一种二羟基丙酮的合成方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种二羟基丙酮的合成方法，属于化学合成技术领域。
【背景技术】
[0002]二轻基丙酮，又称为I，3_二轻基丙酮(I，3-Dihydroxyacetone)，简称DHA，是最单的酮糖，带有甜味的白色粉末状结晶，易溶于水、乙醇、丙酮和乙醚等有机溶剂。这种化学物质的分子量为90.08。
[0003]DHA是一种重要的化工原料、医药中间体和食品添加剂，用途广泛，
比如=(I)DNA分子中含有三个官能团，化学性质活泼，广泛参与诸如聚合、缩合等各种化学反应，是一种重要的化学合成的中间体，也是一个重要的多功能试剂，如能有效地参与从甲醛到羟醛、羟酮的缩合反应。(2)DHA广泛应用于化妆品中，能阻止皮肤的水份过度蒸发，对皮肤起到保湿和防晒作用，在制革工业中，DHA可作为皮革制品的保护剂。(3)DHA是一种重要的医药中间体和药物，现已应用于低血糖和糖尿病及某些皮肤病的治疗。(4)DHA可作为一种食品添加剂，广泛用于食品生产。
[0004]DHA的生产方法主要有化学合成法和微生物发酵法。全球仅有10%是由化学合成法生产，其余90 %都是由微生物发酵法生产。
[0005]目前，国内外DHA的生产主要采用微生物转化甘油的方法。化学合成法高耗能，高污染;微生物发酵法是一种比较低碳，环保的制备方法，其原理就是利用微生物代谢产生的甘油脱氢酶或二羟基丙酮合成酶的作用将甘油转化为二羟基丙酮。
[0006]一般以甘油为底物，氧化葡糖杆菌发酵法制备得到DHA ο从发酵液中分离提取DHA的工业生产需经过固液分离、脱色、去杂、浓缩、结晶、分离、干燥及包装等工序。其中结晶工序是最关键步骤，是将DHA晶体从上述浓缩工序制得的浓缩浆中析出的过程，但是目前工艺存在结晶不均匀，容易形成碎晶、伪晶、结块等问题;另外消耗无水乙醇和晶种太多，从而增加工作量和生产成本。
【发明内容】
[0007]本发明主要解决的技术问题:针对目前传统微生物发酵法在制备二羟基丙酮的过程中，虽然低碳环保，对于环境没有污染，但是还是存在结晶不均匀，容易形成碎晶、伪晶、结块，以及消耗无水乙醇以及晶种太多，增加了生产成本的现状，提供了一种将土壤中培养的菌种发酵后得琥珀酸，之后加入硫酸盐还原菌，厌氧发酵，随后通过对还原菌进行筛选，得优质还原菌种后再次进行厌氧发酵，得二羟基丙酮溶液，最后将得到的二羟基丙酮溶液结晶、养晶后提纯，从而得到二羟基丙酮的合成方法。该方法操作简便，在制备的过程中对于环境仍旧没有污染，不仅减少了乙醇的加入，节约了成本，而且不易形成碎晶、伪晶、结块，使得制得的二羟基丙酮纯度高、产率高，适合工业化大规模生产。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(I)称取600?800g新鲜柠檬，洗净切片后，放入榨汁机中，榨汁5?8min，得澄清柠檬汁，倒入2L的烧杯中，并向烧杯中加入100?11OOmL质量浓度为80 %乙醇溶液，混合均匀，置于超声振荡仪中，在超声频率为25?30KHz，超声功率为100?150W下振荡反应I?2h，随后过滤去除滤渣，得滤液放入索氏抽提器中，抽提40?50min，收集滤液抽提液，移入蒸馏装置中，在65?70°C下加热25?35min，蒸馏去除乙醇，得柠檬提取液；
(2)称取10?15g肌醇、0.2?0.5g烟酸、0.01?0.03g烟酸硫胺素、25?35g蔗糖以及6?Sg琼脂倒入装有IL蒸馏水的烧杯中，用搅拌棒充分搅拌均匀，再用可调动液器向其中加入
0.3?0.6mg吲哚乙酸，继续保持搅拌状态2?3min后，用上述得到的柠檬酸提取液调整pH至5.8?6.2，待pH调整结束，将混合物放入灭菌锅中灭菌30?40min，得培养基；
(3)将上述得到的培养基放入冷浴锅中，冷却至30?32°C时，立刻倒入培养皿中，倒入量为培养皿体积的2/3，凝固后制成平板，随后用铲子铲取200?250g离地面5?1cm处的土壤，放入容器中，并向容器中加入土壤质量3?5倍去离子水，形成土壤悬浮液，并将得到的土壤悬浮液用无菌吸管涂布均匀于制成的平板上，待涂布结束，放入保温箱中，在温度25?30°C下培养8?10天，得土壤菌种；
(4)将上述得到的土壤菌种放入发酵罐中，并向其中加入土壤菌种质量20?30%清水，混合均匀后，控制发酵罐温度为35?50°C，密封发酵5?8天，待发酵结束，再向其中加入土壤菌种质量5?8%硫酸盐还原菌，提升温度至38?55°C，继续密封发酵3?5天，得发酵后的土壤还原菌种液；
(5)在无菌平皿中加入筛选培养基，加入量为无菌平皿体积的1/4，之后在筛选基表面覆盖5张无菌滤纸，并将上述得到的土壤还原菌种液滴加到滤纸上，在温度50?60°C，湿度30?50%下培养3?5天，之后选取培养基表面覆盖的第三张滤纸，轻轻将滤纸上面的孢子刮下，加入去离子水分别稀释成10—4、10—5、10—6 CFU/mL，分别均匀涂抹在平板上，在温度27?28 °C，湿度35?40%的条件下培养5?8天；
(6)待培养结束，选取菌落形态好、菌落密度适宜的平板，从此平板上挑选单菌落接种至筛选培养基，在温度27?28°C，湿度35?40%的条件下培养3?5天，之后从培养好的筛选培养基上挖取0.5?0.8cm2的菌苔接种到种子培养基中，在温度27?28°C，湿度35?40 %的条件下摇瓶培养20?25h，然后测定效价，挑选出高纯菌株，放入发酵罐中，并向其中加入发酵罐体积I/5的清水，混合后，密封发酵罐，在35?40 °C，湿度为30?45 %条件下发酵25?35h，待发酵结束，离心分离，得含有二羟基丙酮的滤液；
(7)将上述含有二羟基丙酮的滤液放入容器中，于45°C下真空蒸发至原有体积的1/3，得浓缩液，随后将得到的浓缩液中加入浓缩液质量2?3倍质量浓度为75 %乙醇溶液，搅拌后再于45°C下真空蒸发至原有体积的1/2，重复操作3?5次，直至出现结晶时，立即将容器置于-5?-3°C的冰水中，持续搅拌，直至产生大量晶体为止，之后将得到的晶体放入干燥箱内干燥，控制干燥箱温度为35?45°C，干燥25?35min，即可得到一种二羟基丙酮。
[0009]所述的筛选培养基是由5?8g蛋白陈、3?6g酵母膏、50?10g甘油、10?12g山梨醇、15?20g葡萄糖、13?15g琼脂以及300?400g去离子水，在pH值为7.0的条件下混合而成。
[0010]所述的种子培养基是由20?30mL甘油、5?8g酵母提取粉、10?12g蛋白陈、3?6g琼脂以及250?280g去离子水，在pH值为4.8?5.8的条件下混合而成。
[0011]本发明的应用方法是:将本发明制得的二羟基丙酮放入化妆乳液中，其中每100?150mL的化妆乳液中添加5?8g二轻基丙酮，充分搅拌混勾，每天早晚洁面后取3?6mL混合液，均匀涂抹在皮肤上，即可。长期使用，可以阻止皮肤水分的过度蒸发，起到保湿、防晒和防紫外线辐射的作用，另外也可以淡化黑色素，减少脸部色斑，具有显著的美白作用。
[0012]本发明的有益效果是:
(1)本发明方法独特新颖，在制备的过程中减少了无水乙醇的加入，使得成本降低，属于环保低碳工艺；
(2)本发明操作简便，不仅缩短了发酵时间，而且不易形成碎晶、伪晶、结块，使得制得的二羟基丙酮纯度达到了 75.3?88.2g/L，收率达到了90 %以上。
【具体实施方式】
[0013]首先称取600?800g新鲜柠檬，洗净切片后，放入榨汁机中，榨汁5?8min，得澄清柠檬汁，倒入2L的烧杯中，并向烧杯中加入1000?I 10mL质量浓度为80 %乙醇溶液，混合均匀，置于超声振荡仪中，在超声频率为25?30KHz，超声功率为100?150W下振荡反应I?2h，随后过滤去除滤渣，得滤液放入索氏抽提器中，抽提40?50min，收集滤液抽提液，移入蒸馏装置中，在65?70°C下加热25?35min，蒸馏去除乙醇，得柠檬提取液;然后称取10?15g肌醇、0.2?0.5g烟酸、0.01?0.03g烟酸硫胺素、25?35g鹿糖以及6?8g琼脂倒入装有IL蒸馈水的烧杯中，用搅拌棒充分搅拌均匀，再用可调动液器向其中加入0.3?0.6mg吲哚乙酸，继续保持搅拌状态2?3min后，用上述得到的柠檬酸提取液调整pH至5.8?6.2，待pH调整结束，将混合物放入灭菌锅中灭菌30?40min，得培养基;之后将上述得到的培养基放入冷浴锅中，冷却至30?32°C时，立刻倒入培养皿中，倒入量为培养皿体积的2/3，凝固后制成平板，随后用铲子铲取200?250g离地面5?1cm处的土壤，放入容器中，并向容器中加入土壤质量3?5倍去离子水，形成土壤悬浮液，并将得到的土壤悬浮液用无菌吸管涂布均匀于制成的平板上，待涂布结束，放入保温箱中，在温度25?30°C下培养8?10天，得土壤菌种;接下来将上述得到的土壤菌种放入发酵罐中，并向其中加入土壤菌种质量20?30 %清水，混合均匀后，控制发酵罐温度为35?50