一種從d-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取d-乳酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及發(fā)酵液中分離純化D-乳酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乳酸是世界三大有機(jī)酸之一，它可以廣泛的用于食品、醫(yī)藥、化工和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。特別的D-乳酸可以廣泛的應(yīng)用于醫(yī)藥、化工和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。以D-乳酸為單體合成的聚乳酸以其良好的生物可降解性能及其他優(yōu)良的使用特性(如透明性、熱塑性、產(chǎn)物安全性等)已成為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的綠色環(huán)保材料。此外以高純的D-乳酸制造的生物農(nóng)藥“驃馬”和“威霸”等除草劑，作為新型的低毒性農(nóng)藥，能夠有效的除草殺蟲既經(jīng)濟(jì)又可靠。市場上，同等級的D-乳酸價格比L-乳酸貴5?10倍。因此D-乳酸的生產(chǎn)和純化逐漸受到重視。
[0003]乳酸的制備方法有發(fā)酵法、化學(xué)合成法和酶法。其中，發(fā)酵法和化學(xué)合成法得到工業(yè)上的應(yīng)用，而我國主要采用發(fā)酵法。
[0004]傳統(tǒng)的乳酸提取工藝為乳酸鈣結(jié)晶-酸解工藝，即(I)將發(fā)酵得到的乳酸鈣發(fā)酵液經(jīng)板框過濾去除雜質(zhì)；(2)高溫酸解；(3)板框過濾去除硫酸鈣雜質(zhì)；(4)脫色，再過濾去除活性炭；(5)離子交換；(6)多效蒸發(fā)得到產(chǎn)品。該工藝成熟易于控制，但是存在工藝路線長，單元操作多，廢液污染嚴(yán)重，能耗較高，整個分離過程自動化程度較低等缺點，乳酸回收率也一般在40?50%之間，且獲得的產(chǎn)品品質(zhì)較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有乳酸分離純化工藝中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種從發(fā)酵液中分離純化D-乳酸的工藝，它能夠不產(chǎn)生副產(chǎn)物硫酸鈣，反應(yīng)條件在低溫下。
[0006]一種從發(fā)酵液中分離純化D-乳酸的工藝，包括以下步驟:
[0007](I)將D-乳酸發(fā)酵液進(jìn)行固液分離及部分蛋白和色素的去除，得到澄清的發(fā)酵液；
[0008](2)將步驟(I)中所得到的澄清發(fā)酵液進(jìn)行脫色操作；
[0009](3)將經(jīng)步驟(2)得到的發(fā)酵液進(jìn)行離子交換；
[0010](4)將離子交換后的發(fā)酵液進(jìn)行濃縮從而獲得D-乳酸。
[0011]所述的步驟(I)中D-乳酸發(fā)酵液的固液分離采用離心的方式。
[0012]所述的步驟(I)中D-乳酸發(fā)酵液的固液分離采用碟片離心。
[0013]所述的步驟(I)中D-乳酸發(fā)酵液中部分蛋白以及色素的去除采用超濾的方式進(jìn)行。
[0014]所述的步驟(I)中D-乳酸發(fā)酵液中部分蛋白以及色素的去除采用超濾的方式進(jìn)行，超濾膜的截留分子量為1000-20000D。
[0015]所述的步驟(2)中的脫色采用活性炭或者納濾膜進(jìn)行脫色。
[0016]采用截留分子量為300?500的納濾膜進(jìn)行脫色。
[0017]所述的步驟(2)中的脫色采用粉末型活性炭進(jìn)行脫色。
[0018]所述的步驟(4)離子交換采用陽離子樹脂和陰離子樹脂相結(jié)合的方法進(jìn)行，發(fā)酵液先過陽離子柱再過陰離子柱，樹脂為大孔型離子交換樹脂，陽離子交換樹脂為H型、陰離子交換樹脂為OH型。
[0019]所述的步驟(4)中的濃縮步驟采用減壓蒸發(fā)操作，溫度為50?70°C，真空度為80 ?200bar。
[0020]本發(fā)明所述的工藝通過固液分離，可以能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)酵液的澄清；通過超濾可以去除大部分大分子的蛋白和一些小分子的蛋白，同時可以脫除部分色素；通過脫色環(huán)節(jié)將發(fā)酵液中的色素脫除；通過離子交換可以將乳酸鈉轉(zhuǎn)化為乳酸，然后經(jīng)減壓蒸發(fā)步驟獲得高品質(zhì)乳fe。有￡fL效果:
[0021]1、本發(fā)明工藝中，分離的是乳酸鈉發(fā)酵液，可以直接在常溫下進(jìn)行固液分離和膜分離操作，連續(xù)性強(qiáng)，而傳統(tǒng)的處理乳酸鈣發(fā)酵液的固液分離是需要在高溫下采用板框過濾的手段而不能進(jìn)行膜過濾，因為鈣離子對膜的損傷較大，會大大降低膜的壽命。且板框過濾操作能耗較高、過濾效果較差、自動化程度較低。
[0022]2、本發(fā)明工藝中不需要在高溫(接近90°C)下進(jìn)行時間較長的酸解工藝，在此只需在常溫下進(jìn)行酸化，且酸化時間短，避免了在高溫下色素的產(chǎn)生給后續(xù)處理帶來麻煩，并且可以大大減少能源的消耗。
[0023]3、本發(fā)明通過微濾、超濾的步驟可以有效降低發(fā)酵液中的蛋白的含量，以及一部分色素，從而較大幅度降低產(chǎn)品中的氮含量的指標(biāo)以及后期脫色成本。
[0024]4、本發(fā)明專利中不產(chǎn)生附加值低且難處理的副產(chǎn)物硫酸鈣。
[0025]5、本發(fā)明工藝中，整個的工藝流程在能實現(xiàn)高品質(zhì)的D-乳酸分離基礎(chǔ)上，做到了操作最優(yōu)化，分離步驟少從而降低了發(fā)酵法生產(chǎn)D-乳酸中分離純化的費用。
【具體實施方式】
[0026]用以下的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但有必要指出以下實施例只用于對
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0027]實施例1
[0028]以芽孢桿菌生產(chǎn)菌株的D-乳酸發(fā)酵液，其中D-乳酸鈉濃度100g/L，無殘?zhí)?，發(fā)酵液pH6.0。取發(fā)酵結(jié)束的D-乳酸鈉發(fā)酵液經(jīng)碟片離心機(jī)分離出菌體；隨后進(jìn)行微濾和超濾，分離出大分子蛋白、部分色素，超濾膜選用的截留分子量為1000 ;將發(fā)酵液進(jìn)行脫色處理，脫色選用粉末活性炭進(jìn)行脫色，脫色PH為中性，脫色溫度為60°C，脫色時間為30min ;將脫色后的發(fā)酵液送入離子交換柱進(jìn)行離子交換，發(fā)酵液先經(jīng)陽離子交換樹脂后經(jīng)陰離子交換樹脂；最后將離子交換后的發(fā)酵液送入蒸發(fā)器進(jìn)行減壓蒸發(fā)即得到光學(xué)純度為98%含量為90%的D-乳酸，減壓蒸發(fā)的條件為溫度70°C，真空度控制在200bar。
[0029]實施例2
[0030]以芽孢桿菌生產(chǎn)菌株的D-乳酸發(fā)酵液，其中D-乳酸鈉濃度120g/L，無殘?zhí)?，發(fā)酵液pH5.8。取發(fā)酵結(jié)束的D-乳酸鈉發(fā)酵液直接進(jìn)入微濾、超濾系統(tǒng)，分離出大分子蛋白、部分色素，超濾膜的截留分子量為5000 ;將發(fā)酵液進(jìn)行脫色處理，脫色采用納濾膜進(jìn)行脫色，納濾膜采用的截留分子量為300 ;將脫色后的發(fā)酵液送入離子交換柱進(jìn)行離子交換，發(fā)酵液先經(jīng)陽離子交換樹脂后經(jīng)陰離子交換樹脂；最后將離子交換后的發(fā)酵液送入蒸發(fā)器進(jìn)行減壓蒸發(fā)即得到光學(xué)純度為99%、含量為91%的D-乳酸，減壓蒸發(fā)的條件為溫度50°C，真空度控制在80bar。
[0031]實施例3
[0032]以芽孢桿菌生產(chǎn)菌株的D-乳酸發(fā)酵液，其中D-乳酸鈉濃度110g/L，無殘?zhí)?，發(fā)酵液pH6.0。取發(fā)酵結(jié)束的D-乳酸鈉發(fā)酵液直接進(jìn)入微濾、超濾系統(tǒng)，分離出大分子蛋白、部分色素，超濾膜的截留分子量為20000 ;將發(fā)酵液進(jìn)行脫色處理，脫色在活性炭柱中進(jìn)行，選用顆?；钚蕴?，脫色pH為6.0，脫色溫度為60°C，脫色時間為30min ;將脫色后的發(fā)酵液送入離子交換柱進(jìn)行離子交換，發(fā)酵液先經(jīng)陽離子交換樹脂后經(jīng)陰離子交換樹脂；最后將離子交換后的發(fā)酵液送入蒸發(fā)器進(jìn)行減壓蒸發(fā)即得到光學(xué)純度為98%、含量為88%的D-乳酸，減壓蒸發(fā)的條件為溫度55°C，真空度控制在90bar。
[0033]實施例4
[0034]以芽孢桿菌生產(chǎn)菌株的D-乳酸發(fā)酵液，其中D-乳酸鈉濃度90g/L，無殘?zhí)牵l(fā)酵液PH6.0。取發(fā)酵結(jié)束的D-乳酸鈉發(fā)酵液直接進(jìn)入微濾、超濾系統(tǒng)，分離出大分子蛋白、部分色素，超濾膜的截留分子量為2000 ;將發(fā)酵液進(jìn)行脫色處理，脫色采用納濾膜進(jìn)行脫色，納濾膜采用的截留分子量為500的；將脫色后的發(fā)酵液送入離子交換柱進(jìn)行離子交換，發(fā)酵液先經(jīng)陽離子交換樹脂后經(jīng)陰離子交換樹脂；最后將離子交換后的發(fā)酵液送入蒸發(fā)器進(jìn)行減壓蒸發(fā)即得到光學(xué)純度為98%、含量為90%的D-乳酸，減壓蒸發(fā)的條件為溫度55°C，真空度控制在90bar。
[0035]實施例5
[0036]以芽孢桿菌生產(chǎn)菌株的D-乳酸發(fā)酵液，其中D-乳酸鈉濃度120g/L，殘?zhí)?g/L，發(fā)酵液PH6.0。取發(fā)酵結(jié)束的D-乳酸鈉發(fā)酵液直接進(jìn)入微濾、超濾系統(tǒng)，分離出大分子蛋白、部分色素，超濾膜的截留分子量為2000 ;將發(fā)酵液進(jìn)行脫色處理，脫色采用納濾膜進(jìn)行脫色，納濾膜采用的截留分子量為400的；將脫色后的發(fā)酵液送入離子交換柱進(jìn)行離子交換，發(fā)酵液先經(jīng)陽離子交換樹脂后經(jīng)陰離子交換樹脂；最后將離子交換后的發(fā)酵液送入蒸發(fā)器進(jìn)行減壓蒸發(fā)即得到光學(xué)純度為98%、含量為89%的D-乳酸，減壓蒸發(fā)的條件為溫度55°C，真空度控制在90bar。
【主權(quán)項】
1.一種從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，包括以下步驟: (1)將D-乳酸發(fā)酵液進(jìn)行固液分離、去除蛋白和色素，得到澄清發(fā)酵液； (2)將步驟(I)中所得到的澄清發(fā)酵液進(jìn)行脫色操作； (3)將經(jīng)步驟(2)得到的發(fā)酵液進(jìn)行離子交換； (4)將離子交換后的發(fā)酵液進(jìn)行濃縮從而獲得D-乳酸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中D-乳酸發(fā)酵液的固液分離采用離心的方式。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中D-乳酸發(fā)酵液的固液分離采用碟片離心。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中D-乳酸發(fā)酵液中去除蛋白和色素采用超濾的方式。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中D-乳酸發(fā)酵液中去除蛋白和色素采用超濾的方式，超濾膜的截留分子量為 1000-20000D。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中的脫色采用活性炭或者納濾膜進(jìn)行脫色。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中的脫色采用粉末型活性炭進(jìn)行脫色。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中的脫色采用截留分子量為300?500的納濾膜進(jìn)行脫色。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(4)離子交換采用陽離子樹脂和陰離子樹脂相結(jié)合的方法進(jìn)行，發(fā)酵液先過陽離子柱再過陰離子柱，樹脂為大孔型離子交換樹脂，陽離子交換樹脂為H型、陰離子交換樹脂為OH型。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，其特征在于:所述的步驟(4)中的濃縮步驟采用減壓蒸發(fā)操作，溫度為50?70°C，真空度為80?200bar。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從D-乳酸鈉發(fā)酵液中分離提取D-乳酸的方法，本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及發(fā)酵液中分離純化D-乳酸的方法。包括以下步驟：（1）將D-乳酸發(fā)酵液進(jìn)行固液分離、去除蛋白和色素，得到澄清發(fā)酵液；（2）將步驟（1）中所得到的澄清發(fā)酵液進(jìn)行脫色操作；（3）將經(jīng)步驟（2）得到的發(fā)酵液進(jìn)行離子交換；（4）將離子交換后的發(fā)酵液進(jìn)行濃縮從而獲得D-乳酸。本發(fā)明工藝中只需在常溫下進(jìn)行酸化，酸化時間短。有效降低發(fā)酵液中的蛋白的含量，以及一部分色素。不產(chǎn)生附加值低且難處理的副產(chǎn)物硫酸鈣。操作最優(yōu)化，分離步驟少。
【IPC分類】C07C59/08, C07C51/42
【公開號】CN104974032
【申請?zhí)枴緾N201410149642
【發(fā)明人】方曉江, 劉經(jīng)偉, 馬江鋒, 陳韶輝, 楊愛武, 李曉強(qiáng), 柏基業(yè)
【申請人】中國石化揚子石油化工有限公司, 中國石油化工股份有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月14日