专利名称：从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分离和提纯乳酸的工艺，具体是涉及一种用膜从乳酸发酵液中分离和提纯乳酸的工艺。
背景技术：
乳酸作为一种重要的有机酸，广泛存在于人体、动物体和植物中。乳酸、乳酸盐及其衍生物，在食品、饲料、化工和医药等领域具有广泛的应用。近年来，L-乳酸聚合生成的聚L-乳酸作为新型材料，制造的生物降解塑料、绿色包装材料及家用薄膜等，解决了日益严重的环境污染问题，引起了世界的广泛关注，被认为是新世纪最有发展前途的新材料，应用前景非常广阔。乳酸的生产方法包括发酵法、化学合成法和酶法。目前，高光学纯度的L-乳酸的生产以微生物发酵为主，发酵菌种为乳杆菌、米根霉等。对乳酸发酵液的提取分离，我国目前普遍采用的乳酸钙结晶一酸解工艺存在提取率低，成品纯度不高，存放稳定性差等问题。乳酸钙结晶一酸解工艺的流程大致如下上游发酵液经升温、碱化处理后，除去菌体、蛋白质等胶体杂质。得到的乳酸钙醪液经浓缩结晶，离心分离除去母液，得到乳酸钙晶体。加热复溶后，用硫酸进行酸解，加入适量活性炭脱色，分离去除硫酸钙和活性炭残渣，得到粗乳酸溶液。然后将粗乳酸溶液分别通过阴、阳离子交换树脂，去除其中的杂质离子，所得溶液再经浓缩至80%以上，即得成品乳酸溶液。该工艺具有易于控制，设备要求简单等优点，但产品提取率低，纯度不高。造成目前乳酸提取率低和纯度不高的原因有发酵液中的糖类、蛋白质和色素等主要杂质不能有效去除，显著影响了乳酸钙结晶率和纯度；采用多次活性炭脱色使乳酸钙和乳酸的损失率高达30% ;工艺中除糖不充分，导致成品乳酸中的残糖或其它还原性物质影响产品的品质
发明内容
基于乳酸钙结晶-酸解工艺的不足，本发明提供一种从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺。其技术解决方案是一种从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺，其包括以下步骤(I)将乳酸发酵液加热至80 90°C，添加氢氧化钙调节pH至10 12，保温搅拌15 60分钟后过滤得到料液I ;(2)向料液I中加入絮凝剂聚丙烯酰胺，静置I 6小时后，过滤得到滤液2 ；(3)用活性炭对滤液2脱色，活性炭与乳酸发酵液的质量比为O. 05 100 I 100，脱色温度为65 800C，脱色时间为30 70min，再先后用板框和无机陶瓷膜过滤得到滤液3 ；(4)用板式换热器对滤液3降温，使滤液3的温度由60 80°C降到45 60°C，然后用有机纳滤膜过滤得到滤液4 ；(5)对滤液4依次采取浓缩、降温结晶、离心、洗晶、干燥，制得乳酸钙晶体；(6)加蒸馏水重溶乳酸钙晶体，在低于80°C下加热使其完全复溶，加入硫酸进行酸解得粗乳酸；(7)用阴、阳离子交换树脂去除粗乳酸中的杂质离子；(8)浓缩得成品乳酸，其纯度为95% 98%。优选的，步骤(5)中在三效浓缩锅中进行浓缩；在结晶缸中进行降温结晶。优选的，步骤(6)中硫酸的重量百分比浓度为40% 98%。
本发明的有益技术效果是基于现有乳酸钙结晶一酸解工艺除杂不充分，导致需要多次结晶且结晶率不高，最终影响了产品的纯度和提取率，本发明工艺对其进行优化，在结晶之前增加了两次膜过滤，即无机陶瓷膜过滤和有机纳滤膜过滤，其中，无机陶瓷膜过滤去除了滤液2中微小的不溶性固体杂质、菌体、胶体物质和大分子的糖类等杂质；有机纳滤膜过滤去除了滤液3中的低分子糖份和多价离子，从而能充分去除糖、蛋白质、色素等主要杂质，使最终制得的成品乳酸纯度高达95% 98%，并使乳酸结晶收率由原来的70%提高到85%以上，大大降低了生产成本。另外，本发明工艺所得废液因含有高浓度的单糖，可作为其它产品发酵的原料被利用，减少了废液的排放。同时本发明工艺在晶体复溶之前采用活性炭脱色，简化了乳酸分离提取的工艺流程。
具体实施例方式本发明的主要工艺流程包括发酵液一脱蛋白一去除菌体一活性炭脱色一板框过滤一无机陶瓷膜过滤一板式换热器降温一有机纳滤膜过滤一浓缩一次结晶一离心干燥一重溶一酸解一离子交换树脂柱一浓缩得成品。为了获得高质量、高收率的乳酸产品，无机陶瓷膜过滤与有机纳滤膜过滤是很重要的步骤。同时为了使无机陶瓷膜与有机纳滤膜能够充分发挥其过滤效果，并使最终制得的成品乳酸能够获得高纯度与高结晶收率，本发明工艺在进行两次膜过滤之前的前处理工序较现有乳酸钙结晶-酸解工艺又有所区别。如前处理工序中添加氢氧化钙调节pH至10 12，保温搅拌15 60分钟；又如优选絮凝剂聚丙烯酰胺，静置I 6小时；如脱色用活性炭与乳酸发酵液的质量比为O. 05 100 I. 5 100，脱色温度为65 80°C，脱色时间为30 70min等。下面列举几个实施例进行更为具体的说明实施例I在含有葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、K2HP04、乙酸钠、MgSO4 · 7H20,MnSO4 · H2O的培养基中接种乳酸菌，加入碳酸钙作为中和剂，发酵制得乳酸发酵液。加热至85°C，添加氢氧化钙调节PH至11，保温搅拌20分钟后，用滤布过滤除去乳酸发酵液中的碳酸钙等不溶物得到料液I。向料液I中加入絮凝剂聚丙烯酰胺，静置4小时后，过滤得到滤液2。然后在65°C的温度条件下，按活性炭与料液I的质量比为O. 05 100加活性炭于料液I中脱色40min，再先后用板框和无机陶瓷膜过滤得到滤液3。用板式换热器对滤液3降温至55°C，然后用有机纳滤膜过滤得到滤液4。滤液4先经三效浓缩锅浓缩到乳酸钙浓度为160g/L，再在结晶缸中降温结晶，最后离心干燥得到乳酸钙晶体。加蒸馏水重溶晶体，在70°C下加热使其完全复溶，加入重量百分比浓度为45%的硫酸进行酸解得粗乳酸。用阴、阳离子交换树脂去除其中的杂质离子，浓缩得纯度为95%的成品乳酸。实施例2在含有葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、K2HP04、乙酸钠、MgSO4 · 7H20,MnSO4 · H2O的培养基中接种乳酸菌，加入碳酸钙作为中和剂，发酵制得乳酸发酵液。加热至80°C，添加氢氧化钙调节PH至12，保温搅拌30分钟后，用滤布过滤除去乳酸发酵液中的碳酸钙等不溶物得到料液I。向料液I中加入絮凝剂聚丙烯酰胺，静置3. 5小时后，过滤得到滤液2。然后在70°C的温度条件下，按活性炭与料液I的质量比为O. I 100加活性炭于料液I中脱色40min，再先后用板框和无机陶瓷膜过滤得到滤液3。用板式换热器对滤液3降温至60°C，然后用有机纳滤膜过滤得到滤液4。滤液4先经三效浓缩锅浓缩到乳酸钙浓度为140g/L， 再在结晶缸中降温结晶，最后离心干燥得到乳酸钙晶体。加蒸馏水重溶晶体，在70°C下加热使其完全复溶，加入重量百分比浓度为65%的硫酸进行酸解得粗乳酸。用活性炭脱色，阴、阳离子交换树脂去除其中的杂质离子，浓缩得纯度为98%的成品乳酸。实施例3在含有葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、K2HP04、乙酸钠、MgSO4 · 7H20,MnSO4 · H2O的培养基中接种乳酸菌，加入碳酸钙作为中和剂，发酵制得乳酸发酵液。加热至90°C，添加氢氧化钙调节PH至10，保温搅拌40分钟后，用滤布过滤除去乳酸发酵液中的碳酸钙等不溶物得到料液I。向料液I中加入絮凝剂聚丙烯酰胺，静置3. 5小时后，过滤得到滤液2。然后在80°C的温度条件下，按活性炭与料液I的质量比为I : 100加活性炭于料液I中脱色35min，再先后用板框和无机陶瓷膜过滤得到滤液3。用板式换热器对滤液3降温至50°C，然后用有机纳滤膜过滤得到滤液4。滤液4先经三效浓缩锅浓缩到乳酸钙浓度为120g/L，再在结晶缸中降温结晶，最后离心干燥得到乳酸钙晶体。加蒸馏水重溶晶体，在70°C下加热使其完全复溶，加入重量百分比浓度为60%的硫酸进行酸解得粗乳酸。用活性炭脱色，阴、阳离子交换树脂去除其中的杂质离子，浓缩得纯度为97%的成品乳酸。
权利要求
1.一种从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺，其特征在于包括以下步骤 (1)将乳酸发酵液加热至80 90°C，添加氢氧化钙调节pH至10 12，保温搅拌15 60分钟后过滤得到料液I ; (2)向料液I中加入絮凝剂聚丙烯酰胺，静置I 6小时后，过滤得到滤液2； (3)用活性炭对滤液2脱色，活性炭与乳酸发酵液的质量比为0.05 100 I : 100，脱色温度为65 800C，脱色时间为30 70min，再先后用板框和无机陶瓷膜过滤得到滤液3 ； (4)用板式换热器对滤液3降温，使滤液3的温度由60 80°C降到45 60°C，然后用有机纳滤膜过滤得到滤液4 ； (5)对滤液4依次采取浓缩、降温结晶、离心、洗晶、干燥，制得乳酸钙晶体； (6)加蒸馏水重溶乳酸钙晶体，在低于80°C下加热使其完全复溶，加入硫酸进行酸解得粗乳酸； (7)用阴、阳离子交换树脂去除粗乳酸中的杂质离子； (8)浓缩得成品乳酸，其纯度为95% 98%。
2.根据权利要求I所述的一种从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺，其特征在于，步骤(5)中在三效浓缩锅中进行浓缩；在结晶缸中进行降温结晶。
3.根据权利要求I所述的一种从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺，其特征在于，步骤(6)中硫酸的重量百分比浓度为40% 98%。
全文摘要
本发明公开了一种从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺，该工艺流程如下发酵液→脱蛋白→去除菌体→活性炭脱色→板框过滤→无机陶瓷膜过滤→板式换热器降温→有机纳滤膜过滤→浓缩一次结晶→离心干燥→重溶→酸解→离子交换树脂柱→浓缩得成品。以上工艺流程经过两次膜过滤，即无机陶瓷膜过滤和有机纳滤膜过滤，其中无机陶瓷膜过滤去除了滤液中微小的不溶性固体杂质、菌体、胶体物质和大分子的糖类等杂质；有机纳滤膜过滤去除了滤液中的低分子糖份和多价离子；从而使最终制得的成品乳酸纯度高达95%～98%，并使乳酸结晶收率由原来的70%提高到85%以上，大大降低了生产成本。
文档编号C07C51/47GK102976923SQ20121055009
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者李悦明, 张希铭, 徐建春, 夏修峦, 王绍良 申请人:青岛科海生物有限公司