一种从柠檬酸发酵液中提纯柠檬酸的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种从柠檬酸发酵液中提纯柠檬酸的方法，属于微生物发酵及提纯
技术领域。
【背景技术】
[0002] 柠檬酸，又称枸橼酸，化学名称是2-羟基丙烷三羧酸，其广泛分布于柠檬、醋栗、 覆盆子和葡萄等植物中，因其具有令人愉悦的酸味，入口爽快，无后酸味，完全无毒，是当前 世界上生产量和消费量最大、最主要的使用有机酸类产品之一、广泛应用于医药、食品、饮 料和洗涤等行业。
[0003] 目前，多数的柠檬酸产品是采用淀粉液化液以及糖蜜等为原料，通过黑曲霉 (Aspergillus Niger)深层发酵制得。由于发酵过程中加入的还原糖不能被全部利用，而且 作为营养物质加入的原料中会夹带一些不能被菌体利用的非还原糖、多糖等物质，因此收 获的发酵液中除目标产品柠檬酸外，还存在蛋白质、色素、无机盐以及由原料中所含糖类组 成的残留，需要进一步对发酵后的柠檬酸进行分离纯化才能使用。
[0004] 传统的分离纯化技术一般采用间歇式或连续式钙盐法，纯化过程中需要消耗碳酸 钙和硫酸，产生大量固体废弃物硫酸钙，并排放大量的二氧化碳。以间歇钙盐法计算，每生 产一吨柠檬酸需要0. 9吨硫酸和0. 9吨碳酸钙，产生约2. 5吨的湿硫酸钙，排放0. 39吨二 氧化碳，不仅增加了生产成本，而且对环境产生影响，不利于节能减排。
[0005] 另外采用萃取法也可实现柠檬酸的分离纯化，但是其对萃取剂的选择性很高，目 前常用的萃取剂主要有柠檬酸三丁酯，有机胺等。萃取法虽然纯化的效果较好，但由于适宜 的萃取剂都有毒性，一般只能用于工业，不能应用于食品与医药等行业，而且萃取法纯化得 到的产品浓度低，收率低，生产成本较高。
[0006] 树脂吸附解吸法是目前技术上较为可行的柠檬酸提取方法。根据吸附原理，可分 为尚子交换直接吸附朽 1檬酸根法、尚子交换吸附杂质尚子法和模拟移动床直接分尚朽1檬酸 法二大类。
[0007] 中国专利文献CN1358707A公开了一种柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的清洁生产工 艺，并具体公开了包括合成用于专门吸附分离柠檬酸的弱酸强碱两性树脂，并采用装有本 树脂的固定床，使用连续错流变温色谱吸附技术从发酵液中分离提纯，获得纯净柠檬酸产 品。在低温下发酵液通过树脂床，柠檬酸被吸附，用热水通过饱和树脂床，使柠檬酸吸附。上 述方案采用热水进行洗脱，洗脱温度不低于80°C。洗脱温度较高，长期使用会降低树脂的使 用寿命，增加成本，且增加了分离过程的能耗，得到的柠檬酸产品稀释程度较高。
[0008] 中国专利文献CN1648257A公开了一种生产柠檬酸和/或柠檬酸盐的方法，并具体 公开了一种利用单一阴离子交换树脂交换法，通过该树脂自身碱型与盐型的转换过程，采 用移动该树脂的多级离子交换分离装置从柠檬酸发酵清液中分离浓缩得到柠檬酸和/或 柠檬酸盐的生产方法。上述方案虽然可以分离得到柠檬酸，但是，一方面纯化后得到的柠檬 酸洗脱液稀释程度很高，后期浓缩成本较高；另一方面，由于使用NaOH再生阴离子交换树 月旨，使纯化过程中会产生部分柠檬酸钠，因而不能将所有的柠檬酸都提纯出来，导致提纯率 偏低；再者，采用70-90°C热水做洗脱剂，洗脱温度高，长期使用会影响阴离子交换树脂的 使用寿命。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的在于克服现有技术中利用阴离子交换树脂提纯柠檬酸的工艺 中，必须大量使用洗脱剂导致产品稀释程度过高、提纯率低、且后期处理工艺复杂的缺陷， 从而提供一种产品稀释程度低、提纯率高的从发酵液中提纯柠檬酸的方法。
[0010]因此发明提供一种从柠檬酸发酵液中提纯柠檬酸的方法，包括利用阴离子交换树 脂色谱系统，对含柠檬酸发酵液进行层析分离以去除残糖并得到纯化柠檬酸的步骤，且所 述阴离子交换树脂的粒径为〇. 15-0. 35mm。
[0011] 作为一种优选，所述阴离子交换树脂的粒径为〇. 2-0. 3mm。
[0012] 所述阴离子交换树脂选自树脂骨架交联聚苯乙烯系、交联聚甲基丙烯酸系、酚醛 系、环氧系、脲醛系或氯乙烯系结构之一，且离子交换基团为-NH 2、-NHR、-NR2之一的阴离子 交换树脂。
[0013] 所述阴尚子交换树脂的尚子交换容量大于3. 4mmol/g干基树脂。
[0014] 所述阴离子交换树脂为凝胶型和/或大孔型。
[0015] 所述利用阴离子交换树脂色谱系统对含柠檬酸发酵液进行层析分离的步骤中，所 用洗脱剂为质量浓度为0. 01-0. 5%的硫酸水溶液。
[0016] 优选的，所述洗脱剂为质量浓度为0. 2-0. 5%的硫酸水溶液。
[0017] 更优选的，所述洗脱剂为质量浓度为0. 2-0. 4%的硫酸水溶液。
[0018] 所述利用阴离子交换树脂色谱系统进行层析分离步骤的操作温度为35-70°C。
[0019] 优选的，所述利用阴离子交换树脂色谱系统进行层析分离步骤的操作温度为 45-65。。。
[0020] 更优选的，利用阴离子交换树脂色谱系统进行层析分离步骤的操作温度为 45-50。。。
[0021] 所述利用阴离子交换树脂色谱系统进行层析分离步骤中，所述含柠檬酸发酵液的 截面积流速为l -50cm/min ;所述洗脱剂的截面积流速为l-100cm/min。
[0022] 优选的，所述含柠檬酸发酵液的截面积流速为7-46cm/min ;所述洗脱剂的截面积 流速为 3_85cm/min
[0023] 更优选的，所述含柠檬酸发酵液的截面积流速为12-30cm/min ;所述洗脱剂的截 面积流速为20_45cm/min。
[0024] 所述含柠檬酸发酵液中，柠檬酸的浓度为20_55%(w/v)，残糖的浓度为2_10%(w/ v)。
[0025] 优选的，所述柠檬酸发酵液中所述柠檬酸的浓度为30-55% (w/v)。
[0026] 更优选的，所述柠檬酸发酵液中所述柠檬酸的浓度为30-40% (w/v)。
[0027] 所述利用阴离子交换树脂色谱系统进行层析分离的步骤通过模拟移动床色谱系 统进行。
[0028] 本发明还提供了一种从柠檬酸发酵液中提纯柠檬酸的方法提纯得到的柠檬酸。
[0029] 本发明提供的一种从柠檬酸发酵液中提纯柠檬酸的方法具有以下优点：
[0030] 1.本发明所述的从柠檬酸发酵液中提纯柠檬酸的方法，通过大量研究发现，所述 阴离子树脂交换色谱系统中所使用阴离子交换树脂的粒径会对层析过程中洗脱剂的用量 产生较大影响，通过控制所使用阴离子交换树脂的粒径范围在〇. 15-0. 35_之间，可有效 降低使用阴离子交换树脂色谱系统进行提纯柠檬酸工艺中洗脱剂的用量，从而有效控制经 上述层析分离得到的柠檬酸的稀释程度，降低后续浓缩成本，而且控制上述粒径范围，还 可以提高柠檬酸的收率；控制阴离子交换树脂的粒径在〇. 2-0. 3_之间可获得更低的稀释 倍数和更高的柠檬酸收率。
[0031] 2.本发明所述的从柠檬酸发酵液中提纯柠檬酸的方法，采用的阴离子交换树脂为 选自树脂骨架交联聚苯乙烯系、交联聚甲基丙烯酸系、酚醛系、环氧系、脲醛系或氯乙烯系 结构之一，且离子交换基团为-NH 2、-NHR、-NR2之一的阴离子交换树脂，可高效高质的对柠 檬酸进行分尚纯化。
[0032] 3.本发明所述的从柠檬酸发酵液中提纯柠檬酸的方法，采用体积质量比为 0.01-0. 5%的硫酸水溶液作为洗脱剂，可将吸附在上述阴离子交换树脂上的残糖和柠檬 酸根逐步洗脱下来，并在所述色谱系统中的不同位置被分离出来，洗脱效率高，且温度在 35_70°C均可，而在此温度要求下，一般的柠檬酸发酵液原料的温度即可满足上述要求，正 常运转时一般不需要特意加热，因而可以节省能源；而且上述温度不会对阴离子交换树脂 造成损伤，长期使用也不会降低其使用寿命；且由于使用阴离子