一种糖脂型离子液体的制备及其在糖脂分离过程中的应用的制作方法

1.本发明属于发酵工程领域，具体涉及一种糖脂型离子液体的制备及其在糖脂分离过程中的应用。


背景技术：

2.鼠李糖脂，主要由铜绿假单胞菌在一定的环境下代谢生成，其具有良好的表面活性及界面活性，可以广泛地应用于石化、环境、医药、食品以及农业等领域；具有无毒、可以生物降解的优点，是一种研究时间最长、效果最好、应用技术最为成熟的生物表面活性剂。
3.糖脂发酵液特别是鼠李糖脂发酵液中，除鼠李糖脂外还含有发酵菌体、蛋白质、无机盐等杂质，一般经过离心除菌、酸沉淀得到鼠李糖脂粗产品，再经过萃取、膜分离、柱层析等才能得到鼠李糖脂高纯品，鼠李糖脂高纯品在食品、日化、医药等方面有广泛应用，但由于鼠李糖脂高纯品的分离流程长、分离难度大。生产成本高居不下，极大程度的限制了其在高端领域广泛应用。
4.离子液体是一种在有机合成、萃取分离、电化学、催化学科、纳米材料制备以及环境科学等领域中广泛应用的材料，具有良好的化学惰性，“零”蒸气压、宽液程、良好的离子导电性与导热性、高热容及热能储存密度和高热稳定性等特点。将该类材料在鼠李糖脂分离过程中应用，降低鼠李糖脂分离难度和分离成本，将具有工业化实现的意义。
5.离子液体种类繁多，适合发酵体系，特别是适合糖脂分离体系的离子液体，目前市场上还尚未见到。仅有报道将离子液体作为萃取剂使用，后续处理繁复，工艺并未得到简化。
6.综上，目前需要开发适于糖脂发酵液分离的新的工艺方法，解决分离难度大、工艺复杂、生产成本高的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种糖脂离子液体，解决现有技术中糖脂发酵液分离难度大、分离工艺复杂、从而导致鼠李糖脂生产成本高的问题。
8.本发明通过以下技术方案实现上述发明目的：
9.一种鼠李糖脂型离子液体，所述离子液体结构如下：
[0010][0011]
其中，r1和r2分别为正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、环戊基和环己基中的一种，r1和r2可以相同或不同，r3为鼠李糖单糖双脂基和/或鼠李糖双糖双脂基，其结构分别如下：
[0012][0013]
本发明的另一目的在于提供一种鼠李糖脂型离子液体的制备方法。
[0014]
一种制备所述鼠李糖脂型离子液体的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：
[0015]
s1：过滤鼠李糖脂发酵液得到鼠李糖脂无菌液；
[0016]
s2：无菌液中加入酸，收集沉淀物得到固体鼠李糖脂；
[0017]
s3：将鼠李糖脂与二烷基胺化合物混合，加入溶剂，静置分层，分离后得到鼠李糖脂离子液体。
[0018]
本发明中，所述s1使用陶瓷膜过滤；优选地，所述陶瓷膜孔径为20
‑
500nm，优选50
‑
200nm。
[0019]
本发明中，所述s2加入0.1wt％
‑
1wt％的酸，室温下搅拌1
‑
3小时，出现大量沉淀后停止搅拌，静置1
‑
2小时；优选地，所述酸为硫酸。
[0020]
本发明中，s2使用抽滤或压滤方式收集沉淀物；优选地，抽滤或压滤所用滤布孔径为20
‑
50μm；滤布材质为尼龙、聚丙烯和聚二甲基亚砜中的一种。
[0021]
本发明中，所述s3中鼠李糖脂与烷基胺化合物等质量混合。
[0022]
本发明中，所述s3加热至50
‑
80℃，优选55
‑
60℃，保持1
‑
2小时后降至室温。
[0023]
本发明中，所述s3加入鼠李糖脂与烷基胺化合物混合物总质量1/5
‑
1/3的二氯甲烷；静置分层后，上层为鼠李糖脂仲胺盐离子液体，下层为含有鼠李糖脂和二烷基胺化合物的二氯甲烷溶液。
[0024]
本发明的又一目的在于提供一种分离糖脂化合物的方法。
[0025]
一种分离糖脂化合物的方法，所述方法采用所述鼠李糖脂型离子液体，或采用所述制备方法制备的鼠李糖脂型离子液体，所述分离方法包含以下步骤：
[0026]
ss1：向含有糖脂化合物的待分离发酵液中加入鼠李糖脂型离子液体；
[0027]
ss2：在ss1得到的混合物中加入酸，加热，冷却，分层；
[0028]
ss3：分离出上层含有糖脂的离子液体，降温使糖脂结晶析出，过滤收集晶体得到高纯糖脂。
[0029]
本发明中，所述ss1加入20wt％
‑
50wt％的离子液体，优选加入20wt％
‑
30wt％的离子液体，以发酵液质量计。
[0030]
本发明中，所述ss2加入1wt％
‑
5wt％的酸，优选2wt％
‑
3wt％的酸，以混合物质量计。
[0031]
本发明中，所述ss3加热至30
‑
40℃，搅拌1
‑
2小时；降温至0℃～
‑
20℃；优选地，所述酸为盐酸。
[0032]
本发明中，所述ss3分层后，上层为含有糖脂的离子液体，下层为高盐发酵液。
[0033]
本发明中，所述ss3得到的糖脂纯度大于99wt％，收率大于90wt％；优选地，所述ss3得到的糖脂为鼠李糖脂。
[0034]
本发明中，所述ss3降温至0℃～
‑
20℃，维持4
‑
20小时，优选10
‑
15小时。
[0035]
本发明的再一目的在于提供一种糖脂化合物。
[0036]
一种糖脂化合物，所述化合物采用所述鼠李糖脂型离子液体分离处理得到，或采用所述制备方法制备的鼠李糖脂型离子液体分离处理得到，或采用所述分离糖脂化合物的方法分离处理得到，优选所述糖脂化合物为发酵法制备的糖脂化合物，更优选所述糖脂化合物为发酵法制备的鼠李糖脂。
[0037]
与现有技术相比较，本发明的技术方案具有如下优点：
[0038]
(1)本发明的离子液体结构新颖，除了具有离子液体的化学惰性、高沸点、良好导电性以外，尤其对糖脂具有高溶解性及稳定性，且与水不互溶，使糖脂从发酵液中的分离变得更为简易，从而大大降低了糖脂分离纯化的难度。
[0039]
(2)本发明的离子液体制备工艺简单，制备过程绿色环保；
[0040]
(3)本发明分离方法独特，是在离子液体中结晶分离回收糖脂，糖脂在离子液体中以高纯品形式结晶析出，产品收率高、纯度高，工艺简单、过程绿色环保，可规模化生产。
具体实施方式
[0041]
本发明以下实施例和对比例中，所使用的分离设备如下：正浩1l正压过滤器，久吾高科陶瓷膜20
‑
500nm孔径，有效过滤面积0.5平方米，日本理化旋转蒸发仪n
‑
1100d
‑
w，1
‑
10l三口烧瓶，上海精宏水浴锅，1
‑
5l分液漏斗。聚丙烯滤布20
‑
50μm，尼龙滤布20
‑
50μm、聚二甲基亚砜滤布20
‑
50μm。
[0042]
所用试剂、来源和纯度如下：二氯甲烷，购自科密欧，分析纯；二正丁胺，分析纯，购自国药，二环己胺，分析纯，购自国药，二正辛胺，分析纯，购自国药。浓硫酸，98％含量，分析纯，购自国药，浓盐酸，36.5％，购自国药，鼠李糖脂发酵液以铜绿假单胞菌为工程菌，以甘油和大豆油为混合碳源发酵得到，槐糖脂发酵液采用葡萄糖为碳源发酵得到。
[0043]
鼠李糖脂和槐糖脂含量检测方法为硫酸
‑
蒽酮法，具体操作方法如下：
[0044]
1)配制蒽酮溶液：取0.2g蒽酮溶于100ml体积分数为80％硫酸中，避光待用，现用现配，不可存放。
[0045]
2)取0.5ml待测样品于10
‑
15ml具塞刻度试管中，将其置于冰水浴充分冷却，保持冰水浴加入2ml蒽酮溶液，快速混匀(尽量减少反应)，然后沸水浴10min，取出放入冰水浴中冷却至室温，620nm测吸光度。
[0046]
3)鼠李糖标曲：称取0.1g鼠李糖定容到250ml容量瓶，配置成400mg/l鼠李糖母液，然后按比例稀释得到不同浓度的标样，见下表：
[0047]
母液(ml)00.20.40.60.81.0纯水(ml)0.51.81.61.41.21终浓度(mg/l)04080120160200
[0048]
利用蒽酮法测定吸光值，绘制标准曲线。
[0049]
y＝ax+b
[0050]
其中，y为鼠李糖含量，x为吸光度。
[0051]
最终鼠李糖脂含量的计算公式为：
[0052]
鼠李糖脂含量＝反应液中鼠李糖的含量
×
稀释倍数
×
3.4。
[0053]
4)槐糖脂标曲：将标品换成99％纯度葡萄糖，其他操作同上。
[0054]
实施例1
[0055]
本实施例二正丁胺鼠李糖脂离子液体制备工艺，包括以下步骤：
[0056]
(1)使用20nm陶瓷膜过滤分离10kg鼠李糖脂发酵液，得到7.5kg除菌滤液，向滤液中加入浓硫酸7.5g，搅拌1小时后有沉淀析出，静置2小时。用20μm尼龙滤布进行过滤，收集固体共计503g。
[0057]
(2)将所得固体与等质量二正丁胺混合转入三口烧瓶，在搅拌下加热至50℃保持1小时，然后降温至室温，加入200g二氯甲烷，充分混合后转入分液漏斗静置分相，分离上层，共计857g，为糖脂型离子液体。结构如下
[0058][0059]
实施例2
[0060]
本实施例二正辛胺糖脂型离子液体制备工艺包括以下步骤：
[0061]
(1)使用500nm陶瓷膜过滤分离5kg鼠李糖脂发酵液，得到4.5kg除菌滤液，向滤液中加入浓硫酸45g，搅拌3小时后有沉淀析出，静置1.5小时。用50μm聚丙烯滤布进行过滤，收集固体共计305g。
[0062]
(2)将所得固体与等质量二正辛胺混合转入三口烧瓶，在搅拌下加热至80℃保持2小时，然后降温至室温，加入203g二氯甲烷，充分混合后转入分液漏斗静置分相，分离上层，共计522g，为糖脂型离子液体。结构如下
[0063][0064]
实施例3
[0065]
本实施例二环己基胺糖脂型离子液体制备工艺包括以下步骤：
[0066]
(1)使用200nm陶瓷膜过滤分离3kg鼠李糖脂发酵液，得到2.8kg除菌滤液，向滤液中加入浓硫酸14g，搅拌2小时后有沉淀析出，静置1小时。用30μm聚二甲基亚砜滤布进行过滤，收集固体共计209g。
[0067]
(2)将所得固体与等质量二环己胺混合转入三口烧瓶，在搅拌下加热至60℃保持1.5小时，然后降温至室温，加入105g二氯甲烷，充分混合后转入分液漏斗静置分相，分离上层，共计389g，为糖脂型离子液体。结构如下
[0068][0069]
实施例4
[0070]
使用实施例1制备的离子液体对鼠李糖脂发酵液进行分离的工艺，包括以下步骤：
[0071]
1)取鼠李糖脂发酵液2kg(含鼠李糖脂10.2％)，加入400g实施例1制备的离子液体，然后加入24g浓盐酸，升温至30℃，搅拌200rpm维持1小时，然后降温至15℃，转入分液漏斗静置2小时，分离，收集上层液体共计624g。
[0072]
2)将上层液体降低至0℃，保持4小时，结晶析出大量晶体，用20μm孔径滤布过滤收集固体，得到188g固体，通过含量测定，鼠李糖脂纯度为99.5％，收率92％。
[0073]
实施例5
[0074]
使用实施例2制备的离子液体对鼠李糖脂发酵液进行分离的工艺，包括以下步骤：
[0075]
1)取鼠李糖脂发酵液1.5kg(含鼠李糖脂9.12％)，加入750g实施例2制备的离子液体，然后加入75g浓盐酸，升温至40℃，搅拌500rpm维持2小时，然后降温至20℃，转入分液漏斗静置2小时，分离，收集上层液体共计887g。
[0076]
2)将上层液体降低至
‑
20℃，保持20小时，结晶析出大量晶体，用20μm孔径滤布过滤收集固体，得到133g固体，通过含量测定，鼠李糖脂纯度为99.0％，收率96.2％。
[0077]
实施例6
[0078]
使用实施例3制备的离子液体对鼠李糖脂发酵液进行分离的工艺，包括以下步骤：
[0079]
1)取鼠李糖脂发酵液1kg(含鼠李糖脂9.4％)，加入300g实施例3制备的离子液体，然后加入30g浓盐酸，升温至35℃，搅拌300rpm维持1.5小时，然后降温至15℃，转入分液漏斗静置2小时，分离，收集上层液体共计389g。
[0080]
2)将上层液体降低至
‑
5℃，保持10小时，结晶析出大量晶体，用50μm孔径滤布过滤收集固体，得到88g固体，通过含量测定，鼠李糖脂纯度为99.6％，收率93.2％。
[0081]
实施例7
[0082]
使用实施例1制备的离子液体对槐糖脂发酵液进行分离的工艺，包括以下步骤：
[0083]
1)取槐糖脂发酵液2kg(含有槐糖脂35.7％)，加入500g实施例1制备的离子液体，然后加入100g浓硫酸，升温至40℃，搅拌300rpm维持2小时，然后降温至20℃，转入分液漏斗静置2小时，分离，收集上层液体共计1200g。
[0084]
2)将上层液体冷却至
‑
10℃，保持8小时，析出大量晶体，用50μm孔径滤布过滤收集固体，得到699g固体，通过含量测定，槐糖脂纯度为99.0％，收率96.9％。
[0085]
对比例1
[0086]
鼠李糖脂常规分离工艺如下，用于和使用离子液体分离收率及纯度进行对比。
[0087]
鼠李糖脂发酵液5kg，鼠李糖脂含量为9.5％，离心分离菌体和清液，离心条件为分离因数8000，停留时间3分钟，得到上清液4.2kg，加入98％硫酸调节ph值为2.5，然后静置8小时，离心分离固体，离心条件为分离因数3000，停留时间1分钟，得到固体658g，为鼠李糖脂粗产品。鼠李糖脂粗产品中加入700g乙酸乙酯萃取，分离有机相和水相，有机相蒸干溶剂，得到纯化后的鼠李糖脂502g，纯度75％，全程的分离收率为79.3％。
[0088]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。