CN104529751A - 一种结晶l-乳酸钙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种结晶L-乳酸钙的制备方法,向浓度为14.7g/mL~40.5g/mL的L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入结晶器中,调pH至6~8;在40~60℃恒定温度下加入不良溶剂进行溶析结晶过程,溶析终点时添加不良溶剂的体积量为发酵液体积的2~8倍;然后进行冷却结晶过程,降温至5~20℃后进行过滤分离,用洗涤溶剂进行洗涤,干燥后得到L-乳酸钙结晶。本发明生产周期短、操作简单;产品颜色纯白,晶习完整,晶体粒度大且分布均匀,主粒度大于19.33μm,便于产品后处理;结晶过程单程收率达到82.0%以上,适合大规模工业化生产,具有良好的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明属于结晶技术领域,特别涉及一种L-乳酸钙晶体的结晶制备方法,通过本发明的方法可以得到粒度分布均匀的针状L-乳酸钙晶体。
背景技术
L-乳酸钙(calcium-L-lactate)为L-乳酸的钙盐,化学名为2-羟基丙酸钙,分子式为C6H10O6.Ca,分子量为218.22,其化学结构式如下式所示:
L-乳酸钙是一种白色粉末状或颗粒状物质,易溶于水,在医药、食品、饮料、饲料等领域有广泛的应用。L-乳酸钙是补充钙质的良好药剂和钙强化剂,具有降低毛细血管通透性、维持神经及肌肉的正常兴奋性、辅助预防及治疗各种过敏性疾病、保持旺盛的精力和体力等作用。L-乳酸钙在水中的溶解度高,生物利用度高,可直接被吸收代谢而对人体无害。L-乳酸钙作为饲料添加剂应用十分广泛,可用于水产养殖以及鸡、猪、牛等动物饲料。
目前国内生产L-乳酸钙的方法主要为发酵法,即以淀粉为原料经发酵、结晶提纯得到L-乳酸钙晶体,产品最终质量很大程度上取决于结晶过程。当前L-乳酸钙的结晶生产工艺主要是将发酵液放在结晶槽内自然静置结晶,即将浓缩后的发酵液放在槽中冷却静置56小时以上,得到聚结的粒度分布极不均匀的块状产品。产品要经过人工转移,洗涤,破碎,再次过滤,洗涤,干燥和粉碎。不仅效率低、费时费力,且收率低,产品粒度分布不均、色泽偏黄、有异味。
文献报道了L-乳酸钙生产工艺的相关专利。CN102205184A中报道的一种转毂轮式乳酸钙结晶生产工艺,发酵液暴露于空气中容易滋生细菌;CN1680256A中报道超临界流体二氧化碳萃取生产精制乳酸钙,此工艺需要25-30兆帕的压力,生产成本高,不利于工业化大规模生产使用;CN1978043A报道了喷雾干燥生产颗粒乳酸钙工艺,这种方法易造成粉尘污染, 存在晶体结晶度低等问题,且不适合直接对发酵液进行分离提纯,发酵液中会有很多可溶性杂质存在于产品中。
发明内容
针对以上问题,本发明以L-乳酸钙发酵液为原料,提供了一种L-乳酸钙的溶析-冷却结晶制备方法,该方法可以机械化生产、生产周期短、收率高;结晶产品白色无异味,晶习为针状结晶(如图1,图2所示),晶体粒度较大而分布均匀,干燥减量为19.4%~25.2%,为L-乳酸钙的三水合物或五水合物(如图3所示)。
本发明提供的一种结晶L-乳酸钙的制备方法,步骤如下:
向浓度为14.7g/mL~40.5g/mL的L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入的结晶器中,调pH至6~8;在40~60℃恒定温度下加入不良溶剂进行溶析结晶过程,溶析终点时添加不良溶剂的体积量为发酵液体积的2~8倍;然后进行冷却结晶过程,降温至5~20℃后进行过滤分离,用洗涤溶剂进行洗涤,干燥后得到L-乳酸钙。
所述的溶析结晶过程加入的不良溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或丙酮中的一种或几种混合物。
所述的溶析结晶过程中不良溶剂的加入速率为其体积的10%~90%/hr。
所述的冷却结晶过程中,降温速率为5~10℃/hr。
所述的洗涤溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮或水中的一种或几种混合物。
所述的干燥条件:温度30~45℃,绝对压力0.008~0.1MPa,干燥时间3~4小时。
在较高温度下,结晶使用的不良溶剂有一定挥发性,可以在结晶器顶部连接冷凝回流管,防止在较高温度下溶剂的挥发散失。
结晶得到的L-乳酸钙晶习为针状晶体。
本发明方法将溶析结晶与冷却结晶进行耦合,首先采用溶析的方式诱导晶体成核和初步生长,由于溶析过程在较高温度下进行,可以有效的促进晶体的成核和生长,从而得到粒度较大而且均匀,晶习完整的晶体;随后采用冷却方式,进一步推动晶体生长,提高收率。仅采用其中一种结晶方式都存在不足。申请人对发酵液进行单一的冷却结晶实验,由于发酵液粘度较大影响晶体成核,导致介稳区很宽,即使降温速率很慢,也很容易导致大量毛发状晶体爆发成核,毛发状晶体相互缠绕最终容易导致溶液失去流动性,易包藏杂质,无法继续进行机械化生产,给后续操作带来麻烦。申请人还采用多种不良溶剂进行溶析结晶的实验。在较高温度下进行溶析结晶实验时,由于L-乳酸钙在溶剂中的溶解度仍然较高,导致结晶收率偏低,结晶结束摩尔收率65~73%;而在较低温度下进行溶析结晶实验,不利于晶体的生长, 导致晶体粒度偏小,产品主粒度在9.95μm左右。
相比之下,本发明提出的溶析-冷却结晶方法,溶析结晶阶段通过控制体系的溶析速率从而控制溶液的过饱和度,控制晶体的成核与生长,避免爆发成核现象。溶析结晶结束后进行冷却结晶阶段,通过有效控制冷却速率,进一步促进晶体的生长,从而改善了晶习、提高产品的粒度和收率。
本发明提供的一种结晶L-乳酸钙的制备方法,生产周期短、操作简单;产品颜色纯白,晶习完整,晶体粒度大且分布均匀,主粒度大于19.33μm,便于产品后处理,节约后处理成本;结晶过程单程收率达到82.0%(摩尔收率)以上,适合大规模工业化生产,具有良好的工业应用前景。
附图说明
图1:L-乳酸钙的扫描电镜照片(放大1000倍);
图2:L-乳酸钙的扫描电镜照片(放大3000倍);
图3:L-乳酸钙的热重分析图。
具体实施方式
实施例1
向浓度为14.7g/mL L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入结晶器中,调pH至6.0。在40℃下加入丙酮,加入速率为发酵液体积的10%/hr。其体积用量为总体积的2倍时停止加入丙酮;然后以5℃/hr降温速率降温至20℃后进行过滤分离,用1:1的丙酮和水的混合物(体积比)洗涤,将得到的晶体产品在30℃下,绝对压力为0.009MPa时干燥4小时。最终晶体主粒度为19.33μm,结晶过程单程收率86.0%(摩尔收率)。产品干燥减量为24.6%,为L-乳酸钙的五水合物。
实施例2
向浓度为15.5g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入结晶器中,调pH至8.0。在45℃下加入甲醇,加入速率为发酵液体积的60%/hr。其体积用量为总体积的8倍时停止加入甲醇;然后以10℃/hr降温速率降温至5℃后进行过滤分离,用1:2的甲醇和水的混合物(体积比)洗涤,将得到的晶体产品在45℃下,绝对压力为0.1MPa时干燥4小时。最终晶体主粒度为21.30μm,结晶过程单程收率82.3%(摩尔收率)。产品干 燥减量为25.2%,为L-乳酸钙的五水合物。
实施例3
向浓度为40.5g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入结晶器中,调pH至7.3。在60℃下加入乙醇,加入速率为发酵液体积的90%/hr。其体积用量为总体积的3.5倍时停止加入乙醇;然后以8℃/hr降温速率降温至7℃后进行过滤分离,用乙醇洗涤,将得到的晶体产品在35℃下,绝对压力为0.008MPa时干燥4小时。最终晶体主粒度为19.60μm,结晶过程单程收率87.4%(摩尔收率)。产品干燥减量为19.4%,为L-乳酸钙的三水合物。
实施例4
向浓度为25.5g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入结晶器中,调pH至7.9。在55℃下加入异丙醇,加入速率为发酵液体积的60%/hr。其体积用量为总体积的4倍时停止加入异丙醇;然后以9℃/hr降温速率降温至15℃后进行过滤分离,用1:1.5的异丙醇和水的混合物(体积比)洗涤,将得到的晶体产品在40℃下,绝对压力为0.1MPa时干燥3小时。最终晶体主粒度为19.92μm,结晶过程单程收率85.4%(摩尔收率)。产品干燥减量为24.4%,为L-乳酸钙的五水合物。
实施例5
向浓度为25.0g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入结晶器中,调pH至6.6。在53℃下加入异丙醇和丙酮的混合物(摩尔比为1:1),加入速率为发酵液体积的57%/hr。其体积用量为总体积的3.5倍时停止加入异丙醇和丙酮的混合物;然后以8.2℃/hr降温速率降温至20℃后进行过滤分离,用异丙醇洗涤,将得到的晶体产品在32℃下,绝对压力为0.1MPa时干燥4小时。最终晶体主粒度为20.85μm,结晶过程单程收率87.7%(摩尔收率)。产品干燥减量为23.6%,为L-乳酸钙的五水合物。
实施例6
向浓度为17.5g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入结晶器中,调pH至6.9。在45℃下加入正丁醇,加入速率为发酵液体积的50%/hr。其体积用量为总体积的4.9倍时停止加入正丁醇;然后以8.9℃/hr降温速率降温至18℃后进行过滤分离,用正丁醇洗涤,将得到的晶体产品在40℃下,绝对压力为0.1MPa时干燥3小时。最终晶体主粒度为21.69μm,结晶过程单程收率87.2%(摩尔收率)。产品干燥减量为21.4%,为L-乳酸钙的三水合物。
本发明公开和提出的一种结晶L-乳酸钙的制备方法,本领域技术人员可通过借鉴本文内 容,适当改变原料、工艺参数等环节实现。本发明的方法与产品已通过较佳实施例子进行了描述,相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合,来实现本发明技术。特别需要指出的是,所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (8)
1.一种结晶L-乳酸钙的制备方法,其特征是:向浓度为14.7g/mL~40.5g/mL的L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭;过滤后滤液移入的结晶器中,调pH至6~8;在40~60℃恒定温度下加入不良溶剂进行溶析结晶过程,溶析终点时添加不良溶剂的体积量为发酵液体积的2~8倍;然后进行冷却结晶过程,以降温至5~20℃后进行过滤分离,用洗涤溶剂进行洗涤,干燥后得到L-乳酸钙的结晶。
2.如权利要求1所述的方法,其特征是所述的不良溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或丙酮中的一种或几种混合物。
3.如权利要求1所述的方法,其特征是所述的不良溶剂的加入速率为其体积的10%~90%/hr。
4.如权利要求1所述的方法,其特征是所述的冷却结晶过程中,降温速率为5~10℃/hr。
5.如权利要求1所述的方法,其特征是所述的洗涤溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮或水中的一种或几种混合物。
6.如权利要求1所述的方法,其特征是所述的干燥条件:温度30~45℃,绝对压力0.008~0.1MPa,干燥时间3~4小时。
7.如权利要求1所述的方法,其特征是在结晶器顶部连接冷凝回流管,防止在较高温度下溶剂的挥发散失。
8.权利要求1中结晶得到的L-乳酸钙晶习为针状晶体。
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