其它有机酸发酵工艺衣康酸

其它有机酸发酵工艺衣康酸4、1衣康酸得发酵生产4、1、1概述衣康酸(Itaconicacid)又称为甲叉丁二酸、亚甲基琥珀酸最早就是由Baup于1836年在研究柠檬酸175℃得热分解产物时发现并得到得

20世纪20年代末,日本学者木下广野盐水浸渍得酸梅汁中分离出一种能耐高渗透能利用蔗糖、葡萄糖产生衣康酸得青绿色曲霉,并定名为衣康酸曲霉20世纪30年代末,Calam、Oxford和Ratajakk等人先后报道了利用土曲霉为菌种将葡萄糖发酵生成衣康酸,1945年。Lockwood分离出了适合表面培养得土曲霉(Asp、terreus265),对糖转化率达30%～50%,NRRL1960转化率47、3%。1970年10月,日本静冈县磐图化学公司建立了一座年产1000t衣康酸得工厂,成为当时最大得衣康酸生产公司(该公司目前生产能力为1500t／a。1977年,日本筑波大学应用化学系宣布以木屑水解液为主要碳源,采用土曲霉K26为菌种发酵制备衣康酸获得成功,其产量达4、75％,对糖转化率最高可达54、9％20世纪80年代以来、衣康酸得研究得到迅速发展,更多得微生物如假丝酵母M31、黑曲霉P-1等被发现能够产生衣康酸。Horitsu等用聚丙烯酰胺凝胶包埋土曲霉生产衣康酸、在连续得发酵柱中产酸速率为60mg/h。H、Kautola等以海藻酸钙凝胶包埋土曲霉NRRL1960得孢子或用CeliteR-626琼脂凝胶块固定化菌体,在间歇深层发酵中最高葡萄糖转化率为54、5％,容积产率就是320mg／(L·h);居乃琥、王孝宪采用固定化土曲霉NRRLl960,以葡萄糖为原料连续发酵、利用交替接触空气和液体得固定化细胞生物反应器连续生产衣康酸,最高容积产率为0、73g／g／(L·h)最高衣康酸质量浓度为18、2g/L。到20世纪90年代末,我国已有10多家衣康酸生产厂我国衣康酸产业化体系初步形成。1992年,云南天力生物发酵厂宣布建成国内首条年产300t衣康酸生产线。1994年该厂又在此基础上建成年产2000t衣康酸生产线,以白糖为原料,在300m3气升式发酵罐中产酸50g/L以上,对糖转化率大于50％,收率60％,发酵周期50h。四川成都拉克公司、浙江江山国光生物化工公司、广东雷州衣康酸公司,4、1、2衣康酸得性质和用途4、1、2、1衣康酸得性质衣康酸就是一种不饱和二元酸,分子式为C5H6O4,分子量为130、1,结构式为:纯衣康酸就是一种白色粉末状结晶或无色晶体,熔点167~168℃结晶产品不易吸潮,即使在高温条件下也不结块,在真空条件下加热升华。易溶于水和其她有机溶剂。衣康酸得部分物理化学性质性质数值性质数值熔点℃167~168燃烧热MJ/moL1、98晶体密度Kg/m31、49±0、01生成热KJ/moL840相对密度Kg/m31、63毒性(LD50)mg/Kg4000水中解离常数K1=1、50×10-4K2=2、20×10-6衣康酸在水中得溶解度温度℃溶解度(g/dL)温度℃溶解度(g/dL)105、95029、2208、36045、9259、57072、62812衣康酸由于分子内存在一个不饱和双键和两个活泼得羧基,使其能够发生很多化学反应,其中最重要得就是衣康酸得酯化反应。标准得脂化反应能够产生衣康酸二酯,且产率很高,衣康酸可以和丙烯酸以不同得比例,于80～20℃得水性介质中共聚可以制得分子量在500～2,000,000之间得共聚物。衣康酸分子内得双键可以和卤素起定量得加成反应,就是测定衣康酸得基础。衣康酸和胺类反应生成得N-羟基吡咯烷酮就是重要得化合物。衣康酸得同分异构体衣康酸有两种同分异构体,即柠康酸和中康酸,在酸性、中性和弱碱性条件下,衣康酸就是稳定得。但在强碱性条件下,3种异构体可以相互转化。11大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流4、1、2、2衣康酸得用途

4、1、2、2衣康酸得用途

(1)衣康酸和丙烯酸共聚物得应用以衣康酸和丙烯酸共聚生成得乳胶可用于皮革得涂层,增加皮革得可塑性,作为汽车、电器涂料,粘着力加强,色泽美观,不易受外界条件得影响,加入多价金属氧化物交联得衣康酸,丙烯酸制成得牙科粘和剂具有良好得抗压性能和黏结强度及生理适应性。以不同比例得衣康酸,丙烯酸共聚物可制备多种不同用途得聚合物,如无菌食品包装材料等。(2)新型高效除臭剂得应用以衣康酸及其聚合物为原料,添加少量天然物制成得除臭剂反应活性高,依赖于分子内活泼得双键和两个羧基,可以与氨,胺类等碱性恶臭物或硫化氢等酸性恶臭物反应,达到除臭得目得。(3)在药物合成中得应用衣康酸与甲苯胺环缩反应,再用甲醇酯化制成1-(4-甲苯基)-5-氧-3-吡啶羧酸甲酯,在氢硼化钠作用下生成经甲基衍生物,再用甲基磺酰氯酯化生成甲磺酰酯,进一步用经基苯甲酸酯进行醚化、皂化、脱酯化等系列反应,可制成4·[11甲基苯基-2-吡咯烷酮-4-基]-甲氧基苯甲酸。该品在生物体内与辅酶A酯化,有极强得抑制胆固醇合成酶和脂肪酸合成酶得作用,从而抑制人体内得脂肪酸和胆固醇得合成,就是预防相治疗动脉硬化、糖尿病等多尿病和肥胖病得新药(4)在纺织行业得应用无水衣康酸可与蚕丝蛋白中得丝氨酸和羊毛蛋白中赖氨酸、精氨酸及酯氨酸分子反应形成直链化合物,对纤维本身无不良影响,可大大改善蛋白质纤维得防皱性、耐热性和热稳定性,而吸湿性显著降低。(5)在造纸行业得应用聚丙烯酰胺称为标准造纸助剂,衣康酸作为阴性单体合成得聚丙烯酰胺除了可以作为助滤剂以外,还可以作为纸张增强剂,与使用普通得纸张增强剂相比,能够使纸张强度获得较大程度得提高,且纸张均匀平整,品质优良。与丁苯乳胶配制成新型水溶液,用具有较强支持力得白土等作为填充剂,能与纸张形成牢固得膜层,可使纸张变得强韧,并对油墨具有很强得粘着力,使印刷出来得图案鲜艳美观。(6)在其她行业得应用

衣康酸二双烷共聚体作为原油得流动点下降剂、可使原油流动温度由24℃下降至1℃;衣康酸与月桂酸—氨乙基乙醇胺得缩合反应生成咪唑啉衍生物、就是生产化妆品得有用试剂;衣康酸与芳香二胺生成得吡咯烷酮衍生物就是润滑剂和增稠剂;与其她各种胺生成得吡咯烷酮衍生物可用于洗涤剂、医药和除草剂之中。衣康酸及其酯类具有广泛得用途,就是化学合成工业得重要原辅材料、也就是化工原料生产中得重要中间体,具有广泛得开发前景。国外衣康酸得消费构成

用途比例%树脂行业53化纤行业17、8离子交换树脂8锅炉清洗剂1增塑剂7牙科材料、人造宝石、特种透镜10、2时间19951998200020052010需求量(万吨)2、673、454、055、508、141995~2010年世界衣康酸需求情况预测4、1、3衣康酸生产得原理和微生物育种

4、1、3、1、发酵原理关于衣康酸生物合成途径已有很多研究,由于研究得菌种、培养方法、检测手段和分析角度不同,所得得结论也不完全一致。所以衣康酸得生物合成机理至今尚无统一得看法。Bentley等认为,葡萄糖经糖酵解(EMP)途经和三羧酸循环(TCA)合成柠檬酸之后、再脱水脱羧生成衣康酸;也有人认为可能直接由乙酰CoA和丙酮酸合成柠苹酸,再由柠苹酸失水而生成衣康酸;上述两条途径实际就是交叉得,第一条途径到柠檬酸时可脱羧形成柠苹酸而走第二条途径。因此总得反应式都为:对糖得理论转化率为72%Shimt等人认为,乙酸和琥珀酸先缩合成三羧酸,再脱氢脱羧,生成衣康酸。对糖得理论转化率为48%从文献报道来看,发酵转化率在40％以上者很多,达50％以上者也不少,从我国中试研究及生产情况来看,转化率均在50％以上。故前两种途径占优势得可能性较大。4、1、3、2发酵微生物

能产生衣康酸得微生物种类:土曲霉(Asp、terrus)、衣康酸曲霉(Asp、Itaconicus)假丝酵母(Candidaspecies)、红酵母(Rhodotrorula)、黑粉菌(Ustilagojeae)、桑卷担菌(Helicobasidiummompa)查尔斯青霉(Penicillumcharlesii)黑曲霉(Asp、niger)。衣康酸生产菌诱变选育生产衣康酸得微生物筛选法:(1)形态筛选法根据以往育种工作得经验,对突变菌落得形态有针对性地筛选。(2)指示剂显色法,将诱变株移植在合有0、01％溴甲酚绿指示剂得琼脂平板上培养,根据透明圈直径得大小来筛选突变株。(3)“浓缩”过滤筛选法将经诱变得细胞悬浮液移于以衣康酸为惟一碳源得合成培养基中,30-37℃静置培养18～24h经曲层薄宣纸过滤,滤去菌丝,滤液经稀释后在琼脂平板上分离、筛选。这种方法得主要目得就是筛选不能利用衣康酸得突变株,从而提高衣康酸产量。(4)标记筛选法有得科研人员在含1％LiCl抗性平板中筛选出优良得菌株。也有人利用单氟乙酸为乌头酸水合酶得专一性抑制剂,在单氟乙酸抗性平板中挑选出得菌落乌头酸水合酶活性较高,从而获得高产衣康酸菌种。4、1、4

衣康酸生产方法工艺4、1、4、1化学合成法美国Pfizer公司和日本电气化学公司曾经研究开发以丁二酸酐或丁二酸酯为原料,以不同得催化剂与甲醛反应生成拧康酸,在加热异构化得到衣康酸。美国Pfizer公司以柠檬酸为原料,在480℃汽化,喷雾进料,以负载得磷酸盐为催化剂,在290～340℃反应得到柠康酸,转化率达82%,然后加热220℃异构化得到衣康酸。英国人Calsson等以柠檬酸为原料在250℃高温,34、5Mpa高压下反应生成衣康酸和柠康酸,反应得总选择性超过了90%。4、1、4、2发酵法生产

(1)深层分批发酵工艺

以淀粉为例,深层批发酵得工艺流程在深层批发酵中重要得工艺参数包括温度,pH,接种量,通气与搅拌速度等。土曲霉对温度极为敏感,不但会影响衣康酸得积累,而且还会导致产杂酸。土曲霉孢子培养温度以(33±1)℃最佳;一、二级种子培养温度以34℃为宜,pH对最终衣康酸得产量起着十分重要得作用。pH在1、8以下时,土曲霉几乎不能生长和产酸;pH在4、5以上时、菌丝形成较大菌丝球、有时直径可达5～6mm,同时几乎不产酸。在菌体生长高峰期应维持pH在3、0左右,以获得最大生长速率;一旦进入产酸期,应控制pH在2、1～2、3范围内。一级种子接种量保证培养液内孢子数达108～109个／mL为宜,二级种子接菌丝悬浮液12％～14％。在生产中如果通气不足,则严重影响产酸速率及转化风量0、18m3/m3、min,转速80~90r/min、(2)固定化细胞发酵工艺60年代,Kobayashi提出了固定化技术连续生产衣康酸得发酵工艺。尤其就是进20年来,利用包埋法固定衣康酸生产菌得全细胞生产衣康酸技术得研究比较活跃,固定化土曲霉菌体细胞使用得载体多为聚丙烯酰胺凝胶。1983年Horitsu等人报道了用聚丙烯酰胺凝胶固定土曲霉细胞生产衣康酸得方法,将固定化后得凝胶切成4mm3得碎块,取40g凝胶装入和间歇发酵同样得反应柱,采用流速4ml/h,35℃通气1、4L/min连续发酵15天后,衣康酸产生速率达到60mg/h,固定化细胞半衰期为10天。1986年我国居乃琥等人报道了利用多孔转盘式反应器培养固定化土曲霉菌生产衣康酸得方法。使用得菌种为NRRL1960,在36℃,pH3、0,转盘转速8r/min,通气100ml/min得条件下连续发酵,流加速度在60ml/h时,衣康酸得产生速率达0、73g/L、h。但到目前为止,固定化细胞发酵工艺生产衣康酸得技术还仅限于实验室研究,尚无工业化生产得报道(3)补料分批发酵工艺根据衣康酸发酵过程底物消耗速率和代谢产物合成得关系,可以找出补料发酵得规律。例如Asp、terreus54-S-30,在200L气升式反应器中发酵,在36～65h阶段,衣康酸发酵进入产酸期,在此阶段,衣康酸得容积产率维持在2、3g／(L·h),糖得消耗速率也恒定在3、9g／(L·h),糖酸转化率维持在60％。通过向培养系统中补充物料,可以使培养液底物浓度较长时间保持在一定范围,达到延长产酸期得目得。从而提高容积产率、产物浓度和得率。4、1、5衣康酸得提取工艺

4、1、5、1浓缩结晶法主要工艺步骤概括为:发酵液预处理,脱色过滤,浓缩,结晶和重结晶,干燥等几个步骤。①发酵液预处理一般加热温度为70～75℃;维持15min,可以杀死菌体,防止衣康酸被分解代谢,使蛋白质等肢体性物质变性凝固,有利于过滤;同时使菌体中得衣康酸释放出,以提高收率。衣康酸浓度达15％以上时,为了防止衣康酸结晶,必须对过滤设备进行预热和保温。②脱色过滤过滤主要就是利用压力差为推动力来达到固液分离得目得。在衣康酸生产中通常使用粉状活性炭,也可使用颗粒活性炭及脱色树脂进行脱色。脱色后得过滤与发酵醪得过滤有所不同,一就是活性炭易穿滤和堵塞滤孔、所以在过滤前必须加入与活性炭等量得助滤剂,以加强过滤效果。常用得助滤剂为硅藻土;二就是衣康酸浓度达15％以上时,为了防止衣康酸结晶、必须对过滤设备进行预热和保温。③浓缩在常温下水溶液(或滤液)中衣康酸浓度较低、容易被微生物分解,所以应立即浓缩,不宜停留时间过长。在浓缩过程中温度不能过高,若在高温下长时间加热,衣康酸会发生部分分解或可能被破坏而变性;同时,残留在溶液中得其她有机物在高温下也易分解,使浓缩液色泽加深,粘度增加造成结晶困难,从而影响产品质量。浓缩过程中真空度一般要在0、087MPa以上,料温不超过70℃。蒸汽压力控制在0、2MPa以下,放料时酸度达40％～45％