CN104557515A - 从乳酸铵发酵料液中提取及分离l-乳酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，包括如下步骤：(1)乳酸铵发酵料液预处理；(2)乳酸铵的硫酸酸解；(3)将酸解料液和耦合吸附剂分别加入到离心萃取机中，在15-25摄氏度时耦合吸附提取L-乳酸；(4)将有机相和水相分离；(5)将有机相和55-65摄氏度的热水分别加入到离心萃取机中，反耦合吸附提取L-乳酸。本发明能够快速地将L-乳酸从乳酸酸解液中提取及分离出来，改变现有从L-乳酸中将各种杂质逐一分离的工艺路线，利用耦合吸附剂直接将L-乳酸耦合吸附出来，而将各种杂质留在残液中，由于本发明中的耦合吸附剂具有对L-乳酸的专一吸附性，达到一步提纯L-乳酸的目的，去除了现有工艺中的脱色工艺和绝大部分的离交工艺。

Description

从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法
技术领域
本发明涉及乳酸工业生产中提取L-乳酸技术，特别涉及从乳酸酸解料液中提取L-乳酸的耦合吸附剂。
背景技术
L-乳酸广泛应用于食品、医药、化工、新材料等领域，如在食品工业中作为风味剂、保鲜剂、防腐剂等，在医药工业中作为助溶剂、前体药物制剂、载体剂等。以乳酸为单体合成的聚乳酸(PLA)是国家重点支持的生物基降解新材料，可替代石化基塑料制品，消除环境“白色污染”。
目前，国内外L-乳酸现有生产工艺存在的主要问题为：1、收率低，能耗大，生产成本较高。2、工序复杂，工艺流程较长。3、废水、废渣排放量较大。因此，在确保产品质量的前提下，降低生产成本，减少废水、废渣排放量，缩短工艺流程，实现L-乳酸提取技术升级换代，是国内外L-乳酸行业迫切需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明在于提供一种从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，能够将L-乳酸快速提取出来。
本发明是通过如下技术方案实现的：从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，包括如下步骤：
(1)乳酸铵发酵料液预处理；
(2)乳酸铵的硫酸酸解；
(3)将酸解料液和耦合吸附剂分别加入到离心萃取机中，在15-25摄氏度时耦合吸附提取L-乳酸；
(4)将有机相和水相分离；
(5)将有机相和55-65摄氏度的热水分别加入到离心萃取机中，反耦合吸附提取L-乳酸。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，在步骤(1)中：采用膜过滤或者离心机对乳酸铵发酵料液进行预处理，除去发酵料液中的菌种和营养物质，分离出的菌种和营养物质返回到乳酸发酵工序继续参与发酵，实现菌种循环利用。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，在步骤(2)中：将质量分数为85％-96％的硫酸溶液加入到预处理后得到的乳酸铵发酵料液中，使得料液酸解终点的pH＝1.5-1.8，得到酸解料液。料液酸解终点的pH为1.8时，料液中离子态乳酸根的质量分数小于1％；料液酸解终点的pH为1.5时，料液中离子态乳酸根的质量分数小于0.4％。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，在步骤(3)中：耦合吸附剂由耦合剂、负载溶剂和耦合促进剂组成，耦合剂、负载溶剂和耦合促进剂三者的质量之比为：耦合剂：负载溶剂：耦合促进剂＝(20-35)：100：(5-15)；耦合吸附剂与酸解料液的质量比为1:(2-3)，耦合吸附温度为15-25摄氏度，酸解料液中L-乳酸的质量分数为20-25％。
耦合吸附温度高于25摄氏度时，耦合吸附剂的耦合吸附能力急剧减弱，耦合吸附过程变得非常困难，不利于耦合吸附剂耦合吸附乳酸分子；耦合吸附温度低于15摄氏度时，耦合吸附速度明显变慢，耦合吸附时间大大延长，不利于生产效率的提高。
酸解料液中L-乳酸的质量分数不小于20％，避免由于酸解料液中L-乳酸浓度不足造成的耦合吸附剂利用率低的问题。酸解料液中L-乳酸的质量分数大于20％时，酸解料液的粘度过大，对耦合吸附不利；因此，酸解料液中的L-乳酸浓度控制在20％-25％。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，在步骤(5)中：有机相和热水的质量之比为1:(4-6)。热水量太少，不利于将有机相中的L-乳酸较为彻底地分离出来；热水量太多，虽然有助于充分从有机相中分离出L-乳酸及加快分离速度，但是热水中的L-乳酸含量始终处于不饱和量状态，会造成热水的浪费。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，所述耦合剂为二甲基硅氧烷，具有羟基和/或胺基的二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷，或者具有羟基和/或胺基的聚二甲基硅氧烷。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，具有羟基和/或胺基的二甲基硅氧烷如式(Ⅰ)所示：
在式(Ⅰ)中：R3和R4均为CH3O-，R1和R2均为具有羟基和/或胺基的烷基取代基。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，具有羟基和/或胺基的聚二甲基硅氧烷如式(Ⅱ)所示：
在式(Ⅱ)中：R1和R2均为具有羟基和/或胺基的烷基取代基。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，所述负载溶剂为煤油、油醇、常温下为液态的乙酸酯类化合物或聚氧丙烯甘油醚。
上述从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，所述耦合促进剂为磷脂类化合物。
本发明的有益效果是：
1、改变现有从L-乳酸中将各种杂质逐一分离的工艺路线，利用耦合吸附剂直接将L-乳酸耦合吸附出来，而将各种杂质留在残液中，由于本发明的耦合吸附剂具有对L-乳酸的专一吸附性，达到一步提纯L-乳酸的目的，去除了现有工艺中的脱色工艺和绝大部分的离交工艺。
2、在本发明的方法种，耦合吸附剂常温或低温时，L-乳酸在其中的分配系数大而在水中的分配系数小，因此可以将L-乳酸从酸解液中耦合吸附到耦合吸附剂中，然后加入热水，由于L-乳酸在高温条件下在水中的分配系数较大，从而将L-乳酸从耦合吸附剂中转移到水相中。也就是说，本发明中的耦合吸附剂，后续分离L-乳酸时不需要成盐，直接使用热水进行反耦合吸附，使得L-乳酸释放到水相中，经离子交换后可直接进行降膜蒸发。现有的工艺是需要先成盐，然后再制备乳酸，工艺复杂。
3、本发明的方法与现有脱色-离交工艺比较：吨L-乳酸节约水15.64吨、蒸汽1.92吨、电46kwh、活性炭47.5公斤、烧碱117公斤、盐酸109公斤。
4、产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度最高达到99％以上。
5、从乳酸酸解液中提取L-乳酸的收率最高达到96％以上，现有工艺仅仅为88％。
具体实施方式
为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例予以详细说明。
实施例1
本实施例从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法包括如下步骤：
(1)乳酸铵发酵料液预处理：采用膜过滤或者离心机对乳酸铵发酵料液进行预处理，除去发酵料液中的菌种和营养物质，分离出的菌种和营养物质返回到乳酸发酵工序继续参与发酵，实现菌种循环利用。
(2)乳酸铵的硫酸酸解：将质量分数为96％的硫酸溶液加入到预处理后得到的乳酸铵发酵料液中，使得料液酸解终点的pH＝1.5，并浓缩或加水稀释，使得酸解料液中L-乳酸的质量分数为25％。
(3)将酸解料液和耦合吸附剂分别加入到离心萃取机中，在24摄氏度时耦合吸附提取L-乳酸。
(4)将有机相和水相分离。
(5)将有机相和60摄氏度的热水分别加入到离心萃取机中，反耦合吸附提取L-乳酸；有机相和热水的质量之比为1:5。
耦合吸附剂由20千克耦合剂、100千克负载溶剂和5千克耦合促进剂组成。所述耦合剂为二甲基硅氧烷，所述负载溶剂为煤油，所述耦合促进剂为大豆卵磷脂。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有80.2wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有90wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为98％。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：耦合吸附剂由25千克耦合剂、100千克负载溶剂和8千克耦合促进剂组成。所述耦合剂为聚二甲基硅氧烷，所述负载溶剂为油醇，所述耦合促进剂为大豆卵磷脂。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有82.1wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有89.1wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为98％。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：耦合吸附剂由35千克耦合剂、100千克负载溶剂和15千克耦合促进剂组成。所述耦合剂为具有羟基的二甲基硅氧烷。
所述具有羟基的二甲基硅氧烷如式(Ⅰ)所示：
在式(Ⅰ)中：R3和R4均为CH3O-，R1为CH3-，R2为HOCH2CH2CH2-。所述负载溶剂为乙酸甲酯，所述耦合促进剂为大豆卵磷脂。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有83.6wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有95wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为98.3％。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：耦合吸附剂由35千克耦合剂、100千克负载溶剂和15千克耦合促进剂组成。所述耦合剂为具有羟基的聚二甲基硅氧烷。
所述具有羟基的聚二甲基硅氧烷如式(Ⅱ)所示：
在式(Ⅱ)中：R1为CH3-，R2为HOCH2CH2CH2-。所述负载溶剂为乙酸乙酯。所述耦合促进剂为大豆卵磷脂。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有86.7wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有94.8wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为98.5％。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于：R2为-CH2CH2CH(OH)CH2N(CH2CH2OH)2。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有89.3wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有98wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为99％。
实施例6
本实施例与实施例4的区别在于：
R2为-CH2CH2CH(OH)CH2N(CH2CH2OH)2。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有91.5wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有99wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为99.3％。
实施例7
本实施例与实施例3的区别在于：所述负载溶剂为聚氧丙烯甘油醚。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有92.4wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有97wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为98.7％。
实施例8
本实施例与实施例4的区别在于：所述负载溶剂为聚氧丙烯甘油醚。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有94.3wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有96.5wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为98.7％。
实施例9
本实施例与实施例5的区别在于：所述负载溶剂为聚氧丙烯甘油醚。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有97.6wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有98.3wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为99％。
实施例10
本实施例与实施例6的区别在于：所述负载溶剂为聚氧丙烯甘油醚。
在24摄氏度时，将本实施例的耦合吸附剂和L-乳酸质量分数为25％的乳酸酸解液分别加入到离心萃取机中，耦合吸附剂与乳酸酸解液的质量之比为1:3。分离水相和有机相，对水相中的L-乳酸质量百分含量进行检测。结果显示：乳酸酸解液中有98.6wt％的L-乳酸被耦合吸附剂提取出去。
使用热水对有机相中的L-乳酸进行反耦合吸附分离之后，经检测，有机相中有99wt％的L-乳酸被分离到热水中，然后对得到的L-乳酸水溶液进行精滤及多效降膜蒸发，得到高品质L-乳酸产品。产品色度≤25APHA，耐热温度≥180℃，光学纯度为99.2％。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (9)

1.从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)乳酸铵发酵料液预处理；
(2)乳酸铵的硫酸酸解；
(3)将酸解料液和耦合吸附剂分别加入到离心萃取机中，在15-25摄氏度时耦合吸附提取L-乳酸；
(4)将有机相和水相分离；
(5)将有机相和55-65摄氏度的热水分别加入到离心萃取机中，反耦合吸附提取L-乳酸。
2.根据权利要求1所述的从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，在步骤(1)中：采用膜过滤或者离心机对乳酸铵发酵料液进行预处理，除去发酵料液中的菌种和营养物质，分离出的菌种和营养物质返回到乳酸发酵工序继续参与发酵，实现菌种循环利用。
3.根据权利要求1所述的从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，在步骤(2)中：将质量分数为85％-96％的硫酸溶液加入到预处理后得到的乳酸铵发酵料液中，使得料液酸解终点的pH＝1.5-1.8，得到酸解料液。
4.根据权利要求1-3任一所述的从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，在步骤(3)中：耦合吸附剂由耦合剂、负载溶剂和耦合促进剂组成，耦合剂、负载溶剂和耦合促进剂三者的质量之比为：耦合剂：负载溶剂：耦合促进剂＝(20-35)：100：(5-15)；耦合吸附剂与酸解料液的质量比为1:(2-3)，酸解料液中L-乳酸的质量分数为20-25％。
5.根据权利要求4所述的从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，在步骤(5)中：有机相和热水的质量之比为1:(4-6)。
6.根据权利要求4所述的从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，所述耦合剂为二甲基硅氧烷，具有羟基和/或胺基的二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷，或者具有羟基和/或胺基的聚二甲基硅氧烷。
7.根据权利要求6所述的从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，具有羟基和/或胺基的二甲基硅氧烷如式(Ⅰ)所示：
在式(Ⅰ)中：R3和R4均为CH3O-，R1和R2均为具有羟基和/或胺基的烷基取代基；
具有羟基和/或胺基的聚二甲基硅氧烷如式(Ⅱ)所示：
在式(Ⅱ)中：R1和R2均为具有羟基和/或胺基的烷基取代基。
8.根据权利要求4所述的从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，所述负载溶剂为煤油、油醇、常温下为液态的乙酸酯类化合物或聚氧丙烯甘油醚。
9.根据权利要求4所述的从乳酸铵发酵料液中提取及分离L-乳酸的方法，其特征在于，所述耦合促进剂为磷脂类化合物。
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