CN106946692A - 一种采用双水相萃取发酵液中酮戊二酸的方法 - Google Patents

一种采用双水相萃取发酵液中酮戊二酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种提取方法,具体为一种采用双水相萃取发酵液中酮戊二酸的方法。该方法利用双水相萃取技术对发酵液进行提取,双水相萃取技术是指当能与水互溶的普通有机溶剂,如乙醇、异丙醇和丙酮,加入到某些电解质水溶液中,利用盐离子的水化作用,使盐离子夺取原先与有机溶剂结合的水分子而释放出有机溶剂分子,可以形成有机溶剂/无机盐双水相体系,利用酮戊二酸在两相中不同分配实现分离。本发明可解决工艺过程比较复杂,收率不高,酮戊二酸在提取纯化过程中损失,对于大规模的生产而言解决生产能力有限的问题,解决酮戊二酸在提取纯化过程中废液的问题。

Description

一种采用双水相萃取发酵液中酮戊二酸的方法
技术领域
本发明属于一种提取方法,具体为一种采用双水相萃取发酵液中酮戊二酸的方法。
背景技术
α-酮戊二酸是一种重要的有机酸,在微生物细胞的代谢中起着重要的作用,也是合成多种氨基酸、蛋白质的重要前体物质,在食品、医药、化工和化妆品行业有广泛的应用。由于化学法合成α-酮戊二酸过程中存在严重的安全问题,无法直接用于食品和化妆品中。因此,基于发酵法生产α-酮戊二酸在食品和保健品行业具有广阔的应用前景。发酵法生产α-酮戊二酸的研究最早始于1946年,当时lockwood和stodola对利用细菌生物合成α-酮戊二酸进行了初步的研究,之后asai等人发现假单胞菌属、产气杆菌和粘质沙雷氏菌可以过量合成α-酮戊二酸。
近年来,江南大学的陈坚教授及其课题组成员对发酵法生产α-酮戊二酸技术进行大量的深入研究,CN200710302441.7公开了一种α-酮戊二酸高产菌及其筛选方法和用该菌株发酵法生产α-酮戊二酸的技术,发酵6h时α-酮戊二酸产量可达39.3g/L。
虽然酮戊二酸的生产方法报道比较多,但酮戊二酸的提取方法目前报道很少,只有少量的文献报道了,占宏德等人用离子交换法纯化酮戊二酸,该方法可以纯化酮戊二酸,工艺较复杂,这种方法收率不高,并存在一定的酮戊二酸损失,同时该方法主要依靠树脂的吸附进行分离因而生产能力有限,同时当树脂吸附使用一段时间后要用酸或者碱进行脱吸,必然会产生废酸或废碱,给环境带来影响。
发明内容
本发明正是针对以上技术问题,提供一种采用双水相萃取发酵液中酮戊二酸的方法。该方法可以解决工艺过程比较复杂,收率不高,酮戊二酸在提取纯化过程中损失,对于大规模的生产而言解决生产能力有限的问题,还可以解决酮戊二酸在提取纯化过程中废液的处理问题。
为了解决以上技术问题,本发明的具体技术方案如下:
一种采用双水相萃取发酵液中酮戊二酸的方法,该方法包括以下步骤:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的20~40wt%的乙醇与5~20wt%的硫酸铵的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将步骤1)中所得滤液Ⅱ在常温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中用***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。
步骤1)中乙醇与硫酸铵的双水相溶液可以为乙醇-磷酸氢二钾与水组成的双水相溶液,或异丙醇-硫酸铵与水组成的双水相溶液,或异丙醇-磷酸氢二钾与水组成的双水相溶液,或丙酮-硫酸铵与水组成的双水相溶液,或丙酮-磷酸氢二钾与水组成的双水相溶液,或聚乙二醇-硫酸铵与水组成的双水相溶液,或聚乙二醇-磷酸氢二钾与水组成的双水相溶液。
本发明利用双水相萃取技术对发酵液进行提取,双水相萃取技术是指当能与水互溶的普通有机溶剂,如乙醇、异丙醇、丙酮和聚乙二醇,加入到某些电解质水溶液中,利用盐离子的水化作用,使盐离子夺取原先与有机溶剂结合的水分子而释放出有机溶剂分子,可以形成有机溶剂/无机盐双水相体系,利用酮戊二酸在两相中不同分配实现分离。
本发明的积极效果体现在:
(一)、本申请采用双水相进行萃取发酵液中酮戊二酸,由于两相间的界面张力小,因此两相易分散,而且它比一般的有机萃取两相体系界面张力低的多,这样有利于强化相际间的物质传递。
(二)、操作条件温和,由于双水相的界面张力大大低于有机溶剂与水相之间的界面张力, 分相时间短,传质过程和平衡过程速度均很快,因此能耗较低,而且可以实现快速的分离,有较大的生产能力,而且整个操作过程可以在常温常压下进行。
(三)、双水相体系中的传质和平衡速度快,同屋二酸都能进入有机相中,因此酮戊二酸损失少,收率高。
(四)、操作简单,大量杂质能够与所有固体物质一起去掉,简化分离步骤使工艺过程简化,使整个分离过程更经济。同时本方法还可以回收发酵液中的丙酮酸。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请中的%,如无特殊说明,均表示其质量百分含量浓度。
实施例1:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的质量百分浓度为20%的乙醇与质量百分浓度5%的硫酸铵的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在室温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为75.6%。
实施例2:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的20%的乙醇与10%的硫酸铵的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在室温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为82.8%。
实施例3:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的20%的乙醇与15%的硫酸铵的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在室温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为85.6%。
实施例4:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与5%的硫酸铵的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在常温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为81.3%。
实施例5:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与10%的硫酸铵的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在常温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为86.7%。
实施例6:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与15%的硫酸铵的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在常温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为91.2%。
实施例7:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与5%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在常温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为82.3%。
实施例8:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与10%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在常温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为88.6%。
实施例9:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与15%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在常温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为92.6%。
实施例10:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与15%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ用恒温水浴加热到30℃,在恒温30℃下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为93.4%。
实施例11:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与15%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ用恒温水浴加热到35℃,在恒温35℃下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为94.1%。
实施例12:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与15%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ用恒温水浴加热到40℃,在恒温40℃下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为91.2%。
实施例13:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的10%的丙酮与5%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ用恒温水浴加热到40℃,在恒温40℃下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为29.3%。
实施例14:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与15%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ用恒温水浴加热到40℃,在恒温40℃下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体常压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为36.5%。
实施例15:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,得滤液Ⅰ,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的25%的丙酮与15%的磷酸二氢钠的双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ用恒温水浴加热到40℃,在恒温40℃下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸出所有的乙醇,得琥珀色液体;
3)将琥珀色液体用***进行萃取,取上层萃取液进行蒸馏,将***蒸干后所得液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中***萃取后的下层液体进行常压蒸馏,蒸干后用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。酮戊二酸收率为35.4%。
以上所述实例仅是本专利的优选实施方式,但本专利的保护范围并不局限于此。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本专利原理的前提下,根据本专利的技术方案及其专利构思,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种采用双水相萃取发酵液中酮戊二酸的方法,其特征在于包括以下步骤:
1)将酮戊二酸发酵液过滤,取100mL滤液Ⅰ加入到已配置好的A-B双水相溶液中,有固体沉淀产生,将固体沉淀过滤,得滤液Ⅱ,备用;
2)将第一步所得滤液Ⅱ在常温下静置5分钟分层,分液去除下层液体,只留取上层液体,将上层液体减压蒸馏,蒸干所有的乙醇和水分,得琥珀色固体;
3)将琥珀色固体用***进行洗涤,洗涤液进行蒸馏,将***蒸干后所得的液体为丙酮酸;
4)将步骤3)中用***洗涤后的固体用无水乙醇进行溶解,过滤,得滤液Ⅲ,然后将滤液Ⅲ进行蒸馏,蒸干乙醇后,所得固体为酮戊二酸。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)A-B双水相溶液中,A为乙醇或异丙醇或丙酮或聚乙二醇,B为硫酸铵或磷酸二氢钠或磷酸钠或碳酸钾或磷酸氢二钾。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法,其特征在于: 所述的A-B双水相溶液中A的质量浓度为20~40%,B的质量浓度为5~20%。
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