一種使用丁二酸發酵液提取丁二酸的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種使用丁二酸發酵液，經過丁二酸二銨過程提取丁二酸的方法。本發明屬于生物化工技術領域。
【背景技術】
[0002]丁二酸(succinic acid)又名琥泊酸，廣泛存在于生物體中，是一種重要的二元有機羧酸，也是微生物三羧酸循環糖酵解途徑的重要代謝產物。目前，丁二酸可以通過微生物發酵制備而得。
[0003]微生物發酵制備丁二酸的過程中，根據微生物的種類和發酵工藝的不同，產生了許多不同的后提取的工藝方法。
[0004]分離純化的過程就是除去不溶性雜質，將丁二酸鹽轉化為游離的丁二酸，并將其濃度提高到所需要的過程。一種路線短、成本低、無污染、操作簡便的分離提取工藝對于工業化發酵生產丁二酸是非常關鍵的。
[0005]分離純化的過程就是除去不溶性雜質，將丁二酸鹽轉化為游離的丁二酸，并將其濃度提高到所需要的過程。一種路線短、成本低、無污染、操作簡便的分離提取工藝對于工業化發酵生產丁二酸是非常關鍵的。
[0006]目前研宄的幾種提取工藝有液-液萃取法、鈣鹽結晶分離法、硫酸銨裂解分離法和膜分離法等。
[0007]液-液萃取法是化學工業中一種效果良好、應用廣泛的方法，但提取過程中使用了大量有機溶劑，殘留溶劑的毒性影響了其在醫藥食品行業的應用。
[0008]鈣鹽法需消耗大量硫酸、氧化鈣或氫氧化鈣，且不能循環利用。
[0009]膜法提取效率高，但過程中容易發生堵塞，流程不穩定。
[0010]US5168055披露了一種不消耗大量試劑，也不產生大量副產物的生產和純化丁二酸的工藝，生產過程中的副產物硫酸銨可實現循環利用，從而形成一個閉合的清潔生產過程，丁二酸晶體是唯一的產物，但此結晶過程操作條件比較苛刻，難度較大。
[0011]CN101665428提供了一種提取丁二酸的方法，使用了氨氣、碳酸銨或碳酸氫銨將丁二酸鹽轉化為丁二酸二銨，再使用陽離子交換樹脂轉化為丁二酸；其中再生陽離子交換樹脂的清洗液制備銨鹽作為化肥使用，回用鎂沉淀物至發酵體系。該方法使用了樹脂交換的傳統工藝過程，造成污水排放量大，且回收可作為化肥的銨鹽時需要將清洗的水全部蒸干，回收成本高。整個流程未能實現閉合，無法回收過程中使用的鹽類物質和鹽酸，造成了輔料浪費及環境污染問題。這種方法不適于工業化生產要求。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提供一種使用丁二酸發酵液提取丁二酸的方法。
[0013]本發明是通過以下技術方案予以實現的。
[0014]一種使用丁二酸發酵液提取丁二酸的方法，其提取方法如下:
(1)丁二酸發酵液的制備
①在發酵釜中使用種子培養基對琥珀酸放線桿菌進行培養，所述種子培養基的組成成分按質量濃度計為:蛋白胨5g/L，玉米漿20g/L，葡萄糖20g/L，磷酸二氫鉀1.5g/L，磷酸氫二鈉1.5g/L，酵母膏5g/L，去離子水配制，所述發酵釜中需二氧化碳的每分鐘體積通入量為0.1%~0.5%的發酵罐體積，過程中流加碳酸鎂質量濃度為20%的碳酸鎂懸濁液，維持體系PH值穩定在6.0-7.0 ；
②將經過種子培養基培養的琥珀酸放線桿菌移入發酵培養基中，在發酵釜中進行培養得丁二酸發酵液，所述發酵培養基的組成成分按質量濃度計為:蛋白胨5g/L，玉米漿1g/L，葡萄糖100g/L，磷酸二氫鉀2.5g/L，磷酸氫二鈉2.5g/L，酵母膏5g/L，乙酸鈉5g/L，用去離子水配置，所述發酵釜中需二氧化碳的每分鐘體積通入量為0.19^0.5%的發酵罐體積，過程中流加碳酸鎂質量濃度為20%的碳酸鎂懸濁液，維持體系PH值穩定在6.0-7.0 ;此時丁二酸發酵液的主要組成物質為丁二酸鎂和發酵過程的培養基殘留物；
(2)丁二酸發酵液的處理
①將丁二酸發酵液由泵輸送進入陶瓷膜組件，過濾得清液；
②將清液轉入丁二酸二銨轉化罐中，氨氣從轉化罐底部進入，PH值到10~10.2后反應完畢，停止氨氣進入，反應得轉化液；
③將轉化液由泵輸送進入陶瓷膜組件進行二次過濾，分離丁二酸二銨和氫氧化鎂固體，得含有丁二酸二銨的清液和氫氧化鎂懸濁液，氫氧化鎂懸濁液質量濃度達到20% ；
④將含有丁二酸二銨的清液轉入酸化釜中，加入5%的鹽酸調節溶液PH值為2，生成丁二酸和氯化銨混合溶液；
(3)丁二酸的提取
①將經過步驟(2)④處理后的混合溶液由泵輸送進入蒸發塔，溶液中水蒸氣從蒸發塔上部流出，溶液濃度濃縮至丁二酸含量為25%~30%，得濃縮液；
②將濃縮液轉入結晶罐，攪拌轉速為20~30rpm，控制溫度降低至8~10°C后，停留4小時，結晶完畢；
③將經過步驟(3)②處理后的溶液轉入離心機，離心得丁二酸晶體產品和結晶母液；
(4)副產物的回收與利用
①蒸發水的回收與利用:將經過步驟(3)①流出的水蒸氣經過冷卻器回收蒸發水，可用于任意需水步驟；
②氨氣的回收與利用:將步驟(3)③回收的結晶母液與步驟(2)③回收的氫氧化鎂懸濁溶液混合轉入氨氣發生罐反應，控制溫度為120~130°C，壓力1.5~2kg/cm2，PH值為9~10，生成的氨氣可轉入步驟(2)②利用，結晶母液與氫氧化鎂懸濁溶液反應完畢后得反應相，反應相為質量濃度20~25%的氯化鎂溶液；
③碳酸鎂懸濁液的回收與利用:將氫氧化鈉溶液裝入噴射器，吸收二氧化碳后轉入雙極膜電滲析設備中生成鹽酸和碳酸鈉；將經過步驟(4)②的反應相轉入碳酸鎂生成罐，與雙極膜電滲析設備中回收的碳酸鈉混合生成碳酸鎂質量濃度為20%的碳酸鎂懸濁液，碳酸鎂懸濁液可轉入步驟(I)②利用；
④鹽酸的回收與利用:回收步驟(4)③雙極膜電滲析設備中生成鹽酸，可轉入步驟(2)④利用。
[0015]一種使用丁二酸發酵液提取丁二酸的方法，其中，所述丁二酸發酵液中丁二酸鎂的質量百分比含量為8%~12%。
[0016]本發明的有益效果為:
使用瑭I自酸放線桿菌(Actinobacillus succinogenes)CGMCC 1593厭氧發酵進行丁二酸的制備是一種非常可靠的高效的方法。以碳酸鎂作為發酵過程中的PH調節劑，則發酵液中主要組成物質為丁二酸鎂和發酵過程的培養基殘留物。
[0017]提取過程中經過丁二酸二銨的中間產物有利于實現過程中的清潔生產工藝，適當改變過程中所涉及的其它的化學品，降低過程難度，即可達到工業化生產的要求，且過程中采用酸化法將丁二酸二銨轉化為丁二酸，避免了傳統工藝過程中使用了樹脂交換，造成污水排放量大的問題。
[0018]實驗中發現，如果過程中引入鎂鹽制氨工藝和雙極膜電滲析回收酸堿的工藝，使過程達到閉合的清潔工藝，同時降低了過程難度，例如，避開了高溫分解硫酸氫銨的步驟等。整個工藝過程，產生了丁二酸晶體產品，蒸發水、氨氣、碳酸鎂懸濁液、鹽酸都可回收與利用，無其他副產物生成。
[0019]需要說明的是，由于微生物發酵特點，發酵液中有少量的乙酸生成，因此乙酸會在過程中累積，但這并不影響本專利提出的工藝過程和方法。
【具體實施方式】
[0020]實施例一
一種使用丁二酸發酵液提取丁二酸的方法，其提取方法如下:
(1)丁二酸發酵液的制備
①稱取蛋白胨5kg，玉米漿20kg，葡萄糖20kg，磷酸二氫鉀1.5kg，磷酸氫二鈉1.5kg，酵母膏5kg，去離子水947kg配置成總質量為100kg的種子培養基，在發酵釜中使用種子培養基對琥珀酸放線桿菌進行培養，所述發酵釜中需二氧化碳的每