孫麗華

摘要：1,3-丙二醇（1,3-Propanediol，簡(jiǎn)稱1,3-PD）是重要的溶劑和化工原料，主要用于合成聚酯，聚氨酯等可生物降解材料。本文討論采用化工工業(yè)傳統(tǒng)的沉淀法除去發(fā)酵液中的鹽類物質(zhì)，同時(shí)可回收各種副產(chǎn)品，產(chǎn)生增值效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：1,3-丙二醇；發(fā)酵液

目前，工業(yè)上主要采用丙烯醛水合法，環(huán)氧乙烷法等化學(xué)法合成1,3-PD，化學(xué)合成法設(shè)備投資大，技術(shù)難度高，需要重金屬催化劑，污染環(huán)境，因此各國(guó)都致力于研究開(kāi)發(fā)生物合成1,3-PD的技術(shù)[2]。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇具有條件溫和原料可再生，對(duì)環(huán)境污染少等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是在發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，分離和精制過(guò)程所需的費(fèi)用占成本的很大部分，例如傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)（如抗生素、乙醇、檸檬酸）分離和精制部分占整個(gè)工廠投資費(fèi)用的60%，面對(duì)重組DNA發(fā)酵，精制蛋白的費(fèi)用可占整個(gè)費(fèi)用的80%-90%。目前我國(guó)1,3-丙二醇的微生物發(fā)酵生產(chǎn)大多處于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)前的試驗(yàn)階段，居高不下的成本是導(dǎo)致工業(yè)化進(jìn)程延后的主要因素之一，發(fā)酵液中有相當(dāng)部分的鹽類物質(zhì)影響1,3-丙二醇的分離與精制，現(xiàn)今采用的脫鹽方法基本以電滲析除鹽為主，電滲析法除鹽除固定的設(shè)備投資外，膜的投資額度較高，且需要較高的維護(hù)費(fèi)用，且電滲析法的除鹽后鹽水的排放對(duì)環(huán)境有一定的影響，若采用廢水處理，又會(huì)增加一部分的成本。

1 材料與方法

1.1 發(fā)酵液

實(shí)驗(yàn)用的發(fā)酵液，可由各種產(chǎn)1,3-丙二醇的微生物經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)而得到。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與化學(xué)試劑

離心機(jī)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)皿、5升量杯、電子稱、高效液相色譜、分析純硫酸、分析純乙醇。

1.3 分析方法

發(fā)酵液中的甘油、1,3-PD、2.3-丁二醇以及琥珀酸 、乳酸、乙酸、乙醇采用SHIMADZU HPLC測(cè)定色譜柱為Ammex Hpx-87H柱，柱溫65℃，流動(dòng)相為濃度0.005md/L的H2SO4，流速為0.8ml/min；檢測(cè)器為RID-10A型折光示差檢測(cè)器。

2 實(shí)驗(yàn)方法

向除去菌體后的發(fā)酵液體中加入硫酸后，濃縮、離心分離鹽類物質(zhì)，再用乙醇（安全、易得、易分離）浸洗出鹽類物質(zhì)所吸附的產(chǎn)品以提高收率，此方法利用了基本化學(xué)原理——相似相溶的原理。

3 結(jié)果與討論

3.1 濃縮后加H2SO4。

將去除菌體后的發(fā)酵液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮至原體積的2/10~1/10，后加入與體積中各種有機(jī)酸鹽等摩爾離子濃度H2SO4，充分?jǐn)嚢枞缓箪o置、沉降分離完全后進(jìn)行離心分離，在轉(zhuǎn)數(shù)為6000rpm條件下收率為90%，在轉(zhuǎn)數(shù)為4000rpm條件下產(chǎn)出收率為85%。分離出來(lái)的鹽為硫酸鈉，可精制后，作為副產(chǎn)品。說(shuō)明此方法是具有實(shí)用價(jià)值的，需要進(jìn)一步探討方法以提高產(chǎn)品收率、降低離心能耗。

3.2 濃縮前加H2SO4

將除去菌體后的發(fā)酵液用H2SO4調(diào)PH值到3~3.5，靜置沉淀后取上清液濃縮至原體積的2/10-1/10再靜置，沉降可觀察到固液分離明顯。采用2000rpm離心后，產(chǎn)品收率可達(dá)95%以上，前后分離出來(lái)的硫酸鈉均可精制后作為副產(chǎn)品，此方法相比2.1方法收率提高，能耗降低可更進(jìn)一步探討方法的改進(jìn)進(jìn)而提高產(chǎn)品收率。

3.3 濃縮前加硫酸，濃縮后加乙醇浸洗

將除去菌體后的發(fā)酵液用H2SO4調(diào)PH值到3~3.5靜置，沉降取上清液濃縮至原體積的2/10-1/10，沉降離心，將上清液取出用95%的乙醇浸洗沉降物，然后再離心，將浸洗離心出的上清液與每一次離心的上清液再次濃縮，同時(shí)回收乙醇，濃縮液進(jìn)入蒸餾工序進(jìn)一步精制得到產(chǎn)品，1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乙酸、乳酸，同時(shí)經(jīng)浸洗后的硫酸鈉經(jīng)精制提純后作為副產(chǎn)品，產(chǎn)品收率可達(dá)99.5%以上。

本實(shí)驗(yàn)表明，1,3-丙二醇發(fā)酵液的除鹽在加入硫酸是可行的前提下，再使用乙醇浸提，可使1,3-丙二醇在此過(guò)程中的損失率降至1%以下，相比前兩種方法更具有工業(yè)可操作性。

結(jié)論

1,3-丙二醇發(fā)酵液的脫鹽處理完全可采用加H2SO4沉降加乙醇浸洗，且較易獲得較高產(chǎn)品收率，更可達(dá)到將所有副產(chǎn)品回收的目的，不僅提高經(jīng)濟(jì)效益，而且可同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的污染。

參考文獻(xiàn)

[1]Zen A P,Biebl H.Bulk Chemicals from biotechnology： the case of 1,3-propanediol production and the new trends[J].Afvances in Biochemical Engineering /Biotechnology, 2002,75:240-259.

[2]劉艷杰、趙慶田、蔣巍等，1,3-丙二醇的生產(chǎn)技術(shù)分析[J]，化學(xué)工程師，2002,(1):45-22.

[3]俞俊常、唐孝宣，生物工藝學(xué)，ISBN7-5628-0150-9/TQ，20.