[发明专利]一种从乳酸发酵液获得乳酸酯的方法

说明书

本发明公开了一种从乳酸发酵液获得乳酸酯的方法，该方法从乳酸发酵液出发，采用过滤、浓缩、酸化、酯化等方式可以获得高纯度的乳酸酯。与传统的乳酸酯合成是以乳酸粗品和醇为原料不同，本发明一种从乳酸发酵液获得乳酸酯的方法，从乳酸发酵液直接出发，经过过滤、浓缩、酯化、双极膜电去离子和萃取精馏等步骤即可得到乳酸酯产品，省略了乳酸的精制过程，同时可以有效地脱除发酵液中的盐，具有较低的生产成本。双极膜的使用一方面可以降低体系的pH值，使得酯化反应更加完全，另一方面去除离子的脱离子酯化清液由于盐的去除可以降低精馏的能耗。本发明方法获得的乳酸酯产品纯度高，可以用于合成光稳定剂、高档涂料、杀菌剂、医药中间体。

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，特别涉及的是一种从乳酸发酵液获得乳酸酯的方法。

背景技术

乳酸是一种重要的C3平台化合物，广泛应用于化工、食品和医药等领域。近年来，随着其下游生物可降解材料聚乳酸的高速发展，乳酸的需求量也呈逐年增长的趋势。乳酸分为化学法和生物发酵法生产。其中，前者只能生产D-乳酸和L-乳酸的混合消旋体，后者以糖液为底物，在生物菌种的作用下转化可生产单一的L-乳酸或单一的D-乳酸，现已发展为乳酸生产的主流方法。由于生物发酵法生产乳酸利用可再生生物质能源，并且具有发酵效率高和产品光学纯度高的特点，该方法受到了工业界和学术界的广泛关注，研究的重点主要集中在提高产物发酵浓度和产物分离收率两个方面。

通常而言，发酵法生产乳酸采用含有钙的碱性物质(如氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙)作为中和剂，发酵后的乳酸钙盐发酵液经过硫酸酸化脱除硫酸钙、活性碳吸附脱色、浓缩、阴阳离子树脂交换、活性碳再吸附脱色和再浓缩的过程获得乳酸成品。该工艺过程活性碳吸附会造成乳酸的大量损失，离子交换过程会有大量的废水排放，造成环境污染，另外发酵过程中的部分小分子色素和蛋白不同有效去除。有关乳酸分离的改进工艺在诸多文献中已有所报道，主要包括吸附分离、电解、萃取以及先酯化后水解的工艺。例如，Gao等以活性碳为吸附剂，通过控制pH可以吸附乳酸，并采用丙酮为解析剂生产L-乳酸，但该工艺存在废水排放以及色素和蛋白吸附和再解析释放到产品的过程，影响产品品质(Min-Tian Gao,Takashi Shimamura,Nobuhiro Ishida,Haruo Takahashi,pH-uncontrolled lactic acidfermentation with activated carbon as an adsorbent，Enzyme and MicrobialTechnology,2011年48卷526–530页)。Wang等采用双极膜电解的方式分离提取乳酸，然而该过程由于蛋白和色素的存在会影响电解效率，此外钙盐发酵液也对电极具有破坏作用，不适宜大规模工业应用(Xiaolin Wang,Yaoming Wang,Xu Zhang,Hongyan Feng,TongwenXu，In-situ combination of fermentation and electrodialysis with bipolarmembranes for the production of lactic acid:Continuous operation，BioresourceTechnology，2013年147卷442–448页)。Yankov等采用三辛胺为络合萃取剂，通过调节pH萃取乳酸，但其反萃未披露(D.Yankov,J.Molinier,J.Albet,G.Malmaryb,G.Kyuchoukov，Lactic acid extraction from aqueous solutions with tri-n-octylamine dissolvedin decanol and dodecane，Biochemical Engineering Journal，2004年21卷63–71页)。Krzyzaniak等采用N，N-二十二烷基吡啶-4-胺作为萃取剂可以高效萃取乳酸，但该萃取剂价格昂贵(Agnieszka Krzyzaniak,Boelo Schuur,AndréB.de Haan,ChemicalEngineering Science，2014年109卷236–243页)。CN102643191A采用酰胺为络合剂高效萃取乳酸。Kurzrock等报道了采用有机胺萃取丁二酸，但经反萃后的产品中有少量高沸点胺类物质的存在，这将影响丁二酸作为聚合单体的应用(Tanja Kurzrock,StefanSchallinger,and Dirk Weuster-Botz，Integrated Separation Process for Isolationand Purification of Biosuccinic Acid，Biotechnology Progress，2011年27卷1623–1628页)。乳酸采用有机胺络合萃取的情况也与丁二酸相类似，因而该方法并不适合生产高纯度的乳酸。