專利名稱：一種分離純化l-乳酸的新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高純度L-乳酸的分離制備技術(shù)，屬于生物制品加工領(lǐng)域。
技術(shù)背景乳酸是一種重要的有機(jī)酸，在食品、醫(yī)藥、化工等方面有很多用途，特別是能作為 合成可降解材料聚乳酸的單體而受到廣泛關(guān)注。食品及醫(yī)藥工業(yè)上使用的乳酸主要采用 發(fā)酵法生產(chǎn)，當(dāng)用發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸時(shí)，傳統(tǒng)的乳酸分離方法是首先將發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸 轉(zhuǎn)化成乳酸鈣，隨后再用乳酸鈣和硫酸反應(yīng)獲得乳酸，并經(jīng)脫色、離子交換精制而成， 在該過程中，工藝流程長、操作條件差，固體廢物處理困難，更重要的是由于乳酸鈣具 有較髙的溶解度，乳酸的收率一般只有50~60%。為了解決傳統(tǒng)乳酸分離方法中存在的 問題，近來有部分研究者開發(fā)了離子交換法分離乳酸的工藝。陳碧蛾等(離子交換法提 取L-乳酸新工藝研究，華僑大學(xué)學(xué)報(bào)[J]， 1995 ， 16 (2)， 231-234)采用離子交換樹脂 (732陽離子交換樹脂)除鈣，再經(jīng)陰離子交換樹脂棄雜提取乳酸，提取率達(dá)到70%。 李邵誠(CN1072210A)將原料通過預(yù)處理，經(jīng)過糊化、發(fā)酵、中和、壓濾、脫色工序， 而后通過陽離子交換樹脂，生成乳酸。這些方法擯棄了乳酸鈣結(jié)晶過程，降低了工作強(qiáng) 度。但是目前這些方法由于采用的固定床交換技術(shù)，所以樹脂用量大，利用率低，洗雜 劑、洗脫劑、樹脂再生耗用的酸堿用量大，污染環(huán)境，而且由于單柱吸附分離操作，出 料濃度低，耗水量大，只能間歇操作，不適宜工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。由于離子交換操作的濃度不會(huì)太髙，所以在利用蒸餾方法制備髙品質(zhì)乳酸之前需要 增加一步濃縮操作， 一般都是釆用蒸發(fā)的方法，但是由于乳酸在高溫下易分解變質(zhì)，所 以制得的乳酸品質(zhì)普遍不髙，所以迫切的需要一種在低溫下即可達(dá)到濃縮目的的工藝。傳統(tǒng)工藝采用減壓蒸餾法分離乳酸，但是普通的減壓蒸餾法分離L-乳酸時(shí)，由于操作系統(tǒng)難以達(dá)到較低的壓力，蒸餾的溫度相對較高，使蒸出的乳酸耐熱性較差，容易 分解。近來，部分專利采用了分子蒸餾技術(shù)來精制乳酸，專利CN 1112345C和CN 1161316C分別公開了一種乳酸的短程暨分子蒸餾工藝和一種用短程蒸餾和轉(zhuǎn)鼓蒸發(fā)器 精制乳酸的方法，但是因?yàn)椴捎玫氖切D(zhuǎn)刮膜式分子蒸餾器，所以還存在著液膜厚度較 大，加熱效果差，料液在高溫下停留時(shí)間較長等缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種分離純化L-乳酸的新工藝。發(fā)明思路本發(fā)明擬采用連續(xù)離交技術(shù)克服采用固定床交換技術(shù)中樹脂用量大、利用率低、洗雜劑、洗脫劑和樹脂再生耗用的酸堿用量大、污染環(huán)境、出料濃度低、耗水 量大、只能間歇操作，不適宜工業(yè)化生產(chǎn)的不足；擬采用膜分離技術(shù)，利用微濾膜除去 菌體和蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，再利用納濾膜達(dá)到濃縮的目的擬采用了分子蒸餾技術(shù)克 服傳統(tǒng)減壓蒸餾出的乳酸耐熱性差，易分解的缺點(diǎn)。整個(gè)工藝都處于一個(gè)較低操作溫度 的環(huán)境下，對于制備高純度、耐熱性好的乳酸起到了很好的保障作用。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種分離純化L-乳酸的新工藝將經(jīng)過離心、脫色的L-乳酸發(fā)酵液泵入超濾設(shè)備 除去蛋白；接著將乳酸根濃度為5~50g/L的清液泵入裝有陰離子交換樹脂的連續(xù)離子交 換系統(tǒng)中進(jìn)行吸附，用濃度為pH2~10、 0.001~0.2M的無機(jī)鹽溶液進(jìn)行洗雜，再用濃度 為0.1-2M的酸溶液進(jìn)行洗脫；用納濾技術(shù)對離子交換洗脫液進(jìn)行濃縮；最后用分子蒸 餾手段處理即可得高純度、高品質(zhì)的L-乳酸。其中，所述的超濾設(shè)備使用截留分子量為5000-10000 Dalton的超濾膜。其中，所述的陰離子交換樹脂為弱堿性陰離子交換樹脂。其中，所述的洗雜無機(jī)鹽溶液為氯化鈉、氯化銨或硫酸銨溶液。其中，所述的洗脫酸溶液為硫酸或鹽酸溶液。其中，所述的連續(xù)離子交換系統(tǒng)為由6~60根離子交換柱串聯(lián)的連續(xù)操作的離子交 換系統(tǒng)，即通過組合式閥門將離子交換過程中的吸附、洗雜、洗脫、再生四個(gè)工段之間 按順序切換，將吸附段離子交換柱在樹脂吸附飽和后立刻移出吸附段送入洗雜段進(jìn)行洗 雜，洗雜結(jié)束后立刻移出系雜段送入洗脫段進(jìn)行洗脫，洗脫完成后立刻移出洗脫段送入 再生段進(jìn)行再生，再生清洗完成后立刻移出再生段送入吸附段再進(jìn)行吸附，如此循環(huán)的 操作過程，且兩個(gè)工段的第1根離子交換柱的狀態(tài)切換同步進(jìn)行，并保證至少有一根離 子交換柱處于吸附階段。料液從固定床上部進(jìn)入，在每個(gè)工序結(jié)束后就通過閥門的切換 把完成工序的樹脂柱"移動(dòng)"到下一個(gè)工序，且每道工序通過操作流量的調(diào)節(jié)或是樹脂裝 填量的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。通過控制各個(gè)工段的流速，可以使得離交過程的四個(gè)工段 保持同樣的節(jié)奏進(jìn)行工作。其中，所述的納濾技術(shù)使用截留分子量為5(K500Dalton的納濾膜。 其中，所述的分子蒸餾設(shè)備為離心式分子蒸餾設(shè)備，操作溫度為40~60"，真空度 為0.1~100Pa。有益效果本發(fā)明所述的分離純化L-乳酸的工藝，提高了樹脂的利用率，減少了樹 脂用量達(dá)40~60%，洗脫液濃度變高，洗雜效果好，減少了洗脫劑和洗雜劑的用量分鵜 減小了30%~50%;同時(shí)酸、堿等再生劑由于提髙了利用率而用量減小50%以上，減少 了酸堿的排放，產(chǎn)品的收率達(dá)到了 90%。本發(fā)明將超濾膜分離除蛋白技術(shù)、連續(xù)離子交換技術(shù)、納濾濃縮、分子蒸餾技術(shù)相結(jié)合，使得本發(fā)明的分離純化技術(shù)簡便易行，效果 佳，除分子蒸餾外所有單元操作都在一個(gè)較低的溫度下進(jìn)行，產(chǎn)品的耐熱性大幅提髙，純度達(dá)到99%以上，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:將經(jīng)過離心、脫色等預(yù)處理的乳酸發(fā)酵液(乳酸根濃度為30g/L)泵入超濾設(shè)備以 除去發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，超濾膜的截留分子量為10000 Dalton。將清液稀 釋至7g/L后，調(diào)節(jié)pH值到2.5，泵入裝有陰離子交換樹脂301型的連續(xù)離子交換系統(tǒng) 中，采用18根離子交換柱構(gòu)成連續(xù)離子交換系統(tǒng)，吸附段為6根，洗雜段為3根，洗 脫段3根，再生段為6根。每根離子交換柱裝填100g弱堿性陰離子樹脂，吸附流速為 15mL/min。洗雜液為pH2 、 0.05mol/L的氯化鈉溶液，洗雜流速為20mL/min。洗脫液 為0.5M的鹽酸溶液，洗脫流速為10mL/min，每45 min切換一次離交柱。使用100Dalton 的納濾膜對洗脫收集液進(jìn)行脫鹽濃縮，再利用分子蒸餾技術(shù)在溫度為60'C,真空度為 1Pa的條件進(jìn)行濃縮分離，從而獲得純度髙達(dá)99%、耐熱性好的乳酸。 實(shí)施例2:將經(jīng)過離心、脫色等預(yù)處理的乳酸發(fā)酵液(乳酸根濃度為100g/L)泵入超濾設(shè)備以 除去發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，超濾膜的截留分子量為5000Dalton。將清液稀釋 至50g/L后，調(diào)節(jié)pH值到2.5，泵入裝有陰離子交換樹脂302型的連續(xù)離子交換系統(tǒng)中， 采用30根離子交換柱構(gòu)成連續(xù)離子交換系統(tǒng)，吸附段為10根，洗雜段為5根，洗脫段 5根，再生段為10根。每根離子交換柱裝填100g弱堿性陰離子樹脂，吸附流速為 12mL/min。洗雜液為pH4、 0.2mol/L的氯化鈉溶液，洗雜流速為10mL/min。洗脫液為 O.IM的硫酸溶液，洗脫流速為5mL/min,每60min切換一次離交柱。使用50Dalton的 納濾膜對洗脫收集液進(jìn)行脫鹽濃縮,再利用分子蒸餾技術(shù)在溫度為40'C，真空度為O.lPa 的條件進(jìn)行濃縮分離，從而獲得純度高達(dá)98%、耐熱性好的乳酸。 實(shí)施例3:將經(jīng)過離心、脫色等預(yù)處理的乳酸發(fā)酵液(乳酸根濃度為20g/L)泵入超濾設(shè)備以 除去發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，超濾膜的截留分子量為8000Dalton。將清液稀釋 至5g/L后，調(diào)節(jié)pH值到2.5,泵入裝有陰離子交換樹脂311型的連續(xù)離子交換系統(tǒng)中， 采用6根離子交換柱構(gòu)成連續(xù)離子交換系統(tǒng)，吸附段為2根，洗雜段為1根，洗脫段1 根，再生段為2根。每根離子交換柱裝填100g弱堿性陰離子樹脂,吸附流速為lOmL/mto. 洗雜液為pH10、 0.01mol/L的氯化銨溶液，洗雜流速為8mL/min。洗脫液為2M的琉黢 溶液，洗脫流速為4mL/min,每90min切換一次離交柱。使用500Dalton的納濾膜對洗脫收集液進(jìn)行脫鹽濃縮，再利用分子蒸餾技術(shù)在溫度為100'C,真空度為100Pa的條件 進(jìn)行濃縮分離，從而獲得純度高達(dá)99%、耐熱性好的乳酸。 實(shí)施例4:將經(jīng)過離心、脫色等預(yù)處理的乳酸發(fā)酵液(乳酸根濃度為30g/L)泵入超濾設(shè)備以 除去發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，超濾膜的截留分子量為10000 Dalton。將清液稀 釋至20g/L后，調(diào)節(jié)pH值到2.5，泵入裝有陰離子交換樹脂313型的連續(xù)離子交換系統(tǒng) 中，采用60根離子交換柱構(gòu)成連續(xù)離子交換系統(tǒng)，吸附段為20根，洗雜段為15根， 洗脫段10根，再生段為15根。每根離子交換柱裝填100g弱堿性陰離子樹脂，吸附流 速為10mL/min。洗雜液為pH7、 0.1mol/L的硫酸銨溶液，洗雜流速為12mL/min。洗脫 液為1M的鹽酸溶液，洗脫流速為7mL/min，每60min切換一次離交柱。使用200Dalton 的納濾膜對洗脫收集液進(jìn)行脫鹽濃縮，再利用分子蒸餾技術(shù)在溫度為80'C,真空度為 50Pa的條件進(jìn)行濃縮分離，從而獲得純度高達(dá)99%、耐熱性好的乳酸。
權(quán)利要求
1、一種分離純化L-乳酸的新工藝，其特征在于將經(jīng)過離心、脫色的L-乳酸發(fā)酵液泵入超濾設(shè)備除去蛋白；接著將乳酸根濃度為5～50g/L的清液泵入裝有陰離子交換樹脂的連續(xù)離子交換系統(tǒng)中進(jìn)行吸附，用濃度為pH2～10、0.001～0.2M的無機(jī)鹽溶液進(jìn)行洗雜，再用濃度為0.1～2M的酸溶液進(jìn)行洗脫；用納濾技術(shù)對離子交換洗脫液進(jìn)行濃縮；最后用分子蒸餾手段處理即可得高純度、高品質(zhì)的L-乳酸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離純化L-乳酸的新工藝，其特征在于所述的超濾設(shè)備 使用截留分子量為5000~10000 Dalton的超濾膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離純化L-乳酸的新工藝，其特征在于所述的陰離子交 換樹脂為弱堿性陰離子交換樹脂。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分離純化L-乳酸的新工藝，其特征在于所述的洗雜無機(jī) 鹽溶液為氯化鈉、氯化銨或硫酸銨溶液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離純化L-乳酸的新工藝，其特征在于所述的洗脫酸溶 液為硫酸或鹽酸溶液。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分離純化L-乳酸的新工藝，其特征在于所述的連續(xù)離子 交換系統(tǒng)為由6~60根離子交換柱串聯(lián)的連續(xù)操作的離子交換系統(tǒng)，即通過組合式閥門 將離子交換過程中的吸附、洗雜、洗脫、再生四個(gè)工段之間按順序切換，將吸附段離子 交換柱在樹脂吸附飽和后立刻移出吸附段送入洗雜段進(jìn)行洗雜，洗雜結(jié)束后立刻移出系 雜段送入洗脫段進(jìn)行洗脫，洗脫完成后立刻移出洗脫段送入再生段進(jìn)行再生，再生清洗 完成后立刻移出再生段送入吸附段再進(jìn)行吸附，如此循環(huán)的操作過程，且兩個(gè)工段的第 1根離子交換柱的狀態(tài)切換同步進(jìn)行，并保證至少有一根離子交換柱處于吸附階段。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分離純化L-乳酸的新工藝，其特征在于所述的納濾技術(shù) 使用截留分子量為50~500 Dalton的納濾膜。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分離純化L-乳酸的新工藝，其特征在于所述的分子蒸餾 設(shè)備為離心式分子蒸餾設(shè)備，操作溫度為40~60匯，真空度為0.1~100Pa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用連續(xù)離交、膜分離、分子蒸餾技術(shù)分離純化L-乳酸的新工藝，將經(jīng)過離心、脫色的乳酸發(fā)酵液泵入超濾設(shè)備除去蛋白；接著將乳酸根濃度為10～50g/L的清液泵入裝有陰離子交換樹脂的連續(xù)離子交換系統(tǒng)中進(jìn)行吸附，用濃度為0.001～0.2M的無機(jī)鹽溶液進(jìn)行洗雜，再用濃度為0.1～2M的酸溶液進(jìn)行洗脫；用納濾技術(shù)將離子交換洗脫液同步濃縮和脫鹽；最后用分子蒸餾手段處理即可得高純度、高品質(zhì)的L-乳酸。本發(fā)明具有設(shè)備投資少、連續(xù)操作性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品純度高及易于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12P7/56GK101234962SQ20081002039
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者揚(yáng) 孫, 涵 白, 兵 許 申請人:江蘇道森生物化學(xué)有限公司