一種乳酸鹽的提純工藝的製作方法
2023-09-20 18:29:00
專利名稱：一種乳酸鹽的提純工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種乳酸鹽的提純工藝，尤其是涉及一種採用膜集成過程對發酵 法乳酸鹽的提純技術。
背景技術：
微量金屬元素(鈣、鐵、鋅、銅、鈉等)是人體生長發育所必需的礦物元素， 對人類健康有著重要的作用。由於飲食習慣和結構等方面原因，這些微量元素的 缺乏較常見，嚴重危害了人們的健康，尤其是兒童和老人。因此，這些微量元素 的補充對人類具有重要的意義。通常，人體必須通過有機酸鹽的方式對微量元素 進行攝入，乳酸鹽就是主要的載體之一。
乳酸鹽的製取通常包括採用成品乳酸與對應的鹼進行中和反應製得以及採 用生物發酵時添加鹼直接獲得兩種方法。前者必須釆用成品的乳酸，而成品乳酸 則是有生物發酵經過提純、化學反應等諸多步驟獲得，而後者則是在發酵時直接 中和再經過提純製得，具有節約物耗、能耗的優勢。常規製備乳酸鹽的方法是向 食品乳酸中添加對應的鹼發生中和反應，但是存在局部過熱、顏色加深、雜質有 機物的生成等諸多問題，導致乳酸鹽質量難以保證，且成本較高。我國專利 ZL99116651.5 ("乳酸鈉生產工藝")報導了首先採用乳酸與醇進行酯化反應製備 乳酸酯，再將得到的乳酸酯與氫氧化鈉或碳酸鈉反應經提純得到精製乳酸鈉。該 工藝的特點是必須進行兩歩化學反應，乳酸酯需經過蒸餾分離，能耗較高。關於 從發酵液中直接提取乳酸鹽的技術，專利NZ540895 ("recovery and purification of lactate from full fermentation liquid by electrodialysis")公開了一禾中釆用電滲析從 發酵液中回收和提純乳酸鹽的方法；汪群慧等申請的"從垃圾發酵液中提取和濃 縮乳酸鈉的頻繁倒極電滲析方法"(申請號200610009657.X),採用頻繁倒極方 法從垃圾發酵液中提取和濃縮乳酸鈉，在一定程度上對電滲析過程進行了強化。 這兩個採用電滲析技術從發酵液中提取乳酸鹽的方法能提高乳酸鹽的純度，但是 電滲析膜壽命較短、電流效率較低且耗電量較大。因此，低成本的乳酸鹽提純工 藝已經成為關鍵的研究技術。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有乳酸鹽提純技術中的一些不足而提供一種低 能耗、高收率、環境友好型的膜法乳酸鹽提純工藝。
本發明的技術方案為 一種乳酸鹽的提純工藝，其具體步驟如下採用壓力 驅動的多孔膜結合活性炭吸附過程對乳酸鹽發酵液進行一次過濾，所得滲透液再 採用超濾或納濾二次過濾，滲透出液為乳酸鹽溶液，再經過減壓蒸餾技術濃縮制 成乳酸鹽產品。
針對粗乳酸鹽的發酵液，先釆用多孔膜結合活性炭吸附過程脫除體系中的顆 粒、大分子物質，多孔膜過濾單元釆用採用的通量恢復裝置在線清除膜汙染，得 到的滲透液採用更超濾或納濾去除糖類、色素等雜質，滲透出液為一定純度的乳 酸鹽水溶液，通過減壓蒸餾技術濃縮可製成不同規格的產品。
本發明膜法乳酸鹽提純工藝是所述首先採用多孔膜結合活性炭吸附過程對 乳酸鹽發酵液進行澄清過濾，所述的多孔膜結合活性炭吸附過程是指採用多孔膜
結合活性炭對乳酸鹽發酵液進行過濾為在乳酸.Si:發酵液中添加活性炭，同時採用
多孔膜過濾；其中活性炭的加入量為活性炭加入乳酸鹽發酵液中後活性炭的質量 百分濃度為0.01% 5%。所述的採用壓力驅動的多孔膜結合活性炭吸附過程對 乳酸鹽發酵液進行一次過濾過程對乳酸鹽發酵液進行澄清過濾技術的運行效率
與工藝參數之間關係密切，通常在操作壓力0.01 0.5MPa，膜面流速l 5m/s， 過濾溫度5 80°C可正常運行，優選過濾溫度為40 70°C時過濾效果更佳。
其中所述的乳酸鹽為陽離子是一價或二價的乳酸鹽；優選為乳酸鈉、乳酸鉀、 乳酸銨、乳酸鈣、乳酸鐵、乳酸鋅或乳酸鎂。所述的乳酸鹽發酵液原料固含量為 5% 30%，料液溫度為20 80°C。
其中所述的多孔膜為陶瓷濾膜或金屬濾膜，'膜孔徑範圍為5nm 15pm;由 於發酵液體系成分複雜，膜孔徑對過濾效果影響極大，為獲得高的過濾通量和雜 質去除率，通過大量實驗優化，優選孔徑為20 500nm陶瓷濾膜或金屬濾膜進 行過濾，得到澄清的乳酸鹽滲透液。
所述的多孔膜過濾乳酸鹽發酵液過程採用的通量恢復裝置是指採用特定的 裝置對膜通量進行有效恢復再生，以提高過濾效果。為達到在線膜汙染清除的目 的，採用了全自動周期反向加壓膜衝洗系統，在膜通量降低到一定值時，例如運行通量的30%，採用壓力驅動裝置對過濾的滲透液從膜的滲透側加壓，使滲透 液反向透過膜孔，達到恢復膜通量。其中，反向加壓壓力為0.3 2.0MPa，持續 時間為0.5 10s。
所述的將所得滲透液採用超濾或納濾去除去除蛋白類大分子、色素等雜質是 指採用超濾或納濾過程進一歩處理多孔膜淨化過的乳酸鹽發酵液。由於乳酸一價 鹽和乳酸二價鹽的物理性質差異，因此乳酸一價鹽採用納濾方式進行純化，乳酸 二價鹽採用超濾進行純化。對於乳酸一價鹽的納濾過程，操作壓力為0.5 2.0MPa;對於乳酸二價鹽的超濾過程，為保證較好的除雜效果，優選切割分子 量為500 3000Da的超濾膜，且超濾過程的操作壓力為0.3 1.0MPa。
所述的採用超濾或納濾得到的滲透液再經過減壓蒸餾技術濃縮製成不同規 格的產品是指對超濾或納濾後的乳酸鹽溶液進行減壓蒸餾濃縮處理，一般採用減 壓蒸餾塔在真空或接近真空的條件下進行操作。.
本發明膜法乳酸鹽提純工藝所述的多孔膜過濾和超濾或納濾除雜過程的截 留物可以作為發酵單元的配料用，工藝排放低。
有益效果-
本發明採用膜及其過程集成對乳酸鹽發酵液進行純化的技術具有很大優越性-.
(1) 與傳統的乳酸鹽製備法相比，本發明具有成本低的特點。傳統的乳酸 鹽製備是採用精品乳酸和鹼直接反應的方法，生產成本很高。本發明直接採用乳 酸鹽發酵液作為原料，不需要將乳酸鹽發酵液製成精品乳酸，提高了收率，且節 省了中和用鹼，因此，成本大幅降低。
(2) 本發明對各種乳酸鹽的純化具有很好的通用性。與乳酸先酯化後水解
的方法以及電滲析法相比，在乳酸的二價鹽製備上具有更好的優勢。乳酸先酯化 後水解法與電滲析法製備乳酸的一價鹽是可行的，但因為二價鹽溶解度小，水解
效率低和電滲析膜的結垢問題使得這兩種方法製備乳酸二價鹽時具有很大困難。
(3) 多孔膜對乳酸發酵液的澄清以及超濾或納濾對多孔膜滲透液的純化過 程均屬於無相變、排放小，本發明釆用的膜法乳酸鹽提純工藝是一種汙染和能耗 均較低的綠色生產工藝。
圖1是膜法乳酸鹽提純工藝流程方框圖。
具體實施例方式
下面結合實施例進一歩描述本發明。 實施例1
按附圖1所示，本發明工藝主要包括吸附、多孔膜過濾、超濾或納濾以及減 壓蒸餾四個單元組成，連接好相關設備。所採用的乳酸鹽為乳酸鈉發酵液，固含 量19%，溫度50。C;吸附單元按照2%含量的活性炭添加，所得的含活性炭的 發酵液泵入到多孔膜過濾單元。
所釆用的多孔膜為市售19通道氧化鋁陶瓷膜，孔徑200nm，操作壓力 0.15MPa，膜面流速3m/s，過濾溫度50°C,滲透通量為150 Lm—2.h—\採用外加 壓力進行定時反向加壓衝洗陶瓷膜，反向加壓0.7MPa，持續時間3s，反衝後膜 的滲透通量恢復為250 Lm—2 !!-'，間隔30min運行一次反衝洗系統。過程中，活 性炭被陶瓷膜截留99%以上並返回到吸附單元再利用，經過活性炭與陶瓷膜處 理的乳酸鈉發酵液濁度降低99%以上，顏色去除85%，蛋白大分子物質去除率 94% ，所得乳酸鈉滲透液進入納濾單元。
採用巻式納濾膜對陶瓷膜單元出來的滲透液進行淨化處理，待處理的乳酸鈉 溶液採用加壓泵加壓至1.6MPa進入納濾膜系統，滲透通量為10L.m—2七—'，被截 留的濃液返回循環繼續納濾。最終，納濾滲透液顏色去除率為95%，蛋白去除 率99%， 二價離子去除率95%,所得乳酸鈉溶液濃度為12%，進入蒸發濃縮單 元。
減壓蒸餾濃縮在絕對壓力100Pa下進行，溫度為70。C,製備得到80%的乳 酸鈉溶液，達到食品級標準，過程總收率為92.5%。
實施例2
按附圖1所示，本發明工藝主要包括吸附、多孔膜過濾、超濾或納濾以及減 壓蒸餾四個單元組成，連接好相關設備。所採用的乳酸鹽為乳酸鈣發酵液，固含 量15%，溫度58。C;吸附單元按照3%含量的活性炭添加，所得的含活性炭的發酵液泵入到多孔膜過濾單元。
所採用的多孔膜為市售管式不鏽鋼濾膜，孔徑100nm，操作壓力0.2MPa， 膜面流速4m/s，過濾溫度50。C，滲透通量為103LmAh—1，採用外加壓力進行定 時反向加壓衝洗不鏽鋼膜，反向加壓1.5MPa，持續時間7s，反衝後膜的滲透通 量恢復為150Lm—2*h—、間隔30min運行一次反衝洗系統。過程中，活性炭被不 鏽鋼膜99%截留並返回到吸附單元再利用，經過活性炭與不鏽鋼膜處理的乳酸 鈣發酵液濁度降低99%以上，顏色去除83%，蛋白大分子物質去除率92%，所 得乳酸鈣滲透液進入納濾單元。
採用巻式超濾膜處理不鏽鋼膜單元出來的滲透液，所採用的超濾膜切割分子 量為1000Da，待淨化的乳酸鈣溶液採用加壓泵加壓至0.5MPa進入超濾膜系統， 滲透通量為30Lm^h—1，被截留的濃液返回循環繼續超濾。最終，超濾滲透液顏 色去除率為65%,蛋白去除率95%,所得乳酸鈣溶液濃度為13%，進入蒸發濃 縮單元。
減壓蒸餾濃縮在絕對壓力50Pa下進行，溫度為70 °C，製備得到80%的乳 酸鈣溶液，過程總收率為94% 。
實施例3
按附圖1所示，本發明工藝主要包括吸附、多孔膜過濾、超濾或納濾以及減 壓蒸餾四個單元組成，連接好相關設備。所採用的乳酸鹽為乳酸銨發酵液，固含 量5%，溫度70。C;吸附單元按照0.1%含量的活性炭添加，所得的含活性炭的 發酵液泵入到多孔膜過濾單元。
所採用的多孔膜為市售37通道氧化鋯陶瓷膜，孔徑50nm，操作壓力 0.05MPa，膜面流速2m/s，過濾溫度70°C，滲透通量為158 L.m—^h—1,釆用外加 壓力進行定時反向加壓衝洗陶瓷膜，反向加壓0.9MPa，持續時間5s，反衝後膜 的滲透通量恢復為236 L.m—2.11—1，間隔30min運行一次反衝洗系統。過程中，活 性炭被陶瓷膜99%截留並返回到吸附單元再利用，經過活性炭與陶瓷膜處理的 乳酸銨發酵液濁度降低99%以上，顏色去除83%,蛋白大分子物質去除率92%， 所得乳酸銨滲透液進入納濾單元。
採用巻式納濾膜對陶瓷膜單元出來的滲透液進行淨化處理，待處理的乳酸鈉溶液採用加壓泵加壓至1.6MPa進入納濾膜系統，滲透通量為10L.m《h"，被截 留的濃液返回循環繼續納濾。最終，納濾滲透液顏色去除率為70%，蛋白去除 率99%， 二價離子去除率95%，所得乳酸鈉溶液濃度為4.6%，進入蒸發濃縮單 元。減壓蒸餾濃縮在絕對壓力20Pa下進行，溫度為70。C,製備得到80%的乳 酸銨溶液，過程總收率為91%。實施例4按附圖1所示，本發明工藝主要包括吸附、多孔膜過濾、超濾或納濾以及減 壓蒸餾四個單元組成，連接好相關設備。所採用的乳酸鹽為乳酸鈣發酵液，固含 量18%，溫度4(TC;吸附單元按照4%含量的活性炭添加，所得的含活性炭的 發酵液泵入到多孔膜過濾單元。所採用的多孔膜為市售19通道氧化鋯陶瓷膜，孔徑20nm，操作壓力 0.36MPa，膜面流速4m/s，過濾溫度55°C，滲透通量為80 L.m義lf1，採用外加壓 力進行定時反向加壓衝洗陶瓷膜，反向加壓1.6MPa，持續時間8s，反衝後膜的 滲透通量恢復為120L.m—2七人間隔30min運行一次反衝洗系統。過程中，活性 炭被陶瓷膜99%截留並返回到吸附單元再利用，經過活性炭與陶瓷膜處理的乳 酸鈣發酵液濁度降低99%以上，顏色去除85%，蛋白大分子物質去除率95%， 所得乳酸鈣滲透液進入納濾單元。採用巻式超濾膜處理陶瓷膜單元出來的滲透液，所採用的超濾膜切割分子量 為2000Da，待淨化的乳酸鈣溶液採用加壓泵加壓至0.5MPa進入超濾膜系統，滲 透通量為38L.m—2.11—1，被截留的濃液返回循環繼續超濾。最終，超濾滲透液顏色 去除率為60%，蛋白去除率93%，所得乳酸鈣溶液濃度為15%,進入蒸發濃縮 單元。減壓蒸餾濃縮在絕對壓力50Pa下進行，溫度為7(TC，製備得到80%的乳 酸鈣溶液，過程總收率為94%。
權利要求
1、一種乳酸鹽的提純工藝，其具體步驟如下採用壓力驅動的多孔膜結合活性炭吸附過程對乳酸鹽發酵液進行一次過濾，所得滲透液再採用超濾或納濾二次過濾，滲透出液為乳酸鹽溶液，再經過減壓蒸餾技術濃縮製成乳酸鹽產品。
2、 如權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的一次過濾過程中採用通量 恢復裝置在線進行膜汙染的清除，以提高過濾效率。
3、 如權利要求2所述的工藝，其特徵在於一次過濾過程中採用的通量恢復 裝置是採用了全自動周期反向加壓膜衝洗系統，反向加壓0.3 2.0MPa，持續時 間0,5 10s。
4、 如權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的乳酸鹽為陽離子是一價或 二價的乳酸鹽。
5、 如權利要求4所述的工藝，其特徵在於所述的乳酸鹽為乳酸鈉、乳酸鉀、 乳酸銨、乳酸鈣、乳酸鐵、乳酸鋅或乳酸鎂。
6、 如權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的乳酸鹽發酵液原料固含量 為5% 30%，溫度為20 80°C。
7、 如權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的多孔膜為陶瓷濾膜或金屬 濾膜，膜孔徑範圍為5nm 15pm;優選的膜孔徑範圍20 500nm。
8、 如權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的採用多孔膜結合活性炭對 乳酸鹽發酵液進行一次過濾，是在乳酸鹽發酵液中添加活性炭，同時採用多孔膜 過濾；其中活性炭的加入量為活性炭加入乳酸鹽發酵液中後活性炭的質量百分濃 度為0.01 % 5%。
9、 如權利要求8所述的工藝，其特徵在於添加活性炭的乳酸鹽發酵液多孔 膜過濾過程工藝參數為操作壓力0.01 0.5MPa，膜面流速1 5m/s,過濾溫度5 80°C;優選的過濾溫度為40 70°C。
10、 如權利要求l所述的工藝，其特徵在於所述的二次過濾過程中超濾過程 中超濾膜的切割分子量為500 3000Da，超濾過程的操作壓力為0.3 1.0MPa; 所述納濾過程操作壓力為0.5 2.0MPa。
全文摘要
本發明涉及一種乳酸鹽的提純工藝，尤其是涉及一種採用膜集成過程對發酵法乳酸鹽的提純技術。其具體步驟如下採用壓力驅動的多孔膜結合活性炭吸附過程對乳酸鹽發酵液進行一次過濾，所得滲透液再採用超濾或納濾二次過濾，滲透出液為乳酸鹽溶液，再經過減壓蒸餾技術濃縮製成乳酸鹽產品。本發明採用的膜法乳酸鹽提純工藝是一種汙染和能耗均較低的綠色生產工藝。
文檔編號C07C59/08GK101265179SQ20081002390
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月18日 優先權日2008年4月18日
發明者徐南平, 李衛星, 邢衛紅 申請人:南京工業大學