CN103896762B

CN103896762B - 一种含柠檬酸溶液的纯化方法

Info

Publication number: CN103896762B
Application number: CN201210585310.5A
Authority: CN
Inventors: 王满意; 刘颖慰; 车夏宁; 林海龙; 罗虎; 周勇; 熊结青
Original assignee: Cofco Corp; Cofco Nutrition and Health Research Institute Co Ltd; Cofco Biochemical Anhui Co Ltd
Current assignee: Cofco Corp; Cofco Nutrition and Health Research Institute Co Ltd; Cofco Biochemical Anhui Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: CN103896762A

Abstract

本发明提供了一种含柠檬酸溶液的纯化方法，其中，该方法包括以下步骤：（1）将含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂进行接触，使得接触后得到的流出液A中金属阳离子的总浓度不超过4ppm；（2）在色谱分离条件下，将所述流出液A从固定相为螯合树脂的色谱分离柱的一端引入到色谱分离柱中，使流出液A中的柠檬酸以及部分的残糖和其它杂质吸附到所述螯合树脂上，然后用洗脱剂进行淋洗，使得部分的残糖和其它杂质以及柠檬酸先后从螯合树脂上解析从而使柠檬酸与部分的残糖和其它杂质分开。采用本发明提供的纯化方法，能够使得到的柠檬酸具有较高的易碳化物去除率和柠檬酸收率。

Description

一种含柠檬酸溶液的纯化方法

技术领域

本发明涉及一种含柠檬酸溶液的纯化方法。

背景技术

柠檬酸又名为3-羟基丙烷三羧酸，具有令人愉悦的酸味，没有毒性。柠檬酸被广泛应用于食品、日化以及医药行业，是目前世界上生产和消耗量最大的食用有机酸。中国的柠檬酸产量居世界第一位。

目前，柠檬酸多采用淀粉液化液、糖蜜等为原料，以黑曲霉（Aspergillus-Niger）深层发酵进行生产。发酵结束时，发酵液中除目标产品柠檬酸外，还存在金属阳离子、色素、蛋白质、胶体物、有机酸、无机酸，以及由原料还原糖、多糖和非还原糖等组成的残糖。因此，深层发酵后，还需要将含柠檬酸的发酵液进行分离纯化。

目的，常用的分离纯化方法包括钙盐法、萃取法和吸附分离法。

其中，钙盐法包括间歇式或连续式。例如，CN101607890A公开了一种柠檬酸的连续中和提取方法，该方法包括以下步骤：（1）在第一反应锅中同时加入柠檬酸清液、碳酸钙和/或氢氧化钙进行反应，调节pH值至3-5；（2）然后保持第一反应锅液位恒定，将第一反应锅中物料流入第二反应锅，并加入碳酸钙和/或氢氧化钙，调节pH值至5-9；（3）保持第一、第二反应锅液位恒定，将第二反应锅物料流入第三反应锅后，调节pH值至6-9，当第一、二、三反应锅液位维持恒定后，出料进行固液分离，得到固相进入第四反应锅；（4）固相加入第四反应锅，同时加入柠檬酸清液进行反应，控制反应pH值为1.5-6；（5）最后将反应液进行固液分离，液相返回第一、第二或第三反应锅，排除固相；（6）固相经硫酸酸解、活性炭脱色、离子交换、浓缩、结晶处理后得到柠檬酸。然而，采用该方法需要消耗大量的CaCO₃和硫酸，并排放出大量固体废弃物CaSO₄和CO₂。以间歇钙盐法计算，每生产一吨柠檬酸需要0.86吨CaCO₃和0.86吨硫酸，产生约2.5吨的湿CaSO₄，增加了生产成本和环境压力。

萃取法提取柠檬酸需要使用胺类物质和烷烃，不仅过程较为复杂，而且对食品安全存在不利影响。

吸附分离法是一种技术上最为可行的柠檬酸提取方法。根据吸附原理，可分为连续离子交换法直接吸附柠檬酸根、连续离子交换法吸附杂质离子和模拟移动床直接分离柠檬酸法三大类。例如，CN1648257A公开了一种生产柠檬酸和/或柠檬酸盐的方法，该方法依次包括以下步骤：制备柠檬酸发酵液、过滤、微滤或超滤、脱色、阳离子吸附交换、阴离子吸附交换得到柠檬酸发酵清液，采用阴离子交换树脂构成的移动多级离子交换方法对柠檬酸发酵清液进行分离，得到柠檬酸洗脱液和/或柠檬酸盐洗脱液、浓缩、结晶。其中，在阴离子吸附交换过程中，所用的洗脱剂为15-100℃的水，所用的再生剂为浓度为0.1-8mol/L的氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化铵中的一种或多种。由于热水洗脱能力较差，只能得到部分柠檬酸产品，剩下部分形成柠檬酸钠盐。此外，采用该方法对含柠檬酸溶液进行纯化，不仅难以将其中的杂质离子和杂酸除去，而且采用70-90℃热水做洗脱剂，洗脱温度高，影响树脂的使用寿命。

CN102249895A公开了一种含柠檬酸的溶液的处理方法。所述含柠檬酸的溶液含有柠檬酸、金属阳离子和其它杂质，其它杂质包括残糖、蛋白、色素、有机酸和无机酸中的一种或多种，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）将含柠檬酸的溶液与阳离子交换树脂接触，接触的条件使得接触后所得的溶液A中的金属阳离子浓度不超过5ppm；（2）在色谱分离条件下，将所述溶液A从固定相为改性阴离子交换树脂的色谱分离柱的一端引入色谱分离柱中，使溶液A中的柠檬酸和其它杂质吸附到所述树脂上，用洗脱剂进行淋洗，洗脱剂用量以及所述色谱分离条件使得所述溶液A中含有的其它杂质和柠檬酸先后从树脂上解吸，得到杂质溶液和柠檬酸溶液，所述改性阴离子交换树脂不与或基本不与柠檬酸根离子交换；（3）将得到的杂质溶液与粉碎后的淀粉质原料在淀粉酶存在下接触，得到含有淀粉质原料酶解清液和淀粉质原料酶解残渣的酶解后的产物；（4）在生成柠檬酸的条件下，将柠檬酸发酵菌接种至发酵培养基中进行发酵，得到柠檬酸发酵液，所述发酵培养基的碳源为淀粉质原料酶解清液和淀粉质原料酶解残渣以重量比2-19:1的混合物，至少部分所述淀粉质原料酶解清液和淀粉质原料酶解残渣由上述酶解后的产物进行或不进行固液分离后得到。采用该方法对含柠檬酸溶液的纯化，阴离子树脂会同时吸附柠檬酸和杂质，用稀硫酸解吸时，需要在线监测控制洗脱液中柠檬酸纯度而分段收集，在实际生产中难以实施。

CN1021905791A公开了一种柠檬酸溶液的处理方法，该方法包括以下步骤：（1）使含柠檬酸溶液流经阳离子交换树脂柱，并与其中的阳离子交换树脂接触，得到流出液A，所述接触的条件使得流出液A中的铁离子浓度不超过2ppm；（2）使流出液A流经活性炭柱，并与其中的活性炭接触，得到流出液B，所述接触的条件使得流出液B的透光率大于50%；（3）使流出液B与多组阴离子交换树脂柱组接触进行离子交换色谱分离，每组阴离子交换树脂柱依次且循环地经过吸附区、净化区、洗脱区和再生区，以使阴离子交换树脂柱组依次且循环地进行交换吸附、净化、洗脱和再生，所述每组阴离子交换树脂柱组包括一个或多种并联的阴离子交换树脂柱。然而，采用该方法很难实现残糖的去除，残糖等杂质仍需要通过其他工艺去除。

CN1358707A公开了一种从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的方法，并具体公开了采用模拟移动床的方法分离柠檬酸中的残糖，以热水进行洗脱，洗脱温度不低于80℃。洗脱温度高影响树脂的寿命，同时增加了分离过程的能耗。

因此，需要寻找一种新的从含柠檬酸溶液中分离纯化柠檬酸的方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种新的含柠檬酸溶液的纯化方法。

本发明提供了一种含柠檬酸溶液的纯化方法，所述含柠檬酸溶液含有柠檬酸、金属阳离子、残糖和其它杂质，所述其它杂质为色素、蛋白质、有机酸和无机酸中的一种或多种，其中，该方法包括以下步骤：

（1）将所述含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂进行接触，所述接触的条件使得接触后得到的流出液A中金属阳离子的总浓度不超过4ppm；

（2）在色谱分离条件下，将所述流出液A从固定相为螯合树脂的色谱分离柱的一端引入到色谱分离柱中，使流出液A中的柠檬酸以及部分的残糖和其它杂质吸附到所述螯合树脂上，然后用洗脱剂进行淋洗，使得部分的残糖和其它杂质以及柠檬酸先后从螯合树脂上解析，从而使柠檬酸与部分的残糖和其它杂质分开。

本发明的发明人巧妙地将阳离子交换树脂和固定相为螯合树脂的色谱分离柱配合使用，能够使得到的柠檬酸具有较高的易碳化物去除率和柠檬酸收率。推测其原因，可能是由于：一方面，通常来说，螯合树脂是一种能够与金属阳离子形成多配位络合物的交联功能高分子材料。螯合树脂首先与金属阳离子发生作用。而本发明通过先将含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂进行接触，能够将其中的金属阳离子的浓度降得足够低，从而避免了对后续进行色谱分离的影响。另一方面，当螯合树脂的螯合基团能够很容易与柠檬酸形成氢键，从而通过范德华作用将柠檬酸吸附在螯合树脂上，而大部分的残糖以及色素、蛋白质、有机酸、无机酸等其它杂质则不能与这些螯合基团形成氢键而顺利地从色谱柱中流出，仅有少部分的残糖和其它杂质能够与螯合树脂形成弱氢键作用，在洗脱剂的淋洗下，这部分残糖和其它杂质则先于柠檬酸从螯合树脂上解析，从而实现与柠檬酸分离的目的。

根据本发明的一种优选实施方式，当所述螯合树脂的螯合基团为硫脲基时，其能够与柠檬酸形成更强的氢键作用，从而使得到的柠檬酸具有更高的易碳化物去除率和柠檬酸收率。

根据本发明的另一种优选实施方式，当该方法还包括在进行色谱分离前，将所述流出液A与活性炭接触，所述接触的条件使得流出液A的透光率不低于50%时，能够在色谱分离前去除一部分杂质，从而不仅能够更显著地提高最后得到的柠檬酸的纯度，还能够减小色谱分离柱的负荷，延长色谱分离柱中螯合树脂的使用寿命，更具工业应用前景。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明，所述含柠檬酸溶液可以为柠檬酸清液和/或柠檬酸母液。所述柠檬酸清液和柠檬酸母液均为本领域公知的概念。柠檬酸清液指柠檬酸发酵液经过固液分离后得到的清液。柠檬酸母液为纯的柠檬酸溶液浓缩结晶后剩余的溶液。所述柠檬酸发酵液可以通过本领域常规的柠檬酸发酵方法制得，例如，采用黑曲霉发酵的方法制备得到，具体步骤如下：将淀粉质原料（如玉米等）粉碎、向其中加入如淀粉酶的酶类进行酶解，以酶解产物为发酵培养基，接入黑曲霉菌种，发酵后得到柠檬酸发酵液。由于采用现有的各种方法得到的含柠檬酸溶液的组成较为相似，因此，含柠檬酸溶液的种类和获得方法并不影响本发明的实施。

本发明对所述含柠檬酸溶液中上述各组分的浓度没有特别的限定，例如，所述含柠檬酸溶液中柠檬酸的浓度可以为20-55重量%，金属阳离子的总浓度可以为50-1500ppm，残糖的浓度可以为0.1-2重量%，其它杂质的总浓度可以为1-20重量%。优选情况下，所述含柠檬酸溶液中柠檬酸的浓度可以为30-50重量%，金属阳离子的总浓度可以为50-500ppm，残糖的浓度可以为0.5-1重量%，其它杂质的总浓度可以为1-10重量%。其中，所述金属阳离子通常包括Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺等中的一种或多种。

本发明对所述阳离子交换树脂的工作交换容量没有特别的限制，只要能够很好地除去含柠檬酸溶液中的金属阳离子即可，但为了节省离子交换过程中的物耗、能耗和时间，优选使用具有较大交换容量的阳离子交换树脂，例如，所述阳离子交换树脂的工作交换容量优选为大于3mmol/g干树脂，更优选为4-10mmol/g干树脂。

本发明对所述阳离子交换树脂的种类没有特别的限制，可以为本领域技术人员所公知的各种强酸性阳离子交换树脂和/或弱酸性阳离子交换树脂。所述强酸性阳离子交换树脂可以为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂和/或强酸性丙烯酸阳离子交换树脂。所述弱酸性阳离子交换树脂可以为弱酸性苯乙烯系阳离子交换树脂和/或弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。本发明优选所述阳离子交换树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂和/或弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，进一步优选为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，更优选为001×7H型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、HD-8型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂和001×4H型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂中的至少一种。

根据本发明，首先将所述含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂进行接触，以去除其中的金属阳离子。其中，将含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂进行接触的方式可以为本领域所公知的各种方式。例如，可以使含柠檬酸溶液通过填充有阳离子交换树脂的树脂柱，也可以将含柠檬酸的溶液与阳离子交换树脂均匀混合。本发明优选的接触方式为使含柠檬酸溶液通过填充有阳离子交换树脂的树脂柱。

本发明对将含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂进行接触的条件没有特别的限定，只要能够使得到的流出液A中金属阳离子的总浓度不超过4ppm即可。通常来说，所述接触的条件包括阳离子交换树脂的用量、含柠檬酸溶液的截面流速、停留时间和接触温度。所述阳离子交换树脂的用量可以根据待纯化处理的含柠檬酸溶液的量来进行适当选择，例如，所述含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂的体积比可以为5-100：1，优选为5-30：1。所述含柠檬酸溶液的截面流速可以为1-50cm/min，优选为5-15cm/min。所述停留时间可以为6-20min，优选为10-15min。此外，为了更有利于去除含柠檬酸溶液中的金属阳离子，所述接触温度优选为30-80℃，更优选为35-70℃。需要说明的是，所述接触温度包括所述含柠檬酸溶液的温度和阳离子交换树脂的温度，这两者的温度可以相同或不同，优选为相同，并均优选落在上述范围内。此外，所述截面流速是指单位时间内流经填充有阳离子交换树脂的树脂柱的体积流量与树脂柱内截面积的比值。

通常来说，所述螯合树脂是一种以交联聚合物（如聚苯乙烯-二乙烯基苯）为骨架，并含有起吸附作用的螯合基团的树脂。所述螯合树脂的种类可以为本领域的常规选择，例如，可以为现有的各种凝胶型螯合树脂和/或大孔型螯合树脂，优选为大孔型螯合树脂，更优选为大孔型苯乙烯系螯合树脂。具体地，所述螯合树脂可以为牌号为D401（螯合基团为亚胺二乙酸基）、D402（螯合基团为亚胺二乙酸基）、D405（螯合基团为硫醇基）、D405Ⅱ（螯合基团为硫脲基）、D463（螯合基团为硫脲基）、D751（螯合基团为亚胺二乙酸基）和DIAIONCR11（螯合基团为亚胺二乙酸基）中的一种或多种。

本发明对所述螯合树脂的螯合基团没有特别地限定，可以为现有的各种能够与柠檬酸形成氢键，且不与色素和其它杂质形成氢键的基团，例如，可以为硫脲基、亚胺二乙酸基和硫醇基中的一种或多种，这样便能够更好地实现柠檬酸与残糖、蛋白质、色素、有机酸、无机酸等杂质的分离。此外，为了使得在色谱分离过程中，得到的柠檬酸具有更高的易碳化物去除率和柠檬酸收率，所述螯合树脂的螯合基团特别优选为硫脲基。其中，作为螯合基团的硫脲基、亚胺二乙酸基和硫醇基的结构分别如下式（1）-（3）所示：

本发明对所述螯合树脂中螯合基团的浓度没有特别的限定，可以为本领域的常规选择，但为了提高所述含柠檬酸溶液的纯化效率，所述螯合树脂中螯合基团的浓度优选为大于1.5mmol/g干树脂，更优选为1.6-5mmol/g干树脂。

此外，所述螯合树脂可以以现有的各种形状存在，例如，可以为粉末状、球状和无定形结构。从原料易得性的角度出发，所述螯合树脂优选为球状。更优选球状的螯合树脂的颗粒直径为0.3-1.25mm。

本发明对所述色谱分离的条件没有特别的限定，只要能够使得柠檬酸与残糖、蛋白质、色素、有机酸和无机酸等杂质的分离即可。通常来说，所述色谱分离的条件包括流出液A的截面流速、洗脱剂的截面流速以及分离的温度。通常来说，所述流出液A的截面流速可以为1-50cm/min，洗脱剂的截面流速可以为1-100cm/min，分离的温度可以为35-70℃。优选情况下，所述流出液A的截面流速为5-30cm/min，洗脱剂的截面流速为10-60cm/min，分离的温度为40-65℃。更优选情况下，所述流出液A的截面流速为7-20cm/min，洗脱剂的截面流速为20-40cm/min，分离的温度为45-50℃。需要说明的是，所述分离的温度包括所述流出液A的温度、色谱柱的柱温以及洗脱剂的温度，这三者的温度可以相同或不同，优选为相同，并均优选落在上述范围内。此外，此处所述的截面流速是指单位时间内流经色谱柱的体积流量与色谱柱内截面积的比值。

根据本发明，所述洗脱剂的种类可以为本领域的常规选择，只要能够使得吸附在螯合树脂上的部分的残糖和其它杂质以及柠檬酸先后解析，从而使柠檬酸与部分的残糖和其它杂质分开即可。例如，所述洗脱剂可以为盐酸水溶液、硫酸水溶液、磷酸水溶液和醋酸水溶液等中的一种或多种，优选为硫酸水溶液。所述洗脱剂的浓度例如可以为0.01-0.5体积%，优选为0.05-0.4体积%，更优选为0.1-0.4体积%。

根据本发明，优选情况下，所述含柠檬酸溶液的纯化方法还包括在进行色谱分离前，将所述流出液A与活性炭接触，所述接触的条件使得流出液A的透光率不低于50%，这样能够在色谱分离前去除一部分杂质，从而不仅能够进一步提高最后得到的柠檬酸的纯度，还能够减小色谱分离柱的负荷，延长色谱分离柱中树脂的使用寿命，更具工业应用前景。

所述活性炭可以为本领域常规的各种能够用于脱色的活性炭，可以是粉末状，也可以是颗粒状；所述活性炭的颗粒直径可在较宽的范围内变化。本发明中，所述活性炭可以通过商购得到，如购自唐山光华晶科活性炭有限公司的GH-15和/或GH-11型颗粒活性炭。

根据本发明，将所述流出液A与活性炭接触的方式可以为本领域所公知的各种方式。例如，可以使所述流出液A通过填充有活性炭的活性炭柱，也可以让所述流出液A与活性炭均匀混合。本发明优选接触方式为使所述流出液A通过填充有活性炭的活性炭柱。

本发明对将所述流出液A与活性炭接触的条件没有特别地限制，只要满足使得接触后的流出液的透光率不低于50%即可，例如，所述接触的条件通常包括所述流出液A与活性炭的体积比可以为5-100：1，所述流出液A的截面流速可以为1-15cm/min，停留时间可以为6-100min，接触温度可以为35-70℃。优选情况下，所述接触的条件包括所述流出液A与活性炭的体积比为5-50：1，所述流出液A的截面流速为5-10cm/min，停留时间为10-30min，接触温度为40-60℃。需要说明的是，所述接触温度包括所述流出液A的温度和活性碳的温度，这两者的温度可以相同或不同，优选为相同，并均优选落在上述范围内。此外，此处所述的截面流速是指单位时间内流经活性炭柱的体积流量与活性炭柱内截面积的比值。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和对比例中：

螯合树脂D401：购自蚌埠东立化工有限公司，螯合基团为亚胺二乙酸基，螯合基团浓度为5.0mmol/g干树脂；

螯合树脂D463：购自淄博东大化工股份有限公司，螯合基团为硫脲基，螯合基团浓度为5.0mmol/g干树脂；

螯合树脂D405：购自江苏苏青水处理工程集团有限公司，螯合基团为硫醇基，螯合基团浓度为2.4mmol/g干树脂；

阳离子交换树脂001×7H：购自江苏苏青水处理工程集团有限公司，工作交换容量为4.5mmol/g干树脂；

阳离子交换树脂HD-8：购自上海华震科技有限公司，工作交换容量为4.0mmol/g干树脂；

阳离子交换树脂001×4H：购自安徽天康集团医药树脂有限公司，工作交换容量为4.5mmol/g干树脂。

以下实施例和对比例中，待处理的含柠檬酸溶液和纯化后的柠檬酸中各组分的浓度采用购自日本岛津公司的高效液相色谱法进行测定。

易碳化物的去除率=（含柠檬酸溶液中残糖的浓度×含柠檬酸溶液的重量-柠檬酸溶液C中残糖的浓度×柠檬酸溶液C的重量）÷（含柠檬酸溶液中残糖的浓度×含柠檬酸溶液的重量）×100%；

柠檬酸的收率=（柠檬酸溶液C中柠檬酸的浓度×柠檬酸溶液C的重量）÷（含柠檬酸溶液中柠檬酸的浓度×含柠檬酸溶液的重量）×100%。

实施例1

该实施例用于说明本发明提供的含柠檬酸溶液的纯化方法。

将9L的含柠檬酸溶液（其中，柠檬酸浓度为40重量%，金属阳离子的总浓度为214ppm，残糖的浓度为0.5重量%，其它杂质的总浓度为1重量%）预热到40℃，然后使其通过001×7H阳离子交换树脂柱（50mm内径×1000mm长），树脂柱通过夹套保温到40℃。在使含柠檬酸溶液通过阳离子交换树脂的过程中，控制含柠檬酸溶液的截面流速为5cm/min，停留时间为20min。收集阳离子交换树脂柱出口的流出液A。经检测，流出液A中金属阳离子的浓度为0.5ppm。

将流出液A预热到45℃，并通过装填有颗粒活性炭的活性炭柱中（50mm内径×1000mm长），活性炭柱通过夹套保温到45℃。在使流出液A通过活性炭柱的过程中，控制流出液A的截面流速为8cm/min，停留时间为12.5min。收集活性炭柱出口的流出液B。经检测，流出液B的透光率为85%。

将活化后D401型螯合树脂装入内径为26mm色谱柱中，得到8根床层高度均为70cm的螯合树脂色谱柱，并按照四区模拟移动床进行排布，每区2根色谱柱。通过循环水系统将色谱柱温度恒定为50℃。将流出液B预热到50℃，并以2cm/min的截面流速进料。进料完毕后，用温度为60℃、浓度为0.2体积%的稀硫酸溶液进行淋洗。在淋洗过程中，控制稀硫酸溶液的截面流速为7cm/min。在萃取口收集脱附的柠檬酸溶液C，萃余口收集废液。柠檬酸溶液C中的柠檬酸浓度相对于流出B稀释了1.7倍。经计算，柠檬酸溶液C中易碳化物的去除率为98%，柠檬酸的收率97%。

实施例2

该实施例用于说明本发明提供的含柠檬酸溶液的纯化方法。

将20L的含柠檬酸溶液（其中，柠檬酸浓度为55重量%，金属阳离子的总浓度为500ppm，残糖的浓度为1重量%，其它杂质的总浓度为10重量%）预热到65℃，然后使其通过HD-8阳离子交换树脂柱（50mm内径×1000mm长），树脂柱通过夹套保温到65℃。在使含柠檬酸溶液通过阳离子交换树脂的过程中，控制含柠檬酸溶液的截面流速为10cm/min，停留时间为10min。收集阳离子交换树脂柱出口的流出液A。经检测，流出液A中金属阳离子的浓度为2ppm。

将流出液A预热到35℃，并通过装填有颗粒活性炭的活性炭柱中（50mm内径×1000mm长），活性炭柱通过夹套保温到35℃。在使流出液A通过活性炭柱的过程中，控制流出液A的截面流速为1cm/min，停留时间为100min。收集活性炭柱出口的流出液B。经检测，流出液B的透光率为90%。

将活化后D463型螯合树脂装入内径为26mm色谱柱中，得到8根床层高度均为70cm的螯合树脂色谱柱，并按照四区模拟移动床进行排布，每区1根色谱柱。通过循环水系统将色谱柱温度恒定为70℃。将流出液B预热到70℃，并以45cm/min的截面流速进料。进料完毕后，用温度为70℃、浓度为0.01体积%的稀硫酸溶液进行淋洗。在淋洗过程中，控制稀硫酸溶液的截面流速为99cm/min。在萃取口收集脱附的柠檬酸溶液C，萃余口收集废液。柠檬酸溶液C中的柠檬酸浓度相对于流出B稀释了2.3倍。经计算，柠檬酸溶液C中易碳化物的去除率为97%，柠檬酸的收率98.1%。

实施例3

该实施例用于说明本发明提供的含柠檬酸溶液的纯化方法。

将30L的含柠檬酸溶液（其中，柠檬酸浓度为20重量%，金属阳离子的总浓度为1450ppm，残糖的浓度为1.5重量%，其它杂质的总浓度为10重量%）预热到70℃，然后使其通过001×4H阳离子交换树脂柱（30mm内径×1000mm长），树脂柱通过夹套保温到70℃。在使含柠檬酸溶液通过阳离子交换树脂的过程中，控制含柠檬酸溶液的截面流速为15cm/min，停留时间为6.7min。收集阳离子交换树脂柱出口的流出液A。经检测，流出液A中金属阳离子的浓度为3.8ppm。

将流出液A预热到70℃，并通过装填有颗粒活性炭的活性炭柱中（50mm内径×1000mm长），活性炭柱通过夹套保温到70℃。在使流出液A通过活性炭柱的过程中，控制流出液A的截面流速为15cm/min，停留时间为6.7min。收集活性炭柱出口的流出液B。经检测，流出液B的透光率为55%。

将活化后D405型螯合树脂装入内径为26mm色谱柱中，得到8根床层高度均为70cm的螯合树脂色谱柱，并按照四区模拟移动床进行排布，每区2根色谱柱。通过循环水系统将色谱柱温度恒定为35℃。将流出液B预热到35℃，并以25cm/min的截面流速进料。进料完毕后，用温度为35℃、浓度为0.5体积%的稀硫酸溶液进行淋洗。在淋洗过程中，控制稀硫酸溶液的截面流速为47cm/min。在萃取口收集脱附的柠檬酸溶液C，萃余口收集废液。柠檬酸溶液C中的柠檬酸浓度相对于流出B稀释了2.1倍。经计算，柠檬酸溶液C中易碳化物的去除率为99%，柠檬酸的收率93.9%。

实施例4

该实施例用于说明本发明提供的含柠檬酸溶液的纯化方法。

按照实施例2的方法对含柠檬酸溶液进行纯化，不同的是，将螯合树脂D463（螯合基团为硫脲基）用具有相同螯合基团浓度的D401螯合树脂（螯合基团为亚胺二乙酸基）替代。经计算，柠檬酸溶液C中易碳化物的去除率为95%，柠檬酸的收率97.5%。

实施例5

该实施例用于说明本发明提供的含柠檬酸溶液的纯化方法。

按照实施例3的方法对含柠檬酸溶液进行纯化，不同的是，不包括使流出液A过活性炭柱的步骤，而是直接将流出液A进行螯合树脂色谱柱分离。经计算，柠檬酸溶液C中易碳化物的去除率为96%，柠檬酸的收率93%。

对比例1

该对比例用于说明参比的含柠檬酸溶液的纯化方法。

按照实施例5的方法对含柠檬酸溶液进行纯化，不同的是，不包括将含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂柱接触的步骤，而是直接将含柠檬酸溶液进行螯合树脂色谱柱分离。经计算，柠檬酸溶液C中易碳化物的去除率为65%，柠檬酸的收率80%。

从以上结果可以看出，采用本发明提供的含柠檬酸溶液的纯化方法，能够使得到的柠檬酸溶液具有较高的易碳化物去除率和柠檬酸收率。从实施例2和实施例4的对比可以看出，当采用优选的硫脲基作为螯合基团时，得到的柠檬酸溶液中的易碳化物的去除率和柠檬酸的收率均更高。从实施例3和实施例5的对比可以看出，当该方法还包括在进行色谱分离前，将所述流出液A与活性炭接触时，能够在色谱分离前去除一部分杂质，从而不仅能够进一步提高最后得到的柠檬酸的纯度，还能够减小色谱分离柱的负荷，延长色谱分离柱中树脂的使用寿命，更具工业应用前景。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，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，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种含柠檬酸溶液的纯化方法，所述含柠檬酸溶液含有柠檬酸、金属阳离子、残糖和其它杂质，所述其它杂质为色素、蛋白质、有机酸和无机酸中的一种或多种，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将所述含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂进行接触，所述接触的条件使得接触后得到的流出液A中金属阳离子的总浓度不超过4ppm；

(2)在色谱分离条件下，将所述流出液A从固定相为螯合树脂的色谱分离柱的一端引入到色谱分离柱中，使流出液A中的柠檬酸以及部分的残糖和其它杂质吸附到所述螯合树脂上，然后用洗脱剂进行淋洗，使得部分的残糖和其它杂质以及柠檬酸先后从螯合树脂上解析，从而使柠檬酸与部分的残糖和其它杂质分开；所述螯合树脂的螯合基团为硫脲基、亚胺二乙酸基和硫醇基中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的纯化方法，其中，所述含柠檬酸溶液中柠檬酸的浓度为20-55重量％，金属阳离子的总浓度为50-1500ppm，残糖的浓度为0.1-2重量％，其它杂质的总浓度为1-20重量％。

3.根据权利要求1所述的纯化方法，其中，所述阳离子交换树脂的工作交换容量为大于3mmol/g干树脂。

4.根据权利要求3所述的纯化方法，其中，所述阳离子交换树脂的工作交换容量为4-10mmol/g干树脂。

5.根据权利要求1、3或4所述的纯化方法，其中，将含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂进行接触的条件包括：所述含柠檬酸溶液与阳离子交换树脂的体积比为5-100：1，所述含柠檬酸溶液的截面流速为1-50cm/min，停留时间为6-20min，接触温度为30-80℃。

6.根据权利要求1所述的纯化方法，其中，所述螯合树脂中螯合基团的浓度为大于1.5mmol/g干树脂。

7.根据权利要求6所述的纯化方法，其中，所述螯合树脂中螯合基团的浓度为1.6-5mmol/g干树脂。

8.根据权利要求1所述的纯化方法，其中，所述螯合树脂的螯合基团为硫脲基。

9.根据权利要求1、6或7所述的纯化方法，其中，所述色谱分离条件包括：所述流出液A的截面流速为1-50cm/min，洗脱剂的截面流速为1-100cm/min，温度为35-70℃。

10.根据权利要求9所述的纯化方法，其中，所述洗脱剂为盐酸水溶液、硫酸水溶液、磷酸水溶液和醋酸水溶液中的一种或多种。

11.根据权利要求1或2所述的纯化方法，其中，该方法还包括在进行色谱分离前，将所述流出液A与活性炭接触，所述接触的条件使得流出液A的透光率不低于50％。

12.根据权利要求11所述的纯化方法，其中，将所述流出液A与活性炭接触的条件包括：所述流出液A与活性炭的体积比为5-100：1，所述流出液A的截面流速为1-15cm/min，停留时间为6-100min，接触温度为35-70℃。