專(zhuān)利名稱(chēng)：一種乳酸鹽的提純工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乳酸鹽的提純工藝，尤其是涉及一種采用膜集成過(guò)程對(duì)發(fā)酵 法乳酸鹽的提純技術(shù)。
背景技術(shù)：
微量金屬元素(鈣、鐵、鋅、銅、鈉等)是人體生長(zhǎng)發(fā)育所必需的礦物元素， 對(duì)人類(lèi)健康有著重要的作用。由于飲食習(xí)慣和結(jié)構(gòu)等方面原因，這些微量元素的 缺乏較常見(jiàn)，嚴(yán)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(bǔ)充對(duì)人類(lèi)具有重要的意義。通常，人體必須通過(guò)有機(jī)酸鹽的方式對(duì)微量元素 進(jìn)行攝入，乳酸鹽就是主要的載體之一。
乳酸鹽的制取通常包括采用成品乳酸與對(duì)應(yīng)的堿進(jìn)行中和反應(yīng)制得以及采 用生物發(fā)酵時(shí)添加堿直接獲得兩種方法。前者必須釆用成品的乳酸，而成品乳酸 則是有生物發(fā)酵經(jīng)過(guò)提純、化學(xué)反應(yīng)等諸多步驟獲得，而后者則是在發(fā)酵時(shí)直接 中和再經(jīng)過(guò)提純制得，具有節(jié)約物耗、能耗的優(yōu)勢(shì)。常規(guī)制備乳酸鹽的方法是向 食品乳酸中添加對(duì)應(yīng)的堿發(fā)生中和反應(yīng)，但是存在局部過(guò)熱、顏色加深、雜質(zhì)有 機(jī)物的生成等諸多問(wèn)題，導(dǎo)致乳酸鹽質(zhì)量難以保證，且成本較高。我國(guó)專(zhuān)利 ZL99116651.5 ("乳酸鈉生產(chǎn)工藝")報(bào)道了首先采用乳酸與醇進(jìn)行酯化反應(yīng)制備 乳酸酯，再將得到的乳酸酯與氫氧化鈉或碳酸鈉反應(yīng)經(jīng)提純得到精制乳酸鈉。該 工藝的特點(diǎn)是必須進(jìn)行兩歩化學(xué)反應(yīng)，乳酸酯需經(jīng)過(guò)蒸餾分離，能耗較高。關(guān)于 從發(fā)酵液中直接提取乳酸鹽的技術(shù)，專(zhuān)利NZ540895 ("recovery and purification of lactate from full fermentation liquid by electrodialysis")公開(kāi)了一禾中釆用電滲析從 發(fā)酵液中回收和提純?nèi)樗猁}的方法；汪群慧等申請(qǐng)的"從垃圾發(fā)酵液中提取和濃 縮乳酸鈉的頻繁倒極電滲析方法"(申請(qǐng)?zhí)?00610009657.X),采用頻繁倒極方 法從垃圾發(fā)酵液中提取和濃縮乳酸鈉，在一定程度上對(duì)電滲析過(guò)程進(jìn)行了強(qiáng)化。 這兩個(gè)采用電滲析技術(shù)從發(fā)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(jīng)成為關(guān)鍵的研究技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有乳酸鹽提純技術(shù)中的一些不足而提供一種低 能耗、高收率、環(huán)境友好型的膜法乳酸鹽提純工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種乳酸鹽的提純工藝，其具體步驟如下采用壓力 驅(qū)動(dòng)的多孔膜結(jié)合活性炭吸附過(guò)程對(duì)乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行一次過(guò)濾，所得滲透液再 采用超濾或納濾二次過(guò)濾，滲透出液為乳酸鹽溶液，再經(jīng)過(guò)減壓蒸餾技術(shù)濃縮制 成乳酸鹽產(chǎn)品。
針對(duì)粗乳酸鹽的發(fā)酵液，先釆用多孔膜結(jié)合活性炭吸附過(guò)程脫除體系中的顆 粒、大分子物質(zhì)，多孔膜過(guò)濾單元釆用采用的通量恢復(fù)裝置在線(xiàn)清除膜污染，得 到的滲透液采用更超濾或納濾去除糖類(lèi)、色素等雜質(zhì)，滲透出液為一定純度的乳 酸鹽水溶液，通過(guò)減壓蒸餾技術(shù)濃縮可制成不同規(guī)格的產(chǎn)品。
本發(fā)明膜法乳酸鹽提純工藝是所述首先采用多孔膜結(jié)合活性炭吸附過(guò)程對(duì) 乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行澄清過(guò)濾，所述的多孔膜結(jié)合活性炭吸附過(guò)程是指采用多孔膜
結(jié)合活性炭對(duì)乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行過(guò)濾為在乳酸.Si:發(fā)酵液中添加活性炭，同時(shí)采用
多孔膜過(guò)濾；其中活性炭的加入量為活性炭加入乳酸鹽發(fā)酵液中后活性炭的質(zhì)量 百分濃度為0.01% 5%。所述的采用壓力驅(qū)動(dòng)的多孔膜結(jié)合活性炭吸附過(guò)程對(duì) 乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行一次過(guò)濾過(guò)程對(duì)乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行澄清過(guò)濾技術(shù)的運(yùn)行效率
與工藝參數(shù)之間關(guān)系密切，通常在操作壓力0.01 0.5MPa，膜面流速l 5m/s， 過(guò)濾溫度5 80°C可正常運(yùn)行，優(yōu)選過(guò)濾溫度為40 70°C時(shí)過(guò)濾效果更佳。
其中所述的乳酸鹽為陽(yáng)離子是一價(jià)或二價(jià)的乳酸鹽；優(yōu)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(fā)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，'膜孔徑范圍為5nm 15pm;由 于發(fā)酵液體系成分復(fù)雜，膜孔徑對(duì)過(guò)濾效果影響極大，為獲得高的過(guò)濾通量和雜 質(zhì)去除率，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，優(yōu)選孔徑為20 500nm陶瓷濾膜或金屬濾膜進(jìn) 行過(guò)濾，得到澄清的乳酸鹽滲透液。
所述的多孔膜過(guò)濾乳酸鹽發(fā)酵液過(guò)程采用的通量恢復(fù)裝置是指采用特定的 裝置對(duì)膜通量進(jìn)行有效恢復(fù)再生，以提高過(guò)濾效果。為達(dá)到在線(xiàn)膜污染清除的目 的，采用了全自動(dòng)周期反向加壓膜沖洗系統(tǒng)，在膜通量降低到一定值時(shí)，例如運(yùn)行通量的30%，采用壓力驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)過(guò)濾的滲透液從膜的滲透?jìng)?cè)加壓，使?jié)B透 液反向透過(guò)膜孔，達(dá)到恢復(fù)膜通量。其中，反向加壓壓力為0.3 2.0MPa，持續(xù) 時(shí)間為0.5 10s。
所述的將所得滲透液采用超濾或納濾去除去除蛋白類(lèi)大分子、色素等雜質(zhì)是 指采用超濾或納濾過(guò)程進(jìn)一歩處理多孔膜凈化過(guò)的乳酸鹽發(fā)酵液。由于乳酸一價(jià) 鹽和乳酸二價(jià)鹽的物理性質(zhì)差異，因此乳酸一價(jià)鹽采用納濾方式進(jìn)行純化，乳酸 二價(jià)鹽采用超濾進(jìn)行純化。對(duì)于乳酸一價(jià)鹽的納濾過(guò)程，操作壓力為0.5 2.0MPa;對(duì)于乳酸二價(jià)鹽的超濾過(guò)程，為保證較好的除雜效果，優(yōu)選切割分子 量為500 3000Da的超濾膜，且超濾過(guò)程的操作壓力為0.3 1.0MPa。
所述的采用超濾或納濾得到的滲透液再經(jīng)過(guò)減壓蒸餾技術(shù)濃縮制成不同規(guī) 格的產(chǎn)品是指對(duì)超濾或納濾后的乳酸鹽溶液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮處理，一般采用減 壓蒸餾塔在真空或接近真空的條件下進(jìn)行操作。.
本發(fā)明膜法乳酸鹽提純工藝所述的多孔膜過(guò)濾和超濾或納濾除雜過(guò)程的截 留物可以作為發(fā)酵單元的配料用，工藝排放低。
有益效果-
本發(fā)明采用膜及其過(guò)程集成對(duì)乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行純化的技術(shù)具有很大優(yōu)越性-.
(1) 與傳統(tǒng)的乳酸鹽制備法相比，本發(fā)明具有成本低的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的乳酸 鹽制備是采用精品乳酸和堿直接反應(yīng)的方法，生產(chǎn)成本很高。本發(fā)明直接采用乳 酸鹽發(fā)酵液作為原料，不需要將乳酸鹽發(fā)酵液制成精品乳酸，提高了收率，且節(jié) 省了中和用堿，因此，成本大幅降低。
(2) 本發(fā)明對(duì)各種乳酸鹽的純化具有很好的通用性。與乳酸先酯化后水解
的方法以及電滲析法相比，在乳酸的二價(jià)鹽制備上具有更好的優(yōu)勢(shì)。乳酸先酯化 后水解法與電滲析法制備乳酸的一價(jià)鹽是可行的，但因?yàn)槎r(jià)鹽溶解度小，水解
效率低和電滲析膜的結(jié)垢問(wèn)題使得這兩種方法制備乳酸二價(jià)鹽時(shí)具有很大困難。
(3) 多孔膜對(duì)乳酸發(fā)酵液的澄清以及超濾或納濾對(duì)多孔膜滲透液的純化過(guò) 程均屬于無(wú)相變、排放小，本發(fā)明釆用的膜法乳酸鹽提純工藝是一種污染和能耗 均較低的綠色生產(chǎn)工藝。


圖1是膜法乳酸鹽提純工藝流程方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一歩描述本發(fā)明。 實(shí)施例1
按附圖1所示，本發(fā)明工藝主要包括吸附、多孔膜過(guò)濾、超濾或納濾以及減 壓蒸餾四個(gè)單元組成，連接好相關(guān)設(shè)備。所采用的乳酸鹽為乳酸鈉發(fā)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(fā)酵液泵入到多孔膜過(guò)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(guò)濾溫度50°C,滲透通量為150 Lm—2.h—\采用外加 壓力進(jìn)行定時(shí)反向加壓沖洗陶瓷膜，反向加壓0.7MPa，持續(xù)時(shí)間3s，反沖后膜 的滲透通量恢復(fù)為250 Lm—2 !!-'，間隔30min運(yùn)行一次反沖洗系統(tǒng)。過(guò)程中，活 性炭被陶瓷膜截留99%以上并返回到吸附單元再利用，經(jīng)過(guò)活性炭與陶瓷膜處 理的乳酸鈉發(fā)酵液濁度降低99%以上，顏色去除85%，蛋白大分子物質(zhì)去除率 94% ，所得乳酸鈉滲透液進(jìn)入納濾單元。
采用巻式納濾膜對(duì)陶瓷膜單元出來(lái)的滲透液進(jìn)行凈化處理，待處理的乳酸鈉 溶液采用加壓泵加壓至1.6MPa進(jìn)入納濾膜系統(tǒng)，滲透通量為10L.m—2七—'，被截 留的濃液返回循環(huán)繼續(xù)納濾。最終，納濾滲透液顏色去除率為95%，蛋白去除 率99%， 二價(jià)離子去除率95%,所得乳酸鈉溶液濃度為12%，進(jìn)入蒸發(fā)濃縮單 元。
減壓蒸餾濃縮在絕對(duì)壓力100Pa下進(jìn)行，溫度為70。C,制備得到80%的乳 酸鈉溶液，達(dá)到食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)程總收率為92.5%。
實(shí)施例2
按附圖1所示，本發(fā)明工藝主要包括吸附、多孔膜過(guò)濾、超濾或納濾以及減 壓蒸餾四個(gè)單元組成，連接好相關(guān)設(shè)備。所采用的乳酸鹽為乳酸鈣發(fā)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(fā)酵液泵入到多孔膜過(guò)濾單元。
所采用的多孔膜為市售管式不銹鋼濾膜，孔徑100nm，操作壓力0.2MPa， 膜面流速4m/s，過(guò)濾溫度50。C，滲透通量為103LmAh—1，采用外加壓力進(jìn)行定 時(shí)反向加壓沖洗不銹鋼膜，反向加壓1.5MPa，持續(xù)時(shí)間7s，反沖后膜的滲透通 量恢復(fù)為150Lm—2*h—、間隔30min運(yùn)行一次反沖洗系統(tǒng)。過(guò)程中，活性炭被不 銹鋼膜99%截留并返回到吸附單元再利用，經(jīng)過(guò)活性炭與不銹鋼膜處理的乳酸 鈣發(fā)酵液濁度降低99%以上，顏色去除83%，蛋白大分子物質(zhì)去除率92%，所 得乳酸鈣滲透液進(jìn)入納濾單元。
采用巻式超濾膜處理不銹鋼膜單元出來(lái)的滲透液，所采用的超濾膜切割分子 量為1000Da，待凈化的乳酸鈣溶液采用加壓泵加壓至0.5MPa進(jìn)入超濾膜系統(tǒng)， 滲透通量為30Lm^h—1，被截留的濃液返回循環(huán)繼續(xù)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(jìn)入蒸發(fā)濃 縮單元。
減壓蒸餾濃縮在絕對(duì)壓力50Pa下進(jìn)行，溫度為70 °C，制備得到80%的乳 酸鈣溶液，過(guò)程總收率為94% 。
實(shí)施例3
按附圖1所示，本發(fā)明工藝主要包括吸附、多孔膜過(guò)濾、超濾或納濾以及減 壓蒸餾四個(gè)單元組成，連接好相關(guān)設(shè)備。所采用的乳酸鹽為乳酸銨發(fā)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(fā)酵液泵入到多孔膜過(guò)濾單元。
所采用的多孔膜為市售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(guò)濾溫度70°C，滲透通量為158 L.m—^h—1,釆用外加 壓力進(jìn)行定時(shí)反向加壓沖洗陶瓷膜，反向加壓0.9MPa，持續(xù)時(shí)間5s，反沖后膜 的滲透通量恢復(fù)為236 L.m—2.11—1，間隔30min運(yùn)行一次反沖洗系統(tǒng)。過(guò)程中，活 性炭被陶瓷膜99%截留并返回到吸附單元再利用，經(jīng)過(guò)活性炭與陶瓷膜處理的 乳酸銨發(fā)酵液濁度降低99%以上，顏色去除83%,蛋白大分子物質(zhì)去除率92%， 所得乳酸銨滲透液進(jìn)入納濾單元。
采用巻式納濾膜對(duì)陶瓷膜單元出來(lái)的滲透液進(jìn)行凈化處理，待處理的乳酸鈉溶液采用加壓泵加壓至1.6MPa進(jìn)入納濾膜系統(tǒng)，滲透通量為10L.m《h"，被截 留的濃液返回循環(huán)繼續(xù)納濾。最終，納濾滲透液顏色去除率為70%，蛋白去除 率99%， 二價(jià)離子去除率95%，所得乳酸鈉溶液濃度為4.6%，進(jìn)入蒸發(fā)濃縮單 元。減壓蒸餾濃縮在絕對(duì)壓力20Pa下進(jìn)行，溫度為70。C,制備得到80%的乳 酸銨溶液，過(guò)程總收率為91%。實(shí)施例4按附圖1所示，本發(fā)明工藝主要包括吸附、多孔膜過(guò)濾、超濾或納濾以及減 壓蒸餾四個(gè)單元組成，連接好相關(guān)設(shè)備。所采用的乳酸鹽為乳酸鈣發(fā)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(fā)酵液泵入到多孔膜過(guò)濾單元。所采用的多孔膜為市售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(guò)濾溫度55°C，滲透通量為80 L.m義lf1，采用外加壓 力進(jìn)行定時(shí)反向加壓沖洗陶瓷膜，反向加壓1.6MPa，持續(xù)時(shí)間8s，反沖后膜的 滲透通量恢復(fù)為120L.m—2七人間隔30min運(yùn)行一次反沖洗系統(tǒng)。過(guò)程中，活性 炭被陶瓷膜99%截留并返回到吸附單元再利用，經(jīng)過(guò)活性炭與陶瓷膜處理的乳 酸鈣發(fā)酵液濁度降低99%以上，顏色去除85%，蛋白大分子物質(zhì)去除率95%， 所得乳酸鈣滲透液進(jìn)入納濾單元。采用巻式超濾膜處理陶瓷膜單元出來(lái)的滲透液，所采用的超濾膜切割分子量 為2000Da，待凈化的乳酸鈣溶液采用加壓泵加壓至0.5MPa進(jìn)入超濾膜系統(tǒng)，滲 透通量為38L.m—2.11—1，被截留的濃液返回循環(huán)繼續(xù)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(jìn)入蒸發(fā)濃縮 單元。減壓蒸餾濃縮在絕對(duì)壓力50Pa下進(jìn)行，溫度為7(TC，制備得到80%的乳 酸鈣溶液，過(guò)程總收率為94%。
權(quán)利要求
1、一種乳酸鹽的提純工藝，其具體步驟如下采用壓力驅(qū)動(dòng)的多孔膜結(jié)合活性炭吸附過(guò)程對(duì)乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行一次過(guò)濾，所得滲透液再采用超濾或納濾二次過(guò)濾，滲透出液為乳酸鹽溶液，再經(jīng)過(guò)減壓蒸餾技術(shù)濃縮制成乳酸鹽產(chǎn)品。
2、 如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的一次過(guò)濾過(guò)程中采用通量 恢復(fù)裝置在線(xiàn)進(jìn)行膜污染的清除，以提高過(guò)濾效率。
3、 如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于一次過(guò)濾過(guò)程中采用的通量恢復(fù) 裝置是采用了全自動(dòng)周期反向加壓膜沖洗系統(tǒng)，反向加壓0.3 2.0MPa，持續(xù)時(shí) 間0,5 10s。
4、 如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的乳酸鹽為陽(yáng)離子是一價(jià)或 二價(jià)的乳酸鹽。
5、 如權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于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(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的乳酸鹽發(fā)酵液原料固含量 為5% 30%，溫度為20 80°C。
7、 如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的多孔膜為陶瓷濾膜或金屬 濾膜，膜孔徑范圍為5nm 15pm;優(yōu)選的膜孔徑范圍20 500nm。
8、 如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的采用多孔膜結(jié)合活性炭對(duì) 乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行一次過(guò)濾，是在乳酸鹽發(fā)酵液中添加活性炭，同時(shí)采用多孔膜 過(guò)濾；其中活性炭的加入量為活性炭加入乳酸鹽發(fā)酵液中后活性炭的質(zhì)量百分濃 度為0.01 % 5%。
9、 如權(quán)利要求8所述的工藝，其特征在于添加活性炭的乳酸鹽發(fā)酵液多孔 膜過(guò)濾過(guò)程工藝參數(shù)為操作壓力0.01 0.5MPa，膜面流速1 5m/s,過(guò)濾溫度5 80°C;優(yōu)選的過(guò)濾溫度為40 70°C。
10、 如權(quán)利要求l所述的工藝，其特征在于所述的二次過(guò)濾過(guò)程中超濾過(guò)程 中超濾膜的切割分子量為500 3000Da，超濾過(guò)程的操作壓力為0.3 1.0MPa; 所述納濾過(guò)程操作壓力為0.5 2.0MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種乳酸鹽的提純工藝，尤其是涉及一種采用膜集成過(guò)程對(duì)發(fā)酵法乳酸鹽的提純技術(shù)。其具體步驟如下采用壓力驅(qū)動(dòng)的多孔膜結(jié)合活性炭吸附過(guò)程對(duì)乳酸鹽發(fā)酵液進(jìn)行一次過(guò)濾，所得滲透液再采用超濾或納濾二次過(guò)濾，滲透出液為乳酸鹽溶液，再經(jīng)過(guò)減壓蒸餾技術(shù)濃縮制成乳酸鹽產(chǎn)品。本發(fā)明采用的膜法乳酸鹽提純工藝是一種污染和能耗均較低的綠色生產(chǎn)工藝。
文檔編號(hào)C07C59/08GK101265179SQ20081002390
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者徐南平, 李衛(wèi)星, 邢衛(wèi)紅 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)