[发明专利]从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺

说明书

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—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—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：

（1）将乳酸发酵液加热至80～90℃，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1；

（2）向料液1中加入絮凝剂聚丙烯酰胺，静置1～6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∶100～1∶100，脱色温度为65～80OC，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℃降到45～60℃，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℃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—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。

具体实施方式

本发明的主要工艺流程包括：

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。