CN101234962A

CN101234962A - 一种分离纯化l-乳酸的新工艺

Info

Publication number: CN101234962A
Application number: CNA2008100203975A
Authority: CN
Inventors: 白涵; 许兵; 孙扬
Original assignee: JIANGSU DAOSEN BIOCHEMICAL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU DAOSEN BIOCHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2008-08-06

Abstract

本发明公开了一种利用连续离交、膜分离、分子蒸馏技术分离纯化L－乳酸的新工艺，将经过离心、脱色的乳酸发酵液泵入超滤设备除去蛋白；接着将乳酸根浓度为10～50g/L的清液泵入装有阴离子交换树脂的连续离子交换***中进行吸附，用浓度为0.001～0.2M的无机盐溶液进行洗杂，再用浓度为0.1～2M的酸溶液进行洗脱；用纳滤技术将离子交换洗脱液同步浓缩和脱盐；最后用分子蒸馏手段处理即可得高纯度、高品质的L－乳酸。本发明具有设备投资少、连续操作性强、生产成本低、产品纯度高及易于规模化生产等优点。

Description

一种分离纯化L-乳酸的新工艺

技术领域

本发明涉及高纯度L-乳酸的分离制备技术，属于生物制品加工领域。

背景技术

乳酸是一种重要的有机酸，在食品、医药、化工等方面有很多用途，特别是能作为合成可降解材料聚乳酸的单体而受到广泛关注。食品及医药工业上使用的乳酸主要采用发酵法生产，当用发酵法生产乳酸时，传统的乳酸分离方法是：首先将发酵产生的乳酸转化成乳酸钙，随后再用乳酸钙和硫酸反应获得乳酸，并经脱色、离子交换精制而成，在该过程中，工艺流程长、操作条件差，固体废物处理困难，更重要的是由于乳酸钙具有较高的溶解度，乳酸的收率一般只有50～60％。为了解决传统乳酸分离方法中存在的问题，近来有部分研究者开发了离子交换法分离乳酸的工艺。陈碧蛾等(离子交换法提取L-乳酸新工艺研究，华侨大学学报[J]，1995，16(2)，231-234)采用离子交换树脂(732阳离子交换树脂)除钙，再经阴离子交换树脂弃杂提取乳酸，提取率达到70％。李邵诚(CN 1072210A)将原料通过预处理，经过糊化、发酵、中和、压滤、脱色工序，而后通过阳离子交换树脂，生成乳酸。这些方法摈弃了乳酸钙结晶过程，降低了工作强度。但是目前这些方法由于采用的固定床交换技术，所以树脂用量大，利用率低，洗杂剂、洗脱剂、树脂再生耗用的酸碱用量大，污染环境，而且由于单柱吸附分离操作，出料浓度低，耗水量大，只能间歇操作，不适宜工业化生产应用。

由于离子交换操作的浓度不会太高，所以在利用蒸馏方法制备高品质乳酸之前需要增加一步浓缩操作，一般都是采用蒸发的方法，但是由于乳酸在高温下易分解变质，所以制得的乳酸品质普遍不高，所以迫切的需要一种在低温下即可达到浓缩目的的工艺。

传统工艺采用减压蒸馏法分离乳酸，但是普通的减压蒸馏法分离L-乳酸时，由于操作***难以达到较低的压力，蒸馏的温度相对较高，使蒸出的乳酸耐热性较差，容易分解。近来，部分专利采用了分子蒸馏技术来精制乳酸，专利CN 1112345C和CN1161316C分别公开了一种乳酸的短程暨分子蒸馏工艺和一种用短程蒸馏和转鼓蒸发器精制乳酸的方法，但是因为采用的是旋转刮膜式分子蒸馏器，所以还存在着液膜厚度较大，加热效果差，料液在高温下停留时间较长等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种分离纯化L-乳酸的新工艺。

发明思路：本发明拟采用连续离交技术克服采用固定床交换技术中树脂用量大、利用率低、洗杂剂、洗脱剂和树脂再生耗用的酸碱用量大、污染环境、出料浓度低、耗水量大、只能间歇操作，不适宜工业化生产的不足；拟采用膜分离技术，利用微滤膜除去菌体和蛋白质等大分子物质，再利用纳滤膜达到浓缩的目的；拟采用了分子蒸馏技术克服传统减压蒸馏出的乳酸耐热性差，易分解的缺点。整个工艺都处于一个较低操作温度的环境下，对于制备高纯度、耐热性好的乳酸起到了很好的保障作用。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种分离纯化L-乳酸的新工艺：将经过离心、脱色的L-乳酸发酵液泵入超滤设备除去蛋白；接着将乳酸根浓度为5～50g/L的清液泵入装有阴离子交换树脂的连续离子交换***中进行吸附，用浓度为pH2～10、0.001～0.2M的无机盐溶液进行洗杂，再用浓度为0.1～2M的酸溶液进行洗脱；用纳滤技术对离子交换洗脱液进行浓缩；最后用分子蒸馏手段处理即可得高纯度、高品质的L-乳酸。

其中，所述的超滤设备使用截留分子量为5000～10000Dalton的超滤膜。

其中，所述的阴离子交换树脂为弱碱性阴离子交换树脂。

其中，所述的洗杂无机盐溶液为氯化钠、氯化铵或硫酸铵溶液。

其中，所述的洗脱酸溶液为硫酸或盐酸溶液。

其中，所述的连续离子交换***为由6～60根离子交换柱串联的连续操作的离子交换***，即通过组合式阀门将离子交换过程中的吸附、洗杂、洗脱、再生四个工段之间按顺序切换，将吸附段离子交换柱在树脂吸附饱和后立刻移出吸附段送入洗杂段进行洗杂，洗杂结束后立刻移出系杂段送入洗脱段进行洗脱，洗脱完成后立刻移出洗脱段送入再生段进行再生，再生清洗完成后立刻移出再生段送入吸附段再进行吸附，如此循环的操作过程，且两个工段的第1根离子交换柱的状态切换同步进行，并保证至少有一根离子交换柱处于吸附阶段。料液从固定床上部进入，在每个工序结束后就通过阀门的切换把完成工序的树脂柱“移动”到下一个工序，且每道工序通过操作流量的调节或是树脂装填量的调节来实现同步运行。通过控制各个工段的流速，可以使得离交过程的四个工段保持同样的节奏进行工作。

其中，所述的纳滤技术使用截留分子量为50～500Dalton的纳滤膜。

其中，所述的分子蒸馏设备为离心式分子蒸馏设备，操作温度为40～60℃，真空度为0.1～100Pa。

有益效果：本发明所述的分离纯化L-乳酸的工艺，提高了树脂的利用率，减少了树脂用量达40～60％，洗脱液浓度变高，洗杂效果好，减少了洗脱剂和洗杂剂的用量分别减小了30％～50％；同时酸、碱等再生剂由于提高了利用率而用量减小50％以上，减少了酸碱的排放，产品的收率达到了90％。本发明将超滤膜分离除蛋白技术、连续离子交换技术、纳滤浓缩、分子蒸馏技术相结合，使得本发明的分离纯化技术简便易行，效果佳，除分子蒸馏外所有单元操作都在一个较低的温度下进行，产品的耐热性大幅提高，纯度达到99％以上，产品质量达到了国际先进水平。

具体实施方式：

实施例1：

将经过离心、脱色等预处理的乳酸发酵液(乳酸根浓度为30g/L)泵入超滤设备以除去发酵液中的蛋白质等大分子物质，超滤膜的截留分子量为10000Dalton。将清液稀释至7g/L后，调节pH值到2.5，泵入装有阴离子交换树脂301型的连续离子交换***中，采用18根离子交换柱构成连续离子交换***，吸附段为6根，洗杂段为3根，洗脱段3根，再生段为6根。每根离子交换柱装填100g弱碱性阴离子树脂，吸附流速为15mL/min。洗杂液为pH2、0.05mol/L的氯化钠溶液，洗杂流速为20mL/min。洗脱液为0.5M的盐酸溶液，洗脱流速为10mL/min，每45min切换一次离交柱。使用100Dalton的纳滤膜对洗脱收集液进行脱盐浓缩，再利用分子蒸馏技术在温度为60℃，真空度为1Pa的条件进行浓缩分离，从而获得纯度高达99％、耐热性好的乳酸。

实施例2：

将经过离心、脱色等预处理的乳酸发酵液(乳酸根浓度为100g/L)泵入超滤设备以除去发酵液中的蛋白质等大分子物质，超滤膜的截留分子量为5000Dalton。将清液稀释至50g/L后，调节pH值到2.5，泵入装有阴离子交换树脂302型的连续离子交换***中，采用30根离子交换柱构成连续离子交换***，吸附段为10根，洗杂段为5根，洗脱段5根，再生段为10根。每根离子交换柱装填100g弱碱性阴离子树脂，吸附流速为12mL/min。洗杂液为pH4、0.2mol/L的氯化钠溶液，洗杂流速为10mL/min。洗脱液为0.1M的硫酸溶液，洗脱流速为5mL/min，每60min切换一次离交柱。使用50Dalton的纳滤膜对洗脱收集液进行脱盐浓缩，再利用分子蒸馏技术在温度为40℃，真空度为0.1Pa的条件进行浓缩分离，从而获得纯度高达98％、耐热性好的乳酸。

实施例3：

将经过离心、脱色等预处理的乳酸发酵液(乳酸根浓度为20g/L)泵入超滤设备以除去发酵液中的蛋白质等大分子物质，超滤膜的截留分子量为8000Dalton。将清液稀释至5g/L后，调节pH值到2.5，泵入装有阴离子交换树脂311型的连续离子交换***中，采用6根离子交换柱构成连续离子交换***，吸附段为2根，洗杂段为1根，洗脱段1根，再生段为2根。每根离子交换柱装填100g弱碱性阴离子树脂，吸附流速为10mL/min。洗杂液为pH10、0.01mol/L的氯化铵溶液，洗杂流速为8mL/min。洗脱液为2M的硫酸溶液，洗脱流速为4mL/min，每90min切换一次离交柱。使用500Dalton的纳滤膜对洗脱收集液进行脱盐浓缩，再利用分子蒸馏技术在温度为100℃，真空度为100Pa的条件进行浓缩分离，从而获得纯度高达99％、耐热性好的乳酸。

实施例4：

将经过离心、脱色等预处理的乳酸发酵液(乳酸根浓度为30g/L)泵入超滤设备以除去发酵液中的蛋白质等大分子物质，超滤膜的截留分子量为10000Dalton。将清液稀释至20g/L后，调节pH值到2.5，泵入装有阴离子交换树脂313型的连续离子交换***中，采用60根离子交换柱构成连续离子交换***，吸附段为20根，洗杂段为15根，洗脱段10根，再生段为15根。每根离子交换柱装填100g弱碱性阴离子树脂，吸附流速为10mL/min。洗杂液为pH7、0.1mol/L的硫酸铵溶液，洗杂流速为12mL/min。洗脱液为1M的盐酸溶液，洗脱流速为7mL/min，每60min切换一次离交柱。使用200Dalton的纳滤膜对洗脱收集液进行脱盐浓缩，再利用分子蒸馏技术在温度为80℃，真空度为50Pa的条件进行浓缩分离，从而获得纯度高达99％、耐热性好的乳酸。

Claims

1、一种分离纯化L-乳酸的新工艺，其特征在于：将经过离心、脱色的L-乳酸发酵液泵入超滤设备除去蛋白；接着将乳酸根浓度为5～50g/L的清液泵入装有阴离子交换树脂的连续离子交换***中进行吸附，用浓度为pH2～10、0.001～0.2M的无机盐溶液进行洗杂，再用浓度为0.1～2M的酸溶液进行洗脱；用纳滤技术对离子交换洗脱液进行浓缩；最后用分子蒸馏手段处理即可得高纯度、高品质的L-乳酸。

2、根据权利要求1所述的分离纯化L-乳酸的新工艺，其特征在于所述的超滤设备使用截留分子量为5000～10000Dalton的超滤膜。

3、根据权利要求1所述的分离纯化L-乳酸的新工艺，其特征在于所述的阴离子交换树脂为弱碱性阴离子交换树脂。

4、根据权利要求1所述的分离纯化L-乳酸的新工艺，其特征在于所述的洗杂无机盐溶液为氯化钠、氯化铵或硫酸铵溶液。

5、根据权利要求1所述的分离纯化L-乳酸的新工艺，其特征在于所述的洗脱酸溶液为硫酸或盐酸溶液。

6、根据权利要求1所述的分离纯化L-乳酸的新工艺，其特征在于所述的连续离子交换***为由6～60根离子交换柱串联的连续操作的离子交换***，即通过组合式阀门将离子交换过程中的吸附、洗杂、洗脱、再生四个工段之间按顺序切换，将吸附段离子交换柱在树脂吸附饱和后立刻移出吸附段送入洗杂段进行洗杂，洗杂结束后立刻移出系杂段送入洗脱段进行洗脱，洗脱完成后立刻移出洗脱段送入再生段进行再生，再生清洗完成后立刻移出再生段送入吸附段再进行吸附，如此循环的操作过程，且两个工段的第1根离子交换柱的状态切换同步进行，并保证至少有一根离子交换柱处于吸附阶段。

7、根据权利要求1所述的分离纯化L-乳酸的新工艺，其特征在于所述的纳滤技术使用截留分子量为50～500Dalton的纳滤膜。

8、根据权利要求1所述的分离纯化L-乳酸的新工艺，其特征在于所述的分子蒸馏设备为离心式分子蒸馏设备，操作温度为40～60℃，真空度为0.1～100Pa。