CN102827884B - 一种提取玉米浸泡过程中生产的l-乳酸的方法 - Google Patents

一种提取玉米浸泡过程中生产的l-乳酸的方法 Download PDF

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本发明涉及一种提取玉米浸泡过程中生产的L-乳酸的方法，属于分离工程技术领域。包括浸泡玉米用水的制备、干酪乳杆菌培养、玉米浸泡，浸泡结束后浸泡水进行分离提纯：首先离心活性炭脱色；超滤膜分离，移动床上柱，用去离子水进行洗脱完成乳酸提取。优点是解决了现有的乳酸钙结晶、酸解方法的提取率低、萃取法的萃取剂有毒且L-乳酸不易从萃取剂中分离、静态交换容量低等问题。

Description

一种提取玉米浸泡过程中生产的L-乳酸的方法
技术领域
本发明属于分离工程技术领域，具体涉及针对玉米浸泡过程中生产的L-乳酸的提取方法，该方法涉及到结合利用膜分离法和移动床色谱分离法从玉米浸泡水中提取和纯化L-乳酸。
背景技术
向浸泡玉米的水中通入SO2，防止其他杂菌的繁殖，且有利于乳酸菌的生长，因此维持一定时间，会积累一定浓度的乳酸。浸泡水中含有充足的氮源和大量的碳源，以及大约20 g/L的L-乳酸，通常的做法是作为废水进行处理。
钱东平等人先将玉米浸泡水通过等电点法、超滤法、三氯乙酸法分离蛋白，再经纳滤膜浓缩进一步分离蛋白，然后用活性炭提取浸泡水中的脂多糖，提纯后的多糖纯度达到97.4%以上，专利申请号：200310109680.2。
董得平等人将玉米浸泡水通过亚硫酸中和、板框过滤、交换树脂吸附、洗脱、二次板框过滤后制得菲汀，专利申请号：201010549959.2。
姜绍通等人采用颗粒状活性炭与H-103树脂柱联合脱糖脱色，再通过结晶工艺提取了乳酸钙，提高了成品的提取率、纯度和成品乳酸的稳定性，专利申请号：200410041622.5。
王传怀等人设计了具有多个膜堆构成的电渗析器，经电渗析、真空浓缩、离子交换等工序从发酵液中提取乳酸，乳酸提取率达到了85%以上，专利申请号：87104858.2。
王鹏等人将玉米淀粉废水发酵液经离心过滤、活性炭脱色及阳离子交换树脂脱钙处理后，用315型阴离子交换树脂吸附，用离子水洗脱完成了乳酸的提取。此方法步骤少，操作简单，选择性及静态交换容量高，乳酸提取率达到78~80%，纯度达到85~86%，专利申请号：201010191697.7。
现有的L-乳酸的提取工艺中，没有关于对玉米浸泡过程中发酵生产L-乳酸提取的报道。
发明内容
本发明提供一种提取玉米浸泡过程中生产的L-乳酸的方法。
本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：
（一）浸泡玉米用水的制备：将如下物质：葡萄糖 20 g，糖蜜 10 g，蛋白胨 2 g，K2HPO4·3H2O 1 g，(NH4)2SO4 1 g，柠檬酸铵 0.2 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，MnSO4·H2O 0.01 g，FeSO4·7H2O 0.01 g，生物素 6×10-4 g，VB1 4×10-4 g，加入1L水中，CaCO310 g，单独灭菌，150 ℃维持2 h后再加入该水中；
（二）干酪乳杆菌培养，种子培养基组成：葡萄糖 20 g/L，蛋白胨5 g/L，酵母粉 5 g/L，K2HPO4·3H2O 1 g/L，(NH4)2SO4 1g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，MnSO4·H2O 0.01 g/L，FeSO4·7H2O 0.01 g/L，pH 6.5，按常规方法进行培养，得干酪乳杆菌种子液；
（三）玉米浸泡，玉米与水的质量比为5:4，将干酪乳杆菌种子液以10 %接种玉米浸泡水中进行发酵培养，通入SO2，使亚硫酸SO2的终浓度为0.15-0.18%，pH维持在3.6-4.0、温度45-55℃维持2-3 h；
（四）然后将步骤（三）的浸泡水转入下一个装有同样质量玉米的容器中，补足水使玉米与水的质量比为5:4，温度45-55℃，继续培养2-3 h，以此类推，直到第12次，浸泡结束，所泡玉米进行粉碎制备淀粉，所得的浸泡水中L-乳酸的含量为22-25 g/L；
（五）对浸泡水进行分离提纯：首先用离心法去除菌体及大分子物质，再用活性炭进行脱色处理；之后选用孔径为0.20 μm的超滤膜，在压力为0.1-0.2 MPa、膜面流速为4.0-5.0 m/s下进行分离，pH值控制在6.0-7.0范围内，选用315型离子交换树脂为色谱分离介质，移动床上柱pH值为1.5-2.0，以1.2 -1.7 BV/h流速上柱，流出液的pH为2.75-3.15时停止上柱，再以1.2-1.7 BV/h用去离子水进行洗脱完成乳酸提取，得到L-乳酸。
该方法是在玉米浸泡初始接入乳酸菌，伴随着玉米浸泡的过程积累L-乳酸，然后采用膜分离法和移动床色谱分离法为主要分离纯化方法，从发酵液中分离得到L-乳酸。
本发明所述的方法是结合利用膜分离法和移动床色谱分离法提取在玉米浸泡过程中乳酸菌积累的L-乳酸。该方法较原有工艺的显著特点是，提出了针对玉米浸泡过程中生产的L-乳酸的提取方法，特别适合其产物成分复杂、乳酸含量低的特点；同时解决了现有的乳酸钙结晶、酸解方法的提取率低、萃取法的萃取剂有毒且L-乳酸不易从萃取剂中分离、静态交换容量低等问题。
具体实施方式
实施例1：
（一）浸泡玉米用水的制备：将如下物质：葡萄糖 20 g，糖蜜 10 g，蛋白胨 2 g，K2HPO4·3H2O 1 g，(NH4)2SO4 1 g，柠檬酸铵 0.2 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，MnSO4·H2O 0.01 g，FeSO4·7H2O 0.01 g，生物素 6×10-4 g，VB1 4×10-4 g，加入1 L水中，CaCO3 10 g，单独灭菌，150 ℃维持2 h后再加入该水中；
（二）干酪乳杆菌培养，种子培养基组成：葡萄糖 20g/L，蛋白胨5 g/L，酵母粉 5 g/L，K2HPO4·3H2O 1 g/L，(NH4)2SO4 1 g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，MnSO4·H2O 0.01 g/L，FeSO4·7H2O 0.01 g/L，pH 6.5，按常规方法进行培养，得干酪乳杆菌种子液；
（三）在500 mL三角瓶中，装入250 g玉米，200 mL浸泡玉米用水，接种20 mL干酪乳杆菌种子液，通入SO2，使亚硫酸SO2的终浓度为0.15%，pH维持在3.6、45℃维持2 h；
（四）然后将步骤（三）的浸泡水转入下一个装有同样质量玉米的500 mL三角瓶中，补足水使玉米与水的质量比为5:4，温度45 ℃，继续培养2 h，以此类推，直到第12次，浸泡结束，所泡玉米进行粉碎制备淀粉，所得的浸泡水作为种子液循环使用，其中L-乳酸的含量为22-25 g/L；
（五）对浸泡水进行分离提纯：首先用离心法去除菌体及大分子物质，再用活性炭进行脱色处理；之后选用孔径为0.20 μm的超滤膜，在压力为0.1 MPa、膜面流速为4.0 m/s下进行分离，pH值控制在6.0，选用315型离子交换树脂为色谱分离介质，移动床上柱pH值为1.5，以1.2 BV/h流速上柱，流出液的pH为2.75-3.15时停止上柱，再以1.2BV/h用去离子水进行洗脱完成乳酸提取，得到L-乳酸。
实施例2：
（一）浸泡玉米用水的制备：将如下物质：葡萄糖 20 g，糖蜜 10 g，蛋白胨 2 g，K2HPO4·3H2O 1 g，(NH4)2SO4 1 g，柠檬酸铵 0.2 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，MnSO4·H2O 0.01 g，FeSO4·7H2O 0.01 g，生物素 6×10-4 g，VB1 4×10-4 g，加入1 L水中，CaCO3 10 g，单独灭菌，150 ℃维持2 h后再加入该水中；
（二）干酪乳杆菌培养，种子培养基组成：葡萄糖 20g/L，蛋白胨5 g/L，酵母粉 5 g/L，K2HPO4·3H2O 1 g/L，(NH4)2SO4 1g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，MnSO4·H2O 0.01 g/L，FeSO4·7H2O 0.01 g/L，pH 6.5，按常规方法进行培养，得干酪乳杆菌种子液；
（三）玉米浸泡，在100 L不锈钢罐中，装入50 kg玉米，40 L浸泡玉米用水，接种4 L干酪乳杆菌种子液，通入SO2，使亚硫酸SO2的终浓度为0.17%，pH维持在3.8、50℃维持2.5 h；在此过程中，用泵使浸泡水循环，以保证浸泡充分和维持温度；
（四）然后将步骤（三）的浸泡水转入下一个装有同样质量玉米的100 L不锈钢罐中，补足水使玉米与水的质量比为5:4，温度50 ℃，继续培养2.5 h，以此类推，直到第12次，浸泡结束，所泡玉米进行粉碎制备淀粉，所得的浸泡水作为种子液循环使用；其中L-乳酸的含量为24-30 g/L；
（五）对浸泡水进行分离提纯：首先用离心法去除菌体及大分子物质，再用活性炭进行脱色处理；之后选用孔径为0.20 μm的超滤膜，在压力为0.15 MPa、膜面流速为4. 5 m/s下进行分离，pH值控制在6.5范围内，选用315型离子交换树脂为色谱分离介质，移动床上柱pH值为1.8，以1.5 BV/h流速上柱，流出液的pH为2.75-3.15时停止上柱，再以1.5 BV/h用去离子水进行洗脱完成乳酸提取，得到L-乳酸。
实施例3：
（一）浸泡玉米用水的制备：将如下物质：葡萄糖 20 g，糖蜜 10 g，蛋白胨 2 g，K2HPO4·3H2O 1 g，(NH4)2SO4 1 g，柠檬酸铵 0.2 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，MnSO4·H2O 0.01 g，FeSO4·7H2O 0.01 g，生物素 6×10-4 g，VB1 4×10-4 g，加入1 L水中，CaCO3 10 g，单独灭菌，150 ℃维持2 h后再加入该水中；
（二）干酪乳杆菌培养，种子培养基组成：葡萄糖 20g/L，蛋白胨5 g/L，酵母粉 5 g/L，K2HPO4·3H2O 1 g/L，(NH4)2SO4 1g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，MnSO4·H2O 0.01 g/L，FeSO4·7H2O 0.01 g/L，pH 6.5，按常规方法进行培养，得干酪乳杆菌种子液；
（三）玉米浸泡，在100 L不锈钢罐中，装入50 kg玉米，40 L浸泡玉米用水，接种4 L干酪乳杆菌种子液，通入SO2，使亚硫酸SO2的终浓度为0.18%，pH维持在4.0、温度55℃维持3 h；在此过程中，用泵使浸泡水循环，以保证浸泡充分和维持温度；
（四）然后将步骤（三）的浸泡水转入下一个装有同样质量玉米的100 L不锈钢罐中，补足水使玉米与水的质量比为5:4，温度55 ℃，继续培养3 h，以此类推，直到第12次，浸泡结束，所泡玉米进行粉碎制备淀粉，所得的浸泡水作为种子液循环使用；其中L-乳酸的含量为23-26 g/L；
（五）对浸泡水进行分离提纯：首先用离心法去除菌体及大分子物质，再用活性炭进行脱色处理；之后选用孔径为0.20 μm的超滤膜，在压力为0.2 MPa、膜面流速为5.0 m/s下进行分离，pH值控制在7.0范围内，选用315型离子交换树脂为色谱分离介质，移动床上柱pH值为2.0，以1.7 BV/h流速上柱，流出液的pH为2.75-3.15时停止上柱，再以1.7 BV/h用去离子水进行洗脱完成乳酸提取，得到L-乳酸。

Claims (1)

1.一种提取玉米浸泡过程中生产的L-乳酸的方法，包括下列步骤：
（一）浸泡玉米用水的制备：将如下物质：葡萄糖 20 g，糖蜜 10 g，蛋白胨 2 g，K2HPO4·3H2O 1 g，(NH4)2SO4 1 g，柠檬酸铵 0.2 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，MnSO4·H2O 0.01 g，FeSO4·7H2O 0.01 g，生物素 6×10-4 g，VB1 4×10-4 g，加入1L水中，CaCO3 10 g，单独灭菌，150 ℃维持2 h后再加入该水中；
（二）干酪乳杆菌培养，种子培养基组成：葡萄糖 20 g/L，蛋白胨 5 g/L，酵母粉 5 g/L，K2HPO4·3H2O 1 g/L，(NH4)2SO4 1 g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，MnSO4·H2O 0.01 g/L，FeSO4·7H2O 0.01 g/L，pH 6.5，按常规方法进行培养，得干酪乳杆菌种子液；
（三）玉米浸泡，玉米与水的质量比为5:4，将干酪乳杆菌种子液以10 %接种玉米浸泡水中进行发酵培养，通入SO2，使亚硫酸SO2的终浓度为0.15-0.18%，pH维持在3.6-4.0、温度45-55℃维持2-3 h；
其特征在于：
（四）然后将步骤（三）的浸泡水转入下一个装有同样质量玉米的容器中，补足水使玉米与水的质量比为5:4，温度45-55℃，继续培养2-3 h，以此类推，直到第12次，浸泡结束，所泡玉米进行粉碎制备淀粉，所得的浸泡水中L-乳酸的含量为22-25 g/L；
（五）对浸泡水进行分离提纯：首先用离心法去除菌体及大分子物质，再用活性炭进行脱色处理；之后选用孔径为0.20 μm的超滤膜，在压力为0.1-0.2 MPa、膜面流速为4.0-5.0 m/s下进行分离，pH值控制在6.0-7.0范围内，选用315型离子交换树脂为色谱分离介质，移动床上柱pH值为1.5-2.0，以1.2 -1.7 BV/h流速上柱，流出液的pH为2.75-3.15时停止上柱，再以1.2-1.7 BV/h用去离子水进行洗脱完成乳酸提取，得到L-乳酸。
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