等去除雜質(zhì)的手段，以進(jìn)一步脫除長(zhǎng)鏈二元酸溶液中的雜質(zhì)。
[0030]在本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例中，步驟3縮聚、解聚環(huán)化制備長(zhǎng)鏈二元酸環(huán)乙撐酯的方法可以是采用任意現(xiàn)有的方法，如中國(guó)專利CN1174976C公開的一種制備大環(huán)酯類麝香化合物的方法；又例如，中國(guó)專利CN1085956A公開的一種大環(huán)雙內(nèi)酯化合物的制備方法。
[0031]在本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例中，步驟3中所述縮聚反應(yīng)過程一般分常壓聚合、減壓聚合兩步進(jìn)行，其中所述常壓聚合的步驟為:惰性氣體(如氮?dú)狻鍤?、氦氣?環(huán)境下，當(dāng)物料溫度到100°c開始攪拌，繼續(xù)升溫，使物料溫度由150°C經(jīng)過3小時(shí)升溫到180°C -190°C；在180°C _190°C保持4小時(shí)后，常壓聚合反應(yīng)結(jié)束。所述減壓聚合步驟為:在180°C _190°C，真空度300Pa (絕對(duì)壓力)以下(越低越好)，減壓聚合大約2小時(shí)結(jié)束。
[0032]本發(fā)明所述步驟3中解聚環(huán)化的反應(yīng)條件為250_350°C和彡0.0OlMPa (絕對(duì)壓力)。
[0033]本發(fā)明步驟3所得長(zhǎng)鏈二元酸環(huán)乙撐酯還可以進(jìn)行進(jìn)一步精餾得到成品。
[0034]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明上述各個(gè)方面及其各種優(yōu)選實(shí)施例，在沒有特別說明的情況下，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員不受限制的進(jìn)行任意組合。
[0035]本發(fā)明中用乙二醇直接從發(fā)酵液中制取長(zhǎng)鏈二元酸乙二醇溶液作為反應(yīng)原料，然后反應(yīng)得到香料成品。而現(xiàn)有工藝是從二元酸精制產(chǎn)品出發(fā)，反應(yīng)得到香料成品。本工藝與現(xiàn)有的長(zhǎng)鏈二元酸環(huán)乙撐酯生產(chǎn)工藝相比，實(shí)現(xiàn)破乳和去除固體雜質(zhì)的協(xié)同處理，減少了專門的提取烷烴殘余的步驟，同時(shí)減少了長(zhǎng)鏈二元酸的降溫結(jié)晶步驟，節(jié)約了溶劑和生產(chǎn)費(fèi)用，工藝流程更短，產(chǎn)品收率更高。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明部分術(shù)語的定義如下
[0037]“酯交換反應(yīng)”指的是植物油與醇生成脂肪酸單酯和甘油的催化化學(xué)反應(yīng)，酯交換反應(yīng)可以在酸催化、堿催化或酶催化的條件下進(jìn)行。