用于回收和纯化丙酸的方法
【专利摘要】本发明提供一种用于从水性混合物中纯化和回收丙酸的方法，所述水性混合物含有由使用甘油作为底物的发酵工艺而得到的发酵产物。所述方法包括：可选地将所述水性混合物酸化至pH低于4.5；使所述水性混合物经历使用含有重提取剂和可选的作为稀释剂的轻提取剂的提取试剂的提取，以得到含有所述提取试剂和有机酸的提取液和含有水和任何未反应的甘油的提余液；以及使所述提取液经历真空蒸发，以将含丙酸的有机酸与提取剂分离。
【专利说明】用于回收和纯化丙酸的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于从水性混合物中回收和纯化丙酸的方法，所述水性混合物含有由使用甘油作为底物的发酵工艺而得到的发酵产物。
【背景技术】
[0002]丙酸(propionic acid)(也称为初油酸,propanoic acid)是一种天然存在的化学式为CH3CH2COOH的羧酸。它可以被用作溶剂，用作食品防腐剂，或用于除草剂制造中。丙酸也可在其它化学品特别是聚合物的生产中用作中间体。纤维素-乙酸酯-丙酸酯是一种有用的热塑性塑料。在具有例如乙烯、氯乙烯和(甲基)丙烯酸酯的(共)聚合物中，丙酸乙烯酯也被用作单体。在更专门的应用中，它也被用于制造杀虫剂和药物。丙酸的酯具有水果气味并且有时被用作溶剂或人造香料。
[0003]丙酸的生产工艺是本领域已知的。目前，几乎所有的丙酸都是由石油原料通过化学合成而生产的。
[0004]US2011/0124913公开了一种用于由甘油来工业制造丙酸的工艺。这使得能够由可再生资源得到生物资源的丙酸。在含有若干耗能的分离步骤的该复杂的化学工艺中，甘油首先进行脱氢成丙烯醛，丙烯醛被氧化成丙烯酸，以及丙烯酸最终被氢化成丙酸。
[0005]丙酸也可以经由伴随有乙酸和琥珀酸作为副产物的二羧酸途径通过丙酸杆菌来生产，但由丙酸对细胞生长和丙酸合成的抑制而导致的低产率和低生产力(productivity)成为问题。像大多数有机 酸发酵，丙酸发酵被酸性PH和主要酵产物丙酸所抑制。此外，发酵是非均质的，即，丙酸盐随同其它副产物一起产生。这不仅导致低的产物产率，而且使产物纯化变得困难且昂贵。
[0006]为了缓和丙酸对微生物生长和丙酸合成的抑制，已经发展了两种途径一提取性丙酸发酵和具有经由适应性进化所得到的丙酸耐受菌的丙酸生产。尽管这些进步，目前微生物丙酸生产仍不能在经济上与石油化工途径相竞争。由农业和工业废弃物来生产丙酸可以使微生物丙酸生产具有经济竞争力。甘油是生物柴油工业的一种主要副产物，因此甘油可能是生产丙酸的廉价原料。当对由产丙酸丙酸杆菌(Propionibacteriumacidipropionici)来生产丙酸的大多数研究集中在葡萄糖和乳清乳糖时，一些研究已经探索了甘油作为碳源，并且观察到甘油可能是有利的，因为在消耗甘油期间产生了较少的乙酸(Zhu等人，“用甘油作为碳源通过丙酸耐受的产丙酸丙酸杆菌来生产丙酸的优化和放大”，《生物资源技术》，101 期，(2010 年),8902-8906 页(Zhu et al.0ptimization andscale-up of propionic acid production by propionic acid-tolerant Propionibacteriumacidipropionici with glycerol as the carbon source, Bioresource TechnologylOl (2010),8902 - 8906))。
[0007]生物乙醇和生物柴油的迅速扩大的市场显著地改变着甘油的成本和可得性。在一般情况下，每100磅生产的生物柴油形成大约10磅的粗甘油。生物乙醇工艺也产生高达所消耗的总糖的10% (w/w)的甘油作为副产物。因而，粗甘油已被广泛认为是化工行业的有吸引力的可持续资源。基于甘油的生物精炼是使用廉价且容易得到的甘油作为原料来生产燃料和化学品的微生物发酵工艺。低级粗甘油的发酵中的主要挑战是得到对有害的抑制成分(诸如粗甘油中存在的盐和有机溶剂)耐受的微生物菌种。已经有通过使用经由微生物筛选和代谢途径工程的重构微生物系统来探索甘油的厌氧微生物同化作用的一些尝试。结果，发现通过甘油的微生物发酵生产了燃料以及一些高价值的产物(Choi，ff.J.，“用于燃料和化学品的基于甘油的生物精炼”，《最近的生物技术专利》，2008年，2(3)期，173-80 页(Choi, ff.J., Glycerol-Based Biorefinery for Fuels and Chemicals, Recent PatBiotechnol.2008 ；2(3):173-80))。
[0008]甘油(glycerol)(或丙三醇，glycerin)是甘油三酯的主要成分,它是清澈、无味且粘稠的液体。已在动物脂肪、植物油或石化原料中发现甘油三酯，并且甘油三酯来自肥皂或生物柴油的生产。Choi (2008年，同上)描述了用于燃料和化学品的甘油的微生物代谢途径，以及不同的基于甘油的发酵产物，诸如乙醇、生物气和有机酸。
[0009]Zhu等人(2010年，同上)描述了在分批培养中通过以甘油作为唯一的碳源，用丙酸耐受的产丙酸丙酸杆菌来生产丙酸，然后使用优化的条件在10m3的发酵槽中进行的放
大生产。
[0010]Zhang 和 Yang(《生物化学工艺》，44 期，(2009 年),1346-1351 页(ProcessBiochemistry44(2009) 1346-1351))描述了通过在无细胞发酵中使用代谢工程化的产丙酸丙酸杆菌由甘油来生产丙酸的工艺。
[0011]Boyaval, P.等人(《酶微生物技术》，1994 年,第 16 卷,883-886 页(EnzymeMicrobTechnol., 1994, vol.16,883-886))描述了通过丙酸细菌来发酵甘油以得到没有乙酸的丙
酸。该方法包括使培养基经历超滤。
[0012]提取性发酵通常是通过发酵来生产多种化学产物的工艺，其中，当产物形成时，通过使用与水不混溶的提取剂的液-液提取，从发酵培养基中除去产物。
[0013]Yang和Lewis( “一种用于由乳清乳糖来生产丙酸的新型提取性发酵工艺”，《生物技术进展》，1992 年，8 期，104-110 页(A Novel Extractive Fermentation Process forPropionic Acid Production from Whey Lactose, Biotechnol.Prog, 1992, 8, 104-110))描述了一种用于由乳糖来生产丙酸盐的提取性发酵工艺。提取性发酵从反应器中除去抑制的酸性产物，因此提供了对反应器更好的PH控制并产生较高的反应速率。在用于从乳清乳糖来生产丙酸盐的提取性发酵工艺中，阿拉明(Alamine) 336/2-辛醇混合物被用作提取剂。在乳糖发酵中，主要副产物是乙酸和二氧化碳。
[0014]需要用于纯化和回收来自以甘油用作起始材料的发酵的丙酸的新型且有效的方法。具体条件诸如在例如乳糖发酵中的不同副产物使其具有挑战性。
【发明内容】
[0015]本发明提供一种用于从水性混合物中纯化和回收丙酸的方法，所述水性混合物含有由使用甘油作为底物的发酵工艺而得到的发酵产物，所述方法包括:
[0016]可选地将所述水性混合物酸化至pH低于4.5 ;
[0017]使所述水性混合物经历使用含有重提取剂和可选的作为稀释剂的轻提取剂的提取试剂的提取，以获得含有所述提取试剂和有机酸的提取液和含有水和任何未反应的甘油的提余液；以及
[0018]使所述提取液经历真空蒸发，以将含丙酸的有机酸与提取剂分离。
[0019]本发明的优点是得到非常纯的终产物。本发明的方法具有优异的拆分(resolving)性质。起始材料的所有组分都可以被分离。尤其当纯化丙酸时，不需要水蒸发或需要非常少的水蒸发。此外，来自发酵工艺的任何剩余的甘油可以被容易地回收并循环回到发酵中。而且，甚至在单个步骤中可以回收提取稀释剂。
[0020]本发明的另一个优点是在丙酸的分离中不需要过滤步骤，诸如超滤。
[0021]由于产物纯度，含有提取和蒸馏的本方法优于例如通常使用的CaO沉淀的方法。常规沉淀产生了难以分离的盐的混合物，诸如Ca-丙酸盐、Ca-乙酸盐和Ca-琥珀酸盐。
[0022]本发明的另一个优点是纯的丙酸被回收而不是丙酸盐被回收。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1示出了从水性进料到终产物的下游分离和回收工艺的工艺流程图。
[0024]图2示出了作为浓度曲线的提取柱中的组成分布。馏分:1 =顶部，8 =底部。
[0025]图3示出了在分 批蒸馏中从提取液(具有环己烷的Alamine336)中回收丙酸。Tr是反应器温度，Tv是馏出物蒸气的温度，以及TJ-Tr是加热介质温度与反应器温度之间的温度差，Pres =压力以及Frac =懼分。
【具体实施方式】
[0026]本发明人已经开发了一种用于由粗甘油来生产基于生物的有机酸诸如丙酸的工艺。该工艺可以被应用于在连续固定化细胞柱反应器(continuousimmobilized cellcolumn reactor)中生产有机酸,而且用优化的提取工艺和蒸懼工艺回收产物。
[0027]该工艺可用于由不同的富含糖的生物质来生产多种有机酸，但优选的工艺是由粗甘油来生产丙酸，粗甘油可以来源于例如FAME生物柴油生产工艺。根据Zhang和Yang(同上)，与葡萄糖作为碳源相比，在甘油发酵中细胞生长(0.05h-1与0.13h-1)和丙酸生产力(0.026g/l h与0.22g/l h)都显著较低，虽然丙酸产率(0.55g/g与0.37g/g)显著较高。甘油作为更加还原的底物使代谢途径移向丙酸生产，使得细胞能保持氧化还原平衡。此外，甘油发酵不产生任何二氧化碳。因此，甘油是用于丙酸生产的优良的原材料。
[0028]粗甘油通常含有80%的甘油和副产物，诸如有机物质和盐。为了除去这些副产物，在供给槽之前可以将膜直接安装到粗甘油管线和/或安装到来自下游区的提余液水管线。
[0029]在所描述的丙酸生产工艺中，丙酸是在发酵液中通常浓度为约3% (w/w)的主产物。琥珀酸和乙酸通常形成为主要副产物。该溶液也可含有其它有机化合物，诸如C4~C6一元酸、丙醇和尚未在发酵中使用的未反应或剩余的甘油。当粗甘油用作碳源而且酵母提取液用作氮源时，该工艺的丙酸生产力通常为I~5g/h/l。其它营养物质，诸如磷酸酯和盐，也被优化用于细胞生长和酸生产。在一个实施例中，供给流含有40~100g/l甘油，通过柱生物反应器的稀释率被调整至优选0.1~0.011/1，工艺pH通过使用在线NaOH供给装置而保持在约6，而且工艺温度优选保持在+32~37°C。
[0030]通过使用提取阶段和蒸馏阶段来从发酵液中回收丙酸。也可使用若干提取化学品。为了提高提取效率，提取可在逆流柱中进行。然后，可以使用蒸馏和/或碱洗涤来将这些酸与重反应性提取剂分离。根据蒸馏的压力和温度，丙酸和其它轻酸可被收集并通过另外的蒸馏进行进一步的纯化。琥珀酸可通过碱洗涤成为盐而从重提取剂中除去。
[0031]通过使用此方法，基于生物的丙酸可以以环境上和经济上可行的方式进行生产，并且进一步地所形成的丙酸可被用作生物质(进料)防腐或被用作丙酸盐生产的原材料，该丙酸盐待出售例如作为食品行业的防腐剂。在一些应用中也可以使用轻酸馏分。
[0032]本发明提供一种用于从水性混合物中纯化和回收丙酸的方法，所述水性混合物含有由使用甘油作为底物的发酵工艺而得到的发酵产物。如果需要的话，首先可以将水性混合物从PH约为6~6.5酸化至pH低于4.5，以将羧酸盐转化成游离酸，然后将该游离酸从水性相提取到有机相中。
[0033]含有发酵产物的发酵液或水性混合物或溶液通常含有丙酸钠、乙酸钠、琥珀酸钠的单盐和二盐、甘油和水作为主要组分，并且它的pH约为6，例如约为6.2。
[0034]在一个实施方式中，用无机酸诸如硫酸将水性混合物酸化至pH低于4.5。在一个实施方式中，酸化的水性混合物的pH被酸化至pH约为4。在一个实施方式中，酸化的水性混合物的PH被酸化至pH约为3.5。在酸化后，水性溶液含有主要是酸的形式的成分，诸如丙酸、乙酸、琥珀酸和H2SO4 (当用H2SO4酸化时)，以及作为无机盐的成分。如果NaOH被用于发酵的PH控制而H2SO4被用于酸化，在该步骤中形成Na2S04。
[0035]接着，使水性混合物经历使用含有重提取剂和可选的作为稀释剂的轻提取剂的提取试剂的提取，以得到含有提取试剂和有机酸的提取液以及含有水和任何未反应的甘油的提余液。在本文所用的术语“提余液”是指在提取后残留的含甘油的水性相。为了提高对丙酸的提取选择性，可以有一次或多次提取或一个或多个提取步骤，诸如两个、三个或四个步骤。
[0036]在一个实施方式中，使来自提取的含甘油的提余液再循环回到发酵工艺中，诸如回到发酵液中。来自提余液的甘油在再循环回到发酵中之前可以通过膜过滤而被浓缩。
[0037]在本文使用的术语“提取液”是指在提取后形成的含有待回收的提取试剂和有价值的化合物(例如有机酸)的组合物。在本文所用的术语“提取剂”和“提取溶剂”通常是指提取试剂。提取试剂可以含有重提取剂和轻提取剂，其中，重提取剂通常含有提取试剂本身而可选的轻提取剂含有稀释剂或溶剂。
[0038]提取试剂或提取溶剂可以含有15~36个碳的重三烷基胺作为重提取剂，诸如三己胺、三辛胺、三异辛胺、三辛/癸胺(诸如Alamine336)和三月桂胺或它们的混合物，上述重提取剂可选地组合有6或7个碳的烃稀释剂作为轻提取剂，诸如正己烷、正庚烷、环己烷、苯或甲苯或它们的混合物。在一个【具体实施方式】中，提取试剂包括具有环己烷的三辛/癸胺。稀释剂的目的是降低提取剂的粘度，促进相分离，并且携带轻副产物和杂质。所需的量(如果有的话)取决于所用的胺和在发酵产物中轻组分的浓度。在一个实施方式中，提取试剂含有10~50% (w/w)的量，优选40~50% (w/w)的量的轻提取剂。在一个实施方式中，提取试剂包括具有环己烷的三辛/癸胺，诸如具有40~50% (w/w)的环己烷，例如约45% (w/w)的环己烷的三辛/癸胺。提取试剂与轻提取剂的比例(w/w)可以在80:20~30:70的范围内，诸如在50:50~70:30的范围内，例如在60:40~70:30的范围内，诸如约67:33。
[0039] 提取可以在约10_80°C的范围内、诸如在约10~70°C的范围内、例如在约20~40°C的范围内的温度下进行。提取可以在500kPa的压力下、诸如在300kPa的压力下、例如在环境压力(约IOOkPa)下进行，其中，所述压力没有限制。
[0040]在一个实施方式中，在进料中稀的水性混合物与提取试剂的质量比(“水性进料比有机进料”)在0.25~4.0的范围内，例如在0.75~2.0的范围内。该比例也可以表示为“o/w”(有机/水)，它是提取剂/进料((g/g)的比例。
[0041]在一个实施方式中，提取是在逆流操作提取柱中进行，诸如在连续操作逆流提取柱中进行。提取柱可包括若干室，每个室可以包括混合以确保组分之间的有效接触以及更可控的浓度分离。
[0042]当提取在逆流提取柱中进行时，由提取液(有机相)来计算，提取后丙酸的产率通常大于60% (w/w)。
[0043]在相分离后所得到的有机相(提取液)通常含有:提取剂；有机酸，诸如丙酸、乙酸、琥珀酸等；和痕量的甘油和水。所得到的水性相(提余液)通常含有水、甘油、Na2SOjPH2SO4 (当用NaOH调节pH并用H2SO4酸化pH时)。
[0044]接着，使提取液经历一次或多次真空蒸馏或蒸发以将含丙酸的轻有机酸尤其是丙酸与含重有机酸诸如琥珀酸的重提取剂分离。真空蒸发步骤也可以被称为汽提，诸如汽提蒸馏，在本文中所用的汽提通常是指将提取的化合物与有机提取剂分离。在一个实施方式中，使来自真空蒸发的提取剂再循环并洗涤回到提取中。重有机羧酸诸如琥珀酸可通过用碱性水溶液洗涤重提取剂而作为盐被回收。在一个实施方式中，使直接来自提取的提取液，即中间没有另外的步骤，经历一次或多次真空蒸馏或蒸发。
[0045]通过真空蒸发从 重提取试剂中除去轻有机酸诸如丙酸和乙酸在30~200°C的范围内，诸如在50~180°C的范围内，例如在60~170°C的范围内的温度下进行。在一个实施方式中，真空蒸发在低于25kPa、例如低于IOkPa的压力下进行。
[0046]在一个实施例中，含有轻有机酸例如乙酸和丙酸的真空蒸发的顶部流包括小于5
重量％的水。
[0047]该工艺还可以包括其它步骤，诸如共溶剂蒸馏(如果在提取中存在溶剂的话)，以及一次或多次酸蒸馏以进一步纯化终产物。
[0048]在真空蒸发之前，可以使含有有机酸的提取液经历共溶剂蒸馏以得到从蒸馏柱的顶部取出的、含有轻提取剂溶剂和一些水的馏出物以及基本上含有有机酸(例如丙酸、乙酸、琥珀酸)和重提取剂的底部流。
[0049]因此，在一个实施方式中，该方法进一步包括使来自提取的提取液经历共溶剂蒸馏以将含有任何轻提取剂、轻副产物和水的共溶剂馏分与含有重提取剂、有机酸和任何杂质的提取液分离。在一个实施方式中，该方法通常在馏出物中的轻提取剂和水分离后包括:使轻提取剂再循环回到提取中，更精确地回到提取剂制备中，和/或使水再循环回到提取柱中。在另一个实施方式中，该方法在提取和真空蒸发之间没有共溶剂蒸馏或其它纯化步骤或分离步骤的情况下进行。
[0050]通过所述蒸馏从提取液中除去轻提取试剂可以在30~110°C的范围内，优选在35~105°C的范围内且最优选在35~85°C的范围内，诸如约35~45°C的温度下进行。在一个实施方式中，当蒸馏环己烷和水时，蒸馏在通常低至25kPa的压力下进行。所述蒸馏温度是指蒸馏柱的顶部部分的温度。[0051]在一个实施例中，含有重提取剂和有机酸(诸如丙酸、乙酸和琥珀酸)的蒸馏柱的底部流含有小于5重量％的水和小于0.2%的轻提取试剂，诸如环己烷。
[0052]最后，可以使来自真空蒸发的有机酸经历一次或多次酸蒸馏以分离并回收丙酸。在一个实施方式中，有机酸的蒸馏包括第一蒸馏，以得到富含乙酸的馏出物和富含丙酸的底部(粗丙酸流)，该粗丙酸流然后经历第二蒸馏以得到纯的或基本纯的丙酸。在本文所用的“基本纯的”是指具有蒸馏后仍然存在的少量杂质的纯化的丙酸。在一个实施方式中，蒸馏是真空蒸馏。在一个实施方式中，真空蒸馏是真空分批蒸馏。在另一个实施方式中，真空蒸馏是连续真空蒸馏。在蒸馏中，可以将不同的酸分离并回收作为不同的馏分，诸如乙酸、丙酸和丁酸。
[0053]在一个实施方式中，存在一次酸蒸馏。在另一个实施方式中，存在两次酸蒸馏。在一个【具体实施方式】中，该方法在最后也没有进行任何酸蒸懼。在一些实施方式中，该方法作为整体由本文描述的实施方式的任何组合组成，即，在方法过程中所提及的步骤之间没有额外的步骤。
[0054]图1示出了用于从丙酸、乙酸和琥珀酸的稀的含甘油的水性混合物中分离并随后回收丙酸、乙酸和琥珀酸的合适的装置的一种可能的示意性布局。
[0055]在图1的示例性装置中，用硫酸102酸化含有甘油和丙酸盐的稀的水性混合物101，其后将它与提取剂104—起供给到提取单元103，优选供给到连续操作逆流提取柱。提取剂含有新鲜的重提取剂122、再循环的重提取剂121、新鲜的共溶剂124和再循环的共溶剂 114。
[0056]在提取中连续相可以是水性相或有机相。在水性相是连续相的情况下，有机相是分散相；反之亦然。
[0057]将所形成的含有提取剂、丙酸、乙酸、琥珀酸、一些水、共提取的甘油和杂质诸如C4~C6的一元酸和1-丙醇的提取液105引导至溶剂蒸馏单元107，在该蒸馏单元107中蒸馏共溶剂和水的混合物。
[0058]将基本含有水、甘油和无机盐的提余液106从提取单元103的底部取出并且引导至进一步的处理。
[0059]将来自溶剂蒸馏107的含有重反应性提取剂、丙酸、乙酸、琥珀酸和其它共提取的有机化合物的底部流108引导至真空蒸发单元110。
[0060]将馏出物109从蒸馏单元107的上部部分取出并且供给到倾析器111，在该倾析器111中分离各相，而将有机相114供给到提取剂制备槽113。将来自倾析器111的水性相115供给回到提取单元103。
[0061 ] 将来自真空蒸发110的富含提取剂和琥珀酸的底部流116引导至碱洗涤单元112，在该碱洗涤单元中，用水性氢氧化钠117洗涤琥珀酸和其它重酸性组分并且将水118与作为去除流(purge stream) 119和120的重提取剂分离。将去除流引导至进一步的处理。将洗涤的提取剂121引导至提取剂制备槽113。
[0062]在此实施方式中，将来自真空蒸发器110的富含丙酸的流123供给到分批真空蒸馏单元126，在该分批真空蒸馏单元中首先蒸馏富含乙酸和轻副产物的馏分129和130，之后将丙酸分馏作为纯的产物131。蒸馏比丙酸重的挥发性有机酸诸如丁酸和戊酸作为最终馏分(final cut) 132。使含丙酸的中间馏分再循环回到下一蒸馏批次。将蒸馏残流125引导至进一步的处理。
[0063]发酵工艺可利用生物反应器，诸如含有发酵微生物的细胞的生物反应器柱。在本文所用的生物反应器是指可被用于培养诸如用于发酵的微生物细胞的任何合适的容器、器皿或柱。通常，生物反应器也可以被称为生物反应器柱。
[0064]在一个实施方式中，发酵是通过将提取试剂直接供给到生物反应器中原位进行的提取性发酵。在一个实施方式中，发酵是在分立的单元中进行发酵和提取的异位发酵。
[0065]在一个实施方式中，在纯化和回收之前，在含有发酵微生物的细胞的生物反应器柱中进行发酵，该发酵微生物的细胞附着在放置在柱内的固定基质(immobilizingmatrix)的表面上。若干固定基质通常是本领域已知的。
[0066]在一个实施例中，固定基质含有包括片状多孔材料的层的第一支撑材料和沉积在第一支撑材料 上的第二细胞保留材料(cell-retaining material),其中，第一支撑材料的层和第二细胞保留材料被布置成卷绕结构或折叠结构，以允许细胞悬浮培养基充分流过固定基质。第一支撑材料和第二细胞保留材料是不同且独立的材料，并非例如两种材料的共聚物。
[0067]固定基质允许培养基充分流过基质而没有任何窜流问题(channeling problem)。当通过基质的流不均匀而在基质的某些区域形成通道的时候，在填充的柱中通常发生窜流。第一材料和第二材料被布置成折叠结构诸如缠绕结构或卷绕结构以允许流通过该结构。一般地，流的方向是基质的卷绕或折叠的轴向。
[0068]在一个实施例中，首先在连续流动搅拌槽(continuous-flow stirred tank,CSTR)生物反应器中培养产酸细胞，例如用于生产丙酸的产丙酸丙酸杆菌，直至达到指数生长阶段。在此阶段，将细胞转移到含有优化固定基质的柱反应器中。这种柱填充物允许流充分流过基质而没有窜流问题。由于来自CSTR生物反应器的流通过柱填充材料并且回到CSTR反应器中，细胞附着到柱填充物上。该流可以是单路或双路、向上或向下或者双向的。为了增加细胞含量和加快细胞附着，可以可选地用加压流进行细胞负载。负载阶段可以继续至CSTR生物反应器没有细胞而柱填充物已经达到细胞饱和。这时候，将柱与CSTR反应器拆离并将柱连接到底物供给槽和产物槽以开始连续生产。
[0069]实施例
[0070]实施例1:提取
[0071]用96%硫酸(0.49kg)酸化来自发酵的水性溶液(28.28kg)，使pH从5.8降低至
3.5。以4.00kg/h的速率将该溶液供给到搅拌的实验室规模的KUhni提取柱的顶部，在该柱中，以逆流模式用以1.13kg/h的速率供给到柱的下部的三辛/癸胺(Alamine336)_环己烷(53:47w/w)来提取此溶液。水性进料与有机进料的质量比为3.53。提取柱的直径为55mm,柱的有效高度为1.75m,提取柱具有50个混合室，每个混合室各装有涡轮叶轮。柱在顶部和底部处具有沉降区。以250rpm的搅拌速度将有机相分散到连续水性相中。清晰的液-液界面存在于上部沉降区中。提取温度为26°C。以1.21g/h的速率从柱的顶部取出提取液。以3.92kg/h的速率从提取柱的底部取出提余液。
[0072]表1示出了用HPLC分析的材料流中的主要发酵组分以及计算出的每个组分的提取率(从总量中提取的％)。
[0073]表1[0074]
【权利要求】
1.一种用于从水性混合物中纯化和回收丙酸的方法，所述水性混合物含有由使用甘油作为底物的发酵工艺而得到的发酵产物，其特征在于，所述方法包括: 可选地将所述水性混合物酸化至pH低于4.5 ; 使所述水性混合物经历使用含有重提取剂和可选的作为稀释剂的轻提取剂的提取试剂的提取，以得到含有所述提取试剂和有机酸的提取液以及含有水和任何未反应的甘油的提余液；以及 使所述提取液经历真空蒸发，以将含丙酸的有机酸与提取剂分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使来自所述真空蒸发的所述有机酸经历一次或多次蒸馏，以分离和回收所述丙酸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使来自所述提取的所述提取液经历共溶剂蒸馏，以将含有任何轻提取剂、轻副产物和水的共溶剂馏分与含有所述重提取剂和所述有机酸的提取液分离。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括使来自所述共溶剂蒸馏的所述轻提取剂再循环回到所述提取中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括使来自真空蒸发的所述提取剂再循环回到所述提取中。
6.根据前述权 利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述提取是逆流提取。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括使来自所述提取的含甘油的所述提余液再循环回到所述发酵工艺中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述重提取剂选自三己胺、三辛胺、三异辛胺、三辛/癸胺、三月桂胺以及它们的混合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述重提取剂包括三辛/癸胺。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述轻提取剂选自正己烷、正庚烷、环己烷、苯、甲苯以及它们的混合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述提取试剂包括具有环己烷的三辛/癸胺，诸如具有约45% (w/w)的环己烷的三辛/癸胺。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在进料中稀的所述水性混合物与所述提取试剂的质量比在0.25~4.0的范围内，优选在0.75~2.0的范围内。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述提取是在10~80°C的范围内，优选在10~70°C的范围内，且最优选在20~40°C的范围内的温度下，并且在500kPa的压力下，优选在300kPa的压力下，且更优选在环境压力下进行。
14.根据权利要求3~13中任一项所述的方法，其特征在于，所述共溶剂蒸馏是在30~110°C的范围内，优选在35~105°C的范围内，且最优选在35~85°C的范围内的温度下进行，诸如在约35~45°C的温度下进行。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述真空蒸发是在30~200°C的范围内，优选在50~180°C的范围内，且最优选在60~170°C的范围内的温度下进行。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述真空蒸发是在低于25kPa，优选低于IOkPa的压力下进行。
17.根据权利要求2~16中任一项所述的方法，其特征在于，所述有机酸的蒸馏包括:第一蒸馏，以得到富含丙酸的流，所述富含丙酸的流然后经历第二蒸馏以得到纯的丙酸。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述发酵工艺是提取性发酵工艺。
19.根据权利要求1~17中任一项所述的方法，其特征在于，所述发酵工艺是异位发酵工艺，其中，所述发 酵和所述提取在分立的单元中进行。
【文档编号】C07C51/44GK104024209SQ201280063537
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2011年12月1日
【发明者】汤姆·格兰思特罗姆, J·阿霍拉, J·海塔拉, E·蒂洛宁 申请人:塔明克芬兰公司