專利名稱：一種富集發(fā)酵液中乳酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種富集發(fā)酵液中乳酸的方法。
背景技術(shù)：
乳酸，是世界上應(yīng)用廣泛的三大有機(jī)酸之一，又名丙醇酸。乳酸 主要用于食品、醫(yī)藥、藥物、輕工、化工等行業(yè)，以乳酸為原料可以 得到一系列具有重要用途的乳酸衍生物。近年來，隨著資源的日益緊 張和人們對環(huán)保問題的日益關(guān)注，以乳酸為原料合成的可降解的聚合 物聚乳酸引起了世界科研人員的廣泛關(guān)注。目前，合成乳酸的主流方 法是發(fā)酵法。乳酸的提取精制是將粗產(chǎn)品制取成品乳酸的重要步驟， 在乳酸發(fā)酵方法中，提取精制乳酸過程耗費的費用為整個乳酸生產(chǎn)成 本的一半以上。因此，對于乳酸生產(chǎn)的提取精制改進(jìn)技術(shù)一直是研究 熱點。傳統(tǒng)的乳酸生產(chǎn)采用鈣鹽法，該法將乳酸先用碳酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)槿?酸f丐，通過結(jié)晶將乳酸鈣從發(fā)酵液中提出。乳酸鈣用濃硫酸酸解為乳 酸，乳酸經(jīng)過進(jìn)一步脫色、離子交換等工序提純后得到產(chǎn)品。該法提 取精制過程繁多，勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本很大，產(chǎn)品質(zhì)量也不穩(wěn)定。乳 酸的合成已經(jīng)成為乳酸工業(yè)發(fā)展的瓶頸，然而乳酸合成的關(guān)鍵技術(shù)在 于乳酸從發(fā)酵液中分離。由于傳統(tǒng)發(fā)酵生產(chǎn)過程中存在效率低、成本 高、分離難、方法步驟多等缺點，出現(xiàn)了許多發(fā)酵新方法，如離子交 換法、蒸餾法、電滲析發(fā)酵、膜發(fā)酵、萃取發(fā)酵等方法，其中研究的 熱點是萃取發(fā)酵。萃取發(fā)酵是在發(fā)酵過程中利用有機(jī)溶劑連續(xù)萃取分離發(fā)酵產(chǎn)物，從而消除產(chǎn)物的抑制作用，其發(fā)酵過程能耗低，選擇性 好且無細(xì)菌污染。文獻(xiàn)報道萃取發(fā)酵研究使用的萃取劑主要分為三 類(1)傳統(tǒng)的氧-氫鍵萃取劑，如甲基異丁基酮(MIBK)、辛醇等；
(2)磷類萃取劑，如磷酸三丁酯(TBP)等；(3)胺類萃取劑，如 Aliquat 336禾口 Alamine等。G. Kyuchoukov等(G. Kyuchoukov, et al. Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 5733-5739.)研究了以Aliquat 336作為萃取 劑，十二烷和正葵醇為稀釋劑的萃取體系，pH值對乳酸分配系數(shù)的 影響。該法的優(yōu)點是能耗低、選擇性高、分離效率高，工業(yè)化技術(shù)成 熟，但也存在萃取劑與發(fā)酵菌對環(huán)境的pH值要求高及萃取劑存在毒 性等缺點。
雙水相體系指聚合物/聚合物、聚合物/鹽或鹽/鹽在水溶液中超過 一定的臨界濃度，而形成的上、下兩個水相的體系。雙水相在生物大 分子方面的應(yīng)用具有天然綠色的特點，由于大部分蛋白質(zhì)，核酸和各 種細(xì)胞器和細(xì)胞在有機(jī)溶劑體系中易失活變性，而雙水相本身是由 85-95%的水性溶液體系，成相的聚合物，以及無機(jī)鹽類都具有生物 相溶性，可以保持生物物質(zhì)的活性。另外，雙水相易于放大而且可連 續(xù)化，工作條件較溫和，節(jié)省能耗，己經(jīng)廣泛的應(yīng)用在細(xì)胞的回收， 從發(fā)酵液中提取蛋白質(zhì)和酶，以及與產(chǎn)物的萃取分離相結(jié)合的生物轉(zhuǎn) 化。因此，該技術(shù)從問世到現(xiàn)在近半個世紀(jì)的時間內(nèi)，在生物技術(shù)領(lǐng) 域--直是人們關(guān)注的一個焦點，而且無論從基本理論，基礎(chǔ)研究，到 新方法技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面，發(fā)展也相當(dāng)成熟。陳繼和劉會洲等(陳繼 等，三相萃取一步法提取純化青霉素，中國發(fā)明專利號ZL
00107655.8)在雙水相萃取青霉素研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合對目前傳統(tǒng)方 法進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，發(fā)明了三相萃取一步法的新方法。Yun等(J. K. Yun, et al. Biotechnol. Bioeng. 1996, 50， 280-290.)報道了利用聚乙烯二胺/ 羥基醚纖維素雙水相體系萃取分離乳酸，乳酸分配在上相，乳酸菌分 配在下相，獲得較高的萃取率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的乳酸發(fā)酵過程中，乳酸的提取存在 效率低、成本高、分離難、方法步驟多等問題，提出利用聚合物/鹽 雙水相體系富集發(fā)酵液中的乳酸的方法。通過選擇適當(dāng)?shù)碾p水相體系 來調(diào)節(jié)乳酸和乳酸菌在雙水相體系中的分配，使乳酸分配在富聚合物 相，乳酸菌分配在富鹽相，達(dá)到乳酸富集。本發(fā)明建立了利用聚乙二 醇/鹽雙水相體系富集發(fā)酵液中的乳酸方法，研究了無機(jī)鹽的濃度和 乳酸濃度對乳酸分配比的影響。由于采用的雙水相體系為中性萃取體 系，與乳酸發(fā)酵的適宜pl^5.5 6.0相近，且使產(chǎn)物和反應(yīng)物分離， 這種相分離提供了一種乳酸發(fā)酵的反應(yīng)動力，提高了乳酸的生產(chǎn)率， 因此該技術(shù)可于乳酸的發(fā)酵方法耦合，提供一種綠色、高效、簡便、 節(jié)能的富集發(fā)酵液中乳酸的方法。
本發(fā)明的一種富集發(fā)酵液中乳酸的方法，步驟和條件如下.-
(1) 在乳酸濃度為10000ug/mL 30000ug/mL的水溶液中加入質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為20%的聚合物，攪拌使聚合物完全溶解，形成均相體系；
(2) 在上述均相體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.09% 37. 5%的無機(jī)鹽， 攪拌使無機(jī)鹽完全溶解，形成雙水相體系，靜置分相，水溶液中的乳 酸富集在富聚合物相； (3)分離兩相，富聚合物相通過蒸餾分離出乳酸，同時回收的 聚合物和鹽可循環(huán)利用，下相富鹽相可循環(huán)利用于發(fā)酵方法； 所述的聚合物為聚乙二醇，優(yōu)先選用聚乙二醇4000; 所述的無機(jī)鹽為磷酸氫二鉀、硫酸銨或硫酸鈉。 利用高效液相色譜測定上相和下相中的乳酸的濃度，按公式1計 算分配比。
分配比一 _上船,度_ 八 分配比一 下相乳酸濃度 公式1
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種富集發(fā)酵液中的乳酸方法的 優(yōu)點在于
1. 雙水相體系具有可設(shè)計和調(diào)節(jié)性，選擇不同的雙水相體系可 以控制反應(yīng)物和產(chǎn)物在雙水相中的分配，相分離提供一種發(fā)酵反應(yīng)驅(qū) 動力，可以提高乳酸的生產(chǎn)率，達(dá)到乳酸的分離和富集。
2. 雙水相體系中乳酸的分配比接近IO。
3. 雙水相體系為中性萃取體系，與乳酸發(fā)酵的適宜p1^5.5 6.0 相近，雙水相成相組分具有低毒，低揮發(fā)性和生物可降解性的優(yōu)點， 且對發(fā)酵菌無毒副作用，是一種綠色和高效的分離方法。
4. 雙水相體系易于放大而且可連續(xù)化，工作條件較溫和，可節(jié) 省能耗。


圖1三水合磷酸氫二鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳酸分配比的影響圖。 圖2硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳酸分配比的影響圖。
圖3硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳酸分配比的影響圖。圖4 PEG/K2HP04雙水相體系中乳酸濃度對分配比的影響圖。
具體實施方式
實施例1
(1) 分別取5mL乳酸濃度為20000ug/mL的水溶液，均加入1.25g 聚乙二醇4000，攪拌使其完全溶解，形成均相體系。
(2) 在上述均相體系中分別加入0.5g、 l.Og、 1.5g、 2.0g、 2.5g、 3.0g不同質(zhì)量的K2HPCV3H20，攪拌使無機(jī)鹽完全溶解，形成雙水相 體系。靜置分相，水溶液中的乳酸富集在富聚乙二醇相。
(3) 分離兩相，富聚乙二醇相通過蒸餾分離出乳酸，同時回收的 聚乙二醇和鹽可循環(huán)利用，下相富鹽相可循環(huán)利用于發(fā)酵方法。
按照上述的公式1計算乳酸的分配比，結(jié)果如圖1所示。 實施例2
按照實施例1的方法，但加入的鹽為硫酸銨。按照上述的公式1
計算乳酸的分配比，結(jié)果如圖2所示。 實施例3
按照實施例1的方法，但加入的鹽為硫酸鈉。按照上述的公式1 計算乳酸的分配比，結(jié)果如圖3所示。 實施例4
(1 )分別取濃度為10000 pg/inL、 15000 pg/mL、 20000 ng/mL、 25000 pg/mL、 30000貼/mL乳酸溶液5mL，分別加入1.25g聚乙二醇4000， 攪拌使其完全溶解，形成均相體系。
(2)在上述均相體系中分別加入2g K2HP(V3H20，攪拌使無機(jī) 鹽完全溶解，形成雙水相體系。靜置分相，水溶液中的乳酸富集在富 聚乙二醇相。(3)分離兩相，富聚乙二醇相通過蒸餾分離出乳酸，同時回收的 聚乙二醇和鹽可循環(huán)利用，下相富鹽相可循環(huán)利用于發(fā)酵方法。 按照上述的公式l計算乳酸的分配比，結(jié)果如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種富集發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于，步驟和條件為(1)在乳酸濃度為10000ug/mL～30000ug/mL的水溶液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的聚合物，攪拌使聚合物完全溶解，形成均相體系；(2)在上述均相體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.09％～37.5％的無機(jī)鹽，攪拌使無機(jī)鹽完全溶解，形成雙水相體系，靜置分相，水溶液中的乳酸富集在富聚合物相；(3)分離兩相，富聚合物相通過蒸餾分離出乳酸，同時回收的聚合物和鹽可循環(huán)利用，下相富鹽相可循環(huán)利用于發(fā)酵方法所述的聚合物為聚乙二醇；所述的無機(jī)鹽為磷酸氫二鉀、硫酸銨或硫酸鈉。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種富集發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征 在于，所述的聚合物為聚乙二醇4000。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種富集發(fā)酵液中乳酸的方法。通過選擇適當(dāng)?shù)碾p水相體系來調(diào)節(jié)乳酸和乳酸菌在雙水相體系中的分配，使乳酸分配在富聚合物相，乳酸菌分配在富鹽相，達(dá)到乳酸的富集。由于采用的雙水相體系為中性萃取體系，與乳酸發(fā)酵的適宜pH＝5.5～6.0相近，且使產(chǎn)物和反應(yīng)物分離，這種相分離提供了一種乳酸發(fā)酵的反應(yīng)動力，提高了乳酸的生產(chǎn)率，該技術(shù)可與乳酸的發(fā)酵方法耦合，有益于改造現(xiàn)有的乳酸分離方法。
文檔編號C07C59/00GK101172945SQ20071005625
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者張冬麗, 鄧岳鋒, 繼 陳 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所