长链二元酸环乙撑酯的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大环内酯香料的生产方法，尤其涉及一种由含长链二元酸的生物发酵液生产大环内酯的方法。
【背景技术】
[0002]麝香是雄麝的肚脐和生殖器之间的腺囊的分泌物，是一种珍贵的动物性香料，扩散性和诱发力极强，具有特殊的柔和而优雅的香气，与玫瑰、茉莉花精油一起驰名世界，无论是东方还是西方，人们一直对它有极大兴趣。麝香的香味浓郁，经久不散，对人的心理和生理系统有极其显著的影响，在香料工业和医药工业中都有十分重要的价值。
[0003]麝香具有良好的提香作用和极佳的定香能力，在调香中，如果缺少麝香等动物性香料，其香气就会缺乏动态情感；只有将动物性香料应用于香精等配方，才起到定香、烘托、圆润与平衡整个香气的作用，给整个香气带来活力，并赋以动人的情感。
[0004]天然麝香的主要成分为大环麝香，包括C13-19的环酮、大环内酯、杂环化合物等，性能稳定、无毒，因此也是人们研究的热点。大环内酯麝香化合物是一种非常重要的麝香香料，在香料领域素有“香料之王”美誉，其香气高雅华贵、留香持久，应用在香料中具有提香、圆香和定香作用，通常用做修饰剂和定香剂，大环内酯是调配麝香系列高级香妆品的物质，也是调制葡萄酒、白兰地等饮料食品的重要食用香精，还广泛应用于皂类、洗发护肤、洗涤剂等领域。
[0005]目前制备大环内酯香料主要品种是十三烷二酸环乙撑酯和十二烷二酸环乙撑酯，它们的原料主要是长链二元酸和乙二醇，常用的合成方法为醇酸酯化形成线性聚酯，然后解聚环化成大环内酯。国内的专利报道了合成工艺的开发，如CN1174976C公开的大环内酯麝香化合物的制造方法，通过缩聚和解聚环化步骤制备得到，也有专利报道了产品类型的开发如CN1085956A公开的麝香混合大环双内酯化合物。
[0006]合成大环内酯的原料长链二元酸，目前主要利用生物发酵方法生产，以正构烷烃、脂肪酸及其衍生物为碳源，利用微生物双末端氧化的功能制取长链二元酸，然后进行提取。微生物发酵时形成包括空气、烷烃、水和菌体的四相体系，在发酵过程中要通过机械搅拌、乳化剂等方式将碳源形成小油滴，微生物才能接触到碳源，利用和氧化碳源产生二元酸；因此，长链二元酸发酵液中包含了水相、油相(底物残余等)、固相(菌体残余蛋白质等)，其中油水双液相间的乳化现象增加了相间混合的复杂性，这给长链二元酸的提取和精制带来困难。
[0007]生物发酵制备长链二元酸的过程中，发酵的底物包括烷烃、脂肪酸(或酯)，这些都与水不容，在发酵的时候需要乳化，在提取的时候都要破乳，导致生产效率低下。如中国专利CN1108286A公开了一种长链二元酸的精制方法，并可以含有溶剂的长链二元酸湿饼作为原料制备麝香T。这种方法需要先去除残余的发酵底物烷烃，由于在发酵液中油水乳化，去除烷烃比较困难，导致步骤多、耗时长、效率低。
[0008]日本专利JP昭56-15695A公开了一种溶剂抽提方法进行提取长链二兀酸,但是抽提法溶剂挥发严重，毒性大，一方面造成浪费，另一方面污染环境。
【发明内容】
[0009]针对目前生物发酵液中长链二元酸提取和应用中存在的提取效率低下的问题，本发明提供了一种由含所述长链二元酸的生物发酵液制备环乙撑酯的方法。
[0010]本发明第一个方面提供了一种长链二元酸环乙撑酯的生产方法，所述长链二元酸最为十二碳二元酸、十三碳二元酸中的一种或二者的混合物；所述方法包括如下步骤:
[0011]步骤1，将含长链二元酸的生物发酵液直接进行酸化沉淀，并进行固液分离，得到固体混合物，将所述固体混合物干燥至水分重量含量为< 5% ；
[0012]步骤2，用水分重量含量为< 3%的乙二醇溶解所述固体混合物，过滤去除杂质；
[0013]步骤3，过滤后的长链二元酸乙二醇溶液，通过长链二元酸与乙二醇的缩聚、解聚环化后得到长链二元酸环乙撑酯。
[0014]含长链二元酸的生物发酵液是微生物发酵生产长链二元酸结束后得到的多相混合物，包含水分、发酵底物残余、长链二元酸盐、菌体和其它杂质，也可以是长链二元酸发酵结束后，对发酵液经过处理，除去发酵液中的除长链二元酸盐以外的一种或者多种其它组分或降低其含量后得到的多相混合物(即发酵液的处理液)。所述的含长链二元酸的生物发酵液可以是专利文件CN2091272C公开的以烷烃、脂肪酸为底物，生物法转化得到得到的长链二元酸发酵液；所述的含长链二元酸的生物发酵液可以是专利文件CN101121653B公开的以脂肪酸衍生物为底物，生物法转化得到的长链二元酸发酵液。
[0015]在本发明一种优选实施例中，步骤I所述固液分离一般采用过滤去除液体，其中，在一些实施例中，所述过滤采用板框过滤的方法。
[0016]长链二元酸发酵结束时，发酵液的pH值一般在7.0以上，长链二元酸以盐的形态溶解在长链二元酸发酵液中。长链二元酸在常温下基本不溶于水，工业生产上，长链二元酸发酵液通过酸化来使长链二元酸沉淀。
[0017]在本发明的一种优选实施例中，所述酸化优选为通过添加无机酸来实施。
[0018]其中，所述无机酸的添加量通过控制pH值来实现，本发明中，将发酵液pH值调节至PH值为4.0或4.0以下(室温条件下)。
[0019]其中，所述无机酸可以是盐酸、硫酸、磷酸、硝酸等中的任意一种或几种的混合物，并优选为硫酸。
[0020]所述无机酸的浓度没有特别的要求，只要不破坏长链二元酸的分子结构即可。
[0021]含长链二元酸的生物发酵液添加无机酸，长链二元酸沉淀完毕后，生成以长链二元酸和菌体为主要不溶物的混合溶液。对该溶液进行固液分离，得到长链二元酸和菌体为主体的混合固体。常用的固液分离方式包括离心、过滤等。
[0022]在从发酵液中分离长链二元酸和菌体之前，为提高分离的效率，可以采取对发酵液进行加热等处理方法。
[0023]得到长链二元酸和菌体的混合物之后，需要对该固体混合物进行进一步的脱水处理，将其中的大部分水分蒸发，控制干燥后固体的水分含量在5%以下(w/w)。
[0024]在本发明一种优选实施例中，步骤I所述固体混合物干燥至水分重量含量< 3%。
[0025]在得到干燥的固体混合物之后，加入乙二醇，升温，溶解长链二元酸。
[0026]发明人发现，因发酵液中的杂质复杂，有大量胶体状物质存在，在有水分存在的条件下，菌体黏度很大，极难过滤。这会导致长链二元酸的乙二醇溶液黏度大，菌体难以除去。发明人意外的发现，通过控制长链二元酸与菌体混合固体的水分含量，然后控制加入的乙二醇的水分含量，得到水分含量较低的长链二元酸乙二醇溶液，可以有效的缓解，甚至彻底解决菌体难过滤的问题。在本发明条件下的长链二元酸乙二醇溶液，以菌体为主体的杂质容易分离，得到澄清的长链二元酸乙二醇溶液。长链二元酸乙二醇溶液和以菌体为主体的杂质的分离，可以常用常规的工业分离方法，如过滤、离心等方式。
[0027]在本发明一种优选实施例中，步骤2中乙二醇的用量一般以有效溶解混合固体中的长链二元酸为宜。本发明中乙二醇的用量一般不低于(大于等于)长链二元酸重量的3倍，优选3-5倍。
[0028]在本发明一种优选实施例中，乙二醇溶解长链二元酸的温度，一般不应低于70°C(彡 70°C)，优选 75-95 °C，更优选 75-90 °C。
[0029]在本发明一种优选实施例中，长链二元酸的乙二醇溶液过滤之前还可以通过活性炭脱色等去除杂质的手段，以进一步脱除长链二元酸溶液中的杂质。
[0030]在本发明一种优选实施例中，步骤3缩聚、解聚环化制备长链二元酸环乙撑酯的方法可以是采用任意现有的方法，如中国专利CN1174976C公开的一种制备大环酯类麝香化合物的方法；又例如，中国专利CN1085956A公开的一种大环双内酯化合物的制备方法。
[0031]在本发明一种优选实施例中，步骤3中所述缩聚反应过程一般分常压聚合、减压聚合两步进行，其中所述常压聚合的步骤为:惰性气体(如氮气、氩气、氦气等)环境下，当物料温度到100°c开始搅拌，继续升温，使物料温度由150°C经过3小时升温到180°C -190°C；在180°C _190°C保持4小时后，常压聚合反应结束。所述减压聚合步骤为:在180°C _190°C，真空度300Pa (绝对压力)以下(越低越好)，减压聚合大约2小时结束。
[0032]本发明所述步骤3中解聚环化的反应条件为250_350°C和彡0.0OlMPa (绝对压力)。
[0033]本发明步骤3所得长链二元酸环乙撑酯还可以进行进一步精馏得到成品。
[0034]应当理解的是，本发明上述各个方面及其各种优选实施例，在没有特别说明的情况下，可以由本领域技术人员不受限制的进行任意组合。
[0035]本发明中用乙二醇直接从发酵液中制取长链二元酸乙二醇溶液作为反应原料，然后反应得到香料成品。而现有工艺是从二元酸精制产品出发，反应得到香料成品。本工艺与现有的长链二元酸环乙撑酯生产工艺相比，实现破乳和去除固体杂质的协同处理，减少了专门的提取烷烃残余的步骤，同时减少了长链二元酸的降温结晶步骤，节约了溶剂和生产费用，工艺流程更短，产品收率更高。
【具体实施方式】
[0036]本发明部分术语的定义如下
[0037]“酯交换反应”指的是植物油与醇生成脂肪酸单酯和甘油的催化化学反应，酯交换反应可以在酸催化、碱催化或酶催化的条件下进行。