水杨酸的微生物发酵制取方法及应用

水杨酸的微生物发酵制取方法及应用
摘要：水杨酸及其衍生物是重要的精细化工中间体，本文介绍以萘作为原料，经过发酵生产水杨酸的过程和形成工业化生产的关键问题，即提高转化率的一些方法。

水杨酸在国内主要用于生产阿斯匹林，我国是世界上最大的阿斯匹林供应国。

由于近年发现其许多新用途，故国内外市场前景良好。

关键词：水杨酸，萘，微生物，发酵。

水杨酸又名邻经基苯甲酸是重要的精细有机合成中间体，是医药、香料、染料、橡胶助剂等精细化学品的重要原料。

水杨酸最早用于合成医药阿斯匹林，后来用于合成香料冬青油。

70年代后，用于合成农药水胺硫磷、甲基异柳磷等杀虫剂品种，并用于合成直接染料和酸性媒介染料。

目前国内已有近30家工厂生产水杨酸，生产水平参差不齐。

水杨酸它的传统生产方式是化工合成办法，如：苯酚常压法、苯酚中压法、邻甲苯酚法、邻硝基甲苯法、邻甲基苯磺酸法。

其反应需高温，能耗大，而且“三废”也多。

以萘作为原料的微生物发酵法生产水杨酸的研究已有40多年的历史，至今仍处于试验室的研究开发之中。

在该发酵过程中，所用的微生物菌株是荧光极毛杆菌或肾炎棒状杆菌。

目前，在试验室中，生成的水杨酸浓度可达每立升发酵液为20克水杨酸。

为使这一发酵过程成为工业化生产，人们正在进一步开发研究各种工艺路线。

1、萘的发酵方法。

萘在微生物发酵代谢中，由于微生物酶的催化作用，将会转换成水杨酸。

在这一转换过程中，微长物的生长繁殖，一方面以萘作为碳源，另外，还需合适的培养基。

因为微生物在生长过程中，需要其它元素，如氮、磷等。

以萘作原料生产水杨酸的典型培养基组成如表1所示。

微生物的生长发育，要求有一合适的周围环境条件，例如：温度、PH值、供氧状况等。

对于萘的发酵，最适宜温度为28±0.5℃；PH值为6～7；该发酵过程是耗氧性的，其空气供给速率控制在每立升发酵液，每分钟通入净化消毒空气为500毫升左右。

对于微生物发酵过程，及时了解各种物理、化学和生物参数的变化是非常重要的。

那么，如何来检测发酵液中水杨酸、微生物和萘的浓度呢？关于水杨酸的测量，通常利用水杨酸与三价铁（如三氯化铁）的变色反应来测量它的浓度。

因为液体的颜色变化可用分光光度计来测量。

检测微生物生长状态和它的浓度有许多方法，其中简单易行的有三种：一是光浊度法。

随着微生物的生长繁殖，使发酵液中的浊度产生变化，这样，就可以用分光光度计来测量微生物的浓度。

但是，在选用这种方法时，应尽力避免发酵液中其它组份对浊度变化的影响。

二是细胞平板计数法。

即取一定数量的样品，经过稀释处理，用特定的计数板，再在显微镜下观测计数。

三是细胞质干重秤量法。

这种方法，首先把一定数量的样品中的水份滤去，然后在真空干燥箱内烘干，设定合适的烘干温度，使残留的萘随之升华，经冷却后，最后来秤量。

但是，这种方法需要较多的试样，否则很难准确秤量。

萘在发酵液中的测量，也可以利用其与无水氯化铝在三氯甲烷溶液中的变色反应来进行。

其颜色的深浅将随试样中萘的浓度变化而改变，同样，也可以用分光光度计来检测。

萘的浓度测量比较困难，因为萘几乎不溶于培养基的液体中，很大一部分是处于悬浮状态，因此，取样时不易均匀一致，这就严重影响测量的准确性。

2、提高水杨酸产率的方法
以萘作原料发酵生产水杨酸是在液体培养基中进行的，而萘在常温下为固体，蒸汽压也低，在水中的溶解度亦很低。

因此，使萘在培养液中完全分散，以便与菌体有着充分的混和和良好的接触，有效地利用萘，这成为提高水杨酸产量和萘的转化率的重要问题。

S.K.Tangnu等人提出利用乳化剂，如梨糖、卵磷脂等，加入到培养基溶液中，使萘的微小颗粒充分而均匀地悬浮在培养液中，以供菌体使用。

在萘的发酵研究中发现，当发酵液中水杨酸的累积浓度达到一定值以后，一方面将要抑制微生物菌体的生长，另一方面，水杨酸本身也会进一步分解。

针对这一情况，就要求设法及时移走水杨酸，使发酵液中保持较低的水杨酸浓度。

解决这一问题有两条工艺路线。

一是用离子交换树脂吸附分离发酵液中的水杨酸，使发酵液中水杨酸的浓度保持在比较低的水平（要求水杨酸的浓度小于2g/L3，从而使菌体良好地生长。

在应用这种方法时，所用的离子交换树脂，需预先加以消毒处理。

在离子交操树脂再生好以后，需用发酵用的培养液加以平衡处理，同
时，调整其PH值，然后，再用来吸附发酵液中的水杨酸。

否则，离子交换树脂的加入，将会毒害发酵液中的微生物。

另一种方法是采用膜分离技术。

通过渗析膜的渗析分离，把发酵液中含有水杨酸的液体部分地渗析出来，而让微生物体仍留在发酵液中。

然后，将渗析出来液体中的水杨酸移走，这一部分的液体再循环回到发酵器中，从而使发酵器内液体中的水杨酸浓度降低。

这一方法，一方面保证微生物良好地生长，防止水杨酸的分解，另一方面，提高了单位体积培养基生产水杨酸的能力。

塔式发酵器的开发利用，也为提高水杨酸的产率提供了较好的方法。

在塔式发酵器中装有筛板，把塔分成为多级发酵系统。

培养基和空气从塔的底部加入，从塔的顶部排出尾气和发酵产物，然后，把水杨酸从发酵液中加以分离，而培养基再循环使用，从而提高水杨酸的产率。

3、水杨酸的应用
水杨酸是重要的精细化工原料。

在医药工业中，水杨酸本身就是一种用途极广的消毒防腐剂。

作为医药中间体，它可用于合成抑氮磺胺(Salazosulfanilamidum)、水杨酸偶氮磺胺二甲嘧啶（Salazosulfdimidine）、解热止痛药阿司匹林（Aspirin）、水杨酸钠（Natrii salicylas）、水杨酰胺（Salicylamide）、乙氧酰苯氨（Ethoxybenzamidum）、扑炎痛（Benorylatum）、二氟苯水杨酸（Diflunisal）、水杨酸萘酯（Salinaphtol）、乙酰水杨酰胺(Salacetamide)、罗匹宁（Lopirin）、芬胺呋（Fenamifuril）、沙利芬（Saliphen）、醋醚水杨胺（Salicylamid-o-Essigsaure）、如芦伐腙（Ruvazone）、阿尼拉酯水杨酸(Salicylic acid)，又称为B氢氧基酸(BHA)、B柔肤果酸。

它还可用于合成香料，农药、燃料等。

水杨酸是一个具有广泛用途的化工中间体。

目前国内对其应用方面的研究尚不深入，只是在医药、农药方面用量较大。

因此，应大力开发其衍生产品，不断提高水杨酸的质量，降低生产成本，以满足精细化工行业的需要。

发酵工业历来都是依靠糖类和淀粉等碳水化合物作为原料，因此，长期存在着与人争粮的问题。

而随着石油发酵技术的不断开发，利用石油作为发酵工业的原料，可为发酵工业展现出广阔的前景。

在这一研究领域中，目前不仅能在汽油微生物脱蜡的同时，进行石油蛋白的生产，还可以借助微生物发酵对烃类进行加工生产有机酸、脂肪酸、氨基酸、维生素以及糖类等。

此外，由于微生物发酵过程，其中微生物酶具有良好的催化反应选择性，因此，可以使石油发酵产品纯度高，副反应少，这不仅有利于产品的精制提纯，而且“三废”处理问题也少。

参考文献：
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