CN114867862A - 用于生产二羧酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产二羧酸的方法，其中所述方法包含‑生物转化步骤，其中在所述生物转化步骤中，由在培养基中所含的前体化合物产生所述二羧酸；和‑用于从所述培养基中纯化所述二羧酸的纯化步骤，其中所述纯化步骤包含(a)纳米渗滤步骤和/或(b)蒸馏步骤或蒸发步骤或蒸馏步骤与蒸发步骤二者，其中优选地如果所述纯化步骤包含(a)纳米渗滤步骤和(b)蒸馏步骤或蒸发步骤或蒸馏步骤与蒸发步骤二者，那么所述纳米渗滤步骤分别在所述蒸馏步骤与所述蒸发步骤之前进行，并且其中所述二羧酸选自包含以下成员的集合：癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸，优选地所述二羧酸是十二烷二酸(DDDA)。

Description

用于生产二羧酸的方法
本发明涉及用于生产二羧酸的方法；通过这样的方法生产的二羧酸；纳米过滤或纳米过滤装置在用于生产和/或纯化二羧酸的方法中的用途；蒸馏、优选薄膜蒸馏在用于生产和/或纯化二羧酸的方法中的用途；蒸发、优选薄膜蒸发或短路径蒸发在用于生产和/或纯化二羧酸的方法中的用途；以及纳米过滤与至少一种技术的组合的用途，所述技术选自蒸馏，优选薄膜蒸馏，和蒸发，优选薄膜蒸发或短路径蒸发。
二羧酸被用于制备聚合物诸如聚酰胺和聚酯。代表性的二羧酸包括、但不限于癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸。
十二烷二酸(DDDA)是一种主要用于热熔胶、顶级涂料、油漆材料、缓蚀剂、润滑剂以及工程塑料诸如尼龙612、尼龙1212和尼龙1012中的二羧酸。在II型糖尿病患者中使用十二烷二酸进行的实验工作已经证实，静脉内输注有助于维持正常的血糖和能量水平，而不会增加过程中的血糖负荷。
DDDA目前通过化学和生物工艺生产。
化学工艺在多步化学工艺中使用丁二烯作为起始物质。丁二烯首先通过环三聚化过程转化为环十二碳三烯。环十二碳三烯氢化成环十二烷，然后在高温下在硼酸存在下空气氧化成环十二烷的醇衍生物和酮衍生物的混合物。在最后一步中，该混合物被硝酸进一步氧化以产生DDDA。
在生物工艺中，将主要含有十二烷的石蜡油用热带念珠菌(Candida tropicalis)酵母的特定菌株在多步工艺中转化为DDDA。可替换地，基于植物油的可再生植物油原料在这样的生物转化工艺中被用作起始物质，以生产100％的生物基的和天然的DDDA。在可持续工业的环境中，生产这样的生物基产品具有高商业利益。
在DE 10 2012 105 128 A1中描述了将石蜡油转化为DDDA的典型生物工艺。该描述还强调了某些应用需要进一步纯化DDDA。将在培养热带念珠菌细胞并添加石蜡油以生物转化为DDDA后获得的发酵液与5N NaOH混合直至达到pH 10.0，并将生物质从发酵液中分离。随后，将发酵液酸化，将DDDA沉淀、洗涤，并然后重新溶解在水中并重新沉淀(使用确定的工艺)。这样的工艺产生市场正在使用的产品，但它仍然没有达到市场已知的来自化学合成的DDDA纯度。
在CN 1570124A中公开了另一种通过石蜡油的生物转化生产DDDA的方法。描述了包括沉淀、重结晶和蒸馏在内的各种纯化方法，由此达到的纯度是在98.12％至99.27％之间。然而，CN 1570124A没有具体说明任何杂质，而只说明了主要产品的纯度。
WO 2015/192060 Al涉及将植物油衍生物(即脂肪酸和/或脂肪酸酯，尤其是月桂酸或月桂基乙酯)生物转化为长链二酸(尤其是十二烷二酸(DDDA))，以及DDDA的纯化的方法。列出了不同的沉淀或结晶方法，包括膜过滤，而没有进一步的细节。在WO 2015/192060的实施例3中所示的92％的纯度远低于市场上的产品所达到的纯度。在本领域，DDDA的最低纯度为98.5％，甚至在这样的纯的DDDA中也含有未知性质的杂质，其导致一些消费者使用化学合成的产品。
本发明的根本问题是提供一种用于生产二羧酸诸如癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸的生物技术方法。
本发明的另一个根本问题是提供一种用于生产二羧酸诸如癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸的方法，其中这样的方法提供这样的二羧酸的增加的纯度。
本发明的再另一个根本问题是提供用于生产二羧酸诸如癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸的方法，优选地通过生物技术工艺，其中所述生产的二羧酸显示出增加的纯度。
本发明的另一个根本问题是提供用于纯化二羧酸诸如癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸的方法，优选地从含有所述二羧酸的培养基中，其中更优选地所述培养基是生物转化步骤的结果，其最优选地不含任何细胞材料或这样的细胞材料的碎片。
本发明的再另一个根本问题是提供一种用于纯化二羧酸诸如癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸的方法，优选地从含有所述二羧酸的培养基中，其中更优选地所述培养基是生物转化步骤的结果，其最优选地不含任何细胞材料或这样的细胞材料的碎片。
本发明的另一个根本问题是提供一种用于生产和/或纯化二羧酸诸如癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸的方法，其中减少了与借助于生物技术工艺生产所述二羧酸而产生的所述二羧酸有关的已知和未知杂质。
本发明的另一个根本问题是提供一种用于生产和/或纯化二羧酸诸如癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸的方法，其中所述二羧酸的纯度与通过化学合成生产的这样的二羧酸的纯度相当。
本发明的这些和其它根本问题由所附独立权利要求的主题来解决。优选的实施方案可以从所附的从属权利要求获得。
更具体地，本发明的根本问题在第一方面通过一种用于生产二羧酸的方法来解决，其中所述方法包含
-生物转化步骤，其中在所述生物转化步骤中，由在培养基中所含的前体化合物产生所述二羧酸；和
-纯化步骤，其中所述纯化步骤包含纳米渗滤步骤，其中对所述含有二羧酸的培养基进行纳米渗滤步骤，其中所述纳米渗滤的渗余物含有所述二羧酸。
更具体地，本发明的根本问题在第二方面通过一种用于生产二羧酸的方法解决，其中所述方法包含
-生物转化步骤，其中在所述生物转化步骤中，由在培养基中所含的前体化合物产生所述二羧酸；和
-纯化步骤，其中所述纯化步骤包含蒸馏步骤，其中在所述蒸馏步骤中，对从所述生物转化步骤得到的二羧酸进行蒸馏。
更具体地，本发明的根本问题在第三方面通过根据第一方面的方法(包括其任何实施方案)得到或可得到的二羧酸来解决。
此外，本发明的根本问题在第四方面通过纳米渗滤装置在用于生产二羧酸的方法中、优选地在根据第一方面和第二方面的方法(包括其任何实施方案)中的应用来解决。
本发明的根本问题在第五方面通过纳米渗滤在用于生产二羧酸的方法中的应用来解决，优选地所述方法是纯化二羧酸的方法。
本发明的根本问题在第六方面通过生产和/或纯化二羧酸的方法中的蒸馏步骤来解决，优选地所述方法是纯化二羧酸的方法。
本发明的根本问题在第七方面通过薄膜蒸发器、优选地薄膜蒸发器在生产和/或纯化二羧酸的方法中的应用来解决，优选地所述方法是纯化二羧酸的方法。
如权利要求书、本文公开的各个方面和实施方案中所定义的本发明提供了一种在工业规模使用蒸馏的方法，因为惊奇地发现，在蒸馏之前，粗产物必须经历纯化步骤以减少或除去干扰蒸馏工艺的杂质。这样的杂质是例如单体糖、多元醇，它们与产物二酸(尤其是DDDA)共沉淀，并且不可通过洗涤沉淀物-晶体来除去。尽管已知渗滤工艺用于从高分子量产物如蛋白质或肽中除去糖，尚未知道从类似分子量产物如二酸(尤其是DDDA)中除去糖。本发明的发明人已经惊奇地发现，纳米渗滤可以用于使用特定膜从二酸中分离糖杂质，所述特定膜具有在150至250Da之间的分子量截留值，例如来自Synder Filtration(Vacaville,CA,美国)的NFS或NFX膜。这样的膜可用于该应用是令人惊讶的，因为它们已被开发用于纯化水，即非常稀的杂质溶液，并且似乎不适用于纯化高度浓缩的发酵液。同样出乎意料的是，可以分离具有相似分子量的分子。
本发明还通过以下实施方案1-136来解决，其中实施方案1对应于第一方面，实施方案66对应于第二方面，实施方案118对应于第三方面，实施方案119对应于第四方面，实施方案121对应于第五方面，实施方案124对应于第六方面，且实施方案127对应于第七方面。
实施方案1.一种用于生产二羧酸的方法，其中所述方法包含
-任选的生物转化步骤，其中在所述生物转化步骤中，由在培养基中所含的前体化合物产生所述二羧酸；和
-纯化步骤，其中所述纯化步骤包含纳米渗滤步骤，其中对所述含有二羧酸的培养基进行纳米渗滤步骤，其中所述纳米渗滤的渗余物含有所述二羧酸。
实施方案2.实施方案1的方法，其中在所述纳米渗滤步骤中使用的膜具有150Da至300Da之间的截留值，优选地所述截留值≤150Da。
实施方案3.实施方案1-2中的任一项的方法，其中所述方法在所述纳米渗滤步骤之后进一步包含蒸馏步骤、蒸发步骤或蒸馏步骤与蒸发步骤的组合。
实施方案4.实施方案3的方法，其中所述蒸馏步骤包含薄膜蒸馏步骤。
实施方案5.实施方案3的方法，其中所述蒸发步骤包含薄膜蒸发步骤。
实施方案6.实施方案3的方法，其中所述蒸发步骤包含短路径蒸发步骤。
实施方案7.实施方案3-6中的任一项的方法，其中所述蒸馏步骤包含蒸发步骤。
实施方案8.实施方案1-7中的任一项的方法，其中对所述含有二羧酸的纳米渗滤步骤的渗余物进行酸化步骤。
实施方案9.实施方案8的方法，其中在所述酸化步骤中，将硫酸加入所述含有二羧酸的纳米渗滤步骤的渗余物且所述二羧酸从所述渗余物中沉淀出来，并任选地洗涤沉淀的二羧酸。
实施方案10.实施方案9的方法，其中对所述沉淀的二羧酸进行蒸馏步骤，其中在所述蒸馏步骤中，将沉淀的二羧酸熔化，优选地在约140℃的温度，并进行蒸馏。
实施方案11.实施方案10的方法，其中在所述蒸馏步骤中，将所述熔化的二羧酸加热从而得到蒸发的二羧酸，优选地将所述熔化的二羧酸在蒸馏塔中加热从而得到蒸发的二羧酸。
实施方案12.实施方案11的方法，其中在所述蒸馏塔中，将蒸发的二羧酸与高沸点物和/或低沸点物分离，优选包含在沉淀的二羧酸中或与沉淀的二羧酸有关的高沸点物和/或低沸点物。
实施方案13.实施方案11-12中的任一项的方法，其中在约190℃至约240℃的温度蒸发所述二羧酸。
实施方案14.实施方案11-13中的任一项的方法，其中在1hPa至10hPa的压强蒸发所述二羧酸。
实施方案15.实施方案13-14中的任一项的方法，其中用于蒸发所述二羧酸的条件的范围为在1hPa下190℃至在10hPa下约240℃。
实施方案16.实施方案11-15中的任一项的方法，其中在薄膜蒸发器中蒸发所述二羧酸，其中在所述薄膜蒸发器中，所述高沸点物与所述二羧酸分离。
实施方案17.实施方案16的方法，其中将从所述薄膜蒸发器得到的二羧酸引导至精馏塔，其中在所述精馏塔中，所述二羧酸与所述低沸点物分离。
实施方案18.实施方案17的方法，其中将所述二羧酸引入位于所述精馏塔的中间段的进料塔板。
实施方案19.实施方案17-18中的任一项的方法，其中所述精馏塔包含至少八个塔板。
实施方案20.实施方案17-19中的任一项的方法，其中在约190℃至约240℃的温度将所述二羧酸引入所述精馏塔。
实施方案21.实施方案16-20中的任一项的方法，其中在约1hPA至约10hPa的压强将所述二羧酸引入所述精馏塔。
实施方案22.实施方案17-21中的任一项的方法，其中在从在1hPa下190℃至在10hPa下约240℃的温度/压强范围，将所述二羧酸引入所述精馏塔。
实施方案23.实施方案27-22中的任一项的方法，其中将在所述蒸馏步骤中得到的二羧酸从所述精馏塔的底部取出。
实施方案24.实施方案9-23中的任一项的方法，其中，在所述酸化步骤之前，将活性炭加入所述纳米渗滤步骤的渗余物。
实施方案25.实施方案24的方法，其中将所述包含活性炭的纳米渗滤步骤的渗余物加热，优选地加热至约60℃至约90℃的温度。
实施方案26.实施方案24-25中的任一项的方法，其中从所述纳米渗滤步骤的渗余物中除去所述活性炭，并对如此得到的纳米渗滤步骤的渗余物进行所述酸化步骤。
实施方案27.实施方案1-9中的任一项的方法，其中将所述沉淀的二羧酸溶解在流体中。
实施方案28.实施方案27的方法，其中所述流体是水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合物。
实施方案29.实施方案28的方法，其中所述有机溶剂是乙酸。
实施方案30.实施方案27-29中的任一项的方法，其中将活性炭加入所述含有二羧酸的流体。
实施方案31.实施方案30的方法，其中将所述含有活性炭和二羧酸的流体在约90℃或更高的温度温育。
实施方案32.实施方案31的方法，其中将所述含有活性炭和二羧酸的流体在约90℃或更高的温度保持30分钟至2小时，优选1小时。
实施方案33.实施方案31和32中的任一项的方法，其中在所述温育之后，将所述含有活性炭和二羧酸的流体过滤，其中在过滤后，得到含有二羧酸的脱色流体。
实施方案34.实施方案33的方法，其中对所述含有二羧酸的脱色流体进行结晶步骤，其中在结晶步骤中使所述二羧酸从所述含有二羧酸的脱色流体中结晶，从而提供结晶的二羧酸和上清液。
实施方案35.实施方案34的方法，其中在28℃或更低的温度进行所述结晶，优选地在约10℃至约28℃之间的温度进行所述结晶。
实施方案36.实施方案34-35中的任一项的方法，其中将所述结晶的二羧酸从所述上清液取出，优选地通过离心或过滤。
实施方案37.实施方案36的方法，其中借助于推料离心机实现离心。
实施方案38.实施方案36的方法，其中借助于鼓型过滤机实现过滤。
实施方案39.实施方案36-38中的任一项的方法，其中对从所述上清液中取出的结晶的二羧酸进行洗涤步骤和/或干燥步骤。
实施方案40.实施方案39的方法，其中借助于流化床干燥器实现所述干燥步骤，优选地所述流化床干燥器运行在标准压力并与热空气碰撞。
实施方案41.实施方案1-40中的任一项的方法，其中所述二羧酸是10个碳原子、12个碳原子、14个碳原子或16个碳原子的二羧酸。
实施方案42.实施方案41的方法，其中所述二羧酸是饱和二羧酸。
实施方案43.实施方案41-42中的任一项的方法，其中所述二羧酸是直链二羧酸。
实施方案44.实施方案41-43中的任一项的方法，其中所述二羧酸是直链饱和羧酸。
实施方案45.实施方案41-44中的任一项的方法，其中所述二羧酸选自包含以下成员的集合：癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸，优选地所述二羧酸是十二烷二酸(DDDA)。
实施方案46.实施方案1-45中的任一项的方法，其中所述前体化合物包含要生产的二羧酸的单羧酸的乙酯或甲酯。
实施方案47.实施方案46的方法，其中所述前体是或包含
癸酸或皮脂酸(sebacid acid)的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是癸二酸；
十二烷酸或月桂酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十二烷二酸；
十四烷酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十四烷二酸；和
十六烷酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十六烷二酸。
实施方案48.实施方案1-45中的任一项的方法，其中所述前体化合物包含烷烃化合物。
实施方案49.实施方案48的方法，其中所述前体化合物选自包含以下成员的集合：癸烷、十二烷、十四烷和十六烷。
实施方案50.实施方案48-49中的任一项的方法，其中所述前体化合物是或包含
癸烷，如果要生产的二羧酸是癸二酸；
十二烷，如果要生产的二羧酸是十二烷二酸；
十四烷，如果要生产的二羧酸是十四烷二酸；和
十六烷，如果要生产的二羧酸是十六烷二酸。
实施方案51.实施方案-50中的任一项的方法，其中在所述生物转化步骤中，通过生物催化剂实现所述前体化合物的生物转化。
实施方案52.实施方案51的方法，其中所述生物催化剂是微生物。
实施方案53.实施方案52的方法，其中所述微生物是酵母。
实施方案54.实施方案52和53中的任一项的方法，其中所述酵母表达ω-氧化途径，优选地在诱导后表达ω-氧化途径。
实施方案55.实施方案52-54中的任一项的方法，其中所述微生物不能β-氧化。
实施方案56.实施方案52-55中的任一项的方法，其中借助于发酵液中的发酵产生所述微生物。
实施方案57.实施方案56的方法，其中在发酵结束时，所述发酵液的温度从约20℃至约28℃的温度、优选发酵温度增加至约60℃至约90℃的灭活温度。
实施方案58.实施方案57的方法，其中将所述发酵液在所述灭活温度保持约30分钟至约90分钟，优选约60分钟。
实施方案59.实施方案56-58中的任一项的方法，其中在发酵结束时，将所述发酵液的pH增加至约8-11的pH，优选约8至约9的pH，更优选约8.5的pH。
实施方案60.实施方案59的方法，其中通过将氨加入所述发酵液中增加pH，优选地所述氨是至多32％(wt/wt)的氨溶液，优选地所述氨溶液是从约10％(wt/wt)至约32％(wt/wt)，更优选地所述氨溶液是约25％(wt/wt)。
实施方案61.实施方案1-60中的任一项的方法，其中将所述发酵液与所述细胞分离，优选地借助于离心。
实施方案62.实施方案61的方法，其中得到微生物浓缩物和澄清的发酵液。
实施方案63.实施方案52的方法，其中对所述澄清的发酵液进行另一个步骤，其中在所述另一个步骤中，从所述澄清的发酵液中除去生物质和/或细胞碎片并得到进一步澄清的发酵液。
实施方案64.实施方案63的方法，其中所述生物质和/或细胞碎片的除去是借助于超滤从所述澄清的发酵液除去。
实施方案65.实施方案62-64中的任一项的方法，其中所述澄清的发酵液和/或所述进一步澄清的发酵液是含有所述二羧酸的培养基，对其进行所述纯化步骤。
实施方案66.一种用于生产二羧酸的方法，其中所述方法包含
-任选的生物转化步骤，其中在所述生物转化步骤中，由在培养基中所含的前体化合物产生所述二羧酸；和
-纯化步骤，其中所述纯化步骤包含蒸馏步骤，其中在所述蒸馏步骤中，对从所述生物转化步骤得到的二羧酸进行蒸馏步骤、蒸发步骤或蒸馏步骤与蒸发步骤的组合。
实施方案67.实施方案66的方法，其中所述蒸馏步骤包含薄膜蒸馏步骤。
实施方案68.实施方案66的方法，其中所述蒸发步骤包含薄膜蒸发步骤。
实施方案69.实施方案66的方法，其中所述蒸发步骤包含短路径蒸发步骤。
实施方案70.实施方案67-69中的任一项的方法，其中所述蒸馏步骤包含蒸发步骤。
实施方案71.实施方案66-70中的任一项的方法，其中从所述生物转化步骤或从在蒸馏步骤之前进行的纯化步骤的阶段得到二羧酸是作为沉淀的二羧酸得到的，优选地所述二羧酸是作为来自酸化步骤的沉淀的二羧酸得到的，且其中将沉淀的二羧酸熔化，优选地在约140℃的温度，且对所述熔化的二羧酸进行蒸馏。
实施方案72.实施方案66-71中的任一项的方法，其中在所述蒸馏步骤中，将所述熔化的二羧酸加热从而得到蒸发的二羧酸，优选地将所述熔化的二羧酸在蒸馏塔中加热从而得到蒸发的二羧酸。
实施方案73.实施方案72的方法，其中在所述蒸馏塔中，将蒸发的二羧酸与高沸点物和/或低沸点物分离，优选包含在沉淀的二羧酸中或与沉淀的二羧酸有关的高沸点物和/或低沸点物。
实施方案74.实施方案72-73中的任一项的方法，其中在约190℃至约240℃的温度蒸发所述二羧酸。
实施方案75.实施方案72-74中的任一项的方法，其中在1hPa至10hPa的压强蒸发所述二羧酸。
实施方案76.实施方案74-75中的任一项的方法，其中用于蒸发所述二羧酸的条件的范围为在1hPa下190℃至在10hPa下约240℃。
实施方案77.实施方案72-76中的任一项的方法，其中在薄膜蒸发器中蒸发所述二羧酸，其中在所述薄膜蒸发器中，所述高沸点物与所述二羧酸分离。
实施方案78.实施方案76的方法，其中将从所述薄膜蒸发器得到的二羧酸引导至精馏塔，其中在所述精馏塔中，所述二羧酸与所述低沸点物分离。
实施方案79.实施方案78的方法，其中将所述二羧酸引入位于所述精馏塔的中间段的进料塔板。
实施方案80.实施方案78-70中的任一项的方法，其中所述精馏塔包含至少八个塔板。
实施方案81.实施方案78-79中的任一项的方法，其中在约190℃至约240℃的温度将所述二羧酸引入所述精馏塔。
实施方案82.实施方案78-81中的任一项的方法，其中在约1hPA至约10hPa的压强将所述二羧酸引入所述精馏塔。
实施方案83.实施方案78-82中的任一项的方法，其中在从在1hPa下190℃至在10hPa下约240℃的温度/压强范围将所述二羧酸引入所述精馏塔。
实施方案84.实施方案78-83中的任一项的方法，其中将在所述蒸馏步骤中得到的二羧酸从所述精馏塔的底部取出。
实施方案85.实施方案66-84中的任一项的方法，其中所述纯化步骤包含纳米渗滤步骤，其中所述纳米过滤步骤在所述蒸馏步骤之前进行。
实施方案86.实施方案85的方法，其中所述纳米过滤步骤是纯化步骤的阶段，优选在蒸馏步骤之前进行的纯化步骤的阶段。
实施方案87.实施方案85-86中的任一项的方法，其中对从所述生物转化步骤得到的二羧酸进行所述纳米渗滤步骤，并对从所述纳米渗滤步骤得到的二羧酸进行所述蒸馏步骤。
实施方案88.实施方案85-87中的任一项的方法，其中所述纳米过滤步骤提供所述二羧酸作为沉淀的二羧酸。
实施方案89.实施方案85-88中的任一项的方法，其中对含有二羧酸的从生物转化步骤得到的培养基进行所述纳米渗滤步骤，其中所述纳米渗滤的渗余物含有所述二羧酸。
实施方案90.实施方案85-89中的任一项的方法，其中在所述纳米渗滤步骤中使用的膜具有150Da至300Da之间的截留值，优选地所述截留值≤150Da。
实施方案91.实施方案89-90中的任一项的方法，其中对所述含有二羧酸的纳米渗滤步骤的渗余物进行酸化步骤。
实施方案92.实施方案91的方法，其中在所述酸化步骤中，将硫酸加入所述含有二羧酸的纳米渗滤步骤的渗余物且所述二羧酸从所述渗余物中沉淀出来，并任选地洗涤沉淀的二羧酸。
实施方案93.实施方案66-92中的任一项的方法，其中所述二羧酸是10个碳原子、12个碳原子、14个碳原子或16个碳原子的二羧酸。
实施方案94.实施方案93的方法，其中所述二羧酸是饱和二羧酸。
实施方案95.实施方案93-94中的任一项的方法，其中所述二羧酸是直链二羧酸。
实施方案96.实施方案93-95中的任一项的方法，其中所述二羧酸是直链饱和羧酸。
实施方案97.实施方案93-96中的任一项的方法，其中所述二羧酸选自包含以下成员的集合：癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸，优选地所述羧酸是十二烷二酸(DDDA)。
实施方案98.实施方案66-97中的任一项的方法，其中所述前体化合物包含要生产的二羧酸的单羧酸的乙酯或甲酯。
实施方案99.实施方案98的方法，其中所述前体是或包含
癸酸或皮脂酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是癸二酸；
十二烷酸或月桂酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十二烷二酸；
十四烷酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十四烷二酸；和
十六烷酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十六烷二酸。
实施方案100.实施方案1-99中的任一项的方法，其中所述前体化合物包含烷烃化合物。
实施方案101.实施方案100的方法，其中所述前体化合物选自包含以下成员的集合：癸烷、十二烷、十四烷和十六烷。
实施方案102.实施方案100-101中的任一项的方法，其中所述前体化合物是或包含
癸烷，如果要生产的二羧酸是癸二酸；
十二烷，如果要生产的二羧酸是十二烷二酸；
十四烷，如果要生产的二羧酸是十四烷二酸；和
十六烷，如果要生产的二羧酸是十六烷二酸。
实施方案103.实施方案66-102中的任一项的方法，其中在所述生物转化步骤中，通过生物催化剂实现所述前体化合物的生物转化。
实施方案104.实施方案103的方法，其中所述生物催化剂是微生物。
实施方案105.实施方案104的方法，其中所述微生物是酵母。
实施方案106.实施方案104和105中的任一项的方法，其中所述酵母表达ω-氧化途径，优选地在诱导后表达ω-氧化途径。
实施方案107.实施方案104-106中的任一项的方法，其中所述微生物不能β-氧化。
实施方案108.实施方案104-107中的任一项的方法，其中借助于发酵液中的发酵产生所述微生物。
实施方案109.实施方案108的方法，其中在发酵结束时，将所述发酵液的温度从约20℃至约28℃的温度、优选发酵温度增加至约60℃至约90℃的灭活温度。
实施方案110.实施方案109的方法，其中将所述发酵液在所述灭活温度保持约30分钟至约90分钟，优选约60分钟。
实施方案111.实施方案108-110中的任一项的方法，其中在发酵结束时，将所述发酵液的pH增加至约8-11的pH，优选约8至约9的pH，更优选约8.5的pH。
实施方案112.实施方案111的方法，其中通过将氨加入所述发酵液中增加pH，优选地所述氨是至多32％(wt/wt)的氨溶液，优选地所述氨溶液是从约10％(wt/wt)至约32％(wt/wt)，更优选地所述氨溶液是约25％(wt/wt)。
实施方案113.实施方案66-102中的任一项的方法，其中将所述发酵液与所述细胞分离，优选地借助于离心。
实施方案114.实施方案103的方法，其中得到微生物浓缩物和澄清的发酵液。
实施方案115.实施方案114的方法，其中对所述澄清的发酵液进行另一个步骤，其中在所述另一个步骤中，从所述澄清的发酵液中除去生物质和/或细胞碎片并得到进一步澄清的发酵液。
实施方案116.实施方案115的方法，其中所述生物质和/或细胞碎片的除去是借助于超滤从所述澄清的发酵液中除去。
实施方案117.实施方案114-116中的任一项的方法，其中所述澄清的发酵液和/或所述进一步澄清的发酵液是含有所述二羧酸的培养基，对其进行所述纯化步骤。
实施方案118.可通过实施方案1-117中的任一项的方法得到的二羧酸。
实施方案119.纳米渗滤装置在生产和/或纯化二羧酸的方法中的用途。
实施方案120.实施方案119的用途，其中所述纳米渗滤装置是在实施方案1-117中的任一项中描述的纳米渗滤装置。
实施方案121.纳米渗滤在生产和/或纯化二羧酸的方法中的用途。
实施方案122.实施方案121的用途，其中所述纳米渗滤是在实施方案1-117中的任一项中描述的纳米渗滤。
实施方案123.实施方案119-113中的任一项的用途，其中所述方法是实施方案1-108中的任一项的方法。
实施方案124.蒸馏步骤在生产和/或纯化二羧酸的方法中的用途。
实施方案125.实施方案1245的用途，其中蒸馏步骤是在实施方案1-117中的任一项中描述的蒸馏步骤。
实施方案126.实施方案124-126中的任一项的用途，其中所述方法是实施方案1-117中的任一项的方法。
实施方案127.蒸发在生产和/或纯化二羧酸的方法中的用途。
实施方案128.实施方案127的用途，其中所述蒸发是在实施方案1-117中的任一项中描述的蒸发。
实施方案129.实施方案127-128中的任一项的用途，其中所述方法是实施方案1-117中的任一项的方法。
实施方案130.实施方案127-128中的任一项的用途，其中将精馏塔连接至薄膜蒸发器，其中优选地将蒸发的二羧酸从所述薄膜蒸发器传导至所述精馏塔。
实施方案131.实施方案124-131中的任一项的用途，其中所述方法是实施方案1-117中的任一项的方法。
实施方案132.实施方案119-131中的任一项的用途，其中所述二羧酸是10个碳原子、12个碳原子、14个碳原子或16个碳原子的二羧酸。
实施方案133.实施方案132的方法，其中所述二羧酸是饱和二羧酸。
实施方案134.实施方案132-133中的任一项的方法，其中所述二羧酸是直链二羧酸。
实施方案135.实施方案132-134中的任一项的方法，其中所述二羧酸是直链饱和羧酸。
实施方案136.实施方案132-135中的任一项的方法，其中所述二羧酸选自包含以下成员的集合：癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸，优选地所述羧酸是十二烷二酸(DDDA)。
本发明的发明人已经惊奇地发现，本发明的用于生产二羧酸的方法会提供基本上不含杂质诸如盐、有机糖、氨基酸及其衍生物的二羧酸，所述方法优选地包含作为纯化步骤的纳米渗滤步骤和/或蒸馏步骤、蒸发步骤或它们的组合，其中优选地所述蒸馏是薄膜蒸馏且蒸发是薄膜蒸发或短路径蒸发。更优选地，本发明的方法使用(a)纳米渗滤步骤和(b)蒸馏步骤，优选薄膜蒸馏步骤和/或蒸发步骤，优选短路径蒸发步骤或薄膜蒸发步骤。所述杂质可以是已知或未知的杂质。关于源于所述二羧酸的生物生产的这样的杂质，特别是目前未知化学结构的杂质，应当承认，这些杂质不能通过本领域的纯化方案除去。
并且，本发明的发明人已经惊奇地发现，根据本发明的(a)纳米渗滤和/或(b)蒸馏或蒸发或它们的组合的单独使用或联合使用，允许纯化和从而生物生产二羧酸，所述二羧酸基本上不含来自含有二羧酸的产物的所述杂质，所述产物得自生物转化步骤，优选如在本文中公开的生物转化步骤，更优选使用以下的本发明的方法：(a)纳米渗滤步骤和(b)蒸馏步骤，优选薄膜蒸馏步骤，和/或蒸发步骤，优选短路径蒸发步骤或薄膜蒸发步骤。这样的杂质的不存在导致当使用相应地生产的二羧酸且特别是十二烷二酸(例如在聚合中诸如在聚酰胺和/或聚酯的形成中)时更少的不希望的后续反应。换而言之，根据本发明提供的二羧酸显示出与化学合成的二羧酸相当的纯度和杂质特性，至少在避免聚合中任何不希望的后续反应方面。因此，本发明克服了通过包括生物生产所述二羧酸和随后的纯化方案的本领域生物技术工艺生产的二羧酸诸如DDDA的缺点，即，当进行工业应用诸如聚合时，与化学合成的二羧酸相比至少较劣的性能。
不希望受任何理论约束，本发明的发明人假设，如现有技术进行的通过从水或有机溶剂中结晶来纯化二羧酸不能消除所有杂质，尤其是那些干扰二羧酸的工业应用(诸如在聚合中)的杂质。已知在有机酸的沉淀-结晶工艺中，杂质被包含在晶体中，并因此不能通过随后的洗涤除去。在沉淀-结晶工艺中被捕获的杂质由以下组成：低分子含氮物质诸如氨基酸、糖和来自发酵液的其它有机物质，以及来自发酵液中和/或来自通过加入酸从溶液中沉淀二羧酸的无机盐。尤其是，糖和含氮杂质在加热和熔化后，诸如在短路径蒸发过程中，在所谓的美拉德反应中发生反应，并形成羧酸的不希望的棕色至黑色着色组分；并且离子、特别是硫酸根离子会干扰随后的聚合反应。现有技术工艺的这一缺点同样令人惊讶地被使用以下的现有技术方法克服：(a)过滤、优选纳米渗滤或超滤或二者和(b)蒸馏和蒸发之一或组合，其中蒸馏优选地是薄膜蒸馏且蒸发优选地是薄膜蒸发或短路径蒸发。通常首先进行超滤以除去离心后留下的剩余固体以及大于10.000Da的较大分子。随后的纳米渗滤将以150Da的截留值除去所有较小分子。该过滤步骤对于实现随后的薄膜蒸馏、薄膜蒸发和/或短路径蒸发至关重要；合适的膜在最近几年才可得到，并且最初是为水处理而不是有机分子的纯化而开发。优选地，薄膜蒸馏是最后的纯化步骤并且对于除去剩余的高沸点杂质和无机杂质诸如盐是至关重要的。
本发明的发明人已经惊奇地发现，纳米渗滤步骤在用于生产二羧酸的方法中的应用为二羧酸的生产提供了有利的整体工艺。更具体地，优点源自在从进行二羧酸的生物转化的培养基中分离任何生物质(诸如细胞和细胞碎片)之后获得的二羧酸的纯化。在一个实施方案中，二羧酸、优选DDDA的纯度是约95％，更优选地≥98.5％。在另一个实施方案中，这样的纯度通过这样的方法实现，所述方法使用(a)纳米渗滤步骤和(b)蒸馏步骤，优选薄膜蒸馏步骤，和/或蒸发步骤，优选短路径蒸发步骤或薄膜蒸发步骤。通常，这样的培养基是在微生物且特别是酵母的培养中使用的发酵液，其中所述微生物进行包含在培养基中的、优选包含在发酵液中的前体化合物诸如月桂酸乙酯的生物转化。
类似地，本发明的发明人已经惊奇地发现，蒸馏步骤，优选薄膜蒸馏，和/或蒸发步骤，优选短路径蒸发或薄膜蒸发在用于生产二羧酸的方法中的应用为二羧酸的生产提供了有利的整体工艺。更具体地，优点源自在从进行二羧酸的生物转化的培养基中分离任何生物质(诸如细胞和细胞碎片)之后获得的二羧酸的纯化。在一个实施方案中，二羧酸、优选DDDA的纯度是约95％，更优选地≥98.5％。通常，这样的培养基是在微生物且特别是酵母的培养中使用的发酵液，其中所述微生物进行包含在培养基中的、优选包含在发酵液中的前体化合物诸如月桂酸乙酯的生物转化。
另外，本发明的发明人已经发现，如果在纳米过滤步骤之后，对纳米过滤步骤的含有二羧酸的渗余物进行酸化步骤，其中所述酸化使用硫酸，那么在将前体化合物生物转化成二羧酸之后，通常在发酵步骤结束时，添加氨从而将pH从在生物转化步骤(其提供进行生物转化的生物催化剂，优选微生物)中使用的约5.8增加至约8-9的pH，是特别有利的。同样在本发明内，特别是在本发明的第二方面，如果在蒸馏步骤之前，优选在除去进行生物转化的生物催化剂的生物质之后，并且任选地在随后的超滤之后，对来自生物转化步骤的培养基进行酸化步骤，其中所述酸化使用硫酸，那么pH至约8-9的这样的增加是有利的。
最后，本发明的发明人已经惊奇地发现，根据本发明在二羧酸的生产和/或纯化中使用薄膜蒸发器，不会导致酸酐和/或二羧酸的其它不希望的反应产物的形成。
在一个实施方案中，硫酸是从约78％(wt/wt)至约98％(wt/wt)，优选约98％(wt/wt)。在这样的条件下，不仅获得了不含副产物诸如月桂酸和/或羟基月桂酸的非常纯的二羧酸，而且获得了非常纯的硫酸铵。对于二羧酸获得的纯度通常≥98.5％，更通常为约99.5％，且硫酸铵的纯度通常≥95％，更通常为约99.5％。因此，根据本发明的方法允许生产二羧酸，同时减少任何其它消耗资源的精制方法。此外，非常纯的硫酸铵作为副产物获得，其可以直接用作肥料或用于肥料工业中。与使用氢氧化钠溶液(其导致废水中的高硫酸钠水平)的现有技术相比，这优于现有技术工艺。
在本发明中，用于生产二羧酸的方法包含纯化步骤。这样的纯化步骤包含纳米渗滤步骤和/或蒸馏步骤，其中通过纳米渗滤步骤和蒸馏步骤来纯化二羧酸。根据本发明的用于生产二羧酸的方法可以包含如本文所公开的纳米渗滤步骤，但不包含如本文所公开的蒸馏步骤。可替换地，根据本发明的用于生产二羧酸的方法可以包含如本文所公开的蒸馏步骤，但不包含如本文所公开的纳米渗滤步骤。本领域技术人员将理解，必须根据是否进行这样的纳米渗滤步骤或这样的蒸馏步骤来调整总体方法。这样的调整特别适用于酸化步骤。在本发明的方法利用纳米渗滤步骤的情况下，对纳米渗滤步骤的渗余物进行这样的酸化步骤；在本发明的方法利用蒸馏步骤而不利用纳米渗滤步骤的情况下，对由生物转化步骤获得的培养基进行蒸馏步骤，优选地在除去生物催化剂的生物质之后和在随后对无生物质培养基进行超滤步骤之后，优选如本文所述的超滤步骤；在一个实施方案中，对超滤过的培养基进行酸化步骤，从而导致沉淀物的形成，最终对所述沉淀物进行蒸馏步骤。
在本发明的一个优选实施方案中，所述二羧酸是十二烷二酸(DDDA)。
在本发明的一个实施方案中，根据其制备的DDDA符合如表1中总结的当前工业规范。
表1：DDDA的工业规范
特征 测量 要求
外观 视觉 颗粒、片状或珠子(非粉末)
纯度 质量％ 最小98.6
酸数目 mg KOH/gm. 480-495
水分 ％ 最大0.4
颜色 APHA 最大15
灰分 ppm 最大2
铁 ppm 最大1
氮 ppm 最大34
一元酸* 质量％ 最大0.08
其它二元酸 质量％ 最大1.0
根据本发明，通过从前体化合物生物转化来生产二羧酸的方法包含纯化步骤，其中所述纯化步骤包含纳米渗滤步骤。该纳米渗滤步骤特别有效地纯化包含二羧酸的培养基诸如发酵液，并有效地分别浓缩和分离二羧酸。
使含有二羧酸的培养基进入纳米渗滤装置诸如具有150Da至300Da的截留值、优选≤150Da的截留值的膜模块，所述培养基优选地得自含有二羧酸(诸如DDDA)的培养基诸如发酵液的超滤步骤。在本发明的一个实施方案中，其中含有二羧酸的培养基包含氨盐，二羧酸的二氨盐残留在纳米渗滤装置的渗余物侧并被浓缩。如果超过所述二羧酸的溶解度限制，那么这样的浓度可能导致二羧酸(诸如DDDA)的氨盐的部分沉淀。纳米渗滤装置的渗透物含有C1至C6化合物诸如琥珀酸或甲酸、单糖诸如葡萄糖、氨基酸、盐和痕量元素。从产物流中除去琥珀酸是特别有利的，因为琥珀酸干扰使用二羧酸的聚合，特别是十二烷二酸聚合成聚酰胺和聚酯。
渗透物中所含的这些化合物与二羧酸及其盐的分离优于现有技术中使用活性炭或两个结晶步骤生产二羧酸的方法。由于所述分离，被包含在渗余物中的二羧酸的盐和更具体的二铵盐可以被酸如硫酸分成二羧酸和硫酸铵，两者都是化学纯的。
用于纳米渗滤的合适膜和纳米渗滤装置分别是本领域技术人员已知的和商购可得的(例如来自GE Osmonics(Minnetonka,MI；美国)。在本发明的一个实施方案中，合适的膜具有150-300Da的分子量截留值(MWCO)。由于这种MWCO，膜截留了具有约150Da至约300Da的分子量的分子。此外，这类膜截留二价和多价离子，而单价离子转移到渗透物中。由于单价离子穿过膜，它们不会带来任何允许在高压下操作这些膜的渗透压；在一个实施方案中，压强是至多40巴。在一个实施方案中，膜作为螺旋缠绕的平板存在；在一个替代实施方案中，膜作为中空纤维存在。
在一个实施方案中，在纳米渗滤中使用的膜和纳米渗滤装置分别由一种或以下材料制成：聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)和聚偏氟乙烯(PVDF)。
由于使用强酸诸如硫酸，通常在耐腐蚀的搅拌反应器中进行酸化步骤。优选地，反应器具有陶瓷内衬，或者结构材料是哈氏合金或任何其它耐酸材料。在一个实施方案中，在酸化步骤中使用的硫酸为约98％(wt/wt)。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述酸化步骤包含以下步骤中的一个、几个或全部。在第一步中，将纳米渗滤渗余物与活性炭混合以捕获成色化合物，并然后过滤以除去碳。在第二步中，将如此得到的溶液酸化以沉淀出二羧酸，并然后与母液分离。酸化工艺优选以分批方式完成。在一个替代实施方案中，酸化步骤可以作为连续酸化或在环流反应器中进行。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述方法包含蒸馏步骤。在一个优选的实施方案中，所述蒸馏步骤是薄膜蒸馏步骤。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述方法包含蒸发步骤。在一个优选的实施方案中，所述蒸发步骤是薄膜蒸发步骤或短路径蒸发步骤；更优选地，所述短路径蒸发步骤使用短路径蒸发器。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述方法包含蒸馏步骤和蒸发步骤，其中所述蒸馏步骤和蒸发步骤可以如关于第一和第二方面的每个和任何实施方案所公开的那样进行。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述蒸馏步骤包含蒸发步骤。优选地，所述蒸馏步骤是薄膜蒸馏步骤且所述蒸发步骤是薄膜蒸发步骤或短路径蒸发步骤。因此，在本发明范围内，薄膜蒸馏包含或者是薄膜蒸发或短路径蒸发。
如本文优选使用的，薄膜蒸发的分离原理是液体物质的蒸发和蒸发的物质在表面上的冷凝，所述表面保持在限定温度T。所述限定温度T优选地是从约130至约150℃，更优选约140℃。蒸发和冷凝发生在低大气压下。这样的低大气压优选为约6毫巴至10毫巴，更优选约8毫巴。为避免液体物质受到热应力，在加热表面上的停留时间将通过刮器(wiper)***保持在最小，所述刮器***将液体物质作为薄膜分布在表面上。确定这样的最小停留对于本领域技术人员来说是常规内容。其沸点高于T的物质将不会被蒸发，并且不蒸发的物质将与待纯化的物质分离。如果还存在其沸点与目标物质的沸点相似或更低的物质，这些物质将至少部分地与目标物质一起蒸发并因此保留在产物中。在该情况下，将在薄膜蒸馏设备中添加蒸馏塔以分馏蒸馏产物。
优选地，当不存在其沸点类似于或低于目标物质的沸点的物质时，将使用薄膜蒸发。如在DDDA的情况下，已经观察到，来自发酵工艺的杂质不能通过沉淀-结晶工艺除去，因此薄膜蒸发不适用于来自沉淀-结晶工艺的DDDA的最终纯化。
本领域技术人员将承认，优选地，通常用于任何薄膜蒸发的任何装置可以用于实施本发明的方法中的薄膜蒸发步骤。
薄膜蒸发的优选操作参数如下：压强：约6毫巴至10毫巴，优选约8毫巴；冷凝温度：约130至约150℃，优选约140℃；和蒸发温度：约210℃至约240℃，优选约216℃。
如本文中优选使用的，薄膜蒸馏的分离原理是液体物质的蒸馏和蒸发的物质在表面上的冷凝，所述表面保持在限定温度T。所述限定温度T优选地是从约130至约150℃，更优选约140℃。蒸发和冷凝发生在低大气压下。这样的低大气压优选为约6毫巴至10毫巴，更优选约8毫巴。为避免液体物质受到热应力，在加热表面上的停留时间将通过刮器***保持在最小，所述刮器***将液体物质作为薄膜分布在表面上。确定这样的最小停留对于本领域技术人员来说是常规内容。其沸点高于T的物质将不会被蒸发，并且不蒸发的物质将与待纯化的物质分离。如果还存在其沸点与目标物质的沸点相似或更低的物质，这些物质将至少部分地与目标物质一起蒸发并因此保留在产物中。在该情况下，将在薄膜蒸馏设备中添加蒸馏塔以分馏蒸馏产物。
优选地，当存在其沸点与目标物质的沸点相似或更低的物质时，将使用薄膜蒸馏。在该情况下，包括目标物质(DDDA)在内的蒸发物质在下游蒸馏塔中进行蒸馏。目标物质可以在塔底回收，其沸点低于目标物质的物质可以从塔的上塔板回收。
本领域技术人员将承认，优选地，通常用于任何薄膜蒸馏的任何装置可以用于实施本发明的方法中的薄膜蒸馏步骤。
薄膜蒸馏的优选操作参数如下：压强：约6毫巴至10毫巴，优选约8毫巴；冷凝温度：约130至约150℃，优选约140℃；和蒸发温度：约210℃至约240℃，优选约216℃。
如本文中优选使用的，短路径蒸发的分离原理是液体物质的蒸发和蒸发的物质在表面上的冷凝，所述表面保持在限定温度T。所述限定温度T优选地是从约130至约150℃，更优选约140℃。蒸发和冷凝发生在低大气压下。这样的低大气压优选为约6毫巴至12毫巴，更优选约8毫巴至约10毫巴。为避免液体物质受到热应力，在加热表面上的停留时间将通过刮器***保持在最小，所述刮器***将液体物质作为薄膜分布在表面上。确定这样的最小停留对于本领域技术人员来说是常规内容。其沸点高于T的物质将不会被蒸发，并且不蒸发的物质将与待纯化的物质分离。如果还存在其沸点与目标物质的沸点相似或更低的物质，这些物质将至少部分地与目标物质一起蒸发。优选用于短路径蒸发的短路径蒸发器具有位于内部的冷凝器。汽相到冷凝器的“短路径”仅导致很少的压强损失，这意味着可以实现极低的压强。因此，在短路径蒸发器中，蒸馏可以在较低温度下进行。其沸点低于目标物质的物质不会在位于内部的冷凝器的表面上冷凝。
优选地，当不存在其沸点类似于或低于目标物质的沸点的物质时，将使用短路径蒸发。由于与薄膜蒸发相比更低的大气压，因此目标物质(此处为DDDA)由于更低的沸点而具有最低的热应力，并且需要更低的能量输入即可蒸发。
本领域技术人员将承认，优选地，通常用于任何短路径蒸发的任何装置可以用于实施本发明的方法中的短路径蒸发步骤。
短路径蒸发的优选操作参数如下：压强：约6毫巴至12毫巴，优选约8毫巴至约10毫巴；冷凝温度：约130至约150℃，优选约140℃；和蒸发温度：约190℃至约220℃，优选约200℃。
本领域技术人员将理解，在超滤、纳米渗滤及其组合的情况下，所有三个后续操作，即薄膜蒸发、薄膜蒸馏和短路径蒸发，可以单独使用或以它们的任意组合使用，以达到高于99％的产物纯度，且更重要的是，得到不含不希望的杂质(如痕量金属离子、含氮化合物和碳水化合物)的产物、长链二酸和更具体的DDDA。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，对在酸化步骤中沉淀的二羧酸进行熔化步骤，其中在熔化步骤中，将沉淀的二羧酸熔化。在一个实施方案中，将沉淀的二羧酸在流化床干燥器中干燥，并优选用螺旋输送机进料到熔化二羧酸的熔化装置中。在另一个实施方案中，借助于螺旋输送机将如此熔化的二羧酸引导至薄膜蒸发器。
为了在薄膜蒸发器中对混合物进行热分离，在圆柱形或圆锥形蒸发器的加热壁处产生薄膜。在转子上的分布环将液体均匀地分布在周边。然后，安装在转子上的叶片将液体在热传递表面上分散成最小0.5mm的薄膜。
在薄膜蒸发器中流动的模型概念假设，在每个转子叶片之前形成弓形波。在转子叶片和加热表面之间的间隙中，流体由具有强烈的热和质量传递的高度湍流区域的弓形波提供。即使对于粘稠产物，这也会产生良好的热传递性能。此外，避免了沉积物的形成，并且强烈的混合还可以保护温度敏感的产物免于过热。
转子的另一个重要任务是以高蒸发率稳定加热表面上的液膜。一方面，在没有膜破裂的情况下，核沸腾区域中的蒸发是可能的。另一方面，液膜被离心力压靠在加热表面上。这避免了不利的蒸发模式，其中在液膜下形成具有绝热作用的蒸汽层。因此，由于作用原理(functional principle)，在薄膜蒸发器中可实现极高的比蒸发率。
在本发明的一个实施方案中，所述薄膜蒸发器包含精馏塔，优选地精馏塔替代本领域的薄膜蒸发器通常包含的冷凝器。
在根据第二和第一方面的方法的一个实施方案中，对熔化的二羧酸进行蒸馏步骤。优选地，将沉淀的二羧酸(任选在沉淀后洗涤)进行干燥。优选地，这样的干燥在流化床干燥器中进行。在一个实施方案中，二羧酸的干燥在约108℃至约132℃的温度进行，优选在约120℃的温度进行。优选地，二羧酸的干燥在大气压下进行。将干燥的二羧酸优选在140℃熔化并进行薄膜蒸发。
在根据第二和第一方面的方法的一个实施方案中，将熔化的即液体DDDA引导至蒸发器。在一个优选的实施方案中，所述蒸发器是薄膜蒸发器。所述蒸发器将一种或多种高沸点物与熔化的二羧酸分离，所述熔化的二羧酸也被称作粗二羧酸。这样的粗二羧酸可以包含尤其是蛋白、氨基酸、多糖、长链非氧化脂肪酸和内酰胺。
在一个实施方案中且如本文中优选使用的，高沸点物是其沸点高于二羧酸的沸点的化学化合物。高沸点物可以是或可以包含蛋白、氨基酸、多糖和/或焦糖化的碳水化合物。
在根据第二和第一方面的方法的一个实施方案中，将除去高沸点物的粗二羧酸转移进精馏塔中。在所述精馏塔中，除去一种或多种低沸点物并蒸馏得到的二羧酸。
在一个实施方案中且如本文中优选使用的，低沸点物是其沸点低于二羧酸的沸点的化学化合物。低沸点物可以是或可以包含氨基酸、短链二羧酸、内酰胺和/或非氧化脂肪酸。
在本发明的一个实施方案中，将从酸化步骤和/或随后的过滤和/或洗涤步骤获得的二羧酸进行结晶而不是蒸馏。
在该实施方案中，将二羧酸溶解在流体中，并且任选地添加活性炭。将二羧酸以及溶解的二羧酸和活性炭的混合物分别优选保持在升高的温度，优选二羧酸发生溶解的温度。在一个优选的实施方案中，将二羧酸以及含有二羧酸和活性炭的混合物在约90℃或更高维持约30分钟至约2小时。在另一个实施方案中，将二羧酸以及含有二羧酸和活性炭的混合物在90℃保持1小时。随后，过滤二羧酸或混合物以产生包括二羧酸的脱色溶液。优选将脱色溶液冷却至约28℃或更低。通过降低温度，二羧酸从流体中结晶。
在一个实施方案中，所述流体是水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合物。优选地，所述有机溶剂是乙酸。
在一个实施方案中，将二羧酸晶体从脱色流体中分离，优选地通过离心或过滤。
在一个实施方案中，洗涤并干燥二羧酸的晶体。优选地，将晶体在约20℃用水洗涤，更优选地，这样的洗涤在离心步骤中进行，优选地在推料离心机中。
在根据第一和第二方面的用于生产二羧酸的本发明方法的一个实施方案中，所述方法包含超滤步骤。这样的超滤步骤从用于生物转化步骤的培养基中除去生物质和/或细胞碎片。优选地，这样的培养基是已经经历了以下一个或多个步骤的发酵液：细胞分离和氨添加。
在超滤步骤中和/或在超滤步骤所用的超滤装置中，可以使用聚合物膜或陶瓷模块。所述膜和所述模块分别可以设计为中空纤维或螺旋缠绕的平板。在一个实施方案中，膜和陶瓷模块的分子量截留值(MWCO)是在5.000Da至40.000Da之间，优选地，膜和陶瓷模块的MWCO为20.000Da。在一个实施方案中，膜的材料是聚砜或聚醚砜。
在一个实施方案中，在标准操作中在约40℃的温度进行超滤。在一个替代实施方案中，所述超滤作为渗滤进行。本领域技术人员将理解，如果超滤作为渗滤进行，则二羧酸的损失会更少。
来自超滤步骤的渗透物不含生物质诸如细胞和细胞颗粒以及较高分子肽。超滤的渗余物优选进行废水处理，而渗透物进行纳米渗滤步骤。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述方法包含细胞分离步骤。
在一个实施方案中，所述细胞分离步骤包含离心步骤，其中在离心步骤中，从用于生物转化步骤的培养基中除去生物质和/或细胞碎片。优选地，这样的培养基是已经进行过氨添加的发酵液。
在一个实施方案中，在分离步骤中，培养基，优选发酵液，且更优选已经添加了氨的发酵液，具有60℃的温度和约8至约9、优选约8.5的pH。优选地，使用离心来澄清培养基。该步骤产生与实现生物转化步骤的生物质(诸如微生物且优选酵母)分离的澄清发酵液(浓缩物)。
在一个实施方案中，能够除去酵母细胞的标准离心技术是可接受的。优选地，离心技术是盘堆叠或喷嘴离心技术。在一个优选的实施方案中，所述分离步骤产生浓缩体积比(体积浓缩因子VCF)为1.32的浓缩物。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述方法包含溶剂化步骤。在这样的溶剂化步骤中，增加培养基、优选发酵液的pH。优选地，如果生物转化步骤由微生物实现，则溶剂化步骤在发酵步骤结束时和杀死微生物之后进行。这样的杀死优选通过将培养基的温度提高到约60℃来实现，其中优选地将该温度保持约一小时。更具体地说，在这样的溶剂化步骤中，将培养基的pH用氨增加到8至9之间，优选增加到8.5。优选地，氨作为水溶液提供，其中氨浓度是至多32％，优选约25％。在这样的溶剂化步骤中，DDDA被溶解。
在一个实施方案中，随后并分开进行加热和溶剂化步骤。
在一个实施方案中，加热和溶剂化步骤同时进行或以使得它们至少在一定时间段内重叠的方式进行。
在另一个实施方案中，在与进行生物转化步骤的容器不同的容器中进行加热和溶剂化步骤。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述前体化合物是要生产的二羧酸的单羧酸的乙酯或甲酯。在一个优选的实施方案中，要生产的二羧酸是十二烷二酸，且前体化合物是月桂酸乙酯。
在一个实施方案中，月桂酸乙酯是商购可得的月桂酸乙酯。在一个替代实施方案中，通过月桂酸的乙酯化来制备月桂酸乙酯。
在一个实施方案中，在根据第一和第二方面的方法中用作前体化合物的月桂酸乙酯含有89-92％月桂酸乙酯(wt/wt))；C10和C14脂肪酸的乙酯可以占每一种前体化合物的约1％(wt/wt)。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个替代实施方案中，前体化合物是其末端碳原子被氧化的烷烃化合物，优选地在所述生物转化步骤中，从而在每个末端形成羧酸基团。例如，如果要通过本发明的方法、优选根据第一和第二方面的本发明的方法生产的二羧酸是十二烷二酸，则优选的前体化合物是十二烷。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，借助于微生物将所述前体化合物转化成二羧酸。在一个优选的实施方案中，所述微生物是酵母，优选地所述酵母是维斯念珠菌(Candida viswanathii)，更优选基因工程维斯念珠菌。在一个优选的实施方案中，所述酵母是在US 9,909,152中公开的酵母。
在一个实施方案中，所述酵母表达ω-氧化途径，优选地在诱导后表达ω-氧化途径。
在一个实施方案中，所述微生物、优选酵母和更优选维斯念珠菌不能β-氧化。
在根据第一和第二方面的生产二羧酸的方法的一个实施方案中，所述方法包含发酵步骤。在这样的发酵步骤中，制备微生物并使其处于制备或实现生物转化步骤的条件。
通过生物转化产生二羧酸，优选DDDA，其中这样的生物转化优选由通过发酵步骤产生的维斯念珠菌的基因工程菌株进行。在一个实施方案中，所述发酵作为包含快速生长期的补料分批工艺进行。两个进料流是右旋糖和前体化合物诸如月桂酸乙酯，其中月桂酸乙酯是二羧酸的前体化合物，其可以与右旋糖同时加入或在加入右旋糖后加入。酵母菌株吸收前体化合物诸如月桂酸乙酯，裂解乙醇，并将脂肪酸转化为二羧酸。得到的乙醇可以被菌株代谢。可替换地，酵母菌株吸收烷烃诸如十二烷，并将烷烃转化为二羧酸。在一个实施方案中，以C原子数计的前体化合物的长度与要生产的二羧酸的长度相同，优选地借助于生物转化。
在一个实施方案中，包括种子菌株的生长期用作为碳源的右旋糖和促进快速生物质积累的发酵条件进行。使细胞在种子生物反应器内的基本培养基上有氧性地生长至高细胞密度，并然后转移至生产发酵罐。生长期在生产发酵罐中继续直到右旋糖耗尽。当初始碳源耗尽时，培养基提供的氮水平将在生长期结束时留下过量的氮。当细胞首次暴露于前体化合物原料(诸如月桂酸乙酯)时，这样的氮供应被认为在生产阶段是重要的。生产阶段分为早期生产阶段或诱导阶段和主要生产阶段。
在一个实施方案中，在初始碳源诸如右旋糖耗尽后开始早期生产阶段。只有在初始碳源耗尽后，细胞才首先暴露于脂肪酸，这会诱导脂肪酸向二羧酸的生物转化所需的许多基因。还给酵母细胞提供恒定的右旋糖进料，从而为诱导工艺和维持细胞生存力提供碳和能量。右旋糖进料速率优选在早期和主要生产阶段之间不改变。前体化合物诸如月桂酸乙酯(或月桂酸乙酯、月桂酸和乙醇的混合物)的底物进料在溶解氧(DO)峰值(spike)处开始，所述峰值指示初始碳源的耗尽。细胞向这样的新碳源的暴露会诱导ω-氧化途径中的基因以及其它重要基因的表达。在此阶段，底物进料速率较低，因为月桂酸有一定的毒性并且会累积直到诱导完成。完全诱导通常需要大约6小时，尽管低进料速率维持24小时。由于细胞正在生产用于生物转化的新酶，因此需要随时供应氮，并因此给培养基配制过量的硫酸铵以在生长期后提供氮源。随着前体化合物底物进料的开始，右旋糖的协同底物进料开始。在微生物菌株在β-氧化中被完全阻断的那些实施方案中需要该协同底物。由于微生物不能从脂肪酸底物获得任何能量，协同底物提供将底物生物转化为DDDA所需的能量。
在一个实施方案中，主要生产阶段以及因此的生物转化步骤通过增加前体化合物的底物进料速率开始。重要的是，尽可能快地建立目标底物进料速率。低于目标速率的底物进料速率将导致较低的二羧酸生产率。高于目标的底物进料速率超过了培养物形成二羧酸的能力，并例如在月桂酸乙酯用作前体化合物的情况下，导致月桂酸的积累，月桂酸比产物即DDDA的毒性大得多。月桂酸的积累还会降低发酵液中产物的产率和纯度，并使纯化工艺复杂化。由于月桂酸是聚合物合成中的链终止剂，因此对于二羧酸和DDDA的使用，特别是在聚合中的使用，月桂酸从最终产物中的除去是关键的。在一个实施方案中，在薄膜蒸发过程中，优选地在薄膜蒸发和随后的蒸馏过程中，除去月桂酸。
在一个实施方案中，废气数据是评价实现生物转化步骤的生物催化剂的“健康”的非常重要的工具，并且可用于将月桂酸乙酯进料速率与存在的细胞活性水平相匹配。通常，氧摄取速率(OUR)与生物催化剂的健康和二羧酸生产率密切相关，并且可以指示前体化合物过量进料。
在一个实施方案中，在发酵步骤和生物转化步骤结束时，发酵液含有期望的二羧酸诸如DDDA、细胞、剩余的培养基盐以及进料组分和副产物的混合物。通常与月桂酸乙酯一起进入的进料是脂肪酸诸如饱和的和不饱和的C16(棕榈酸和棕榈油酸)和C18(硬脂酸和油酸)脂肪酸、以及少量短链饱和脂肪酸(例如C10、C14)以及多种未知化合物的混合物。在一个实施方案中，所述菌株将这些脂肪酸转化为它们的二酸形式，从而产生可测量的量的C10、C14、C16和C18二羧酸。生物转化中的中间体是羟基脂肪酸诸如羟基月桂酸。因此，可测量的量的相应羟基脂肪酸可能存在并且分别被检测到。在一个实施方案中，在所有杂质中，月桂酸和羟基月桂酸是最普遍的。
本发明在第八方面涉及一种用于从培养基纯化二羧酸的方法，其中所述方法包含如本文公开和描述的纳米渗滤步骤，尤其是本文关于本发明的第一方面公开和描述的。所述二羧酸优选地是本文关于第一方面公开和描述的二羧酸。在这样的用于纯化二羧酸的方法中，用于纯化的起始物质优选地是含有二羧酸的培养基。在一个实施方案中，所述培养基是水性培养基。在另一个实施方案中，所述培养基是得自生物转化步骤的培养基，优选如本文公开或描述的生物转化步骤，更优选地关于第一方面和/或第二方面。得自生物转化步骤的培养基优选地是已经从其除去用作生物催化剂的任何生物质的培养基，所述生物催化剂用于从前体化合物转化二羧酸。在一个优选的实施方案中，已经对不含生物催化剂的培养基进行超滤步骤，优选本文公开或描述的超滤步骤，更优选地关于第一方面和/或第二方面。
本发明在第九方面涉及一种用于从培养基纯化二羧酸的方法，其中所述方法包含如本文公开和描述的蒸馏步骤，尤其是本文关于本发明的第二方面公开和描述的。所述二羧酸优选地是本文关于第二方面公开和描述的二羧酸。在这样的用于纯化二羧酸的方法中，用于纯化的起始物质优选地是含有二羧酸的培养基。在一个实施方案中，所述培养基是水性培养基。在另一个实施方案中，所述培养基是得自生物转化步骤的培养基，优选如本文公开或描述的生物转化步骤，更优选地关于第一方面和/或第二方面。得自生物转化步骤的培养基优选地是已经从其除去用作生物催化剂的任何生物质的培养基，所述生物催化剂用于从前体化合物转化二羧酸。在一个优选的实施方案中，已经对不含生物催化剂的培养基进行超滤步骤，优选本文公开或描述的超滤步骤，更优选地关于第一方面和/或第二方面。在另一个实施方案中，所述二羧酸作为沉淀的二羧酸存在，优选地，这样的沉淀的二羧酸已经在如本文公开和描述的酸化步骤中沉淀。在其一个优选的实施方案中，二羧酸已经从上述培养基中沉淀出来。
在本发明内，在其各个方面，包括其任何实施方案，纳米渗滤步骤可以是纳米过滤步骤。
本领域技术人员将承认，精馏塔的中间段是位于精馏塔上段和下段之间的精馏塔段。
在本发明内，除非明确地相反指示，否则任何指示的百分比(％)为％(wt/wt)。
本领域技术人员将理解，本文公开的任何工艺参数，诸如温度、压强、pH和/或引入任何装置的位置适用于根据本发明在其各个方面(包括其任何实施方案)要生产的每种和任何二羧酸。本领域技术人员还将理解，本文公开的任何工艺参数，诸如温度、压强、pH和/或引入任何装置的位置尤其适用于根据本发明在其各个方面(包括其任何实施方案)生产的、要生产的或纯化的十二烷二酸(DDDA)。
应当承认，术语“二羧酸的生产方法”和“用于生产二羧酸的方法”在本文中可互换地使用。
应当承认，对任何“本发明的实施方案”或“实施方案”的任何提及是对如本文所公开的本发明的任何方面的提及，包括其任何实施方案。
在本发明内，如本文所公开的本发明的任何方面的任何实施方案也是本发明的每个和任何其它方面的实施方案，包括其任何实施方案。
在根据第一和第二方面的用于生产二羧酸诸如DDDA的方法的一个实施方案中，所述方法包含图4所示的步骤。
现在通过以下附图进一步说明本发明，从附图可以得到本发明的其它特征、实施方案和优点。更具体地，
图1显示了酸化和沉淀步骤的方框流程图；
图2显示了在薄膜蒸发器中处理粗DDDA和随后在精馏塔中处理的流程图；
图3显示了发酵步骤的方框流程图；和
图4显示了根据第一和第二方面的用于产生DDDA的方法的一个实施方案的方框流程图。
图1显示了用于酸化和沉淀步骤的方框流程图。在本发明的第一方面和第二方面的方法的一个实施方案中，将纳米渗滤渗余物添加到搅拌容器中并与活性炭和助滤剂混合。将溶液加热至约60℃并混合10分钟。然后将混合物通过30μm聚丙烯过滤器过滤以除去活性炭。该活性炭过滤步骤使用约1:10的活性炭:DDDA的质量比，由此可以通过常规试验分别使用和确定其它比例。
然后将过滤的溶液加热至96-100℃。添加硫酸(98％(wt/wt))并与纳米渗滤渗余物混合以在100℃达到1.6-1.8的pH。在两小时时段内以连续速率装入硫酸。进料的浓硫酸的最终量为约4％体积硫酸/装入的从超滤步骤获得的滤液的体积。在酸添加过程中，产物从溶液中沉淀出来。一旦酸添加完成，将溶液在约90℃的温度保持30分钟。然后将溶液冷却至25-30℃。将沉淀的DDDA通过分离装置分离，并用去离子水洗涤。此步骤的目的是除去离子，诸如来自培养基组分、碱添加物和来自酸化步骤的硫酸盐的那些。优选的技术是能够在分离脱水滤饼的同时进行洗涤的推料离心机、带式过滤器或旋转真空过滤器。
图2显示了在薄膜蒸发器中处理粗DDDA和随后在精馏塔中处理的简图。
在140℃的温度的液体DDDA被引导至薄膜蒸发器并在那里蒸发。蒸发温度优选在1毫巴为约190℃，以提供最佳分离。高沸点物(在图2中被称作“重物质”)在此温度不会变为气相，并从薄膜蒸发器除去，例如通过刮器除去。蒸发条件的范围为在1毫巴、190℃至在10毫巴、约240℃。
图3显示了用于本发明的二羧酸的生产工艺的方法的一个实施方案的发酵和生物转化部分的方框流程图。在第一步中，生产用于二羧酸生产的前体化合物，在十二烷二酸(DDDA)的情况下，这是月桂酸乙酯。在硫酸存在下从月桂酸和乙醇的酯化反应生产月桂酸乙酯，并随后蒸馏至高纯度。该步骤在图3中被称为“月桂酸乙酯制备”，并在图3的较上行中描述；该步骤可以在内部进行，或由月桂酸乙酯的供应商进行。
在图3的较下部分，描述了发酵培养基的制备，其中列出的组分在进入种子菌株(seed train)或主发酵罐之前混合到水中并穿过无菌过滤器。在中间部分，制备右旋糖溶液，并且这样的右旋糖溶液也在经过无菌过滤或加热灭菌后，进入种子菌株或主要生产发酵罐。种子菌株由几个不同大小的连续发酵罐组成，并用于培养能够生产二羧酸的微生物，所述微生物分别实现生物转化步骤。在将种子培养物转移至生产发酵罐后，将用作生物催化剂的微生物培养至足以实现生物转化的细胞密度，通常培养时间为3至4天。然后在连续通气和添加培养基并搅拌下将前体连续添加到生产发酵罐中。生物催化剂将前体化合物转化为二羧酸，在月桂酸乙酯的情况下，形成十二烷二酸。1到2天的阶段以后，所有前体都转化为产物和少量副产物。然后将生物转化发酵液引导至本文进一步公开的下游和纯化工艺。
将蒸发的DDDA在相同的温度和压强下引导至精馏塔，优选引导至精馏塔的一半高度，并借助于塔板与低沸点物诸如脂肪酸、内酰胺内酯和/或短二羧酸分离。在一个实施方案中，所述精馏包含至少八个理论塔板。在精馏塔的底部收集蒸馏液DDDA。
图4显示了根据第一和第二方面的用于生产DDDA的方法的一个实施方案的框图。
在发酵容器中，培养微生物诸如酵母维斯念珠菌以达到生物转化步骤所需的生物质。在生物转化步骤中，用作前体化合物的石蜡或脂肪酸被转化为二羧酸，其随后在完成生物转化后在同一容器中用氨处理。然后将二羧酸转化为酸的氨盐，并因此可溶于发酵液中。随后借助于离心机分离生物质，并将发酵液进料到超滤单元以除去生物质和细胞碎片的最终残留物。现在澄清的发酵液被纳米过滤，其中二羧酸的二铵盐被收集在纳米过滤的渗余物侧。由于纳米过滤起到渗滤作用，大部分的低分子量杂质被洗掉，并使二羧酸的铵盐更加纯化。作为一个替代方案，可以避开纳米过滤，但在这样的情况下，与纳米过滤的物质相比，发酵液含有更多杂质。在下一步中，通过添加硫酸沉淀二羧酸，因为二羧酸的溶解度是非常低的。然后将沉淀物从硫酸铵溶液中过滤或可替换地离心，用冷水洗涤并进料到流化床干燥器单元。将硫酸铵溶液浓缩至40％的干物质，并结晶或造粒。可以通过两种不同的方法纯化干燥的二羧酸。一种方法是在熔化容器中熔化二羧酸，并将二羧酸进料到薄膜蒸发单元。在薄膜蒸发单元中，二羧酸在蒸发塔的被刮擦的加热壁上蒸发，并且蒸汽被带到精馏塔的中间塔板。然后从精馏塔底部取出蒸馏的二羧酸。纯化二羧酸的另一种方法是将二羧酸溶解在水或有机溶液诸如乙酸中。将二羧酸溶液用热和活性炭处理以除去杂质和有色物质。除去活性炭后，将溶液冷却，且纯化的二羧酸沉淀下来。将结晶二羧酸用冷水洗涤并干燥。
实施例：含有DDDA的发酵液的纯化
通过使用月桂酸乙酯作为起始物质以18L规模发酵，生产十二烷二酸。发酵后，发酵液含有接近约144g/L(11.3mol)产物或DDDA和反应中间体以及生物质、盐、矿物质和营养物如葡萄糖、氨基酸和蛋白。液体的pH为6.6，且温度为23℃。将悬浮液保持搅拌，同时将氢氧化铵水溶液(25％)缓慢加入发酵液中以通过形成相应的二铵盐来溶解DDDA。在搅拌下在2小时内将总共4.2L(26.9mol)氢氧化铵溶液添加到发酵液中，同时将温度保持在30℃以下，并直到所得pH为10.3。添加碱后，将悬浮液离心以除去生物质和未溶解的固体。
将离心后的21.5L水溶液进行超滤以从溶液中除去剩余的细悬浮固体和大分子。超滤采用具有10,000-20,000Da的MWCO的螺旋缠绕膜或可替换的中空纤维膜。在市场上有许多可用的膜，由Dow、GE、Hydranautics、Koch、Millipore和其它供应商制造。用于该试验的膜是具有10,000Da的MWCO的GE Healthcare PES中空纤维膜。膜面积为4.4m2。在开始时，测量含有DDDA的氨盐的水溶液的温度为18.5℃。在过滤开始时，将初始压强设置为1.3巴。令人惊讶的是，即使在将压强增加到2巴以后，也没有检测到渗透物。在30分钟以后，将温度升至30℃，将压强调节至1.3巴，穿过膜的流量立即以19.8L/m2*h开始。在超滤结束时，收集16L渗透物，其余的作为渗余物和在超滤单元的死体积中被留下。以前用其它有机二酸没有预见到或观察到DDDA的浓度、温度和过滤性能之间的这样强的关系。
收集渗透物并分离5L用于沉淀DDDA。在强烈加热和剧烈搅拌下将硫酸(95％溶液)缓慢加入溶液中。将温度保持在50℃以下，并在pH为3时停止添加，伴随所有DDDA沉淀。沉淀的DDDA正形成高度粘稠的悬浮液。将DDDA在具有0.2μm孔径的真空吸滤器中过滤。令我们惊讶的是，过滤是快速的，并且滤饼容易被过滤。从过滤器中取出滤饼并重新悬浮在18℃的2L脱矿质水中。将形成的浆液在具有相同孔径的真空吸滤器中再次过滤。尽管滤饼看起来和感觉相当干燥，但它确实含有超过40％的水分。因此，取出剩余的滤饼并在减压下在80℃在干燥箱中储存24小时，并储存以供以后分析和短路径蒸发。
将来自上一步的剩余11L通过纳米渗滤进一步纯化。纳米过滤膜提供对多价离子和较大分子的高排斥，同时选择单价离子和小的不带电荷的分子，例如单糖。纳米过滤膜将在GE、DuPont、Synder和其它专业公司制造。所述膜将被生产为具有150至800Da的MWCO的螺旋缠绕或中空纤维膜。在我们的案例中，我们使用了具有100-250Da的MWCO的Synder 1810、NFS-TFC螺旋缠绕元件。膜面积小，为0.4m2。溶液的温度仍为30℃，并将初始压强设置在28巴。同样，我们没有检测到任何无法预料到的渗透物，因为用较低DDDA浓度的早期结果即使在较低温度也确实显示出高流量。将温度升至48℃，并将压强升至29.5巴，因为这是膜在使用中的最大设计压强和温度。向渗透物侧的小流量速率从2-3L/m2*h开始。过滤1小时后，在渗透物中仅发现2L，因此添加9L脱矿质水作为渗滤水。开始过滤，直到渗余物的体积达到大约9L。分离渗透物供以后分析。在DDDA浓度、温度和过滤性能之间的关系对于设置这样的NF操作的参数至关重要。在60-100g/l之间的DDDA的浓度与高于40℃的温度组合，对于实现单价离子和单糖(来自发酵)的期望消耗而言是必要的。
纳米渗滤后的渗余物的分析表明单糖(葡萄糖)消耗了70％。
收集渗余物用于沉淀DDDA。在强烈加热和剧烈搅拌下将硫酸(95％溶液)缓慢加入溶液中。将温度保持在50℃以下，并在pH为3时停止添加，伴随所有DDDA沉淀。沉淀的DDDA正形成高度粘稠的悬浮液。将DDDA在具有0.2μm孔径的真空吸滤器中过滤。令我们惊讶的是，过滤是快速的，并且滤饼容易被过滤。从过滤器中取出滤饼并重新悬浮在18℃的5L脱矿质水中。将形成的浆液在具有相同孔径的真空吸滤器中再次过滤并脱水。取出剩余的滤饼并在减压下在80℃在干燥箱中储存24小时。
将超滤后沉淀的干燥DDDA和纳米过滤后沉淀的干燥DDDA在150℃在干燥箱中缓慢加热并熔化。可以看到颜色的差异，因为超滤后的熔化DDDA含有比纳米过滤后的DDDA更多的有色物质。
短路径蒸发通常在0.001-1毫巴的压强范围内运行。
熔化的DDDA作为液膜沿着蒸发器的内壁从供应点流向排放点。在设备中的停留时间非常短，热应力最小，以避免DDDA的任何缩合反应，例如形成脱水物。用于蒸发器内部操作的刮器***会确保熔化的DDDA在蒸发器表面上的均匀分布和理想混合(其流动向下)。这意味着，DDDA不断地被带到薄膜表面并更有效地蒸发。蒸发器的加热是通过热传递介质(例如导热油或蒸汽)进行。
短路径蒸发器具有一个位于内部的冷凝器。汽相到冷凝器的“短路径”仅导致很少的压强损失，这意味着可以实现极低的压强。因此，在短路径蒸发器中，蒸馏可以在较低温度进行，对于DDDA，其范围在190-240℃之间，取决于所施加的真空。
使用的***是由VTA制造的短路径蒸发器，并由具有0.06m2的蒸发表面的玻璃制成。我们施加0.002毫巴的真空，将蒸发表面加热到210℃，且冷凝器具有150℃的温度。在这些条件下，蒸发两个DDDA样品。
超滤后的样品已经处于熔化状态，颜色很深。当蒸发的DDDA与剩余液体物质的比率保持在92％蒸发和8％未蒸发物质时，蒸发的和冷凝的DDDA略微着色。而将蒸发的DDDA的量减少到小于80％时，冷凝的DDDA的颜色消失。减少蒸发的DDDA量会降低产率，因为超过20％没有被蒸发并被视为损失。
纳米过滤后的样品在熔化状态下也是着色的，但比超滤后的物质少。当蒸发的DDDA与剩余液体物质的比例保持在92％蒸发和8％未蒸发物质时，蒸发的和冷凝的DDDA不着色。
纳米渗滤和蒸馏物质的分析给出以下结果：
十二烷二酸(％)：>99.8(气相色谱法)
水(％)：不可检测(Karl-Fischer)
灰分(ppm)：不可检测(热重量分析)
Fe(ppm)：不可检测(ICP-AES、ICP-MS和AAS)
乙酸(ppm)：不可检测(气相色谱法)
氮(ppm)：>20(Kjeldahl)
硫(ppm)：不可检测(ICP-AES、ICP-MS和AAS)
在说明书、权利要求和/或实施例中公开的本发明的特征可以单独地和以它们的任意组合成为以其各种形式实现本发明的物质。

Claims (18)

1.一种用于生产二羧酸的方法，其中所述方法包含
-任选的生物转化步骤，其中在所述生物转化步骤中，由在培养基中所含的前体化合物产生所述二羧酸；和
-用于从所述培养基中纯化所述二羧酸的纯化步骤，其中所述纯化步骤包含(a)纳米渗滤步骤和/或(b)蒸馏步骤或蒸发步骤或蒸馏步骤与蒸发步骤二者，其中优选地如果所述纯化步骤包含(a)纳米渗滤步骤和(b)蒸馏步骤或蒸发步骤或蒸馏步骤与蒸发步骤二者，那么所述纳米渗滤步骤分别在所述蒸馏步骤与所述蒸发步骤之前进行，并且
其中所述二羧酸选自包含以下成员的集合：癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸和十六烷二酸，优选地所述二羧酸是十二烷二酸(DDDA)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述纯化步骤包含所述纳米渗滤步骤，那么对所述含有二羧酸的培养基进行所述纳米渗滤步骤，其中所述纳米渗滤的渗余物含有所述二羧酸。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中在所述纳米渗滤步骤中使用的膜具有150Da至300Da之间的截留值，优选地所述截留值≤150Da。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述蒸馏步骤是薄膜蒸馏步骤。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述蒸发步骤是薄膜蒸发步骤。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述蒸发步骤是短路径蒸发步骤。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的方法，其中对所述含有二羧酸的纳米渗滤步骤的渗余物进行酸化步骤，优选地在所述酸化步骤中，将硫酸加入所述含有二羧酸的纳米渗滤步骤的渗余物中且所述二羧酸从所述渗余物中沉淀出来，并任选地洗涤沉淀的二羧酸。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法不包含所述纳米渗滤步骤，且其中对从所述生物转化步骤得到的二羧酸进行所述蒸馏步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中从所述生物转化步骤或从在蒸馏步骤之前进行的纯化步骤的阶段得到的二羧酸是作为沉淀的二羧酸得到的，优选地所述二羧酸是作为来自酸化步骤的沉淀的二羧酸得到的。
10.根据权利要求7和9中的任一项所述的方法，其中对所述沉淀的二羧酸进行熔化步骤，其中在所述熔化步骤中，将沉淀的二羧酸熔化，优选地在约140℃的温度下并进行所述蒸馏步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述蒸馏步骤中和/或在所述蒸发步骤中，将所述熔化的二羧酸加热从而得到蒸发的二羧酸，优选地，将所述熔化的二羧酸在蒸馏塔中加热从而得到蒸发的二羧酸。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述二羧酸的蒸发条件的范围是从在1hPa下190℃至在10hPa下约240℃。
13.根据权利要求11-12中的任一项所述的方法，其中在薄膜蒸发器中蒸发所述二羧酸，其中，优选地在所述薄膜蒸发器中，将高沸点物与所述二羧酸分离，更优选地将得自所述薄膜蒸发器的二羧酸引导至精馏塔，其中，优选地，在所述精馏塔中，所述二羧酸与所述低沸点物分离，更优选地将所述二羧酸引导至位于所述精馏塔的中间段的进料塔板。
14.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中所述方法不包含蒸馏步骤、蒸发步骤或蒸馏步骤与蒸发步骤的组合，且其中沉淀的二羧酸溶解在流体中，优选地所述流体是水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合物。
15.根据权利要求14所述的方法，其中对所述含有二羧酸的流体进行结晶步骤，其中所述二羧酸在所述结晶步骤中从所述含有二羧酸的流体中结晶，由此提供结晶的二羧酸和上清液，优选地将所述结晶的二羧酸从所述上清液中取出，优选地通过离心或过滤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中对从所述上清液中取出的结晶的二羧酸进行洗涤步骤和/或干燥步骤。
17.根据权利要求1-16中的任一项所述的方法，其中
(a)所述前体化合物包含或者是要生产的二羧酸的单羧酸的乙酯或甲酯，优选地所述前体是或包含
癸酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是癸二酸；
十二烷酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十二烷二酸；
十四烷酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十四烷二酸；和
十六烷酸的乙酯或甲酯，优选乙酯，如果要生产的二羧酸是十六烷二酸；和/或
(b)所述前体化合物包含或者是烷烃化合物，其中优选地所述烷烃化合物选自包含以下成员的集合：癸烷、十二烷、十四烷和十六烷，更优选地所述前体化合物是或包含
癸烷，如果要生产的二羧酸是癸二酸；
十二烷，如果要生产的二羧酸是十二烷二酸；
十四烷，如果要生产的二羧酸是十四烷二酸；和
十六烷，如果要生产的二羧酸是十四烷二酸。
18.根据权利要求1-17中的任一项所述的方法，其中在所述生物转化步骤中，通过生物催化剂实现所述前体化合物的生物转化，优选地所述生物催化剂是微生物且更优选地所述生物催化剂是酵母。
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