[发明专利]一种制备乳酸钙晶体的方法及通过乳酸钙晶体生产耐热级乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种结晶提取耐热级乳酸的方法。

背景技术

乳酸，是世界上公认的三大有机酸之一，广泛应用于食品、医药、化工等领域。近年来，随着L-乳酸在生物可降解材料领域取得突破性进展，国内外对L-乳酸的生产、应用研究掀起了新的高潮，高光学纯度（简称高光纯）的L-乳酸的市场需求日益增大。目前，高光纯的L-乳酸的生产以微生物发酵为主，发酵菌种包括乳杆菌、米根霉等；生产技术以传统钙盐法为主，在发酵过程中加入碳酸钙与乳酸反应，调节体系pH值，发酵结束后除菌，再与硫酸反应制备乳酸溶液，后经脱色、除阳离子、除阴离子，浓缩制得高纯度乳酸。但是在未经除杂的乳酸钙发酵液中加硫酸酸化的过程中，往往会因料液杂质过多而局部过酸，发生比较强烈的氧化，从而使料液色泽加深，副产物增加，最终L-乳酸质量和光学纯度下降，影响了L-乳酸的应用价值。L-乳酸钙发酵液提纯、除杂的方法较多，以结晶法除杂较为普遍，效果较好。目前国内生产多为粗放式结晶生产，即将乳酸钙发酵液经加热浓缩至30～40%质量百分数的乳酸钙溶液，而后将料液放置于结晶盒中自然结晶，将晶体与母液分离，经过洗涤、过滤、二次结晶从而得到乳酸钙晶体，再经酸化、离子交换等步骤制得乳酸产品。结晶过程是一个自然的过程，周期长，设备占地面积大，劳动强度大，而且产量低，很难形成规模化、自动化生产；并且结晶过程采用自然结晶，整个过程都暴露在复杂的细菌环境，极易导致料液染菌使得乳酸光学纯度降低，该技术瓶颈是乳酸生产企业亟待解决的技术难题。为此，许多科技人员进行了大量实验，试图从结晶的方式、方法等方面进行突破，从而提高乳酸产品的收率、质量和成本。中国专利（公开号CN1241894C）公开了一种从乳酸发酵液中提取乳酸的新工艺，采用颗粒状活性炭与树脂联合脱色脱糖，两次降温法从发酵液中一次结晶工艺提取乳酸钙晶体。该方法虽然保证了乳酸收率，但是需要两次降温，且温度控制至4℃，能耗较大。同时还需对发酵液进行絮凝碱化处理，过程时间较长，增加染菌风险。中国专利（公开号CN101693658A）公开了一种连续动态结晶生产乳酸钙的方法，料液经过滤、浓缩、三次冷却后，在结晶器内得到晶浆，再过滤分离得到乳酸钙。该方法采用直接结晶法，需要高浓度的乳酸发酵液，且浓缩能耗较大，时间长，回收率低，不适合杂质含量较多的发酵液；而且晶体与母液只能通过离心机进行分离，增加了分离难度和生产成本。中国专利（公开号CN 101306993B）公开了一种聚合级L-乳酸的精制方法，该工艺以膜处理为主，操作工艺较简单，但乳酸光学纯度只有99%。中国专利（公开号CN 205995075U）公开了一种用连续结晶法生产高光纯乳酸的装置，相比传统工艺该工艺设备投资降低了30%，生产成本降低了20%，不足之处是生产的乳酸产品光学纯度为99.7～99.9%，仍没达到100%的光学纯度。

发明内容

本发明的目的是通过对现有工艺流程的结晶工艺方法、条件的改进，提供一种从发酵液中制备晶体粒度较大而分布均匀的乳酸钙晶体，以及通过乳酸钙晶体生产光学纯度为100%乳酸的新工艺，同时该方法实现了晶体与母液的直接分离，工艺简单，能耗低。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，

一种制备乳酸钙晶体的方法，其步骤为，

（1）将发酵获得的乳酸钙料液进行过滤和浓缩，使乳酸钙料液经过滤和浓缩后的质量百分数为10-50%；

（2）过滤浓缩后的乳酸钙料液经过冷却降温到40-60℃后，泵入结晶槽，所述结晶槽的侧壁和底部设有夹套,所述结晶槽内部设有换热管,所述夹套和换热管内分别通入循环循环水，循环水初始温度均设为20-40℃；同时搅拌进行降温，搅拌转速30-100rpm；

（3）待结晶槽中乳酸钙料液温度降至20-40℃时加入乳酸钙晶种，搅拌并进行养晶，搅拌转速30-100rpm；养晶过程为程序降温过程，保持夹套中循环水温度高于换热管循环水温度5-10℃，同时换热管中循环水温度控制在低于料液温度2-5℃范围，保持上述三者温度差，直至料液温度降至4-15℃时停止养晶；养晶过程具体为，加入L-乳酸钙晶种后，设置换热管循环水温度比夹套循环水温度低5-10℃，设置换热管循环水温度比乳酸钙料液温度低2-5℃，当料液温度比结晶槽夹套低2-5℃且比换热管温度高2-5℃时，再往下设置结晶槽夹套和换热管的循环水温度，继续按照每次降1-5℃程序设置结晶槽温度和换热管温度，直至料液温度降至4-15℃时结束结晶操作；

（4）直接泵出料液，取下在换热管表面生长的乳酸钙结晶，使用2-5℃循环水洗涤乳酸钙晶体两次，即得到纯度为质量百分数99%以上的乳酸钙晶体。