從乳酸發酵液中提取乳酸的新工藝的製作方法
2023-05-09 15:58:16 1
專利名稱：從乳酸發酵液中提取乳酸的新工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分離和提純乳酸的工藝，具體是涉及一種用膜從乳酸發酵液中分離和提純乳酸的工藝。
背景技術：
乳酸作為一種重要的有機酸，廣泛存在於人體、動物體和植物中。乳酸、乳酸鹽及其衍生物，在食品、飼料、化工和醫藥等領域具有廣泛的應用。近年來，L-乳酸聚合生成的聚L-乳酸作為新型材料，製造的生物降解塑料、綠色包裝材料及家用薄膜等，解決了日益嚴重的環境汙染問題，引起了世界的廣泛關注，被認為是新世紀最有發展前途的新材料，應用前景非常廣闊。乳酸的生產方法包括發酵法、化學合成法和酶法。目前，高光學純度的L-乳酸的生產以微生物發酵為主，發酵菌種為乳桿菌、米根黴等。對乳酸發酵液的提取分離，我國目前普遍採用的乳酸鈣結晶一酸解工藝存在提取率低，成品純度不高，存放穩定性差等問題。乳酸鈣結晶一酸解工藝的流程大致如下上遊發酵液經升溫、鹼化處理後，除去菌體、蛋白質等膠體雜質。得到的乳酸鈣醪液經濃縮結晶，離心分離除去母液，得到乳酸鈣晶體。加熱復溶後，用硫酸進行酸解，加入適量活性炭脫色，分離去除硫酸鈣和活性炭殘渣，得到粗乳酸溶液。然後將粗乳酸溶液分別通過陰、陽離子交換樹脂，去除其中的雜質離子，所得溶液再經濃縮至80%以上，即得成品乳酸溶液。該工藝具有易於控制，設備要求簡單等優點，但產品提取率低，純度不高。造成目前乳酸提取率低和純度不高的原因有發酵液中的糖類、蛋白質和色素等主要雜質不能有效去除，顯著影響了乳酸鈣結晶率和純度；採用多次活性炭脫色使乳酸鈣和乳酸的損失率高達30% ;工藝中除糖不充分，導致成品乳酸中的殘糖或其它還原性物質影響產品的品質
發明內容
基於乳酸鈣結晶-酸解工藝的不足，本發明提供一種從乳酸發酵液中提取乳酸的新工藝。其技術解決方案是一種從乳酸發酵液中提取乳酸的新工藝，其包括以下步驟(I)將乳酸發酵液加熱至80 90°C，添加氫氧化鈣調節pH至10 12，保溫攪拌15 60分鐘後過濾得到料液I ;(2)向料液I中加入絮凝劑聚丙烯醯胺，靜置I 6小時後，過濾得到濾液2 ；(3)用活性炭對濾液2脫色，活性炭與乳酸發酵液的質量比為O. 05 100 I 100，脫色溫度為65 800C，脫色時間為30 70min，再先後用板框和無機陶瓷膜過濾得到濾液3 ；(4)用板式換熱器對濾液3降溫，使濾液3的溫度由60 80°C降到45 60°C，然後用有機納濾膜過濾得到濾液4 ；(5)對濾液4依次採取濃縮、降溫結晶、離心、洗晶、乾燥，製得乳酸鈣晶體；(6)加蒸餾水重溶乳酸鈣晶體，在低於80°C下加熱使其完全復溶，加入硫酸進行酸解得粗乳酸；(7)用陰、陽離子交換樹脂去除粗乳酸中的雜質離子；(8)濃縮得成品乳酸，其純度為95% 98%。優選的，步驟(5)中在三效濃縮鍋中進行濃縮；在結晶缸中進行降溫結晶。優選的，步驟(6)中硫酸的重量百分比濃度為40% 98%。
本發明的有益技術效果是基於現有乳酸鈣結晶一酸解工藝除雜不充分，導致需要多次結晶且結晶率不高，最終影響了產品的純度和提取率，本發明工藝對其進行優化，在結晶之前增加了兩次膜過濾，即無機陶瓷膜過濾和有機納濾膜過濾，其中，無機陶瓷膜過濾去除了濾液2中微小的不溶性固體雜質、菌體、膠體物質和大分子的糖類等雜質；有機納濾膜過濾去除了濾液3中的低分子糖份和多價離子，從而能充分去除糖、蛋白質、色素等主要雜質，使最終製得的成品乳酸純度高達95% 98%，並使乳酸結晶收率由原來的70%提高到85%以上，大大降低了生產成本。另外，本發明工藝所得廢液因含有高濃度的單糖，可作為其它產品發酵的原料被利用，減少了廢液的排放。同時本發明工藝在晶體復溶之前採用活性炭脫色，簡化了乳酸分離提取的工藝流程。
具體實施例方式本發明的主要工藝流程包括發酵液一脫蛋白一去除菌體一活性炭脫色一板框過濾一無機陶瓷膜過濾一板式換熱器降溫一有機納濾膜過濾一濃縮一次結晶一離心乾燥一重溶一酸解一離子交換樹脂柱一濃縮得成品。為了獲得高質量、高收率的乳酸產品，無機陶瓷膜過濾與有機納濾膜過濾是很重要的步驟。同時為了使無機陶瓷膜與有機納濾膜能夠充分發揮其過濾效果，並使最終製得的成品乳酸能夠獲得高純度與高結晶收率，本發明工藝在進行兩次膜過濾之前的前處理工序較現有乳酸鈣結晶-酸解工藝又有所區別。如前處理工序中添加氫氧化鈣調節pH至10 12，保溫攪拌15 60分鐘；又如優選絮凝劑聚丙烯醯胺，靜置I 6小時；如脫色用活性炭與乳酸發酵液的質量比為O. 05 100 I. 5 100，脫色溫度為65 80°C，脫色時間為30 70min等。下面列舉幾個實施例進行更為具體的說明實施例I在含有葡萄糖、酵母提取物、蛋白腖、K2HP04、乙酸鈉、MgSO4 · 7H20,MnSO4 · H2O的培養基中接種乳酸菌，加入碳酸鈣作為中和劑，發酵製得乳酸發酵液。加熱至85°C，添加氫氧化鈣調節PH至11，保溫攪拌20分鐘後，用濾布過濾除去乳酸發酵液中的碳酸鈣等不溶物得到料液I。向料液I中加入絮凝劑聚丙烯醯胺，靜置4小時後，過濾得到濾液2。然後在65°C的溫度條件下，按活性炭與料液I的質量比為O. 05 100加活性炭於料液I中脫色40min，再先後用板框和無機陶瓷膜過濾得到濾液3。用板式換熱器對濾液3降溫至55°C，然後用有機納濾膜過濾得到濾液4。濾液4先經三效濃縮鍋濃縮到乳酸鈣濃度為160g/L，再在結晶缸中降溫結晶，最後離心乾燥得到乳酸鈣晶體。加蒸餾水重溶晶體，在70°C下加熱使其完全復溶，加入重量百分比濃度為45%的硫酸進行酸解得粗乳酸。用陰、陽離子交換樹脂去除其中的雜質離子，濃縮得純度為95%的成品乳酸。實施例2在含有葡萄糖、酵母提取物、蛋白腖、K2HP04、乙酸鈉、MgSO4 · 7H20,MnSO4 · H2O的培養基中接種乳酸菌，加入碳酸鈣作為中和劑，發酵製得乳酸發酵液。加熱至80°C，添加氫氧化鈣調節PH至12，保溫攪拌30分鐘後，用濾布過濾除去乳酸發酵液中的碳酸鈣等不溶物得到料液I。向料液I中加入絮凝劑聚丙烯醯胺，靜置3. 5小時後，過濾得到濾液2。然後在70°C的溫度條件下，按活性炭與料液I的質量比為O. I 100加活性炭於料液I中脫色40min，再先後用板框和無機陶瓷膜過濾得到濾液3。用板式換熱器對濾液3降溫至60°C，然後用有機納濾膜過濾得到濾液4。濾液4先經三效濃縮鍋濃縮到乳酸鈣濃度為140g/L， 再在結晶缸中降溫結晶，最後離心乾燥得到乳酸鈣晶體。加蒸餾水重溶晶體，在70°C下加熱使其完全復溶，加入重量百分比濃度為65%的硫酸進行酸解得粗乳酸。用活性炭脫色，陰、陽離子交換樹脂去除其中的雜質離子，濃縮得純度為98%的成品乳酸。實施例3在含有葡萄糖、酵母提取物、蛋白腖、K2HP04、乙酸鈉、MgSO4 · 7H20,MnSO4 · H2O的培養基中接種乳酸菌，加入碳酸鈣作為中和劑，發酵製得乳酸發酵液。加熱至90°C，添加氫氧化鈣調節PH至10，保溫攪拌40分鐘後，用濾布過濾除去乳酸發酵液中的碳酸鈣等不溶物得到料液I。向料液I中加入絮凝劑聚丙烯醯胺，靜置3. 5小時後，過濾得到濾液2。然後在80°C的溫度條件下，按活性炭與料液I的質量比為I : 100加活性炭於料液I中脫色35min，再先後用板框和無機陶瓷膜過濾得到濾液3。用板式換熱器對濾液3降溫至50°C，然後用有機納濾膜過濾得到濾液4。濾液4先經三效濃縮鍋濃縮到乳酸鈣濃度為120g/L，再在結晶缸中降溫結晶，最後離心乾燥得到乳酸鈣晶體。加蒸餾水重溶晶體，在70°C下加熱使其完全復溶，加入重量百分比濃度為60%的硫酸進行酸解得粗乳酸。用活性炭脫色，陰、陽離子交換樹脂去除其中的雜質離子，濃縮得純度為97%的成品乳酸。
權利要求
1.一種從乳酸發酵液中提取乳酸的新工藝，其特徵在於包括以下步驟 (1)將乳酸發酵液加熱至80 90°C，添加氫氧化鈣調節pH至10 12，保溫攪拌15 60分鐘後過濾得到料液I ; (2)向料液I中加入絮凝劑聚丙烯醯胺，靜置I 6小時後，過濾得到濾液2； (3)用活性炭對濾液2脫色，活性炭與乳酸發酵液的質量比為0.05 100 I : 100，脫色溫度為65 800C，脫色時間為30 70min，再先後用板框和無機陶瓷膜過濾得到濾液3 ； (4)用板式換熱器對濾液3降溫，使濾液3的溫度由60 80°C降到45 60°C，然後用有機納濾膜過濾得到濾液4 ； (5)對濾液4依次採取濃縮、降溫結晶、離心、洗晶、乾燥，製得乳酸鈣晶體； (6)加蒸餾水重溶乳酸鈣晶體，在低於80°C下加熱使其完全復溶，加入硫酸進行酸解得粗乳酸； (7)用陰、陽離子交換樹脂去除粗乳酸中的雜質離子； (8)濃縮得成品乳酸，其純度為95% 98%。
2.根據權利要求I所述的一種從乳酸發酵液中提取乳酸的新工藝，其特徵在於，步驟(5)中在三效濃縮鍋中進行濃縮；在結晶缸中進行降溫結晶。
3.根據權利要求I所述的一種從乳酸發酵液中提取乳酸的新工藝，其特徵在於，步驟(6)中硫酸的重量百分比濃度為40% 98%。
全文摘要
本發明公開了一種從乳酸發酵液中提取乳酸的新工藝，該工藝流程如下發酵液→脫蛋白→去除菌體→活性炭脫色→板框過濾→無機陶瓷膜過濾→板式換熱器降溫→有機納濾膜過濾→濃縮一次結晶→離心乾燥→重溶→酸解→離子交換樹脂柱→濃縮得成品。以上工藝流程經過兩次膜過濾，即無機陶瓷膜過濾和有機納濾膜過濾，其中無機陶瓷膜過濾去除了濾液中微小的不溶性固體雜質、菌體、膠體物質和大分子的糖類等雜質；有機納濾膜過濾去除了濾液中的低分子糖份和多價離子；從而使最終製得的成品乳酸純度高達95%～98%，並使乳酸結晶收率由原來的70%提高到85%以上，大大降低了生產成本。
文檔編號C07C51/47GK102976923SQ20121055009
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者李悅明, 張希銘, 徐建春, 夏修巒, 王紹良 申請人:青島科海生物有限公司