长链二元酸的生物合成ppt课件.ppt

长链二元酸生物合成 1 长链二酸 长链二元酸是指含有10个以上碳原子的直链二羧酸HOOC CH2 n COOH n9 18 是一类用途广泛和重要的精细化工原料 是合成麝香 T 共聚酰胺热熔胶 尼龙工程塑料等特殊用品的主要原料 长链二元酸在自然界是不存在的 目前生产这种产品的主要方法有化学合成法和生物发酵法两种 目前 国外生产长链二元酸主要利用化学合成法 但其合成条件苛刻 高温高压 而且化学合成法生产长链二元酸目前只能生产到十二碳二元酸 从理论上来说 二元酸中含有的碳原子越多 就意味着材料的柔韧性越好 防腐蚀 抗紫外线的能力越强 作为精细化工的重要原料 长链二元酸的生产技术目前只有美国 德国 日本和中国掌握 我国是目前唯一应用微生物发酵技术实现多种长碳链二元酸大规模工业化生产的国家 2 合成高级润滑油 用十二碳二酸与辛醇合成的二酯除可用作喷气式发动机和燃汽轮机用耐高温型高级润滑油以外 还可用作低温润滑脂的基础油料 可以在一45 下润滑 可在高空 高寒地区使用 2006年我国润滑油产量570多万吨 2007年7月山东省润滑油产量3 6万吨 1 7月累计22 1万吨 其中高级润滑油对二元酸的需求巨大 高级尼龙工程塑料 又称PF尼龙 耐磨性 轮胎寿命提高5 10倍 良好的耐热性和成型加工性 替代有色金属用于机械和汽车行业 耐腐蚀 绝缘性 柔软性 制成光导纤维护套 地对空导弹的绳索 降落伞的绳索 石油管道等其他 合成高档尼龙热熔胶 合成高级尼龙粉末涂料 合成高级油漆 合成高级香料 合成耐寒性增塑剂 合成高温电介质 长链二元酸应用 3 长链二元酸来源 植物油裂解制取 十三碳和十五碳二元酸 DCl3和DCl5 可分别从菜子油和蒜头果油裂解制取 缺点是受农田和气候限制 不能大规模生产 化学合成法制取 只有十二碳二元酸 DCl2 可以丁二烯为原料化学合成生产DCl2 但环境污染严重 成本高 生物合成法制取 开辟了长链二元酸新来源 优点 1 常温常压 条件温和 不造成环境污染 2 从CIl C18的各种长链二元酸都可以工业生产 3 以石油副产物正烷烃为原料 在生物酶的催化下 一步加上4个氧原子 生成二羧酸 步骤少 产酸量高 收率高 成本低 可大规模工业化生产 4 长二元酸生产状况 5 长链二元酸生物合成 长链二元酸的合成工艺主要包括 1 菌种培养 2 摇瓶种子 3 种子罐培养 4 发酵罐培养 6 长链二元酸生物合成原理 目前主要通过热带假丝酵母代谢烷烃来产生长链二元酸 7 长链二元酸生产选育 菌种选育1 自然界筛选得到的热带假丝酵母野生菌株产酸水平低 而且都是10个碳以下的短链混合二元酸 进过多次诱变筛选等手段选育而得 可以氧化癸烷到十八烷的正烷烃生成相应链长的长链二元酸 2 培育出既有高活力 氧化又具有低活力 氧化的优良菌株 8 长链二元酸菌种选育 菌种选育3 方法 1 亚硝基胍处理诱变 2 紫外线照射处理诱 3 亚硝酸钠处理诱变 4 多倍体诱变育种 5 N 离子注入诱变 6 构建基因工程4 中国科学院微生物研究所陈远童研究员在菌种选育和发酵工艺做出巨大贡献 研究水平超过世界水平 9 长链二元酸菌种选育 10 长链二元酸发酵 11 长链二元酸发酵 种子罐培养石油发酵生产长链二元酸的过程中 一般采用二级种子罐培养 一级种子培养的目的在于大量繁殖活力强的菌体 培养基组成应以少含糖分 多含有机氮为主 培养条件从有利于长茵考虑 为了发酵所需要的足够数量的菌体 在一级种子培养的基础上进而扩大到种子罐的二级种子培养 12 长链二元酸发酵 发酵罐培养目前国内外生产DCA都采用传统的深层发酵工艺 该工艺为间歇式多级培养发酵 种子培养采用逐级扩大的方法 即从斜面到摇瓶 再依次一级 二级和三级种子罐逐级培养后 转入发酵罐进行目的产物生产 采用这种方式 种子培养累计时间要4天左右 由于培养周期长 转接种次数多 使种子的染菌率大大增加 为了提高生产水平 缩短种子培养周期 降低种子的染菌率 抚顺石油化工研究院对传统发酵工艺进行了改进 采用重复批式发酵工艺生产DCA 取得较好的效果 13 长链二元酸发酵 14 长链二元酸发酵 长链二元酸发酵特点 1 四相体系的发酵 糖质原料 发酵时菌体 空气和水三相体系 烃类发酵 是菌体 空气 烃类 油 和水四相体系 2 需氧量和放热量大 氧化增加了四个氧原子 因此需氧量太微生物发酵正烷烃生成二元酸时 增加了四个氧原子 因此需氧量太 有人经过试验和计算 认为烷烃发酵需氧量和故热量都是糖发酵时的2 3倍 3 长链二元酸在水中溶解度小 15 长链二元酸发酵 发酵工艺及条件的控制 1 搅拌速度 氧容量 烷烃分散度增加 2 pH控制 生长pH 5 0 产酸pH 8 0 3 溶解氧 Do 通气量 罐压 搅拌速度 4 罐压控制 一定得空气压 5 温度控制 30 不低28 不高32 6 补料 及时补料 16 长链二元酸提取 发酵液预处理 加入破乳剂 尿素 杀死菌体 使发酵液分层 烷烃层 乳化层 清夜层和菌体沉降层 静置除去残油 利用离心或膜过滤法分离菌体 二元酸清液及发酵残余的底物 二元酸精提 1 水相法 2 溶剂法 3 酯化法 17 长链二元酸提取 二元酸精提 1 水相法1 将长链二元酸粗产品加热熔融 然后加入吸附剂吸附杂质 保温过滤出吸附剂后降温结晶得到精制长链二元酸产品 2 通过长链二元酸单盐结晶步骤有效地降低产品中蛋白质和色素等杂质含量 并结合菌体分离 酸析结晶和干燥等步骤 精制长链二元酸产品 18 长链二元酸提取 二元酸精提 2 溶剂法1 利用相似相容原理选用由一种溶剂或几种溶剂组成的混合溶剂溶解二元酸 用活性炭脱色后过滤除去菌体等杂质 降温 结晶得N 元酸产品 2 萃取 先用溶剂A溶解二元酸 然后加入与A不互溶的溶剂B使二元酸或杂质转移入溶剂B中 静置分层后 将含有二元酸的液层除去溶剂而达到提纯精制目的 19 长链二元酸提取 二元酸精提 3 酯化法酯化法对原料纯度要求不高 精制后的链二元酸纯度可达99 以上 酯化法是使酸与低碳醇进行酯化反应生成酯 生成的酯经皂化水解 酸析结晶得到精制二元