一種曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝，采用陽離子交換樹脂去除雜質(zhì)陽離子后濃縮結晶，硅藻土吸附脫色后進行重結晶，得到了高純度的曲酸晶體。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)曲酸提取工藝純化困難、步驟繁多、污染嚴重、成本較高等不足，采用直接濃縮結晶法解決了傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品顏色較深的缺點，獲得了白色針狀曲酸晶體，透光率為90％～96％，純度達到99.0％以上，整個工藝提取純化收率達到60％以上。
【專利說明】一種曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)酵生產(chǎn)曲酸過程中曲酸的分離純化工藝。
【背景技術】
[0002]曲酸(Kojic acid)，化學名稱為5-羥基-2-羥甲基-1,4-比喃酮，分子式=C6H6O4,相對分子質(zhì)量142.11。純凈的曲酸為無色棱柱狀晶體，熔點152°C，易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮，略溶于醚、乙酸乙酯、氯仿和吡啶，不溶于苯。與三氯化鐵作用呈特殊的紅色，可還原費林試劑和硝酸銀氨。曲酸是微生物好氧發(fā)酵產(chǎn)生的一種具有抗菌作用的有機酸，是與葡萄糖分子結構相似的弱酸性化合物，經(jīng)同位素證實是由葡萄糖未經(jīng)碳架斷裂直接氧化脫水而形成的，其酸性是由其酚烴基結構而來。
[0003]曲酸是一種重要的有機酸，在食品、化妝品、醫(yī)藥等領域具有重要的用途，它可清除人體內(nèi)的自由基，增強細胞活力，是一使用安全、用途廣泛的產(chǎn)品。(I)應用在化妝品領域可去斑美白，在人體皮膚中，酪氨酸在酪氨酶的催化作用下，與氧自由基經(jīng)復雜的氧化、聚合，最后合成黑色素。曲酸能抑制酪氨酸酶的合成，因而可以強烈抑制皮膚黑色素的形成，而且安全無毒，不會產(chǎn)生白斑遺癥，所以曲酸已被配入化妝水、面膜、乳液、護膚霜中，制成能有效治療雀斑、老人斑、色素沉著、粉刺等的美白化妝品。20ug / mL濃度的曲酸就可抑制多種酪氨酸酶(或稱多酚氧化酶ΡΡ0)的70~80%的活力，在化妝品中建議添加量為
0.2~1.0% ；(2)食品加工領域中，曲酸可用作食品添加劑，起到防腐、保鮮、抗氧化作用，實驗證明曲酸能抑制熏肉中亞硝酸鈉轉化為致癌的亞硝胺；(3)在醫(yī)藥領域中，由于曲酸對真核細胞無致突變作用，又可消除人體內(nèi)在自由基，增強白細胞動力等作用，有利于人體健康，所以曲酸已作為頭孢類抗生素的原料，生產(chǎn)出的成品藥用于治療頭痛、牙疼等疾病，鎮(zhèn)痛、消炎效果十分理想；(4)在農(nóng)業(yè)領域中，曲酸可用于生產(chǎn)生物農(nóng)藥。添加0.5~1.0%曲酸制成的生物微肥(深紅`色液體)，不論是低濃度作為葉面肥進行噴施，還是制增長增產(chǎn)劑進行根施，這種作物生產(chǎn)促進劑對糧食和蔬菜都有明顯的增產(chǎn)效果；(5)在其它領域中，曲酸也可作為鐵分析試劑、膠片去斑劑等。
[0004]曲酸是利用發(fā)酵法生產(chǎn)的有機酸，由于曲酸既溶于水，也溶于有機溶劑，且在兩相介質(zhì)中分配比例相差不大，難以用有機溶劑萃取，這就使從培養(yǎng)液中分離、純化曲酸相當困難，分離純化步驟繁多，大大增加了曲酸的生產(chǎn)成本，使曲酸商品價格居高不下，這也是影響曲酸開發(fā)應用的重要原因。傳統(tǒng)的曲酸的提取方法有鋅鹽或銅鹽沉淀法，此法操作復雜，其中還要用到二氧化硫，污染嚴重；而萃取法則提取率低，只有20%左右，且存在萃取劑的回收問題，不適合用于大量的曲酸發(fā)酵液提取。由于曲酸在水中溶解度梯度較大，是一種比較容易降溫結晶的有機酸，所以可采用提取成本較低且較為方便的直接濃縮結晶的方法來提取曲酸。以直接濃縮結晶法來提取曲酸發(fā)酵液中的曲酸，工藝最簡單，提取率及產(chǎn)品的純度較高，經(jīng)過二次結晶提取就可得到98%以上合格的曲酸產(chǎn)品，提取率可達77%以上，因此采用直接濃縮結晶法來提取發(fā)酵液中的曲酸是一種較好的提取方法。直接濃縮結晶方法的主要問題是產(chǎn)品色澤深，因此在曲酸的提取中脫色是直接濃縮最為關鍵的一步。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]由于設備材質(zhì)或質(zhì)量的問題，發(fā)酵液中金屬離子及各種雜質(zhì)含量高，曲酸會絡合大量鐵等金屬離子，使產(chǎn)品顏色較深。本發(fā)明的目的在于克服此種不足，提供一種通過離子交換樹脂去除曲酸發(fā)酵液中雜質(zhì)陽離子及硅藻土吸附脫色的二次結晶方法來提高曲酸品質(zhì)。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術方案，曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝包括如下關鍵步驟:
[0007]采用732強酸性陽離子交換樹脂，將樹脂用清水漂洗直到排水清晰。用水浸泡樹脂后用HCl溶液浸泡并攪拌。先用純水洗滌樹脂，再用NaOH溶液處理；之后用水洗至微堿性，再用HCl溶液處理，使樹脂變?yōu)闅湫?，最后用純水洗至無Cl'裝柱，用純水清洗交換柱，再通入曲酸發(fā)酵液。FeCl3.HCl顯色劑與離子交換柱中流出液反應顯色時，開始收集脫色液，待流出液與FeCl3.HCl不顯色或顯色很淡時，停止收集。脫色完畢后用蒸餾水洗出柱內(nèi)殘留曲酸。每批次45~55L脫色液在ZZF-100型多功能真空蒸發(fā)器(蒸發(fā)罐體積100L，儲液器體積25L)中減壓濃縮到飽和，約20~25L左右。降溫后輸送到結晶罐內(nèi)，逐步降溫至析出曲酸晶體。曲酸晶體制成粗制曲酸溶液。將一定量細粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)、粗粒度硅藻土(535)助濾劑按不同比例搭配加水配制成懸浮液，壓入過濾機中。將粗制曲酸溶液壓入過濾機中開始過濾，調(diào)節(jié)溫度，收集濾液，過濾完成后用一定量的水頂洗濾餅，合并濾液和頂洗濾液。濾液降溫后輸送到結晶罐內(nèi)重結晶，晶體冷凍干燥，得到白色針狀曲酸，晶體較均勻，透光率為90%~96%，純度達到99%以上，整個工藝提取純化收率達到60%以上。
[0008]本發(fā)明提供的從發(fā)酵液中分離純化曲酸的工藝與現(xiàn)有工藝相比，具有的最大的特點是:發(fā)酵液過陽離子交換樹脂后濃縮結晶、再經(jīng)硅藻土脫色、重結晶得到高純度曲酸(99%以上)，整個工藝提取純化收率達到60%以上，該工藝能有效提高提取率，降低工藝成本。`【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是曲酸分子結構式；
[0010]圖2是發(fā)酵液的分離純化工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于下述實施例。
[0012]實施例1
[0013](I)陽離子交換樹脂的預處理:采用732強酸性陽離子交換樹脂，將樹脂用清水漂洗，直到排水清晰為止。用水浸泡樹脂12~24h，使樹脂充分膨脹。用樹脂體積2倍量的2~5% HCl溶液浸泡樹脂2~4h，并不時攪拌。然后用低純水洗滌樹脂，直至溶液pH值接近4，再用2~5% NaOH溶液處理，處理后用水洗至微堿性，再一次用5% HCl溶液處理，使樹脂變?yōu)闅湫?，最后用純水洗至PH = 4，無Cl—即可。
[0014](2)裝柱、過柱:先用純水按出水順序流過交換柱，初出水含有裝柱過程混入的雜質(zhì)應棄去,待出水達到要求后,通入板框壓濾機過濾后的曲酸發(fā)酵液55.2L。
[0015](3)收集脫色液:當交換帶移至接近柱底部時停止加入料液，脫色完畢后用蒸餾水洗出柱內(nèi)殘留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3.HCl顯色劑，當離子交換柱中流出液與之反應顯色時，開始收集脫色液，待流出液與FeCl3.HCl不顯色或顯色很淡時，停止收集。脫色液肉眼觀察已基本無紅色，為淺黃色液體，收集的洗脫液為48.7L。
[0016](4)離子交換柱的再生:離子交換柱失效后，以2mol / L HCl進行再生，當流出液與5g / L黃血鹽無顯色反應時停止操作，讓柱內(nèi)樹脂在2mol / L HCl中浸泡lh，順向通水洗至流出液PH值在4以上，柱可重新使用。
[0017](5)濃縮、結晶:48.7L脫色液用泵打入多功能真空蒸發(fā)器中，在-700mmHg以上加熱到50°C，減壓濃縮到22.0L飽和。濃縮液用泵經(jīng)板式換熱器降溫后輸送到結晶罐內(nèi)，滿罐后罐內(nèi)液溫44~46°C，按降溫曲線逐步降溫至2°C，析出曲酸晶體。
[0018](6)硅藻土脫色:用水溶解收集的曲酸粗制晶體，制成100g / L的粗制曲酸溶液。將1.8kg細粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)助濾劑按2: I加水配制成W(硅藻土)為5%的懸浮液，攪拌下用壓縮空氣壓入過濾機中，并經(jīng)過循環(huán)使預涂層均勻。將粗制曲酸溶液用壓縮空氣壓入上述預涂層的過濾機中開始過濾，調(diào)節(jié)溫度80°C，實測濾速為46.2m3 / h，收集濾液，過濾完成后用25L水頂洗濾餅，合并濾液和頂洗濾液。
[0019](7)重結晶、干燥:濾液用泵經(jīng)板式換熱器降溫后輸送到結晶罐內(nèi)，按降溫曲線逐步降溫至2°C重結晶，析出曲酸晶體，進行冷凍干燥，得到曲酸2.53kg，成品呈白色針狀，晶體較均勻，透光率為95.67 %，純度達到99.6 %，提取純化收率為65.4%。
[0020]實施例2
[0021](I)同實施例1。`[0022](2)裝柱、過柱:先用純水按出水順序流過交換柱，初出水含有裝柱過程混入的雜質(zhì)應棄去,待出水達到要求后,通入板框壓濾機過濾后的曲酸發(fā)酵液58.5L。
[0023](3)收集脫色液:當交換帶移至接近柱底部時停止加入料液，脫色完畢后用蒸餾水洗出柱內(nèi)殘留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3.HCl顯色劑，當離子交換柱中流出液與之反應顯色時，開始收集脫色液，待流出液與FeCl3.HCl不顯色或顯色很淡時，停止收集。脫色液肉眼觀察已基本無紅色，為淺黃色液體，收集的洗脫液為51.6L。
[0024](4)離子交換柱的再生:離子交換柱失效后，以2mol / L HCl進行再生，當流出液與5g / L黃血鹽無顯色反應時停止操作，讓柱內(nèi)樹脂在2mol / L HCl中浸泡lh，順向通水洗至流出液PH值在4以上，柱可重新使用。
[0025](5)濃縮、結晶:51.6L脫色液用泵打入多功能真空蒸發(fā)器中，在-700mmHg以上加熱到50°C，減壓濃縮到24.9L飽和。濃縮液用泵經(jīng)板式換熱器降溫后輸送到結晶罐內(nèi)，滿罐后罐內(nèi)液溫44~46°C，按降溫曲線逐步降溫至2°C，析出曲酸晶體。
[0026](6)硅藻土脫色:用水溶解收集的曲酸粗制晶體，制成100g/L的粗制曲酸溶液。將
1.2kg細粒度硅藻土(STD)、粗粒度硅藻土(535)助濾劑按1:1加水配制成W(硅藻土)為5%的懸浮液，攪拌下用壓縮空氣壓入過濾機中，并經(jīng)過循環(huán)使預涂層均勻。將粗制曲酸溶液用壓縮空氣壓入上述預涂層的過濾機中開始過濾，調(diào)節(jié)溫度65°C，實測濾速為54.9m3 /h,收集濾液,過濾完成后用20L水頂洗濾餅，合并濾液和頂洗濾液。
[0027](7)重結晶、干燥:濾液用泵經(jīng)板式換熱器降溫后輸送到結晶罐內(nèi)，按降溫曲線逐步降溫至2°C重結晶，析出曲酸晶體，進行冷凍干燥，得到曲酸2.60kg，成品呈白色針狀，晶體較均勻，透光率為90.12 %，純度達到99.0 %，提取純化收率為63.3%。
[0028]實施例3
[0029](I)同實施例1。
[0030](2)裝柱、過柱:先用純水按出水順序流過交換柱，初出水含有裝柱過程混入的雜質(zhì)應棄去,待出水達到要求后,通入板框壓濾機過濾后的曲酸發(fā)酵液52.5L。
[0031](3)收集脫色液:當交換帶移至接近柱底部時停止加入料液，脫色完畢后用蒸餾水洗出柱內(nèi)殘留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3.HCl顯色劑，當離子交換柱中流出液與之反應顯色時，開始收集脫色液，待流出液與FeCl3.HCl不顯色或顯色很淡時，停止收集。脫色液肉眼觀察已基本無紅色，為淺黃色液體，收集的洗脫液為46.1L。
[0032](4)離子交換柱的再生:離子交換柱失效后，以2mol / L HCl進行再生，當流出液與5g / L黃血鹽無顯色反應時停止操作，讓柱內(nèi)樹脂在2mol / L HCl中浸泡lh，順向通水洗至流出液PH值在4以上，柱可重新使用。
[0033](5)濃縮、結晶:46.1L脫色液用泵打入多功能真空蒸發(fā)器中，在-700mmHg以上加熱到50°C，減壓濃縮到20.4L飽和。濃縮液用泵經(jīng)板式換熱器降溫后輸送到結晶罐內(nèi)，滿罐后罐內(nèi)液溫44~46°C，按降溫曲線逐步降溫至2°C，析出曲酸晶體。
[0034](6)硅藻土脫色:用水溶解收集的曲酸粗制晶體，制成100g / L的粗制曲酸溶液。將1.5kg細粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)助濾劑按1: 2加水配制成W(硅藻土)為5%的懸浮液，攪拌下用壓縮空氣壓入過濾機中，并經(jīng)過循環(huán)使預涂層均勻。將粗制曲酸溶液用壓縮空氣壓入上述預涂層的過濾機中開始過濾，調(diào)節(jié)溫度70°C，實測濾速為49.5m3 / h，收集濾液，過濾完成后用20L水頂洗濾餅，合并濾液和頂洗濾液。
[0035](7)重結晶、干燥 :濾液用泵經(jīng)板式換熱器降溫后輸送到結晶罐內(nèi)，按降溫曲線逐步降溫至2°C重結晶，析出曲酸晶體，進行冷凍干燥，得到曲酸2.44kg，成品呈白色針狀，晶體較均勻，透光率為91.32%，純度達到99.2%，提取純化收率為66.2%。
【權利要求】
1.一種曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝，其特征在于包括如下步驟: (1)陽離子交換樹脂的預處理:采用732強酸性陽離子交換樹脂，將樹脂用清水漂洗直到排水清晰。用水浸泡樹脂后用HCl溶液浸泡并攪拌。先用純水洗滌樹脂，再用NaOH溶液處理；之后用水洗至微堿性，再用HCl溶液處理，使樹脂變?yōu)闅湫?，最后用純水洗至無Cl' (2)收集脫色液=FeCl3-HCl顯色劑與離子交換柱中流出液反應顯色時，開始收集脫色液，待流出液與FeCl3.HCl不顯色或顯色很淡時，停止收集。脫色完畢后用蒸餾水洗出柱內(nèi)殘留曲酸。 (3)離子交換柱的再生:離子交換柱失效后，以2mol/ L HCl進行再生，當流出液與5g / L黃血鹽無顯色反應時停止操作，讓柱內(nèi)樹脂在2mol / L HCl中浸泡lh，順向通水洗至流出液PH值在4以上，柱可重新使用。 (4)濃縮、結晶:每批次45~55L脫色液在ZZF-100型多功能真空蒸發(fā)器中減壓濃縮到飽和，約20~25L左右。降溫后輸送到結晶罐內(nèi)，逐步降溫至析出曲酸晶體。 (5)硅藻土脫色:用水溶解收集的曲酸粗制晶體，制成100g/ L的粗制曲酸溶液。將一定量細粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)、粗粒度硅藻土(535)助濾劑按不同比例搭配加水配制成懸浮液，壓入過濾機中。將粗制曲酸溶液壓入過濾機中開始過濾，調(diào)節(jié)溫度，收集濾液，過濾完成后用一定量的水頂洗濾餅，合并濾液和頂洗濾液。 (6)重結晶、干燥:濾液降溫后輸送到結晶罐內(nèi)重結晶，晶體冷凍干燥，得到白色針狀曲酸，晶體較均勻，透光率為90%~96%，提取純化收率達到60%以上，純度達到99%以上。
2.根據(jù)權利要求1所述的曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝，其特征在于:所述硅藻土的量為 1.2 ~1.8kg。
3.根據(jù)權利要求1所述的曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝，其特征在于:所述硅藻土的規(guī)格為細粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)、粗粒度硅藻土(535)。
4.根據(jù)權利要求1所述的曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝，其特征在于:所述硅藻土的搭配比例為:STD與503搭配比例分別為1: 2、1: 1、2: 1，STD與535搭配比例分別為1: 2、1: 1、2: 1，STD、503 和 535 的搭配比例分別為 1:1: 1、2:1: 1、1: 2:1。
5.根據(jù)權利要求1所述的曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝，其特征在于:所述的過濾溫度為 60 ~80°C。
6.根據(jù)權利要求1所述的曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝，其特征在于:所述的過濾速度為 45 ~55m3 / ho
7.根據(jù)權利要求1所述的曲酸發(fā)酵液的分離純化工藝，其特征在于:所述的頂洗濾餅的水量為15~30L。
【文檔編號】C07D309/40GK103483301SQ201310375463
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權日:2013年8月27日
【發(fā)明者】王紹禮 申請人:蘭州金陽生物科技有限公司