阅读说明：本技术 一种对1,3-丙二醇发酵液进行浓缩的方法 (Method for concentrating 1, 3-propylene glycol fermentation liquor ) 是由 樊亚超 张霖 师文静 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：一种对1,3-丙二醇发酵液进行浓缩的方法,向未灭菌的1,3-丙二醇发酵液中一次性投入生石灰,生石灰与发酵液的质量比为0.3:1～1:1,反应后进行过滤,得到浓缩的1,3-丙二醇发酵液。本发明的技术方案中,大量生石灰一次性投加到1,3-丙二醇发酵液中,生石灰与水迅速反应,一方面吸附大量的水,对发酵液体积实现了浓缩,另一方面反应过程释放大量的热,能使发酵液温度迅速升温,可达到完全除菌的效果,无需对发酵液进行灭菌,升温还能引发发酵液中蛋白的变性,使可溶性蛋白等杂质从体系中析出,升温还会带走一部分水分,对发酵液中的水具有很好的脱除效果。生成的氢氧化钙还起到助滤剂的作用,降低过滤过程的压力,使过滤变得简单。(A method for concentrating 1, 3-propanediol fermentation liquor comprises the steps of adding quicklime into unsterilized 1, 3-propanediol fermentation liquor at one time, wherein the mass ratio of the quicklime to the fermentation liquor is 0.3: 1-1: 1, reacting, and filtering to obtain the concentrated 1, 3-propanediol fermentation liquor. According to the technical scheme, a large amount of quicklime is added into the 1, 3-propylene glycol fermentation liquor at one time, the quicklime reacts with water rapidly, on one hand, a large amount of water is adsorbed, the volume of the fermentation liquor is concentrated, on the other hand, a large amount of heat is released in the reaction process, the temperature of the fermentation liquor can be raised rapidly, the effect of complete sterilization can be achieved, the fermentation liquor does not need to be sterilized, the protein in the fermentation liquor can be denatured due to the temperature rise, impurities such as soluble protein can be separated out of the system, a part of water can be taken away due to the temperature rise, and the effect of removing the water in the. The generated calcium hydroxide also plays a role of a filter aid, reduces the pressure in the filtering process and simplifies the filtering.)

一种对1,3-丙二醇发酵液进行浓缩的方法

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，尤其涉及一种对1,3-丙二醇发酵液进行浓缩的方法，属于发酵液后处理技术。

背景技术

1,3-丙二醇是重要的大宗化工原料，是新型聚酯-聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）的单体原料。PTT由于具有良好的弹性、可染性、柔软性和抗污染性，成为应用非常广泛的新型聚酯纤维，具有良好的工业化前景。目前1,3-丙二醇的生产方法有化学合成法和微生物发酵法。相对于化学合成法，微生物发酵法具有原料可再生、反应条件温和、操作简便、环境友好等优点。随着生物柴油生产规模的不断扩大，其副产物甘油的产量不断增加，价格不断下降，因此以甘油为底物发酵生产1,3-丙二醇的工艺路线越来越具有竞争力，然而1,3-丙二醇发酵液中，目标产物仅有10%（wt）左右，其余大部分为水，由于发酵液体系的复杂性以及大量水的存在使得目标产物的分离提取成本超过了总成本的50%，这也是生物法工业化规模生产1,3-丙二醇的瓶颈问题。

吴如春等在文章《1,3-丙二醇发酵液后提取技术研究进展》以及孙启梅等在文章《发酵液中1,3-丙二醇分离提取的研究进展》均综述了从发酵液中分离提取1,3-丙二醇技术的研究进展。1,3-丙二醇具有沸点高、亲水性强的特点，因此要将1,3-丙二醇从含量在10%（wt）左右的发酵液中提取出来是一项艰巨的任务。因此，1,3-丙二醇的分离提取过程需要寻找一条高效、低耗、环保的工艺路线。一般而言，分离纯化1,3-丙二醇需要3个步骤，第一步是通过膜过滤、高速离心和溶剂沉淀等方法去除菌体等高分子物质；第二步是通过离子交换、电渗析等方法去除盐类，最后一步是通过双水相萃取、精馏和离子交换层析等方法纯化1,3-丙二醇。然而，目前针对1,3-丙二醇的分离技术成本依然较高，1,3-丙二醇与水的分离，目前大部分是通过蒸馏实现的，需要蒸发掉大量的水，效率低，成本高，且在过程中需要对体系进行预处理，脱除体系中的盐、蛋白等杂质，解除对蒸馏过程的影响。一些研究者尝试引入新的技术优化1,3-丙二醇分离提取工艺，如采用反应萃取法降低1,3-丙二醇的强极性和强亲水性后实现1,3-丙二醇与水的分离，但该方法更适合于目标产物浓度较低的体系，处理量较小，且需要催化剂催化。对于1,3-丙二醇的分离，提高目标产物的浓度，高效减少体系中水的含量是分离技术的关键。

发明内容

本发明针对现有技术中1,3-丙二醇发酵液后处理过程中存在的目标产物浓度低，后续分离过程中尤其是脱盐处理时体量大，及过滤过程压力大需要频繁更换过滤膜或添加助滤剂的问题，本发明提供一种对1,3-丙二醇发酵液进行浓缩的方法，并且可同时灭菌，经济高效地实现对发酵液中大部分水分的脱除，同时降低了过滤过程的难度。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：

一种对1,3-丙二醇发酵液进行浓缩的方法，向未灭菌的1,3-丙二醇发酵液中一次性投入生石灰，生石灰与发酵液的质量比为0.3:1~1:1，反应后进行固液分离，得到浓缩的1,3-丙二醇发酵液。

进一步的，生石灰与发酵液的质量比优选为0.5:1~1:1。

进一步的，初始的1,3-丙二醇发酵液中1,3-丙二醇的含量为30g/L~150g/L，优选为50g/L~120g/L。

进一步的，所述过滤采用板框过滤、陶瓷膜过滤、真空转鼓过滤或离心的方式实现。

本发明具有如下优势：

（1）本发明的技术方案中，大量生石灰一次性投加到1,3-丙二醇发酵液中，生石灰与水迅速反应，一方面消耗大量的水，对发酵液体积实现了浓缩，另一方面反应过程释放大量的热，能使发酵液温度迅速升温，可达到完全灭菌的效果，无需再对发酵液进行灭菌，升温还能引发发酵液中蛋白的变性，使可溶性蛋白等杂质从体系中析出，升温还会带走一部分水分，对发酵液中的水具有很好的脱除效果；同时温度的升高降低了发酵液的粘性，有利于后续的过滤分离。

（2）生成的氢氧化钙溶解度小，而且体系中的水已经大量参与了反应，大部分氢氧化钙会从水中析出，在过滤过程中氢氧化钙还起到助滤剂的作用，对过滤过程中形成的滤饼起到支撑作用，改善了滤饼结构，使滤饼有良好的的渗透性及较低的流动阻力，从而降低过滤过程的压力，使过滤变得简单；溶解的少量氢氧化钙利用后续脱盐过程去除。

（3）本发明的技术方案虽简单，却巧妙解决了很多1,3-丙二醇发酵液的精制前的前处理问题，使体系大大得到浓缩，减轻了后续脱盐过程的压力，有利于降低能耗，减少了单批次发酵液处理量，从而减少了设备投资，降低了成本。

（4）反应产生的固体氢氧化钙与发酵菌体可经焚烧后进行回收利用氢氧化钙（氧化钙与水反应是工业生产氢氧化钙的方法之一），如用于发酵过程pH的控制等；同时，处理了发酵过程中产生的菌体。

本发明的其它特征和优点将在随后的

具体实施方式

部分予以详细说明。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本实施例中所用的发酵液是克雷伯氏菌菌种经批式流加甘油发酵获得，发酵液中1,3-丙二醇的质量百分数为7.5%。

实施例1

（1）取发酵完的未经灭菌处理的1,3-丙二醇发酵原液2kg，向发酵液中加入生石灰1.4kg，均匀搅拌10min后，静置30min，水温升高至100℃，发酵液中菌体死亡并沉降，体系的质量减少了460g（水蒸发带走）。

（2）将步骤（1）处理的发酵液进行板框过滤，得到发酵清液1kg，发酵液中水分的大量脱除，极大减轻了后续精制的压力；氢氧化钙的存在加快了板框过滤的速度，降低了板框过滤所需的压力，过滤效率提升了30%。

将步骤（2）中固液分离得到的固体进行焚烧处理，处理掉发酵菌体，得到氢氧化钙固体1.8kg。

实施例2

（1）取发酵完的未经灭菌处理的1,3-丙二醇发酵原液2kg，向发酵液中加入生石灰2kg，均匀搅拌10min后，静置30min，水温升高至100℃，发酵液中菌体死亡并沉降，体系的质量减少了770g。

（2）将步骤（1）处理的发酵清液进行板框过滤，得到发酵清液540g，发酵液中水分的大量脱除，极大减轻了后续精制的压力。氢氧化钙的存在加快了板框过滤的速度，降低了板框过滤所需的压力，过滤效率提升了40%。

将步骤（2）中固液分离得到的固体进行焚烧处理，处理掉发酵菌体，得到氢氧化钙固体2.6kg。

实施例3

（1）取发酵完的未经灭菌处理的1,3-丙二醇发酵原液2kg，向发酵液中加入生石灰2kg，均匀搅拌10min后，静置30min，水温升高至100℃，发酵液中菌体死亡并沉降，体系的质量减少了775g。

（2）将步骤（1）处理的发酵清液进行真空转鼓过滤，得到发酵清液545g，发酵液中水分的大量脱除，极大减轻了后续精制的压力。

将步骤（2）中固液分离得到的固体进行焚烧处理，处理掉发酵菌体，得到氢氧化钙固体2.6kg。

实施例4

（1）取发酵完的未经灭菌处理的1,3-丙二醇发酵原液2kg，向发酵液中加入生石灰2kg，均匀搅拌10min后，静置30min，水温升高至100℃，发酵液中菌体死亡并沉降，体系的质量减少了760g。

（2）将步骤（1）处理的发酵清液采用孔径100nm的陶瓷膜过滤，得到发酵清液550g，发酵液中水分的大量脱除，极大减轻了后续精制的压力。

将步骤（2）中固液分离得到的固体进行焚烧处理，处理掉发酵菌体，得到氢氧化钙固体2.6kg。