CN105219810B - 一种d-乳酸和l-赖氨酸联合生产的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种D‑乳酸和L‑赖氨酸联合生产的方法，利用D‑乳酸精制过程产生的含D‑乳酸和硫酸铵的废水作为L‑赖氨酸发酵的氮源，并以D‑乳酸为碳源替代部分发酵所需的碳源；回收L‑赖氨酸离交过程用于洗脱的过量氨水，供D‑乳酸发酵使用。该方法将D‑乳酸和L‑赖氨酸的生产联合起来，可节约成本，且少量D‑乳酸作为碳源供L‑赖氨酸发酵使用可提高转化率与产量。
Description
技术领域
本发明涉及氨基酸生产技术领域，尤其涉及一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法。
背景技术
L-赖氨酸是脂肪族碱性氨基酸一种，化学名称是2,6-二氨基已酸，是人、动物生长发育所需的八种必需氨基酸(它们是赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸及色氨酸)之一，是谷物蛋白第一限制氨基酸。L-赖氨酸是目前国内外全价配合饲料的主要添加剂，具有提高饲料利用率，促进动物生长和改进肉质的功效。
目前，L-赖氨酸的发酵基本采用连续流加、分批培养的方法进行，而硫酸铵则是赖氨酸发酵过程中的一种主要的氮源。L-赖氨酸提取纯化的传统工艺采用阳离子交换树脂吸附解脱L-赖氨酸，在离交工艺中用硫酸调节物料pH，用氨水进行洗脱，一般而言洗脱过程会采用过量的氨水，而由于氨水在洗脱后会带有杂质难以提纯，难以回收利用，或将作为污水排放处理，这大大增加污水处理成本，也造成浪费。
D-乳酸90％是采用类似于糖的碳水化合物为原料，经生物发酵技术生产的具有高旋光性(手性)乳酸。高光学纯度D-乳酸(99％以上)作为一个手性中心是多种手性物质的前体,是重要的手性中间体与有机合成原料,广泛应用于制药、高效低毒农药及除草剂、化妆品等领域的手性合成。
传统工艺中使用氢氧化钙作为中和剂调节D-乳酸发酵pH，精制D-乳酸的副产品为硫酸钙，同样的这种副产品硫酸钙如果提纯，需要比较复杂的程序，这也会大大提高处理成本。
因此，开发一种新生产工艺，使D-乳酸和L-赖氨酸联合生产，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。
发明内容
为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，以解决目前D-乳酸和L-赖氨酸独立生产时副产物或废水处理成本太高的技术问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，包括如下步骤：
(1)将D-乳酸生产菌厌氧培养30-48h，并维持厌氧发酵的pH为6.0-7.5发酵生产D-乳酸，调整pH后得到D-乳酸发酵液；
(2)将步骤(1)得到的D-乳酸发酵液经离子交换，获得纯D-乳酸以及D-乳酸生产废液，所述D-乳酸生产废液中含有少量D-乳酸与大量硫酸铵；
(3)将步骤(2)得到的D-乳酸生产废液经浓缩、灭菌处理，得到再利用物料；
(4)以步骤(3)得到的再利用物料为氮源，将L-赖氨酸生产菌好氧培养30-48h，发酵生产L-赖氨酸，得到L-赖氨酸发酵液；
(5)将步骤(4)得到的L-赖氨酸发酵液经离子交换，获得纯L-赖氨酸和L-赖氨酸生产废液，所述L-赖氨酸生产废液中含有少量L-赖氨酸与氨水的废液；
(6)将步骤(5)得到的L-赖氨酸生产废液中的氨水进行回收，用于D-乳酸的生产。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(1)中，D-乳酸的培养基包含:葡萄糖20g/L，K2HPO4·3H2O 0.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4 0.5g/L，Mn2+ 0.02g/L，Fe2+0.02g/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，初始pH7.0。
步骤(1)所述的D-乳酸生产菌为乳酸杆菌，流加氨水的浓度为28wt％。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(1)中，利用流加氨水的方式维持厌氧发酵的pH在6.0-7.5，且所述氨水包括来自所述步骤(5)回收的氨水。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(3)中，浓缩后，所述再利用物料中硫酸铵浓度需达到30-40％(重量百分数)。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(3)中，浓缩时压力为-0.08MPa，温度为60-80℃。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(3)中，在127-129℃，维持15-20min的方式进行灭菌。
本发明中，作为一种优化的技术方案，步骤(4)所述的L-赖氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(4)中，好氧培养的培养基包含：葡萄糖,(NH4)2SO4，KCl，KH2PO4，蛋白胨，MgSO4，FeSO4，MnSO4,CuSO4，ZnCl2，维生素B1，生物素。在本发明的具体实施方式中，葡萄糖50g/L，KH2PO4 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.25g/L，(NH4)2SO4 40g/L，MnSO4 0.05g/L，FeSO4 0.05g/L，ZnCl21mg/L，CuSO4 0.2mg/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，pH为6.8。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(4)中，好氧培养时采用流加氨水维持好氧培养的pH为6.5-7.0。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(6)中，回收氨水时，在常压下将所述L-赖氨酸生产废液加热到60-90℃，将挥发出来的氨抽吸至另一压力为0.2-0.5MPa盛20-50℃水容器中，回收氨水。
本发明中，作为一种优化的技术方案，所述步骤(6)中，所使用的抽吸设备为真空泵。
本发明具体的步骤如下：
(1)D-乳酸发酵
向发酵容器内通入空气后关闭进气与排气，保持罐压0.03-0.08MPa，通过流加氨水控制PH6.0-7.5，培养30-48h停罐，继续流加氨水，调PH至10.5；
(2)D-乳酸发酵液处理
将步骤(1)的D-乳酸发酵液加热发酵液至80-85℃，陶瓷膜过滤，控制清液透光率>95％，压力4-5Kpa；上述滤液进入阳离子交换树脂，控制进料乳酸浓度≥20g/dl，控制水洗料浓度≤0.2g/dl；纳滤，控制出料透光率≥98％，色度＜5，浓缩倍率10倍；之后进行阴离子交换，控制进料硫酸根浓度15-18g/dl,控制水洗料浓度≤0.2g/dl；脱色，乳酸液与活性炭按100:2比例混合，在60℃下保持30min，控制出料透光率≥95％，色度＜10；
(3)D-乳酸生产废液处理
将D-乳酸生产废液在压力为-0.08MPa，温度为60-80℃下进行浓缩，然后将浓缩液利用维持温度为127-129℃、15-20min方式灭菌，从而使得处理后的废液中硫酸铵浓度为30-40％，得到再利用物料；
(4)L-赖氨酸发酵
调节发酵罐的罐压为0.1-0.2MPa，按照每分钟通风量与培养基1:1(v/v)通入无菌空气，用氨水调节pH至6.7-6.9，并保持恒定，发酵过程中流加碳源、氮源，氮源使用经浓缩灭菌处理得到的再利用物料，碳源为葡萄糖，培养40-45h；
(5)L-赖氨酸发酵液处理
L-赖氨酸发酵培养结束，使用硫酸调pH至2.5-3.5，经后续过滤，离交，浓缩工艺获得纯L-赖氨酸和L-赖氨酸生产废液，其中离交过程中需用氨水洗脱，L-赖氨酸生产废液中含过量氨水；
(6)L-赖氨酸生产废液处理
氨水的回收，将步骤(5)所产生的废液通过换热装置加热至80℃，通入一有搅拌装置密封良好的罐内，通过真空泵将罐内气体抽到一盛有30℃水的罐内，该罐底部有空气分布器，通过管道将空气通道空气分布器，使含有氨气的空气充分与水接触，使氨气溶于水中，当氨水达到饱和后，将氨水用于D-乳酸发酵中。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
本发明利用D-乳酸和L-赖氨酸原料和副产品之间的相互关系，巧妙的将两个生产过程有机联合起来：利用D-乳酸精制过程产生的含D-乳酸和硫酸铵的废水作为L-赖氨酸发酵的氮源，并以D-乳酸为碳源替代部分发酵所需的碳源；回收L-赖氨酸离交过程用于洗脱的过量氨水，供D-乳酸发酵使用。该方法将D-乳酸和L-赖氨酸的生产联合起来，可节约成本，且少量D-乳酸作为碳源供L-赖氨酸发酵使用可提高转化率与产量。
总结起来，有如下几点：
与单独生产L-赖氨酸相比，回收氨水用于D-乳酸发酵，氨水利用率提高了30％，同时也降低了处理废水的费用支出。
利用本发明的方法，D-乳酸的副产品硫酸铵只需按照本发明所述的方法进行浓缩杀菌处理即可用于L-赖氨酸发酵，且由于硫酸铵中含少量的D-乳酸，D-乳酸可替代部分碳源。
另外，本发明人意外的发现当采用本发明提供的方法、培养基时，D-乳酸的发酵废液中含D-乳酸的硫酸铵可提高L-赖氨酸的转化率和产量。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1
一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，包括如下步骤：
(1)向发酵容器内通入空气后关闭进气与排气，保持罐压0.03MPa，通过流加28wt％氨水控制PH6.0，培养30h停罐，继续流加28wt％氨水，调PH至10.5后得到D-乳酸发酵液，其中，D-乳酸生产菌为乳酸杆菌，培养基包含:葡萄糖20g/L，K2HPO4·3H2O 0.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4 0.5g/L，Mn2+ 0.02g/L，Fe2+0.02g/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，初始pH7.0；
(2)将步骤(1)得到的D-乳酸发酵液经离子交换，获得纯D-乳酸以及D-乳酸生产废液，详细过程为：将步骤(1)的D-乳酸发酵液加热发酵液至80℃，陶瓷膜过滤，控制清液透光率>95％，压力4Kpa；上述滤液进入阳离子交换树脂，控制进料乳酸浓度≥20g/dl，控制水洗料浓度≤0.2g/dl；纳滤，控制出料透光率≥98％，色度＜5，浓缩倍率10倍；之后进行阴离子交换，控制进料硫酸根浓度15g/dl,控制水洗料浓度≤0.2g/dl；脱色，乳酸液与活性炭按100:2比例混合，在60℃下保持30min，控制出料透光率≥95％，色度＜10，得到含有少量D-乳酸与大量硫酸铵的D-乳酸生产废液；
(3)将步骤(2)得到的D-乳酸生产废液经浓缩、灭菌处理，详细过程为：将D-乳酸生产废液在压力为-0.08MPa，温度为60℃下进行浓缩，然后将浓缩液利用维持温度为127-129℃、15-20min方式灭菌，从而使得处理后的废液中硫酸铵浓度为30％，得到再利用物料；
(4)以步骤(3)得到的再利用物料为氮源，将L-赖氨酸生产菌好氧培养发酵生产L-赖氨酸，详细过程为：
将调节发酵罐的罐压为0.1MPa，按照通风量与培养基1:1v/v.min通入无菌空气，用氨水调节pH至6.5，并保持恒定，发酵过程中流加碳源、氮源，氮源使用经浓缩灭菌处理得到的再利用物料，碳源为葡萄糖以及再利用物料中含有的D-乳酸，培养30h，得到L-赖氨酸发酵液，其中，L-赖氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌，培养基为葡萄糖50g/L，KH2PO4 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.25g/L，(NH4)2SO4 40g/L，MnSO4 0.05g/L，FeSO4 0.05g/L，ZnCl21mg/L，CuSO40.2mg/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，pH为6.8；
(5)将步骤(4)得到的L-赖氨酸发酵液经离子交换，详细过程为：将L-赖氨酸发酵液使用硫酸调pH至2.5，经后续过滤、离子交换、浓缩工艺获得L-赖氨酸生产废液，其中离交过程中需用氨水洗脱，L-赖氨酸生产废液中含过量氨水；
(6)将步骤(5)得到的L-赖氨酸生产废液中的氨水进行回收，用于D-乳酸的生产，详细过程为：
将步骤(5)所产生的废液通过换热装置加热至60℃，通入一有搅拌装置密封良好的罐内，通过真空泵将罐内气体抽到另一盛有20℃水、内部压力为0.2MPa的罐内，该罐底部有空气分布器，通过管道将空气通道空气分布器，使含有氨气的空气充分与水接触，使氨气溶于水中，当氨水达到饱和后，将氨水用于D-乳酸发酵中。
实施例2
一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，包括如下步骤：
(1)向发酵容器内通入空气后关闭进气与排气，保持罐压0.08MPa，通过流加28wt％氨水控制PH7.5，培养48h停罐，继续流加28wt％氨水，调PH至10.5后得到D-乳酸发酵液，其中，D-乳酸生产菌为乳酸杆菌，培养基包含:葡萄糖20g/L，K2HPO4·3H2O 0.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4 0.5g/L，Mn2+ 0.02g/L，Fe2+0.02g/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，初始pH7.0；
(2)将步骤(1)得到的D-乳酸发酵液经离子交换，获得纯D-乳酸以及D-乳酸生产废液，详细过程为：将步骤(1)的D-乳酸发酵液加热发酵液至80-85℃，陶瓷膜过滤，控制清液透光率>95％，压力5Kpa；上述滤液进入阳离子交换树脂，控制进料乳酸浓度≥20g/dl，控制水洗料浓度≤0.2g/dl；纳滤，控制出料透光率≥98％，色度＜5，浓缩倍率10倍；之后进行阴离子交换，控制进料硫酸根浓度15-18g/dl,控制水洗料浓度≤0.2g/dl；脱色，乳酸液与活性炭按100:2比例混合，在60℃下保持30min，控制出料透光率≥95％，色度＜10，得到含有少量D-乳酸与大量硫酸铵的D-乳酸生产废液；
(3)将步骤(2)得到的D-乳酸生产废液经浓缩、灭菌处理，详细过程为：将D-乳酸生产废液在压力为-0.08MPa，温度为80℃下进行浓缩，然后将浓缩液利用维持温度为127-129℃、15-20min方式灭菌，从而使得处理后的废液中硫酸铵浓度需达到40％，得到再利用物料；
(4)以步骤(3)得到的再利用物料为氮源，将L-赖氨酸生产菌好氧培养发酵生产L-赖氨酸，详细过程为：
将调节发酵罐的罐压为0.2MPa，按照通风量与培养基1:1v/v.min通入无菌空气，用氨水调节pH至7.0，并保持恒定，发酵过程中流加碳源、氮源，氮源使用经浓缩灭菌处理得到的再利用物料，碳源为葡萄糖以及再利用物料中含有的D-乳酸，培养35h，得到L-赖氨酸发酵液，其中，L-赖氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌，培养基为葡萄糖50g/L，KH2PO4 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.25g/L，(NH4)2SO4 40g/L，MnSO4 0.05g/L，FeSO4 0.05g/L，ZnCl21mg/L，CuSO40.2mg/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，pH为6.8；
(5)将步骤(4)得到的L-赖氨酸发酵液经离子交换，详细过程为：将L-赖氨酸发酵液使用硫酸调pH至3.5，经后续过滤、离子交换、浓缩工艺获得L-赖氨酸生产废液，其中离交过程中需用氨水洗脱，L-赖氨酸生产废液中含过量氨水；
(6)将步骤(5)得到的L-赖氨酸生产废液中的氨水进行回收，用于D-乳酸的生产，详细过程为：
将步骤(5)所产生的废液通过换热装置加热至90℃，通入一有搅拌装置密封良好的罐内，通过真空泵将罐内气体抽到另一盛有50℃水、内部压力为0.5MPa的罐内，该罐底部有空气分布器，通过管道将空气通道空气分布器，使含有氨气的空气充分与水接触，使氨气溶于水中，当氨水达到饱和后，将氨水用于D-乳酸发酵中。
实施例3
一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，包括如下步骤：
(1)向发酵容器内通入空气后关闭进气与排气，保持罐压0.05MPa，通过流加28wt％氨水控制PH7.5，培养45h停罐，继续流加28wt％氨水，调PH至10.5后得到D-乳酸发酵液，其中，D-乳酸生产菌为乳酸杆菌，培养基包含:葡萄糖20g/L，K2HPO4·3H2O 0.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4 0.5g/L，Mn2+ 0.02g/L，Fe2+0.02g/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，初始pH7.0；
(2)将步骤(1)得到的D-乳酸发酵液经离子交换，获得纯D-乳酸以及D-乳酸生产废液，详细过程为：将步骤(1)的D-乳酸发酵液加热发酵液至85℃，陶瓷膜过滤，控制清液透光率>95％，压力4.5Kpa；上述滤液进入阳离子交换树脂，控制进料乳酸浓度≥20g/dl，控制水洗料浓度≤0.2g/dl；纳滤，控制出料透光率≥98％，色度＜5，浓缩倍率10倍；之后进行阴离子交换，控制进料硫酸根浓度15-18g/dl,控制水洗料浓度≤0.2g/dl；脱色，乳酸液与活性炭按100:2比例混合，在60℃下保持30min，控制出料透光率≥95％，色度＜10，得到含有少量D-乳酸与大量硫酸铵的D-乳酸生产废液；
(3)将步骤(2)得到的D-乳酸生产废液经浓缩、灭菌处理，详细过程为：将D-乳酸生产废液在压力为-0.08MPa，温度为70℃下进行浓缩，然后将浓缩液利用维持温度为128℃、20min方式灭菌，从而使得处理后的废液中硫酸铵浓度为40％，得到再利用物料；
(4)以步骤(3)得到的再利用物料为氮源，将L-赖氨酸生产菌好氧培养发酵生产L-赖氨酸，详细过程为：
将调节发酵罐的罐压为0.2MPa，按照通风量与培养基1:1v/v.min通入无菌空气，用氨水调节pH至6.5，并保持恒定，发酵过程中流加碳源、氮源，氮源使用经浓缩灭菌处理得到的再利用物料，碳源为葡萄糖以及再利用物料中含有的D-乳酸，培养45h，得到L-赖氨酸发酵液，其中，L-赖氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌，培养基为葡萄糖50g/L，KH2PO4 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.25g/L，(NH4)2SO4 40g/L，MnSO4 0.05g/L，FeSO4 0.05g/L，ZnCl21mg/L，CuSO40.2mg/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，pH为6.8；
(5)将步骤(4)得到的L-赖氨酸发酵液经离子交换，详细过程为：将L-赖氨酸发酵液使用硫酸调pH至3.0，经后续过滤、离子交换、浓缩工艺获得L-赖氨酸生产废液，其中离交过程中需用氨水洗脱，L-赖氨酸生产废液中含过量氨水；
(6)将步骤(5)得到的L-赖氨酸生产废液中的氨水进行回收，用于D-乳酸的生产，详细过程为：
将步骤(5)所产生的废液通过换热装置加热至75℃，通入一有搅拌装置密封良好的罐内，通过真空泵将罐内气体抽到另一盛有30℃水、内部压力为0.3MPa的罐内，该罐底部有空气分布器，通过管道将空气通道空气分布器，使含有氨气的空气充分与水接触，使氨气溶于水中，当氨水达到饱和后，将氨水用于D-乳酸发酵中。
实施例4
一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，包括如下步骤：
(1)向发酵容器内通入空气后关闭进气与排气，保持罐压0.06MPa，通过流加28wt％氨水控制PH6.05，培养45h停罐，继续流加28wt％氨水，调PH至10.5后得到D-乳酸发酵液，其中，D-乳酸生产菌为乳酸杆菌，培养基包含:葡萄糖20g/L，K2HPO4·3H2O 0.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4 0.5g/L，Mn2+ 0.02g/L，Fe2+0.02g/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，初始pH7.0；
(2)将步骤(1)得到的D-乳酸发酵液经离子交换，获得纯D-乳酸以及D-乳酸生产废液，详细过程为：将步骤(1)的D-乳酸发酵液加热发酵液至80℃，陶瓷膜过滤，控制清液透光率>95％，压力4-5Kpa；上述滤液进入阳离子交换树脂，控制进料乳酸浓度≥20g/dl，控制水洗料浓度≤0.2g/dl；纳滤，控制出料透光率≥98％，色度＜5，浓缩倍率10倍；之后进行阴离子交换，控制进料硫酸根浓度15-18g/dl,控制水洗料浓度≤0.2g/dl；脱色，乳酸液与活性炭按100:2比例混合，在60℃下保持30min，控制出料透光率≥95％，色度＜10，得到含有少量D-乳酸与大量硫酸铵的D-乳酸生产废液；
(3)将步骤(2)得到的D-乳酸生产废液经浓缩、灭菌处理，详细过程为：将D-乳酸生产废液在压力为-0.08MPa，温度为70℃下进行浓缩，然后将浓缩液利用维持温度为129℃、18min方式灭菌，从而使得处理后的废液中硫酸铵浓度为35％，得到再利用物料；
(4)以步骤(3)得到的再利用物料为氮源，将L-赖氨酸生产菌好氧培养发酵生产L-赖氨酸，详细过程为：
将调节发酵罐的罐压为0.15MPa，按照通风量与培养基1:1v/v.min通入无菌空气，用氨水调节pH至7.0，并保持恒定，发酵过程中流加碳源、氮源，氮源使用经浓缩灭菌处理得到的再利用物料，碳源为葡萄糖以及再利用物料中含有的D-乳酸，培养30-48h，得到L-赖氨酸发酵液，其中，L-赖氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌，培养基为葡萄糖50g/L，KH2PO4 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.25g/L，(NH4)2SO4 40g/L，MnSO4 0.05g/L，FeSO4 0.05g/L，ZnCl21mg/L，CuSO40.2mg/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，pH为6.8；
(5)将步骤(4)得到的L-赖氨酸发酵液经离子交换，详细过程为：将L-赖氨酸发酵液使用硫酸调pH至2.7，经后续过滤、离子交换、浓缩工艺获得L-赖氨酸生产废液，其中离交过程中需用氨水洗脱，L-赖氨酸生产废液中含过量氨水；
(6)将步骤(5)得到的L-赖氨酸生产废液中的氨水进行回收，用于D-乳酸的生产，详细过程为：
将步骤(5)所产生的废液通过换热装置加热至90℃，通入一有搅拌装置密封良好的罐内，通过真空泵将罐内气体抽到另一盛有20℃水、内部压力为0.2MPa的罐内，该罐底部有空气分布器，通过管道将空气通道空气分布器，使含有氨气的空气充分与水接触，使氨气溶于水中，当氨水达到饱和后，将氨水用于D-乳酸发酵中。
实施例5
一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，包括如下步骤：
(1)向发酵容器内通入空气后关闭进气与排气，保持罐压0.08MPa，通过流加28wt％氨水控制PH7.5，培养30h停罐，继续流加28wt％氨水，调PH至10.5后得到D-乳酸发酵液，其中，D-乳酸生产菌为乳酸杆菌，培养基包含:葡萄糖20g/L，K2HPO4·3H2O 0.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4 0.5g/L，Mn2+ 0.02g/L，Fe2+0.02g/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，初始pH7.0；
(2)将步骤(1)得到的D-乳酸发酵液经离子交换，获得纯D-乳酸以及D-乳酸生产废液，详细过程为：将步骤(1)的D-乳酸发酵液加热发酵液至80℃，陶瓷膜过滤，控制清液透光率>95％，压力5Kpa；上述滤液进入阳离子交换树脂，控制进料乳酸浓度≥20g/dl，控制水洗料浓度≤0.2g/dl；纳滤，控制出料透光率≥98％，色度＜5，浓缩倍率10倍；之后进行阴离子交换，控制进料硫酸根浓度15-18g/dl,控制水洗料浓度≤0.2g/dl；脱色，乳酸液与活性炭按100:2比例混合，在60℃下保持30min，控制出料透光率≥95％，色度＜10，得到含有少量D-乳酸与大量硫酸铵的D-乳酸生产废液；
(3)将步骤(2)得到的D-乳酸生产废液经浓缩、灭菌处理，详细过程为：将D-乳酸生产废液在压力为-0.08MPa，温度为60℃下进行浓缩，然后将浓缩液利用维持温度为127℃、20min方式灭菌，从而使得处理后的废液中硫酸铵浓度为36％，得到再利用物料；
(4)以步骤(3)得到的再利用物料为氮源，将L-赖氨酸生产菌好氧培养发酵生产L-赖氨酸，详细过程为：
将调节发酵罐的罐压为0.1MPa，按照通风量与培养基1:1v/v.min通入无菌空气，用氨水调节pH至7.0，并保持恒定，发酵过程中流加碳源、氮源，氮源使用经浓缩灭菌处理得到的再利用物料，碳源为葡萄糖以及再利用物料中含有的D-乳酸，培养48h，得到L-赖氨酸发酵液，其中，L-赖氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌，培养基为葡萄糖50g/L，KH2PO4 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.25g/L，(NH4)2SO4 40g/L，MnSO4 0.05g/L，FeSO4 0.05g/L，ZnCl21mg/L，CuSO40.2mg/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，pH为6.8；
(5)将步骤(4)得到的L-赖氨酸发酵液经离子交换，详细过程为：将L-赖氨酸发酵液使用硫酸调pH至3.5，经后续过滤、离子交换、浓缩工艺获得L-赖氨酸生产废液，其中离交过程中需用氨水洗脱，L-赖氨酸生产废液中含过量氨水；
(6)将步骤(5)得到的L-赖氨酸生产废液中的氨水进行回收，用于D-乳酸的生产，详细过程为：
将步骤(5)所产生的废液通过换热装置加热至80℃，通入一有搅拌装置密封良好的罐内，通过真空泵将罐内气体抽到另一盛有40℃水、内部压力为0.5MPa的罐内，该罐底部有空气分布器，通过管道将空气通道空气分布器，使含有氨气的空气充分与水接触，使氨气溶于水中，当氨水达到饱和后，将氨水用于D-乳酸发酵中。
对比实施例一
传统的生产D-乳酸的工艺步骤如下：
一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，包括如下步骤：
(1)向发酵容器内通入空气后关闭进气与排气，保持罐压0.03MPa，通过流加28wt％氨水控制PH6.0，培养30h停罐，继续流加28wt％氨水，调PH至10.5后得到D-乳酸发酵液，其中，D-乳酸生产菌为乳酸杆菌，培养基包含:葡萄糖20g/L，K2HPO4·3H2O 0.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4 0.5g/L，Mn2+ 0.02g/L，Fe2+0.02g/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，初始pH7.0；
(2)将步骤(1)得到的D-乳酸发酵液经离子交换，获得纯D-乳酸以及D-乳酸生产废液，详细过程为：将步骤(1)的D-乳酸发酵液加热发酵液至80℃，陶瓷膜过滤，控制清液透光率>95％，压力4Kpa；上述滤液进入阳离子交换树脂，控制进料乳酸浓度≥20g/dl，控制水洗料浓度≤0.2g/dl；纳滤，控制出料透光率≥98％，色度＜5，浓缩倍率10倍；之后进行阴离子交换，控制进料硫酸根浓度15g/dl,控制水洗料浓度≤0.2g/dl；脱色，乳酸液与活性炭按100:2比例混合，在60℃下保持30min，控制出料透光率≥95％，色度＜10，获得纯D-乳酸以及D-乳酸生产废液。
对比实施例二
传统的生产L-赖氨酸的工艺步骤如下：
L-赖氨酸生产菌好氧培养发酵生产L-赖氨酸，详细过程为：
(1)将调节发酵罐的罐压为0.1MPa，按照通风量与培养基1:1v/v.min通入无菌空气，用氨水调节pH至6.5，并保持恒定，发酵过程中流加碳源、氮源，氮源使用经浓缩灭菌处理得到的再利用物料，碳源为葡萄糖以及再利用物料中含有的D-乳酸，培养30h，得到L-赖氨酸发酵液，其中，L-赖氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌，培养基为葡萄糖50g/L，KH2PO4 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.25g/L，(NH4)2SO4 40g/L，MnSO4 0.05g/L，FeSO4 0.05g/L，ZnCl21mg/L，CuSO4 0.2mg/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，pH为6.8；
(2)将步骤(1)得到的L-赖氨酸发酵液经离子交换，详细过程为：将L-赖氨酸发酵液使用硫酸调pH至2.5，经后续过滤、离子交换、浓缩工艺获得L-赖氨酸生产废液，其中离交过程中需用氨水洗脱，L-赖氨酸生产废液中含过量氨水。
将实施例1-5与对比实施例一、二结果对比如下：
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)D-乳酸发酵
向发酵容器内通入空气后关闭进气与排气，保持罐压0.03-0.08MPa，通过流加氨水控制PH6.0-7.5，培养30-48h停罐，继续流加氨水，调PH至10.5，其中，D-乳酸的培养基包含:葡萄糖20g/L，K2HPO4·3H2O 0.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4 0.5g/L，Mn2+ 0.02g/L，Fe2+0.02g/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，初始pH7.0，D-乳酸生产菌为乳酸杆菌；
(2)D-乳酸发酵液处理
将步骤(1)的D-乳酸发酵液加热发酵液至80-85℃，陶瓷膜过滤，控制清液透光率>95％，压力4-5Kpa；滤液进入阳离子交换树脂，控制进料乳酸浓度≥20g/dl，控制水洗料浓度≤0.2g/dl；纳滤，控制出料透光率≥98％，色度＜5，浓缩倍率10倍；之后进行阴离子交换，控制进料硫酸根浓度15-18g/dl,控制水洗料浓度≤0.2g/dl；脱色，乳酸液与活性炭按100:2比例混合，在60℃下保持30min，控制出料透光率≥95％，色度＜10；
(3)D-乳酸生产废液处理
将D-乳酸生产废液在压力为-0.08MPa，温度为60-80℃下进行浓缩，然后将浓缩液利用维持温度为127-129℃、15-20min的方式灭菌，从而使得处理后的废液中硫酸铵浓度为30-40％，得到再利用物料；
(4)L-赖氨酸发酵
调节发酵罐的罐压为0.1-0.2MPa，按照每分钟通风量与培养基体积比为1:1通入无菌空气，用氨水调节pH至6.7-6.9，并保持恒定，发酵过程中流加碳源、氮源，氮源使用经浓缩灭菌处理得到的再利用物料，碳源为葡萄糖，培养40-45h，L-赖氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌，好氧培养的培养基包含：葡萄糖50g/L，KH2PO4 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.25g/L，(NH4)2SO440g/L，MnSO4 0.05g/L，FeSO4 0.05g/L，ZnCl2 1mg/L，CuSO4 0.2mg/L，生物素100μg/L，维生素B1 200μg/L，pH为6.8；
(5)L-赖氨酸发酵液处理
L-赖氨酸发酵培养结束，使用硫酸调pH至2.5-3.5，经后续过滤，离交，浓缩工艺获得纯L-赖氨酸和L-赖氨酸生产废液，其中离交过程中需用氨水洗脱，L-赖氨酸生产废液中含过量氨水；
(6)L-赖氨酸生产废液处理
氨水的回收，将步骤(5)所产生的废液通过换热装置加热至80℃，通入一有搅拌装置密封良好的罐内，通过真空泵将罐内气体抽到一盛有30℃水的罐内，该罐底部有空气分布器，通过管道将空气通道空气分布器，使含有氨气的空气充分与水接触，使氨气溶于水中，当氨水达到饱和后，将氨水用于D-乳酸发酵中。
2.如权利要求1所述的一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，其特征在于：步骤(1)流加氨水的浓度为28wt％。
3.如权利要求1所述的一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，利用流加氨水的方式维持厌氧发酵的pH在6.0-7.5，且所述氨水包括来自所述步骤(6)回收的氨水。
4.如权利要求1所述的一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，浓缩后，所述再利用物料中硫酸铵浓度需达到30-40％。
5.如权利要求1所述的一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，好氧培养时采用流加氨水维持好氧培养的pH为6.5-7.0。
6.如权利要求1所述的一种D-乳酸和L-赖氨酸联合生产的方法，其特征在于：所述步骤(6)中，回收氨水时，在常压下将所述L-赖氨酸生产废液加热到60-90℃，将挥发出来的氨抽吸至另一压力为0.2-0.5MPa盛20-50℃水容器中，回收氨水。
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