本发明涉及乳酸盐的分离纯化领域，具体涉及一种分离乳酸盐的方法和系统。
背景技术：
近年来生物降解性材料的研究日渐活跃，其应用涉及食品包装、农用薄膜和医用材料等领域，尤其以医用生物降解材料的研究最为热点。在各种生物降解材料中聚乳酸盐(polylactide，简称pla)有许多突出的优点：如生物相容性好、降解产物可参与人体的新陈代谢、毒性低、原料廉价等，因此可作为聚氯乙烯(pvc)、聚丙烯(pp)等通过石油原料获得的生产包装材料的替代品。此外，pla还具有与聚苯乙烯相似的光泽度和加工性能，可广泛应用于药物缓释材料、人体组织材料、骨折固定材料以及水处理薄膜材料等领域。基于以上性能特点，pla被认为是最具发展前景的生物可降解材料。
根据合成聚乳酸盐单体光学活性不同可分为下列几种：l-乳酸盐、d-乳酸盐、meso-丙交酯、d-丙交酯、l-丙交酯，利用以上单体能合成聚合物：左旋聚乳酸盐(plla)、右旋聚乳酸盐(pdla)、外消旋聚乳酸盐(pdlla)、非旋光性聚乳酸盐(meso-pla)。pdlla作为生物可降解材料应用在人体体内环境时收缩率达到50％以上，限制了其应用。plla和pdla具有更为优异的机械性能和应用前景，此外人体只含有能代谢l-乳酸盐的酶，d-乳酸盐不能被人体吸收，世界卫生组织提倡使用l-乳酸盐作为食品添加剂和内服药品材料取代目前普遍使用的dl-乳酸盐。乳酸盐的制取一般包括：通过石化路线获得组成为50/50的l-和d-型的混合物；通过生物发酵方式可获得全部为l-型的乳酸盐(即生物发酵法)或者通过化学合成法制备。目前，除日本外，世界上的l-乳酸盐生产全部采用微生物发酵法。
所有微生物发酵的乳酸盐制备的第一步均为菌体细胞与发酵液之间的固液分离。工业生产中的固液分离一般用过滤或碟片式离心。离心过程中，重相也必须保持流动状态，持液量也较高，因此相当一部分乳酸盐随着重相损失掉；在过滤过程中，因菌体堆积在滤布表面而导致滤速下降是不可回避的问题，这种情况，预涂滤饼也很难避免，因为菌体细胞会堆积在预涂层的表面。另一方面，菌体细胞之间的液体中，以及菌体细胞内部，还含有大量的乳酸盐，而这部分乳酸盐也经常随着菌体细胞的舍弃而损失，造成乳酸盐收率不高，浪费严重。
因此，亟需一种分离乳酸盐的方法和系统。
技术实现要素：
本发明的目的是为了在乳酸盐发酵液菌体细胞分离过程中，克服现有分离菌体细胞与乳酸盐的方法中存在的乳酸盐浪费比较严重和乳酸盐收率较低的问题，提供一种分离乳酸盐的方法和系统。该方法可有效避免乳酸盐的损失量，提高乳酸盐的收率，进而降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种分离乳酸盐的方法，该方法包括：
(1)将乳酸盐发酵液与助滤剂依次进行混合、固液分离，得到第一料液和滤饼；
(2)将所述滤饼进行气顶水洗处理，得到第二料液；
(3)将所述第一料液和第二料液的混合液进行下游处理，得到乳酸盐；
其中，所述乳酸盐选自乳酸铵和/或乳酸钠。
优选地，所述乳酸盐发酵液中，乳酸盐的含量为50-300g/ml。
优选地，所述气顶水洗处理的过程包括：将所述滤饼依次进行第一顶吹、水洗和第二顶吹。
本发明第二方面提供一种分离乳酸盐的系统，该系统包括：依次连通的过滤单元、气顶水洗单元和下游处理单元；
所述过滤单元包括带有搅拌装置的混合罐、液体增压泵、板框过滤机和滤液接收罐；
所述气顶水洗单元包括空气压缩机、压缩空气储罐、水储罐和水输送泵。
相比现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明采用气顶水洗处理，大幅降低乳酸盐发酵液在固液分离过程中乳酸盐的损失量，提高了乳酸盐的收率；
(2)本发明提供的分离乳酸盐的系统，简单实用，不需要增加设备投资和试剂耗费，同时降低操作难度，降低乳酸盐生产过程中的单位成本；
(3)相比现有技术，乳酸盐的收率≥90％。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种分离乳酸盐的方法，该方法包括：
(1)将乳酸盐发酵液与助滤剂依次进行混合、固液分离，得到第一料液和滤饼；
(2)将所述滤饼进行气顶水洗处理，得到第二料液；
(3)将所述第一料液和第二料液的混合液进行下游处理，得到乳酸盐；
其中，所述乳酸盐选自乳酸铵和/或乳酸钠。
在本发明中，对所述乳酸盐发酵液具有较宽的选择范围，只要所述乳酸盐发酵液中乳酸盐的含量为50-300g/ml即可。优选地，所述乳酸盐发酵液通过使用乳酸发酵菌种进行发酵获得，其中，所述乳酸发酵菌种选自乳酸球菌、乳酸杆菌、芽孢杆菌和根霉中的至少一种，优选为乳酸杆菌。
优选地，所述乳酸杆菌选自鼠李糖乳杆菌、植物乳杆菌和乳酸片球菌中的至少一种，优选为鼠李糖乳杆菌。
根据本发明的一种优选实施方式，所述乳酸盐发酵液为鼠李糖乳杆菌的发酵液，乳酸盐的含量为50-300g/ml，其中，所述鼠李糖乳杆菌为cgmccno.16834(cn109628339a)。
在本发明中，为了促进所述乳酸盐发酵液中菌体细胞固液分离，将所述乳酸盐发酵液与助滤剂进行混合，优选地，所述助滤剂选自硅藻土、活性炭和珍珠岩中的至少一种，优选为珍珠岩。
根据本发明，优选地，所述助滤剂与所述乳酸盐发酵液的固液比为(0.1-10)：100g/l，其中，固液比是指相对于100l的乳酸盐发酵液，助滤剂的用量为0.1-10g。例如，固液比可以为0.1：100g/l、0.3：100g/l、0.5：100g/l、1：100g/l、2：100g/l、3：100g/l、4：100g/l、5：100g/l、6：100g/l、8：100g/l、10：100g/l以及任意两者之间的中间值，进一步优选为(0.5-5)：100g/l，更优选为(0.5-3)：100g/l。采用优选的固液比，更有利于降低乳酸盐发酵液中菌体细胞固液分离过程中乳酸盐的损失量，以提分离过程中乳酸盐的收率。
在本发明中，对所述混合的方式具有较宽的选择范围，只要将所述乳酸盐发酵液与助滤剂混合均匀即可。优选地，所述混合的方式选自桨式搅拌和/或框式搅拌，进一步优选为框式搅拌。
优选地，所述混合的条件包括：温度为0-40℃，进一步优选为10-30℃，更优选为15-25℃，转速为10-100rpm，进一步优选为30-80rpm，更优选为40-60rpm。采用优选的混合条件可有效降低乳酸盐发酵液中菌体细胞固液分离过程中乳酸盐的损失量。
根据本发明，优选地，所述固液分离为过滤，本发明中，对所述过滤的方式具有较宽的选择范围，只要将所述乳酸盐发酵液与助滤剂的混合物进行固液分离，得到第一料液和滤饼即可。为了避免乳酸盐发酵液与助滤剂的混合物在菌体分离中乳酸盐的损失，优选所述过滤在板框过滤机中进行。
根据本发明的一种优选实施方式，所述过滤的方式为边搅拌边过滤，也就是说，在过滤过程中，搅拌不停歇。采用这种过滤的方式，可有效促进乳酸盐发酵液的菌体中乳酸盐的溶解，从而降低乳酸盐的损耗。
优选地，所述过滤的压力为0.05-0.5mpa，例如，可以为0.05mpa、0.1mpa、0.15mpa、0.2mpa、0.25mpa、0.3mpa、0.35mpa、0.4mpa、0.45mpa、0.5mpa、以及任意两者之间的中间值，进一步优选为0.1-0.4mpa，更优选为0.15-0.25mpa。
根据本发明，优选地，所述气顶水洗处理的过程包括：将所述滤饼依次进行第一顶吹、水洗和第二顶吹，其中，所述第一顶吹为使用压缩空气将所述滤饼进行第一顶吹，得到乳酸盐透过液；所述水洗为将经过第一顶吹的滤饼用水进行浸泡，得到乳酸盐残留液；所述第二顶吹使用压缩空气将经过水洗的滤饼进行第二顶吹，得到水洗液。
在本发明中，没有特殊的情况说明下，所述第二料液包括所述乳酸盐透过液、乳酸盐残留液和水洗液；其中，所述乳酸盐透过液是指使用压缩空气第一顶吹出滤饼中乳酸盐的透过液，所述乳酸盐残留液是指第一吹顶结束后，使用水浸洗滤饼，浸洗出菌体细胞中乳酸盐的残留液，所述水洗液是指水洗结束后，使用压缩空气第二顶吹出滤饼中乳酸盐的水溶液。
在本发明中，将所述乳酸盐发酵液过滤得到的滤饼进行气顶水洗处理，避免了在过滤过程中，菌体因堆积在滤布表面而导致滤速下降以及在菌体细胞之间的液体中及内部残留乳酸盐，这部分乳酸盐随着菌体细胞的舍弃而损失，造成乳酸盐收率较低。
根据本发明，优选地，所述压缩气体的压力为0.05-0.3mpa，优选为0.1-0.3mpa，更优选为0.12-0.2mpa。
优选地，所述水洗的时间为10-120min，进一步优选为30-90min，更优选为40-80min。
在本发明中，没有特殊的情况说明下，所述下游处理是指将所述第一料液和第二料液的混合液进行浓缩，具体指：先用离子交换脱除阳离子和阴离子，再分子蒸馏除去水分，其中，离子交换和分子蒸馏均为本领域的常规技术手段，本发明对此不作限定。
在本发明中，采用上述的分离方法，得到的乳酸盐的收率≥90％，优选≥94％。
本发明第二方面提供一种分离乳酸盐的系统，该系统包括：依次连通的过滤单元、气顶水洗单元和下游处理单元；
所述过滤单元包括带有搅拌装置的混合罐、液体增压泵、板框过滤机和滤液接收罐；
所述气顶水洗单元包括空气压缩机、压缩空气储罐、水储罐和水输送泵。
根据本发明，优选地，所述板框过滤机中滤布为耐酸型滤布，进一步优选地，所述滤布的目数为200-1000目，优选为300-800目，更优选为400-600目。
在本发明中，采用气顶水洗单元可有效避免乳酸盐发酵液在过滤过程中，因滤饼堆积在滤布上而导致滤速下降缓慢，同时，也避免滤饼中菌体细胞之间的液体以及菌体内部残留的乳酸盐，从而降低乳酸盐的收率。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
板框过滤机购自海宁市云飞过滤设备有限公司，型号为yf-100-1。
移动式空气压缩机购自上海国厦压缩机有限公司，型号为w1.5/20。
液体增压泵购自安徽腾龙泵阀制造有限公司，型号为cqb32-25-125f。
乳酸盐检测方法，采用高效液相色谱法检测法；方法如下：色谱仪：agilenttechnologies1260infinityii；检出器：rid；分离柱：aminexhpx-87hcolumn300×7.8mm；流动相：0.005m硫酸；流量：0.5ml/min；进样量：20μl；乳酸盐保留时间为10-20min。
乳酸发酵菌种为鼠李糖乳杆菌，cgmccno.16834(cn109628339a)。
实施例1-6和对比例1-4中乳酸盐发酵液的制备方法：将乳酸菌接种至含有碳氮源等成分的发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中控制温度37-45℃，ph＝5.5-6.3，低速搅拌，直至底料中碳源消耗殆尽，发酵结束，获得新鲜的发酵液；其中，所述乳酸盐发酵液中，以乳酸盐铵计的乳酸盐的含量为150g/ml。
实施例1-6和对比例1-4中下游处理是指浓缩，即：先用离子交换脱除阳离子和阴离子，再分子蒸馏除去水分。
实施例1-6和对比例1-4中进行下游处理的液体体积、乳酸盐含量以及乳酸盐收率均列于表1。
实施例1
(1)将1000l乳酸盐发酵液和20g珍珠岩注入分离单元中带有搅拌装置的混合罐中，在温度为20℃、转速50rpm的条件下进行搅拌混合，直至珍珠岩完全悬浮在发酵液中，得到混合物料；
(2)将所述混合物料通过增压泵注入板框过滤机中，在压力为0.2mpa、搅拌的情况下进行过滤，直至混合物料全部滤完，关掉增压泵，得到第一料液和滤饼，其中，所述板框过滤中滤布的目数为800目；
(3)过滤结束后，在板框过滤机的进液口通入压力为0.15mpa的压缩空气，吹顶出残留在滤饼中的乳酸盐透过液，直至吹顶出的液体非常少，且压缩空气中仅有少量液沫夹带，停止第一顶吹；
(4)第一顶吹结束后，在板框过滤机的进液口通入水，直至出口处流水呈连续状，关闭进口阀和出口阀，浸泡60min，水浸泡结束后，得到菌体细胞中乳酸盐残留液；
(5)水洗结束后，再在板框过滤机的进液口通入压力为0.15mpa的压缩空气进行第二顶吹，置换出滤饼中的水洗液；
(6)将所述第一料液、乳酸盐透过液、乳酸盐残留液和水洗液的混合液进行下游处理，得到乳酸盐s1。
实施例2
(1)将1000l乳酸盐发酵液和10g珍珠岩注入分离单元中带有搅拌装置的混合罐中，在温度为30℃、转速20rpm的条件下进行搅拌混合，直至珍珠岩完全悬浮在发酵液中，得到混合物料；
(2)将所述混合物料通过增压泵注入板框过滤机中，在压力为0.3mpa、搅拌的情况下进行过滤，直至混合物料全部滤完，关掉增压泵，得到第一料液和滤饼，其中，所述板框过滤中滤布的目数为500目；
(3)过滤结束后，在板框过滤机的进液口通入压力为0.1mpa的压缩空气，吹顶出残留在滤饼中的乳酸盐透过液，直至吹顶出的液体非常少，且压缩空气中仅有少量液沫夹带，停止第一顶吹；
(4)第一顶吹结束后，在板框过滤机的进液口通入水，直至出口处流水呈连续状，关闭进口阀和出口阀，浸泡30min，水浸泡结束后，得到菌体细胞中乳酸盐残留液；
(5)水洗结束后，再在板框过滤机的进液口通入压力为0.1mpa的压缩空气进行第二顶吹，置换出滤饼中的水洗液；
(6)将所述第一料液、乳酸盐透过液、乳酸盐残留液和水洗液的混合液进行下游处理，得到乳酸盐s2。
实施例3
(1)将1000l乳酸盐发酵液和30g珍珠岩注入分离单元中带有搅拌装置的混合罐中，在温度为30℃、转速20rpm的条件下进行搅拌混合，直至珍珠岩完全悬浮在发酵液中，得到混合物料；
(2)将所述混合物料通过增压泵注入板框过滤机中，在压力为0.4mpa、搅拌的情况下进行过滤，直至混合物料全部滤完，关掉增压泵，得到第一料液和滤饼，其中，所述板框过滤中滤布的目数为1000目；
(3)过滤结束后，在板框过滤机的进液口通入压力为0.25mpa的压缩空气，吹顶出残留在滤饼中的乳酸盐透过液，直至吹顶出的液体非常少，且压缩空气中仅有少量液沫夹带，停止第一顶吹；
(4)第一顶吹结束后，在板框过滤机的进液口通入水，直至出口处流水呈连续状，关闭进口阀和出口阀，浸泡90min，水浸泡结束后，得到菌体细胞中乳酸盐残留液；
(5)水洗结束后，再在板框过滤机的进液口通入压力为0.25mpa的压缩空气进行第二顶吹，置换出滤饼中的水洗液；
(6)将所述第一料液、乳酸盐透过液、乳酸盐残留液和水洗液的混合液进行下游处理，得到乳酸盐s3。
实施例4
(1)将1000l乳酸盐发酵液和60g珍珠岩注入分离单元中带有搅拌装置的混合罐中，在温度为0℃、转速100rpm的条件下进行搅拌混合，直至珍珠岩完全悬浮在发酵液中，得到混合物料；
(2)将所述混合物料通过增压泵注入板框过滤机中，在压力为0.35mpa、搅拌的情况下进行过滤，直至混合物料全部滤完，关掉增压泵，得到第一料液和滤饼，其中，所述板框过滤中滤布的目数为600目；
(3)过滤结束后，在板框过滤机的进液口通入压力为0.1mpa的压缩空气，吹顶出残留在滤饼中的乳酸盐透过液，直至吹顶出的液体非常少，且压缩空气中仅有少量液沫夹带，停止第一顶吹；
(4)第一顶吹结束后，在板框过滤机的进液口通入水，直至出口处流水呈连续状，关闭进口阀和出口阀，浸泡60min，水浸泡结束后，得到菌体细胞中乳酸盐残留液；
(5)水洗结束后，再在板框过滤机的进液口通入压力为0.05mpa的压缩空气进行第二顶吹，置换出滤饼中的水洗液；
(6)将所述第一料液、乳酸盐透过液、乳酸盐残留液和水洗液的混合液进行下游处理，得到乳酸盐s5。
实施例5
(1)将1000l乳酸盐发酵液和100g珍珠岩注入分离单元中带有搅拌装置的混合罐中，在温度为40℃、转速20rpm的条件下进行搅拌混合，直至珍珠岩完全悬浮在发酵液中，得到混合物料；
(2)将所述混合物料通过增压泵注入板框过滤机中，在压力为0.05mpa、搅拌的情况下进行过滤，直至混合物料全部滤完，关掉增压泵，得到第一料液和滤饼，其中，所述板框过滤中滤布的目数为800目；
(3)过滤结束后，在板框过滤机的进液口通入压力为0.05mpa的压缩空气，吹顶出残留在滤饼中的乳酸盐透过液，直至吹顶出的液体非常少，且压缩空气中仅有少量液沫夹带，停止第一顶吹；
(4)第一顶吹结束后，在板框过滤机的进液口通入水，直至出口处流水呈连续状，关闭进口阀和出口阀，浸泡120min，水浸泡结束后，得到菌体细胞中乳酸盐残留液；
(5)水洗结束后，再在板框过滤机的进液口通入压力为0.05mpa的压缩空气进行第二顶吹，置换出滤饼中的水洗液；
(6)将所述第一料液、乳酸盐透过液、乳酸盐残留液和水洗液的混合液进行下游处理，得到乳酸盐s5。
实施例6
(1)将1000l乳酸盐发酵液和5g珍珠岩注入分离单元中带有搅拌装置的混合罐中，在温度为10℃、转速50rpm的条件下进行搅拌混合，直至珍珠岩完全悬浮在发酵液中，得到混合物料；
(2)将所述混合物料通过增压泵注入板框过滤机中，在压力为0.45mpa、搅拌的情况下进行过滤，直至混合物料全部滤完，关掉增压泵，得到第一料液和滤饼，其中，所述板框过滤中滤布的目数为500目；
(3)过滤结束后，在板框过滤机的进液口通入压力为0.3mpa的压缩空气，吹顶出残留在滤饼中的乳酸盐透过液，直至吹顶出的液体非常少，且压缩空气中仅有少量液沫夹带，停止第一顶吹；
(4)第一顶吹结束后，在板框过滤机的进液口通入水，直至出口处流水呈连续状，关闭进口阀和出口阀，浸泡30min，水浸泡结束后，得到菌体细胞中乳酸盐残留液；
(5)水洗结束后，再在板框过滤机的进液口通入压力为0.3mpa的压缩空气进行第二顶吹，置换出滤饼中的水洗液；
(6)将所述第一料液、乳酸盐透过液、乳酸盐残留液和水洗液的混合液进行下游处理，得到乳酸盐s6。
对比例1
按照cn104557515a的方法，用离心分离代替实施例1中的气顶水洗，将离心清液进行下游处理，得到乳酸盐d1。
对比例2
按照cn104557515a的方法，用离心分离代替实施例1中的气顶水洗，并将离心后的固相用等体积的水洗两次，将水洗液和离心清液混合，然后进行下游处理，得到乳酸盐d2。
对比例3
按照实施例1的方法，删除步骤(3)-(5)，直接将步骤(2)得到的滤液进行下游处理，得到乳酸盐d3。
对比例4
按照实施例1的方法，删除步骤(3)和(5)，即：直接将步骤(2)得到的滤液和步骤(4)得到的滤饼洗液进行下游处理，得到乳酸盐d4。
表1
通过表1的结果可以看出，相比对比例1-2，采用本发明提供的方法具有较高的乳酸盐含量和乳酸盐收率，对比例3不进行气顶水洗，虽然乳酸盐含量与发酵液相近，但收率只有84％；对比例4不进行气顶，仅采用水洗，虽然收率接近89％，但溶液过于稀释，乳酸盐的含量较低。因此，相比对比例1-4，采用本发明提供的分离乳酸盐的方法在产业化过程分离效果较高，成本较低。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。