一种丁二酸的提取方法与流程

本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种丁二酸的提取方法。

背景技术：

丁二酸俗名琥珀酸，分子式c4h6o4，相对分子质量118.09，结构式hooc-ch2-ch2-cooh，丁二酸是一种常见的天然有机酸，广泛存在于多种植物及人和动物的组织中，例如，未成熟的葡萄、甜菜及人的血液和肌肉中。丁二酸是一种重要的有机化工原料及中间体，主要用于医药工业中琥乙红霉素及农业生产中植物生长调节剂、杀菌剂和染料工业中高级有机颜料酞菁红的生产；在食品工业方面，丁二酸可以作为酱油、液体调味品及炼制品的风味改良剂。

目前，具有工业应用前景的丁二酸生产方法主要有电解合成法、催化加氢法和生物发酵法，其中，电解合成法存在电耗高、电极腐蚀等问题；而催化加氢法是目前工业应用最广泛的丁二酸合成方法，具有收率高、选择性好等优点，但是其反应条件复杂，副产物污染环境；而且就我国未来绿色环保经济的发展需求来讲，对于需要高温高压反应条件苛刻，同时副产物极易污染环境的化学合成方法终究要被时代淘汰；而条件温和、对环境友好、污染小的生物发酵方法终将成为未来的主流。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种丁二酸的提取方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种丁二酸的提取方法，包括如下步骤：

(1)将琥珀酸放线杆菌接入液体种子培养基中，在30～40℃下静置培养12～16h，其中，所述种子培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖20～40g/l、玉米浆5～30g/l、蛋白胨3～10g/l、磷酸二氢钾5～10g/l、磷酸二氢钠7～15g/l、酵母提取物5～15g/l、去离子水；

(2)将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，经厌氧培养得到丁二酸发酵液，其中，所述发酵培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖20～40g/l、玉米浆5～30g/l、酵母提取物5～15g/l、碳酸氢钠1～5g/l、氯化镁0.5～2g/l、氯化钙0.1～1g/l、碱式碳酸镁20～40g/l、去离子水；

(3)对制得的丁二酸发酵液进行预处理，除去丁二酸发酵液中的固体颗粒及大分子杂质，得到预处理液；

(4)将所得的预处理液通入一段式吸附柱中，向一段式吸附柱中通入洗脱剂进行洗脱，得到丁二酸洗脱液；

(5)将所得的丁二酸洗脱液浓缩、结晶、过滤、干燥后，得到丁二酸。

优选的，所述步骤(2)中，所述琥珀酸放线杆菌的接种量为5～15％。

优选的，所述步骤(2)中，所述厌氧培养的条件为：培养温度为35～40℃，培养时间为60～72h，搅拌速率为100～400r/min，二氧化碳通气量为0.1～0.5l/min。

优选的，所述步骤(3)具体包括：采用超滤膜对所得的丁二酸发酵液进行过滤，得到预处理液。

进一步的，所述超滤膜的孔径为10～50nm。

所述步骤(4)中，所述一段式吸附柱从上之下依次填充有：活性炭、碱性阴离子树脂，其中，所述活性炭在吸附柱的高度与碱性阴离子树脂的高度的比为0.5～2:1，所述活性炭与碱性阴离子树脂之间设置有微滤膜。

进一步的，所述微滤膜的孔径为0.1～0.5μm。

优选的，所述预处理液的通入流速为1～5m³/h。

进一步的，所述预处理液的通入流速为2～4m³/h。

优选的，所述洗脱剂的洗脱流速为1～5m³/h。

进一步的，所述洗脱剂的洗脱流速为1～2m³/h。

优选的，所述洗脱剂为无机酸溶液。

进一步的，所述无机酸溶液选自盐酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种。

优选的，所述无机酸溶液的浓度为1～3mol/l。

优选的，所述步骤(5)中，所述浓缩、结晶的步骤具体包括：

将丁二酸洗脱液在70～90℃下蒸发浓缩至原体积的30～40％后，在10～100r/min的搅拌速率下，以5～20min/℃的降温速率降温至5～10℃进行结晶，保温停留0.5～1h。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过琥珀酸放线杆菌厌氧发酵制得丁二酸发酵液，再通过预处理除去丁二酸发酵液中的固体颗粒及大分子杂质，再通过一段式吸附柱吸附、洗脱得到丁二酸洗脱液，去除色素、蛋白质、糖类、无机盐离子以及厌氧发酵所产生的小分子酸，进而通过真空浓缩、降温结晶、过滤、干燥得到丁二酸，提取得到的丁二酸产品的纯度高，提取收率高。

附图说明

图1为本发明提供的丁二酸的提取工艺线路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

以下实施例提供的丁二酸的提取工艺线路如图1所示。

实施例1

本实施例提供了一种丁二酸的提取方法，包括如下步骤：

(1)将琥珀酸放线杆菌接入液体种子培养基中，在37℃下静置培养14h，其中，所述种子培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖35g/l、玉米浆20g/l、蛋白胨7g/l、磷酸二氢钾8g/l、磷酸二氢钠12g/l、酵母提取物12g/l、去离子水；

(2)将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，经厌氧培养得到丁二酸发酵液，其中，所述发酵培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖30g/l、玉米浆25g/l、酵母提取物10g/l、碳酸氢钠3g/l、氯化镁1g/l、氯化钙0.5g/l、碱式碳酸镁30g/l、去离子水，琥珀酸放线杆菌的接种量为8％，所述厌氧培养的条件为：培养温度为37℃，培养时间为66h，搅拌速率为200r/min，二氧化碳通气量为0.3l/min；

(3)采用孔径为30nm的超滤膜对所得的丁二酸发酵液进行过滤，除去丁二酸发酵液中的固体颗粒及大分子杂质，得到预处理液；

(4)准备一段式吸附柱从上之下依次填充有：活性炭、碱性阴离子树脂，其中，所述活性炭在吸附柱的高度与碱性阴离子树脂的高度的比为1:1，所述活性炭与碱性阴离子树脂之间设置有孔径为0.3μm的微滤膜；将所得的预处理液以3m³/h的流速通入一段式吸附柱中，并控制预处理液的通入量为碱性阴离子树脂的饱和吸附量的70％，向一段式吸附柱中以1.5m³/h的流速通入浓度为2mol/l的硝酸溶液进行洗脱，得到丁二酸洗脱液；

(5)将丁二酸洗脱液在80℃下蒸发浓缩至原体积的35％后，在50r/min的搅拌速率下，以10min/℃的降温速率降温至10℃进行结晶，保温停留1h经过滤、干燥后，得到丁二酸(纯度不低于99.5％)。

实施例2

本实施例提供了一种丁二酸的提取方法，包括如下步骤：

(1)将琥珀酸放线杆菌接入液体种子培养基中，在37℃下静置培养16h，其中，所述种子培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖30g/l、玉米浆20g/l、蛋白胨7g/l、磷酸二氢钾6g/l、磷酸二氢钠10g/l、酵母提取物10g/l、去离子水；

(2)将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，经厌氧培养得到丁二酸发酵液，其中，所述发酵培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖35g/l、玉米浆20g/l、酵母提取物12g/l、碳酸氢钠3.5g/l、氯化镁1g/l、氯化钙0.6g/l、碱式碳酸镁25g/l、去离子水，琥珀酸放线杆菌的接种量为10％，所述厌氧培养的条件为：培养温度为37℃，培养时间为60h，搅拌速率为200r/min，二氧化碳通气量为0.25l/min；

(3)采用孔径为30nm的超滤膜对所得的丁二酸发酵液进行过滤，除去丁二酸发酵液中的固体颗粒及大分子杂质，得到预处理液；

(4)准备一段式吸附柱从上之下依次填充有：活性炭、碱性阴离子树脂，其中，所述活性炭在吸附柱的高度与碱性阴离子树脂的高度的比为1:1，所述活性炭与碱性阴离子树脂之间设置有孔径为0.3μm的微滤膜；将所得的预处理液以3m³/h的流速通入一段式吸附柱中，并控制预处理液的通入量为碱性阴离子树脂的饱和吸附量的70％，向一段式吸附柱中以1.5m³/h的流速通入浓度为2mol/l的硝酸溶液进行洗脱，得到丁二酸洗脱液；

(5)将丁二酸洗脱液在80℃下蒸发浓缩至原体积的30％后，在70r/min的搅拌速率下，以8min/℃的降温速率降温至10℃进行结晶，保温停留1h经过滤、干燥后，得到丁二酸(纯度不低于99.5％)。

实施例3

本实施例提供了一种丁二酸的提取方法，包括如下步骤：

(1)将琥珀酸放线杆菌接入液体种子培养基中，在37℃下静置培养12h，其中，所述种子培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖32g/l、玉米浆25g/l、蛋白胨6g/l、磷酸二氢钾8g/l、磷酸二氢钠10g/l、酵母提取物10g/l、去离子水；

(2)将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，经厌氧培养得到丁二酸发酵液，其中，所述发酵培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖30g/l、玉米浆15g/l、酵母提取物10g/l、碳酸氢钠2g/l、氯化镁1g/l、氯化钙0.3g/l、碱式碳酸镁25g/l、去离子水，琥珀酸放线杆菌的接种量为5％，所述厌氧培养的条件为：培养温度为37℃，培养时间为65h，搅拌速率为300r/min，二氧化碳通气量为0.2l/min；

(3)采用孔径为30nm的超滤膜对所得的丁二酸发酵液进行过滤，除去丁二酸发酵液中的固体颗粒及大分子杂质，得到预处理液；

(4)准备一段式吸附柱从上之下依次填充有：活性炭、碱性阴离子树脂，其中，所述活性炭在吸附柱的高度与碱性阴离子树脂的高度的比为1.5:1，所述活性炭与碱性阴离子树脂之间设置有孔径为0.3μm的微滤膜；将所得的预处理液以3m³/h的流速通入一段式吸附柱中，并控制预处理液的通入量为碱性阴离子树脂的饱和吸附量的70％，向一段式吸附柱中以2m³/h的流速通入浓度为2mol/l的硝酸溶液进行洗脱，得到丁二酸洗脱液；

(5)将丁二酸洗脱液在85℃下蒸发浓缩至原体积的35％后，在80r/min的搅拌速率下，以10min/℃的降温速率降温至7℃进行结晶，保温停留1h经过滤、干燥后，得到丁二酸(纯度不低于99.5％)。

实施例4

本实施例提供了一种丁二酸的提取方法，包括如下步骤：

(1)将琥珀酸放线杆菌接入液体种子培养基中，在37℃下静置培养14h，其中，所述种子培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖35g/l、玉米浆20g/l、蛋白胨7g/l、磷酸二氢钾8g/l、磷酸二氢钠12g/l、酵母提取物12g/l、去离子水；

(2)将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，经厌氧培养得到丁二酸发酵液，其中，所述发酵培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖30g/l、玉米浆25g/l、酵母提取物10g/l、碳酸氢钠3g/l、氯化镁1g/l、氯化钙0.5g/l、碱式碳酸镁30g/l、去离子水，琥珀酸放线杆菌的接种量为8％，所述厌氧培养的条件为：培养温度为40℃，培养时间为60h，搅拌速率为400r/min，二氧化碳通气量为0.5l/min；

(3)采用孔径为40nm的超滤膜对所得的丁二酸发酵液进行过滤，除去丁二酸发酵液中的固体颗粒及大分子杂质，得到预处理液；

(4)准备一段式吸附柱从上之下依次填充有：活性炭、碱性阴离子树脂，其中，所述活性炭在吸附柱的高度与碱性阴离子树脂的高度的比为2:1，所述活性炭与碱性阴离子树脂之间设置有孔径为0.5μm的微滤膜；将所得的预处理液以3m³/h的流速通入一段式吸附柱中，并控制预处理液的通入量为碱性阴离子树脂的饱和吸附量的70％，向一段式吸附柱中以2m³/h的流速通入浓度为2mol/l的硝酸溶液进行洗脱，得到丁二酸洗脱液；

(5)将丁二酸洗脱液在90℃下蒸发浓缩至原体积的40％后，在100r/min的搅拌速率下，以20min/℃的降温速率降温至10℃进行结晶，保温停留1h经过滤、干燥后，得到丁二酸(纯度不低于94.1％)。

实施例5

本实施例提供了一种丁二酸的提取方法，包括如下步骤：

(1)将琥珀酸放线杆菌接入液体种子培养基中，在37℃下静置培养14h，其中，所述种子培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖35g/l、玉米浆20g/l、蛋白胨7g/l、磷酸二氢钾8g/l、磷酸二氢钠12g/l、酵母提取物12g/l、去离子水；

(2)将经过种子培养基培养的琥珀酸放线杆菌移入发酵培养基中，经厌氧培养得到丁二酸发酵液，其中，所述发酵培养基的组成成分，按质量浓度计，包括：葡萄糖30g/l、玉米浆25g/l、酵母提取物10g/l、碳酸氢钠3g/l、氯化镁1g/l、氯化钙0.5g/l、碱式碳酸镁30g/l、去离子水，琥珀酸放线杆菌的接种量为8％，所述厌氧培养的条件为：培养温度为35℃，培养时间为60h，搅拌速率为100r/min，二氧化碳通气量为0.1l/min；

(3)采用孔径为10nm的超滤膜对所得的丁二酸发酵液进行过滤，除去丁二酸发酵液中的固体颗粒及大分子杂质，得到预处理液；

(4)准备一段式吸附柱从上之下依次填充有：活性炭、碱性阴离子树脂，其中，所述活性炭在吸附柱的高度与碱性阴离子树脂的高度的比为0.5:1，所述活性炭与碱性阴离子树脂之间设置有孔径为0.1μm的微滤膜；将所得的预处理液以2m³/h的流速通入一段式吸附柱中，并控制预处理液的通入量为碱性阴离子树脂的饱和吸附量的70％，向一段式吸附柱中以1m³/h的流速通入浓度为2mol/l的硝酸溶液进行洗脱，得到丁二酸洗脱液；

(5)将丁二酸洗脱液在80℃下蒸发浓缩至原体积的30％后，在10r/min的搅拌速率下，以5min/℃的降温速率降温至5℃进行结晶，保温停留0.5h经过滤、干燥后，得到丁二酸(纯度不低于92.1％)。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。