利用膜設備純化衣康酸發酵液或從衣康酸母液中提取衣康酸的方法
2023-10-20 01:19:42 2
專利名稱：利用膜設備純化衣康酸發酵液或從衣康酸母液中提取衣康酸的方法
技術領域：
利用膜設備純化衣康酸發酵液或從衣康酸母液中提取衣康酸的方法，本發明涉及利用膜設備分離純化、提取衣康酸發酵液和母液中衣康酸的方法。屬於膜分離技術和衣康酸製備技術領域。
背景技術：
衣康酸學名為甲叉琥珀酸，或亞甲基丁二酸，是不飽和二元有機酸。其結構式如下所示。
衣康酸分子內部含有兩個活潑的羧基和一個雙鍵，雙鍵和羧基呈共軛關係，使得衣康酸的性質非常活潑，能進行各種加成反應，酯化反應和聚合反應，是化學合成工業的重要原料，因此廣泛應用於化學合成行業，一般由發酵法生產。
衣康酸發酵液經提取衣康酸後剩餘的含高濃度衣康酸液體稱為母液。母液經再次提取衣康酸後剩餘的液體稱為二次母液。以次類推可產生三次母液、四次母液等。
現有的衣康酸提取技術只能去除發酵液中少量的蛋白質、多糖、生產菌株的孢子以及色素等大分子，而它們是造成母液粘度大的主要原因，通過採用膜分離手段將它們去除，便可降低母液粘度、提高衣康酸晶體的析出率，從而大大提高發酵法生產衣康酸的總收率。
目前，除了普遍使用的濃縮結晶法，一些專利和文獻公開了衣康酸的提取方法，大致有3種，萃取法、沉澱法和離子交換樹脂法，如林立等《衣康酸提取工藝的優化研究》，天津輕工業學院學報.2003.18(2).20-22採用732和D301樹脂對發酵液提取過程中的一次母液進行分離提純，楊陽等《衣康酸發酵生產後提取研究》，生物技術.2001.11(3).46-48採用鉛鹽沉澱、硫酸酸解和碳酸氫銨再生幾個步驟組成工藝流程，從發酵液或母液中提取衣康酸，謝衛國等《溶劑萃取法分離提取衣康酸》，化工學報.2001.52(1).46-49研究了溶劑萃取法提取衣康酸的工藝，陳德《衣康酸結晶母液處理工藝的探討》，四川食品與發酵.2002.38(2).27-30也比較了鈣鹽沉澱法、離子交換法和溶劑萃取法處理衣康酸一次母液的效果，但這些方法都存在明顯的缺陷。
對於離子交換法，母液中不帶電荷的殘糖，部分色素和膠體物質、金屬離子等經陰柱可以去除，但SO42-、Cl-等陰離子能隨衣康酸一起被樹脂吸附，因此所得到的衣康酸粗品需進一步淨化處理。另外，由於母液顏色深，為減輕色素對離子交換柱的汙染，在進離子交換柱之前，母液必須先經活性炭柱脫色，以去除大部分色素。但是由於母液的顏色太深，炭柱的脫色效率很低。該方法不僅提取效率低，樹脂的再生需要消耗額外的原料，如氨水、鹽酸等，也將額外產生幾十倍於母液體積的廢水。洗脫液中的衣康酸濃度也很低，在濃縮過程中還將消耗大量的能量。
其次萃取法，它的缺點主要是在萃取過程中需要加入大量的NaCl，不僅產生了高濃鹽廢水，萃取效率不高，而且還引入了有機溶劑，對環境造成二次汙染。
此外還有採用鈣鹽法處理的研究，鈣鹽法處理的基本原理是酸鹼中和反應，所得衣康酸鈣較難溶於水，可分離出來。再以硫酸酸解衣康酸鈣製取衣康酸，此時總收率會下降到50％以下。由於常溫下衣康酸的溶解度較大，因此提高收率的辦法只能是多次濃縮，這樣處理費用增加，且隨著濃縮次數的增加濾液顏色隨之加深。沉澱法需要消耗大量的硫酸、碳酸鈣或碳酸氫銨，也不利於最終濾液的處理和衣康酸的提取，存在非常大的缺陷性。
所有對衣康酸廢母液處理的研究中都存在較多的缺陷，如處理效果差、收率低等，並且處理過程中產生大量的廢水導致二次汙染。由於衣康酸的特殊性質和結構，它的應用越來越廣，其市場需求量也越來越大。但越是這樣，如果不能對二次母液進行有效的處理，資源浪費和環境汙染現象也就越嚴重。
發明內容
本發明要解決的技術問題之一是利用膜設備純化衣康酸發酵液的方法；本發明需要解決的技術問題之二是利用膜設備從衣康酸母液中提取衣康酸的方法，以提高總收率。
本發明的技術方案利用膜設備純化衣康酸發酵液或從衣康酸母液中提取衣康酸的方法，是採用膜設備對衣康酸發酵液或衣康酸母液進行過濾，殘留液體中加入自來水或去離子水進一步採用膜設備過濾出其中的衣康酸，再將濾過液進行活性炭脫色、濃縮、結晶，得到合格的衣康酸產品。
所用膜設備為截留分子量為100萬道爾頓-1000萬道爾頓的納濾膜、或截留分子量為1000萬道爾頓以上的超濾膜。
發酵液或母液中的衣康酸濃度在0.1％～80％，包括飽和析晶的衣康酸母液，不限所含晶體量。
膜過濾的溫度為10～80℃。膜過濾的溫度最佳操作條件為35-45℃。
膜分離開始時都不用加水的，逐次過濾後的殘留液中加入的水為原發酵液或母液體積的1％～200％。即100g發酵液或母液加水1g～200g。
本發明的有益效果採用本發明的處理方法，比目前國內採用的提取方法明顯地提高發酵法生產衣康酸的提取總收率，從而降低了生產成本，而且沒有加入額外的化學試劑，沒有二次汙染的缺陷。
具體實施方法膜設備純化衣康酸發酵液首先採用板框或帶式過濾機或納濾膜、超濾膜和微濾膜等設備除去發酵液中的菌絲，再將過濾清液通過超濾膜或納濾膜設備，過程中控制溫度10～80℃，用1％～200％的去離子水或普通工業用水稀釋後進一步過濾出殘留液中的衣康酸得第二次的過濾液，最後將過濾液濃縮結晶，必要時進行脫色、二次結晶，最後得到衣康酸合格產品。
膜處理衣康酸母液提取衣康酸將衣康酸母液或作適當稀釋後的母液通過超濾膜或納濾膜設備，過程中控制溫度10～80℃，分別得到過濾液和殘留液，殘留液用1％～200％的去離子水或普通工業用水進一步用超濾膜或納濾膜設備過濾出殘留液中的衣康酸，最後將過濾液濃縮結晶，必要時進行脫色、二次結晶，最後得到衣康酸合格產品。
實施例1取含衣康酸171.6 g/L的母液250L，分別採用平均截留分子量(萬道爾頓)為200和500的納濾膜對其進行處理，當殘留液體為30L(濃縮倍數為8.33)時，連續加入自來水使殘留液的體積維持在30L左右，操作過程中控制溫度35～45℃，最後將過濾液進行濃縮結晶、脫色、重結晶，結果如下
注膜過濾收率＝過膜後得到的衣康酸/過膜前總的衣康酸總收率＝過膜後再經過結晶後得到的衣康酸/過膜前總的衣康酸實施例2取含衣康酸73.2g/L的發酵液250L，分別採用平均截留分子量(萬道爾頓)為200和500的納濾膜對其進行處理，當殘留液體為15L時，連續加入去離子水(或普通工業用水)使殘留液的體積維持在15L左右，操作過程中控制溫度35～45℃，最後將過濾液進行濃縮結晶、脫色、重結晶，結果如下
實施例3取含衣康酸80g/L的發酵液，經過濾去除菌後，分別採用平均截留分子量(萬道爾頓)為2000和3000的超濾膜對其進行處理，當殘留液體為20L(濃縮倍數為12.5)時，連續加入去離水(或普通工業用水)使殘留液的體積維持在20L左右，操作過程中控制溫度35～45℃，最後將過濾液進行濃縮結晶、脫色、重結晶，結果如下
實施例4取含衣康酸161.5g/L的母液(可為任意道數的母液)250 L，分別採用平均截留分子量(萬道爾頓)為2000和5000的超濾膜對其進行處理，當殘留液體為30L(濃縮倍數為8.33)時，連續加入自來水使殘留液的體積維持在30L左右，操作過程中控制溫度35～45℃，最後將過濾液進行濃縮結晶、脫色、重結晶，結果如下
權利要求
1.利用膜設備純化衣康酸發酵液或從衣康酸母液中提取衣康酸的方法，其特徵是採用膜設備對衣康酸發酵液或衣康酸母液進行過濾，殘留液體中加入自來水或去離子水進一步採用膜設備過濾出其中的衣康酸，再將濾過液進行活性炭脫色、濃縮、結晶，得到合格的衣康酸產品。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所用膜設備為截留分子量為100萬道爾頓-1000萬道爾頓的納濾膜、或截留分子量為1000萬道爾頓以上的超濾膜。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是發酵液或母液中的衣康酸濃度在0.1％～80％，包括飽和析晶的衣康酸母液，不限所含晶體量。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵是膜過濾的溫度為10～80℃。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵是膜過濾的溫度最佳操作條件為35-45℃。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵是膜分離開始時都不用加水的，逐次過濾後的殘留液中加入的水為原發酵液或母液體積的1％～200％。
全文摘要
利用膜設備純化衣康酸發酵液或從衣康酸母液中提取衣康酸的方法，屬於膜分離技術和衣康酸製備技術領域。本發明採用納濾膜、超濾膜或微濾膜等設備純化衣康酸發酵液或從衣康酸母液(可以為任意道數的母液)中進一步提取衣康酸，從而提高發酵法生產衣康酸的總收率。本發明具有收率高、產品質量好、運行成本低、操作簡便高效等特點，適用於工業化生產。
文檔編號C07C51/43GK101085734SQ20071002388
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月25日 優先權日2007年6月25日
發明者蔡宇傑, 丁彥蕊, 張大兵 申請人:江南大學