１，３－丙二醇的脫鹽工藝

孫麗華

摘要：1,3-丙二醇（1,3-Propanediol，簡稱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，同時可回收各種副產品，產生增值效應。

關鍵詞：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)氧乙烷法等化學法合成1,3-PD，化學合成法設備投資大，技術難度高，需要重金屬催化劑，污染環(huán)境，因此各國都致力于研究開發(fā)生物合成1,3-PD的技術[2]。微生物發(fā)酵法生產1,3-丙二醇具有條件溫和原料可再生，對環(huán)境污染少等一系列優(yōu)點，但是在發(fā)酵生產過程中，分離和精制過程所需的費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工廠投資費用的60%，面對重組DNA發(fā)酵，精制蛋白的費用可占整個費用的80%-90%。目前我國1,3-丙二醇的微生物發(fā)酵生產大多處于大規(guī)模工業(yè)化生產前的試驗階段，居高不下的成本是導致工業(yè)化進程延后的主要因素之一，發(fā)酵液中有相當部分的鹽類物質影響1,3-丙二醇的分離與精制，現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備投資外，膜的投資額度較高，且需要較高的維護費用，且電滲析法的除鹽后鹽水的排放對環(huán)境有一定的影響，若采用廢水處理，又會增加一部分的成本。

1 材料與方法

1.1 發(fā)酵液

實驗用的發(fā)酵液，可由各種產1,3-丙二醇的微生物經發(fā)酵培養(yǎng)而得到。

1.2 實驗設備與化學試劑

離心機、旋轉蒸發(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測定色譜柱為Ammex Hpx-87H柱，柱溫65℃，流動相為濃度0.005md/L的H2SO4，流速為0.8ml/min；檢測器為RID-10A型折光示差檢測器。

2 實驗方法

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，再用乙醇（安全、易得、易分離）浸洗出鹽類物質所吸附的產品以提高收率，此方法利用了基本化學原理——相似相溶的原理。

3 結果與討論

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酸鹽等摩爾離子濃度H2SO4，充分攪拌然后靜置、沉降分離完全后進行離心分離，在轉數為6000rpm條件下收率為90%，在轉數為4000rpm條件下產出收率為85%。分離出來的鹽為硫酸鈉，可精制后，作為副產品。說明此方法是具有實用價值的，需要進一步探討方法以提高產品收率、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，產品收率可達95%以上，前后分離出來的硫酸鈉均可精制后作為副產品，此方法相比2.1方法收率提高，能耗降低可更進一步探討方法的改進進而提高產品收率。

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，同時回收乙醇，濃縮液進入蒸餾工序進一步精制得到產品，1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乙酸、乳酸，同時經浸洗后的硫酸鈉經精制提純后作為副產品，產品收率可達99.5%以上。

本實驗表明，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，且較易獲得較高產品收率，更可達到將所有副產品回收的目的，不僅提高經濟效益，而且可同時降低對環(huán)境的污染。

參考文獻

[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-丙二醇的生產技術分析[J]，化學工程師，2002,(1):45-22.

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