一種發酵液中十二烷二元酸的分離提純方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種長鏈二元酸的分離提純方法。具體的說，本發明涉及一種生物發酵法生產十二烷二元酸時產物分離提純的方法，屬于化工產品制備技術領域。
【背景技術】
[0002]長鏈二元酸一般是指碳鏈長度在十個碳原子以上的直鏈脂肪族二元羧酸，結構通式為HOOC- (CH2)n-C00H(n = 9?16)(縮寫形式為DCll?DC18)，是一類用途廣泛的精細化工原料，是生產許多化學產品過程中必要的重要原料，例如高級香料、高性能尼龍工程塑料、高檔尼龍熱熔膠、高溫電解質、高級潤滑油、高級油漆和涂料、耐寒性增塑劑、樹脂、醫藥和農藥等。
[0003]長鏈二元酸在自然界中不存在，只能通過人工合成得到。目前生產長鏈二元酸有化學法和生物法。化學合成法生產成本高，危險性大，同時無法合成DC13?DC 18的所有長鏈二元酸，并且由于以上局限性而無法廣泛使用，故而當前主要依賴生物發酵法生產。生物發酵法成本低，生產工藝簡單，可以合成DC13?DC 18的長鏈二元酸。隨著生物技術的發展，利用微生物發酵法生產長鏈二元酸已成為研宄的重點，但是由于發酵液組成的復雜，給長鏈二元酸的提取、精制以及分析帶來了困難，進而影響了下游產品的生產，故而如何提高微生物發酵法生產長鏈二元酸的產品質量成為生產企業和科研單位共同關注的焦點。
[0004]專利(申請號201010109135.3)公開了一種長鏈二元酸的分離純化方法，主要是指將長鏈二元酸在分離柱中用分離介質進行色譜分離。所述分離介質選自大孔吸附樹脂、活性炭、活性白土、硅藻土和硅膠。使用該發明的方法，可以簡便有效地將長鏈二元酸與色素等雜質分離出來，并且能夠對存在于同一溶液中地不同長鏈二元酸進行分離。但是該方法耗時長，成本高，不適用于大規模的工業生產。
[0005]專利(申請號200410018255.7)公開了一種正長鏈二元酸的生產方法，包括以下步驟:以C9?C 18的烷烴或脂肪酸為底物，通過發酵法或酶法轉化為相應的長鏈二元酸；對反應液進行預處理，以除去其中的菌體及殘留烷烴或脂肪酸，得到二元酸清液，然后進行酸化結晶，酸化結晶液再經板框壓濾得到二元酸粗品；將得到的二元酸粗品通過采用刮膜蒸發，短程蒸餾裝置在高真空條件下精制或采用有機溶劑精制。該發明的方法得到的正長鏈二元酸具有高度的熱穩定性，可以作為單體應用于高檔尼龍、熱溶膠、聚酯等材料的制備。但是該發明中涉及的二元酸分離提純方法步驟還是太多，并且對設備要求較高，能耗比較大。
[0006]專利(申請號01113271.X)公開了一種十二烷二元酸的分離提純方法，包括以下步驟:將生物發酵后的發酵液用活性炭脫色，過濾，向濾液中加入殼聚糖和乙二胺四乙酸與發酵液中的雜質結合形成懸浮物，微濾除去懸浮物，再通過超濾進一步去除雜質提純，然后向超濾透過液中加酸使十二燒二元酸沉淀，經過濾、干燥得到十二燒二元酸產品。該方法工藝簡便、可在常溫低壓下操作、無相變、操作易于控制、生產過程中不產生二次污染、采用膜分離技術無放大效應，但是由于中間步驟損耗較多，目標產物產率過低，經濟效益受到影響。
[0007]專利(申請號201110269415.5)公開了一種十二碳二元酸的提純方法，包括以下步驟:將二元酸的終止發酵液進行破乳、過濾、脫色，加純水稀釋；結晶釜內加入純凈水，將稀釋后的發酵清液泵入結晶器，同時將質量濃度30%稀硫酸通入外循環泵出料口加入結晶器，控制反應物料pH;晶漿通過中央降液管至結晶室下部，轉而向上流動，粒度較大的晶體富集于結晶室的底層；從結晶器的出料口流出的晶體經冷卻器冷卻，壓濾、洗滌、干燥得十二碳二元酸。該方法通過稀釋反應物料局部濃度與物料循環泵達到微混，降低溶液成核速率、晶體生長速率及聚集速率，濾餅含濕率以及雜質含量明顯降低，干燥后的二元酸產品顆粒大而均勻、色澤好、純度高，且實現了結晶過程的連續化。但是該方法具有以下幾點問題:1.加入的硫酸容易形成雜質，不易除去；2.僅僅使用了酸化結晶法制備十二碳二元酸，產物純度不高。
【發明內容】
[0008]針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種工藝簡便的發酵液中十二烷二元酸的分離提純方法。
[0009]本發明的目的是通過以下技術方案實現的。該技術方案共包含四個步驟。除非特別說明，本發明中所有的百分比均為體積百分比。
[0010]步驟一:發酵液與35%的鹽酸以10:1?30:1 (V:v，以下同)的比例混合，攪拌，抽濾，得白色沉淀A ;
[0011]步驟二:取白色沉淀A，加入與發酵液等體積的蒸餾水混合，50°C?90°C水浴，水浴時間30min?90min，冷卻至室溫，抽濾，得白色沉淀B ；
[0012]步驟三:取白色沉淀B放入烘箱60°C干燥4小時，粉碎，得白色粉末狀固體C ；
[0013]步驟四:取白色粉末狀固體C完全溶解于甲醇中，以20 μ m孔徑有機相濾膜過濾，50°C旋蒸至出現固體，冷卻靜置重結晶，重復一次，得到精制的白色固體D，白色固體D是本技術方案的目標產物十二烷二元酸。
[0014]為了進一步優化工藝路線，步驟一中所述的發酵液與35%的鹽酸混合比例為
20:1ο
[0015]為了進一步優化工藝路線，步驟二中水浴溫度優選為90°C。
[0016]為了進一步優化工藝路線，步驟二中水浴時間優選為30min。
[0017]為了進一步優化工藝路線，步驟二重復5次再進行步驟三。
[0018]步驟四中的甲醇可以被乙醇、丙酮或乙酸替代。
[0019]本發明所述的十二烷二元酸分離提純方法的操作條件是:環境溫度10?30°C ;常壓。
[0020]本發明的技術效果是:
[0021]1.將酸化結晶法和有機溶劑重結晶相結合制備十二烷二元酸，整個分離提純過程步驟簡單，操作方便，成本低廉，對設備的要求不高，同時保證了產物純度和產物收率；
[0022]2.水浴過程中2/5的水可以循環使用，經濟環保，無毒害；
[0023]3.有機溶劑重結晶過程中采用甲醇等廉價易得的有機溶劑，可以回收循環利用，極大地減少了廢物排放，降低生產成本；
[0024]4.操作過程在常溫常壓下進行，對設備的要求較低，節約成本，增加了安全系數。
【附圖說明】
[0025]圖I為實施例I制得的產物X的傅立葉紅外光譜圖
[0026]圖2為實施例I制得的產物X的1H-NMR
[0027]圖3為實施例I制得的產物X的13C-NMR
[0028]圖4為實施例I制得的產物X的高效液相色譜圖
[0029]圖5為實施例2制得的產物y的傅立葉紅外光譜圖
[0030]圖6為實施例2制得的產物y的1H-NMR
[0031]圖7為實施例2制得的產物X的13C-NMR
[0032]圖8為實施例2制得的產物y的高效液相色譜圖
【具體實施方式】
[0033]為了充分說明本發明的特性以及實施本發明的方式，下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術解決方案。這些實施例不能理解為是對技術解決方案的限制。除非特別說明，本發明中所有的百分比均為體積百分比。
[0034]實施例I
[0035]500mL發酵液中加入25mL35 %的鹽酸，攪拌至混合液呈白色混濁黏稠狀態，抽濾，得白色沉淀I。取白色沉淀1，加入500mL蒸餾水混合至完全散開，90°C水浴30min，冷卻至室溫。抽濾。重復水浴過程5次。烘箱60°C干燥4小時。粉碎，得到白色粉末狀固體2。取白色粉末狀固體2溶解于甲醇中，靜置過夜重結晶，得到4. 83g精制的白色目標產物X。目標產物X的總產率達95. 01 %，純度為99. 41 %。
[0036]實施例2
[0037]500mL發酵液中加入30mL35%的鹽酸，攪拌至發酵液呈白色混濁黏稠狀態，抽濾，得白色沉淀3。取白色沉淀3，加入500mL蒸餾水混合至完全散開，90°C水浴30min，冷卻至室溫。抽濾。重復水浴過程5次。烘箱60°C干燥4小時。粉碎，得到白色粉末狀固體4。取白色粉末狀固體4溶解于甲醇中，以0.2 μπι孔徑有機相濾膜過濾，50°C旋蒸至出現固體，冷卻靜置重結晶，重復一次，，得到精制的白色目標產物y。目標產物y的總產率達94. 39%，純度為99. 37%。
【主權項】
1.一種發酵液中十二烷二元酸的分離提純方法，其特征在于所述方法包含以下四個步驟(除非特別說明，本發明中所有的百分比均為體積百分比): 步驟一:發酵液與35%的鹽酸以10:1?30:1的比例混合，攪拌，抽濾，得白色沉淀A ; 步驟二:取白色沉淀A，加入與發酵液等體積的蒸餾水混合，50°C?90°C水浴，水浴時間30min?90min，冷卻至室溫，抽濾，得白色沉淀B ； 步驟三:取白色沉淀B放入烘箱60°C干燥4小時，粉碎，得白色粉末狀固體C ; 步驟四:取白色粉末狀固體C完全溶解于甲醇中，以0.2 μπι孔徑有機相濾膜過濾，50°C旋蒸至出現固體，冷卻靜置重結晶，重復一次，得到精制的白色固體D，白色固體D是本技術方案的目標產物十二烷二元酸。
2.如權利要求1所述的發酵液中十二烷二元酸的分離提純方法，其特征在于步驟一中所述的發酵液與35%的鹽酸混合比例為20:1。
3.如權利要求1所述的發酵液中十二烷二元酸的分離提純方法，其特征在于步驟二中水浴溫度為90 °C。
4.如權利要求1所述的發酵液中十二烷二元酸的分離提純方法，其特征在于步驟二中水浴時間為30min。
5.如權利要求1所述的發酵液中十二烷二元酸的分離提純方法，其特征在于步驟二重復5次再進行步驟三。
6.如權利要求1所述的發酵液中十二烷二元酸的分離提純方法，其特征在于步驟四中的甲醇可以被乙醇，丙酮或乙酸替代。
7.如權利要求1?6所述的發酵液中十二烷二元酸分離提純方法，其特征在于所述方法的操作條件是:環境溫度10?30°c ;常壓。
【專利摘要】本發明公開了一種十二烷二元酸的分離純化方法，主要包括以下步驟：發酵液與35％(v/v，以下同)的鹽酸混合，攪拌，抽濾，得白色沉淀A；取白色沉淀A，加入蒸餾水混合，50℃～90℃水浴，水浴，冷卻，抽濾，得白色沉淀B；取白色沉淀B放入烘箱干燥，粉碎，得白色粉末狀固體C；取白色粉末狀固體C溶解于甲醇中，以0.2μm孔徑有機相濾膜過濾，50℃旋蒸至出現固體，冷卻靜置重結晶，重復一次，得到精制的目標產物十二烷二元酸。本發明屬于化工產品制備技術領域。本發明的方法得到的長鏈二元酸具有高度的熱穩定性，可以作為單體應用于高級香料、高檔尼龍、熱熔膠、聚酯、高溫電解質、高級潤滑油、高級油漆、耐寒性增塑劑、樹脂等材料的制備。
【IPC分類】C07C55-21, C07C51-43
【公開號】CN104725211
【申請號】CN201410659583
【發明人】唐曉英, 孫志龍, 張鈞, 戴榮繼, 馮金生, 李妍, 段英慧
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年11月18日