1、丁二酸(Succinic Acid)，又名琥珀酸，是一種重要的碳四平臺化合物，是許多重要化學中間體的原料，在食品、醫(yī)藥、表面活性劑、洗滌劑、綠色溶劑、生物可降解塑料和動植物生長刺激物等領域有廣泛的應用前景。
　　 丁二酸傳統(tǒng)生產(chǎn)方法采用的是從丁烷經(jīng)順丁烯二酸酐通過電解生產(chǎn)，生產(chǎn)污染大、成本高，嚴重抑制了丁二酸這一大宗化學品的發(fā)展?jié)摿?。生物法生產(chǎn)丁二酸的主要原料是葡萄糖及木糖等糖類物質，其來源廣泛且價格低廉，并在厭氧發(fā)酵過程中吸收

2、固定溫室氣體CO2用于菌株的代謝，可降低丁二酸的生產(chǎn)成本，這對于進一步拓展基于丁二酸的大宗化學品市場，減少對石油等化石資源的依賴具有重要意義。
　　 由于生化產(chǎn)品的特殊性質及體系的非牛頓流體特性，使得生化產(chǎn)品的分離過程非常復雜，涉及的操作單元多，工藝流程長，其下游提取成本往往占總成本的一半以上，甚至高于80％。因此，針對丁二酸這一大宗化學品的生物法制備體系開發(fā)高效、低成本的下游提取工藝將對于進一步提升生物法制備工藝的競爭能力具有

3、重要的現(xiàn)實意義。
　　 本文在課題組穩(wěn)定的發(fā)酵工藝基礎上，根據(jù)厭氧發(fā)酵法制備丁二酸體系所具有的固含物少、發(fā)酵液黏度低以及產(chǎn)物相對簡單等特點，有針對性地對丁二酸下游提取工藝進行了研究，主要研究內容如下：
　　 1.離子交換分離提取丁二酸
　　 (1)樹脂的篩選
　　 分別選用不同載體和活性基團的陰離子交換樹脂，在模擬體系下對樹脂進行篩選，并根據(jù)吸附量確定強堿201和弱堿D301為合適的樹脂類型。
　　

4、 (2)樹脂吸附特性研究；
　　 對201樹脂和D301樹脂的吸附速率曲線和吸附等溫線進行了測定。結果表明，上述兩種樹脂對丁二酸的吸附均為非優(yōu)惠型吸附；
　　 分別對201樹脂和D301樹脂分離提取丁二酸的工藝條件進行了研究，確定了料液pH和離子濃度為主要的影響因素。在模擬體系下，當固液比為1(g)：100(ml)，溫度為室溫，pH為4.14時，201樹脂和D301樹脂對丁二酸的飽和吸附量分別為200mg/g(干樹脂)

5、和375mg/g(干樹脂)。
　　 在上述最佳工藝條件下，利用實際發(fā)酵體系對樹脂吸附性能進行了進一步的考察。結果表明，兩種樹脂的吸附效果均有不同程度的下降，201和D301樹脂對丁二酸的吸附量分別為55mg/g(干樹脂)和35 mg/g(干樹脂)。
　　 在其最適條件下，考察了201樹脂對丁二酸發(fā)酵體系的動態(tài)吸附和洗脫過程，確定了動態(tài)吸附條件即：上樣濃度為15g/L，上樣流速為2ml/min，洗脫劑為1mol/L鹽酸，洗

6、脫方式為梯度洗脫。在最佳條件下，丁二酸回收率超過80％，但丁二酸的動態(tài)吸附量僅有25mg/mL(濕樹脂)。
　　 2.基于膜法分離丁二酸的工藝研究
　　 由于實際發(fā)酵體系中離子強度較高，且存在諸如甲酸、乙酸等副產(chǎn)物的競爭性吸附，離子交換樹脂對丁二酸的交換吸附容量較低，難以滿足大規(guī)模制備的要求，且分離過程中需消耗大量的酸、堿和水。因此，本研究針對厭氧發(fā)酵制備丁二酸的發(fā)酵液的特點(固含物少、發(fā)酵液黏度低以及產(chǎn)物相對簡單)，建

7、立了基于膜分離技術的丁二酸分離工藝，并對工藝條件進行了初步的優(yōu)化。具體研究內容如下：
　　 (1)微濾法實現(xiàn)發(fā)酵液的固液分離。選用孔徑為2μm的微濾膜作為分離介質。用濃鹽酸調節(jié)pH至5.0，將丁二酸發(fā)酵液稀釋至丁二酸濃度約25g/L，保溫35℃，在85mL/min的循環(huán)流速下進行過濾。微濾平均通量為8.6L/m2.h，除菌率可達99.6％，蛋白去除率達87％，脫色率達92％，兩次全過濾后丁二酸收率≥93％，三次全過濾后丁二酸收率

8、≥98％；
　　 (2)超濾法去除發(fā)酵液中的生物大分子。選用截流分子量為6kD～8kD的超濾膜為分離介質，將經(jīng)過膜微濾的丁二酸發(fā)酵液在常溫條件下，以85mL/min的循環(huán)流速，在0.005Mpa的初始壓差下通過超濾膜。超濾平均通量為2.53L/m2.h，蛋白去除率97.35％，濾液中蛋白濃度≤5mg/L，脫色率約29％，超濾液透光率≥60％，丁二酸收率≥98％。
　　 (3)活性炭脫色。確定型號為3032的活性炭為脫色劑

9、，活性炭用量為0.35％，脫色pH為5.0，脫色時間為30min，脫色溫度為50℃。所得脫色液的透光率≥93％，丁二酸收率≥99％。
　　 (4)結晶法獲得丁二酸產(chǎn)品。采用真空濃縮-冷卻結晶工藝，從脫色液中直接獲得丁二酸產(chǎn)品。確定了最佳濃縮比為5，最佳pH值為2.5，最佳攪拌轉速為200rm/min，加晶種的起晶方式，循環(huán)冷凝水冷卻的降溫方式為最佳的結晶工藝，一次結晶收率≥70％。所得產(chǎn)品晶體色澤純白、晶形均勻，純度≥98％。<