本发明属于食品化工领域，具体涉及一种分离苹果酸与丁二酸的方法。
背景技术：
苹果酸，又名2-羟基丁二酸，由于分子中有一个不对称碳原子，有两种立体异构体。大自然中，以三种形式存在，即d-苹果酸、l-苹果酸和其混合物dl-苹果酸。苹果酸为白色结晶体或结晶状粉末，有较强的吸湿性，易溶于水、乙醇。有特殊愉快的酸味。苹果酸主要用于食品工业，是一种优良的酸味剂和保鲜剂。同时在临床医药、日化保健、化学工业和建筑业上也有重要应用。
丁二酸，又名琥珀酸，琥珀酸为无色或白色、无嗅而具有酸味的无色结晶；相对密度1.572(25/4℃)，熔点188℃，在235℃时分解；25℃在水中的溶解度为6.8g/100ml，在减压下蒸馏可升华；能溶于水，微溶于乙醇、乙醚和丙酮中。
目前苹果酸的生产方法有化学合成法、发酵法和酶法等生产工艺。化学合成法投资大，技术要求高，合成的产品是dl-苹果酸。发酵液中提取苹果酸常用的方法有酸解法和有机溶剂萃取法，所得产品纯度低。针对发酵法获得的苹果酸钙和丁二酸钙溶液，目前仍无更好的方法实现苹果酸与丁二酸的分离。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，针对发酵法生产苹果酸所得的发酵液，提出了一种行之有效的分离苹果酸与丁二酸的方法，从而生产出合格的苹果酸和丁二酸产品。
具体而言，本发明提供的方法包括如下步骤：
(1)以发酵法生产苹果酸所得的发酵液为原料，加入硫酸进行酸解，去除不溶物，收集溶液；
(2)将步骤(1)所得溶液通入强酸性阳离子交换树脂，得去阳离子溶液；
(3)将步骤(2)所得去阳离子溶液通入弱碱性阴离子交换树脂，苹果酸和丁二酸吸附于树脂上，再加入稀硫酸进行解析，分别收集丁二酸解析液和苹果酸解析液。
本发明提供的方法所针对的待分离原料，为采用本领域常规发酵法生产l-苹果酸所得的发酵液。一般而言，所述发酵液中含有大量的苹果酸钙和丁二酸钙，以及大量的糖、蛋白质等杂质。本发明所述苹果酸是指l-苹果酸。
本发明提供的分离方法中，步骤(1)的目的是通过加入硫酸将发酵法制备的发酵液酸解，主要是去除发酵液中以苹果酸钙和丁二酸钙形式存在的钙离子，从而得到硫酸钙固体，以及含有苹果酸与丁二酸的混合溶液。本发明加入硫酸酸解后溶液的ph值优选为1.2～3.5，更优选为1.5～2.5；所述酸解温度优选为30～90℃，更优选为60～85℃。酸解所得的溶液含有大量固体硫酸钙，通过过滤方法去除后，即可获得含苹果酸和丁二酸的混合溶液。
为了提高最终的分离效果，本发明在步骤(2)进一步去混合溶液中的阳离子、尤其是钙离子，将含苹果酸和丁二酸的混合溶液与强酸性阳离子交换树脂接触，从而得到含苹果酸和丁二酸的稀溶液。
充分去除钙离子后，本发明步骤(3)将含苹果酸和丁二酸稀溶液通入弱碱性阴离子交换树脂(可选用苯乙烯系或丙烯酸系阴离子交换树脂)，依据阴离子交换树脂对苹果酸与丁二酸及糖、蛋白等杂质亲和力的差异，使得稀溶液中苹果酸和丁二酸与糖、蛋白等杂质达到分离，再经稀硫酸解析，采用分段收集的方法分别得到较纯净的丁二酸溶液和苹果酸溶液。
为了确保在目标物质的充分吸附的同时减少杂质的吸附，本发明对吸附过程中涉及的参数进行优选。其中，吸附流速优选为0.5～3.5bv/h(柱体积/小时)，更优选为1.5～2.0bv/h；吸附温度优选为10～70℃，更优选为20-50℃。
为了确保将吸附在树脂上的苹果酸和丁二酸充分分离，使丁二酸在快组分中充分富集的同时使苹果酸在慢组分中充分富集，本发明对解析过程中涉及的参数进行优选。其中，解析液稀硫酸的浓度优选为0.5～15％，更优选为2.0-8.0％；解析流速优选为0.5～3.5bv/h，更优选为1.5～2.0bv/h；解析温度优选为20～70℃，更优选为30～50℃。
所述解析作为确保苹果酸与丁二酸充分分离的关键步骤，本发明进一步优选所述解析具体为：以流速1.5～2.0bv/h通入浓度3.0～4.0％的稀硫酸共5.0～5.5bv(柱体积)进行解析。在上述条件下，可确保在丁二酸在前2.0bv的解析液中充分富集，苹果酸在之后3.0～3.5bv的解析液中充分富集，两部分解析液体积相当，实际进行收集操作时十分便捷。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。
作为本发明的一种优选方案，所述方法包括如下具体步骤：
(1)以发酵法生产苹果酸所得的发酵液为原料，加热到65～75℃，添加硫酸酸解至体系ph为1.65～1.80，过滤分离，收集溶液；
(2)将步骤(1)所得溶液通入强酸性阳离子交换树脂，去除阳离子；
(3)将步骤(2)所得去阳离子溶液按1.5～2.0bv/h通入苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂柱与树脂充分吸附，然后用纯水对吸附树脂进行洗涤，最后按1.5～2.0bv/h通入浓度3.0～4.0％的稀硫酸5.0～5.5bv进行解析，依次收集富集丁二酸的解析液和富集苹果酸的解析液。
本发明提供的方法先在发酵液中加入硫酸进行酸解，得到含苹果酸和丁二酸的稀溶液，再基于阴离子交换树脂对苹果酸、丁二酸与糖、蛋白等杂质的亲和力差异，实现苹果酸和丁二酸与杂质的分离，进一步通过稀硫酸洗脱，收集快组分获得丁二酸解析液，收集慢组分获得苹果酸解析液。
所得苹果酸解析液和丁二酸解析液经本行业常规的精制方法如脱色、阳离子交换、阴离子交换等手段获得纯净的苹果酸溶液和丁二酸溶液，进一步通过浓缩、结晶、分离、烘干分别获得苹果酸产品和丁二酸产品。
与现有技术相比，本发明提供的方法针对发酵法生产苹果酸所得的发酵液，利用阴离子交换树脂实现了苹果酸与丁二酸及糖、蛋白等杂质的有效分离，工艺流程短，操作方便，获得的苹果酸和丁二酸产品纯度高，且提高了苹果酸和丁二酸的收率，降低了生产成本。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种分离苹果酸与丁二酸的方法，以35.46kg发酵法生产苹果酸所得的发酵液为原料，所述发酵液中相当于含有苹果酸13.6％(w/w，计算值)和丁二酸3.42％(w/w，计算值)，进行如下具体操作：
(1)将所述发酵液加热到70℃，添加硫酸酸解至溶液ph为1.65，过滤分离，得到硫酸钙滤饼9.45kg，收集溶液；
(2)将步骤(1)所得溶液通入强酸性阳离子交换树脂，去除阳离子，得到苹果酸与丁二酸去阳离子溶液43.45kg(苹果酸含量10.98％，丁二酸含量2.78％，ca2+含量52ppm)；
(3)将步骤(2)所得去阳离子溶液按1.5bv/h通入苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂柱与树脂充分吸附，然后用1.5bv纯水对吸附树脂进行洗涤，最后用5.0bv浓度3.5％的稀硫酸进行解析，收集快组分丁二酸解析液2.0bv，质量为25.6kg，经检测分析丁二酸含量4.65％(w/w)；收集慢组分苹果酸解析液3bv，质量为39.66kg，经检测分析苹果酸含量11.85％(w/w)。
将上述丁二酸解析液和苹果酸解析液分别经进一步脱色、离交、浓缩、结晶、分离、烘干处理，获得苹果酸产品和丁二酸产品，经检测苹果酸纯度99.25％、丁二酸纯度95.20％。
实施例2
本实施例提供了一种分离苹果酸与丁二酸的方法，以28.5kg发酵法生产苹果酸所得的发酵液为原料，所述发酵液中相当于含有苹果酸13.56％(w/w，计算值)和丁二酸3.55％(w/w，计算值)，进行如下具体操作：
(1)将所述发酵液加热到70℃，添加硫酸酸解至溶液ph为1.80，过滤分离，得到硫酸钙滤饼8.35kg，收集溶液；得到苹果酸与丁二酸混合滤液32.66kg，其中苹果酸含量11.78％(w/w)，丁二酸含量3.08％(w/w)；
(2)将步骤(1)所得溶液通入强酸性阳离子交换树脂，去除阳离子，得到苹果酸与丁二酸去阳离子溶液40.28kg(苹果酸含量9.50％(w/w)、丁二酸含量2.49％(w/w)、ca2+100ppm)；
(3)将步骤(2)所得去阳离子溶液按1.5bv/h通入苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂柱与树脂充分吸附，然后用2.0bv纯水对吸附树脂进行洗涤，最后用5.5bv浓度3.5％的稀硫酸进行解析，收集快组分丁二酸解析液2.0bv，质量为25.5kg，经检测分析丁二酸含量3.85％(w/w)；收集慢组分苹果酸解析液3.5bv，质量为42.16kg，经检测分析苹果酸含量8.95％(w/w)。
将上述丁二酸解析液和苹果酸解析液分别经进一步脱色、离交、浓缩、结晶、分离、烘干处理，获得苹果酸产品和丁二酸产品，经检测苹果酸纯度99.85％、丁二酸产品纯度96.75％。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。