CN105837543A - 一种从发酵液中提取精制曲酸的方法 - Google Patents

一种从发酵液中提取精制曲酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种从发酵液中提取精制曲酸的方法，属于提取技术领域，解决提取技术中的提取方法脱色率低、耗时、得率低等问题。具体步骤为：将曲酸发酵液过滤除菌、阳离子交换树脂去除杂质阳离子、浓缩结晶、活性炭脱色和浓缩重结晶步骤，得到曲酸产品；所述活性炭脱色步骤采用粉末活性炭，在活性炭加量为发酵液的0.4～0.6％，脱色温度为75～85℃，保温0.5～1h，发酵液pH为3～4条件下进行的，最终获得了白色针状曲酸晶体，纯度达到98％以上。本发明具有曲酸发酵液脱色率高，曲酸损失率低等优点。

Description

一种从发酵液中提取精制曲酸的方法
技术领域
本发明涉及一种从发酵液中提取精制曲酸的方法，属于提取技术领域。
背景技术
曲酸是一种与葡萄糖结构相似的有机酸，是由好氧微生物利用糖类发酵产生的次级代谢产物，广泛存在于酒类、酱油及豆瓣酱等酿造产品中。目前，国内外主要利用米曲霉(Aspergillums oryzae)及不产黄曲霉毒素的黄曲霉(Aspergillus flavus)发酵生产曲酸。纯净的曲酸为无色棱柱状晶体，与三氯化铁作用呈特殊的红色。由于具有抑菌能力、抗氧化性、抑制酪氨酸酶活性、与金属离子螯合等性质，曲酸常用作防腐剂、杀虫剂、抗菌剂等，被广泛应用在医药、农业、食品及化妆品等各个行业。
曲酸是利用发酵法生产的有机酸，由于曲酸既溶于水，也溶于有机溶剂，且在两相介质中分配比例相差不大，难以用有机溶剂萃取，这就使从培养液中提取曲酸相当困难，大大增加了曲酸的生产成本。对发酵液中曲酸的提取方法有乙酸乙酯萃取法、沉淀法、吸附法和浓缩结晶法等。传统的曲酸的提取方法有锌盐或铜盐沉淀法，此法操作复杂，其中还要用到二氧化硫，污染严重；而乙酸乙酯萃取法则提取率低，只有20％左右，萃取多次才能达到较高的提取率，操作繁琐，且存在萃取剂的回收问题，不适合用于大量的曲酸发酵液提取。由于曲酸在水中溶解度梯度较大，是一种比较容易降温结晶的有机酸，所以可采用提取成本较低且较为方便的直接浓缩结晶的方法来提取曲酸。而直接浓缩结晶方法的主要问题是产品色泽深。
曲酸发酵液中的色素来源主要有3种：原料本身带有，发酵过程中菌体代谢产生，由发酵液中某些成分相互反应产生。色素的存在不仅影响产品的外观，而且关系到产品质量是否符合标准，所以脱色是从发酵液中提取曲酸的必要步骤。在曲酸发酵液脱色过程中温度、脱色时间、活性炭的选择和用量的选择均会对发酵液的脱色率、脱色的能耗、曲酸的损失率有直接的影响。由于设备材质或质量的问题，发酵液中金属离子及各种杂质含量高，曲酸会络合大量铁等金属离子，使产品颜色较深且纯度较低。因此有效的除去金属离子和脱色是直接浓缩法提取曲酸的关键。目前国内的脱色工艺存在曲酸发酵液脱色率低、曲酸损失率高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从发酵液中提取精制曲酸的新工艺，以克服现有技术的不足，解决曲酸生产过程中发酵液脱色率低、曲酸损失率高等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是一种从曲酸发酵液中提取精制曲酸的方法，依次包括以下步骤：将曲酸发酵液过滤除菌、阳离子交换树脂去除杂质阳离子、浓缩结晶、活性炭脱色和浓缩重结晶步骤(见图1)，得到曲酸产品。
本发明的方法，阳离子交换树脂(732型)去除杂质阳离子步骤中发酵液的流速为3～4.5mL/min。
进一步的，活性炭脱色步骤中采用粉末活性炭，在粉末活性炭加量为发酵液的0.4～0.6％(质量体积比)，调节发酵液pH为3～4，控制脱色温度为75～85℃，保温时间为0.5～1h。
进一步的，浓缩结晶步骤中采用真空旋转蒸发方式浓缩，浓缩倍数为5倍。
更进一步的，可以在发酵液过滤除菌步骤后增加浓缩结晶步骤，使曲酸产品纯度更高。
与传统脱色提取工艺比较，本发明具有以下优点：本发明采用离子交换和粉末活性炭脱色相结合的脱色方法，并通过控制活性炭的用量、脱色温度和时间以及发酵液pH值，脱色后浓缩适当倍数，使发酵液脱色率高达90％以上，曲酸收率和纯度分别达到65％和98％以上，本发明有效提高曲酸收率及纯度，降低工业成本。
附图说明
图1本发明的提取精制曲酸的工艺流程
图2提取精制获得的曲酸样品
具体实施方式
本发明采用离子交换和粉末活性炭脱色相结合的脱色方法，其中粉末活性炭加量为发酵液的0.4～0.6％(质量体积比)，调节发酵液pH为3～4，控制脱色温度为75～85℃，保温时间为0.5～1h，并在阳离子交换树脂(732型)去除杂质阳离子步骤中发酵液的流速优选3～4.5mL/min，浓缩倍数优选5倍，有效提高曲酸收率及纯度，降低工业成本。
为了便于理解本发明，下面结合具体实施例来更加详细的描述本发明。然而这些实施例只是起到说明的作用，本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
(1)将含有曲酸的500mL发酵液过滤除去菌丝。
(2)先用纯水按出水顺序流过732型阳离子交换柱，再用蠕动泵将曲酸发酵液泵到阳离子交换柱内，控制发酵液流速为4.5mL/min。当交换带接近离子交换柱底部时，停止加入待脱色液，接着用蒸馏水洗出柱内残留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3-HCl显色剂，当离子交换柱中流出液与之反应显色时，开始收集脱色液，待流出液与FeCl3-HCl不显色或显色很淡时，停止收集。离子交换柱失效后，以2mol/L HCl进行再生，当流出液与5g/L黄血盐无显色反应时停止操作，让柱内树脂在2mol/L HCl中浸泡1h，顺向通水洗至流出液pH值在4以上，柱可重新使用。
(3)将经阳离子交换柱去除杂质阳离子后的发酵液置于水温条件为70℃的旋转蒸发仪中旋转蒸发浓缩至原来体积的1/5，有少量晶体析出，紧接着将其置于温度为2℃条件下，待完全析出晶体后过滤得到曲酸粗制结晶。
(4)用75℃水溶解所得的曲酸粗制晶体，制成100g/L粗制曲酸溶液，将活性炭加入曲酸溶液中，粉末活性炭加量为发酵液的0.4％，调节发酵液pH为4，控制脱色温度为75℃，保温30min。
(5)将曲酸溶液中的粉末活性炭过滤除去后置于水温条件为70℃的旋转蒸发仪中旋转蒸发浓缩至少量晶体析出，紧接着将其置于温度为2℃条件下，待完全析出晶体后过滤得到曲酸结晶，进行冷冻干燥，得到曲酸23.7g，成品呈白色针状(图2)，晶体较均匀，纯度达到98.2％，提取收率为72.9％，脱色率为93.5％。
实施例2
(1)将含有曲酸的500mL发酵液过滤除去菌丝。
(2)先用纯水按出水顺序流过732型阳离子交换柱，再用蠕动泵将曲酸发酵液泵到阳离子交换柱内，控制发酵液流速为3mL/min。当交换带接近离子交换柱底部时，停止加入待脱色液，接着用蒸馏水洗出柱内残留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3-HCl显色剂，当离子交换柱中流出液与之反应显色时，开始收集脱色液，待流出液与FeCl3-HCl不显色或显色很淡时，停止收集。离子交换柱失效后，以2mol/L HCl进行再生，当流出液与5g/L黄血盐无显色反应时停止操作，让柱内树脂在2mol/L HCl中浸泡1h，顺向通水洗至流出液pH值在4以上，柱可重新使用。
(3)将经阳离子交换柱去除杂质阳离子后的发酵液置于水温条件为70℃的旋转蒸发仪中旋转蒸发浓缩至原来体积的1/5，有少量晶体析出，紧接着将其置于温度为2℃条件下，待完全析出晶体后过滤得到曲酸粗制结晶。
(4)用85℃水溶解所得的曲酸粗制晶体，制成100g/L粗制曲酸溶液，将活性炭加入曲酸溶液中，粉末活性炭加量为发酵液的0.6％，调节发酵液pH为3，控制脱色温度为85℃，保温60min。
(5)将曲酸溶液中的粉末活性炭过滤除去后置于水温条件为70℃的旋转蒸发仪中旋转蒸发浓缩至少量晶体析出，紧接着将其置于温度为2℃条件下，待完全析出晶体后过滤得到曲酸结晶，进行冷冻干燥，得到曲酸22.2g，成品呈白色针状，晶体较均匀，纯度达到99.4％，提取收率为68.3％，脱色率为98.6％。
实施例3
(1)将含有曲酸的500mL发酵液过滤除去菌丝。
(2)先用纯水按出水顺序流过732型阳离子交换柱，再用蠕动泵将曲酸发酵液泵到阳离子交换柱内，控制发酵液流速为3mL/min。当交换带接近离子交换柱底部时，停止加入待脱色液，接着用蒸馏水洗出柱内残留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3-HCl显色剂，当离子交换柱中流出液与之反应显色时，开始收集脱色液，待流出液与FeCl3-HCl不显色或显色很淡时，停止收集。离子交换柱失效后，以2mol/L HCl进行再生，当流出液与5g/L黄血盐无显色反应时停止操作，让柱内树脂在2mol/L HCl中浸泡1h，顺向通水洗至流出液pH值在4以上，柱可重新使用。
(3)将经阳离子交换柱去除杂质阳离子后的发酵液置于水温条件为70℃的旋转蒸发仪中旋转蒸发浓缩至原来体积的1/5，有少量晶体析出，紧接着将其置于温度为2℃条件下，待完全析出晶体后过滤得到曲酸粗制结晶。
(4)用80℃水溶解所得的曲酸粗制晶体，制成100g/L粗制曲酸溶液，将活性炭加入曲酸溶液中，粉末活性炭加量为发酵液的0.6％，调节发酵液pH为3.5，控制脱色温度为80℃，保温45min。
(5)将曲酸溶液中的粉末活性炭过滤除去后置于水温条件为70℃的旋转蒸发仪中旋转蒸发浓缩至少量晶体析出，紧接着将其置于温度为2℃条件下，待完全析出晶体后过滤得到曲酸结晶，进行冷冻干燥，得到曲酸22.9g，成品呈白色针状，晶体较均匀，纯度达到99.1％，提取收率为70.5％，脱色率为96.7％。

Claims (7)

1.一种从发酵液中提取精制曲酸的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：将曲酸发酵液过滤除菌、阳离子交换树脂去除杂质阳离子、浓缩结晶、活性炭脱色和浓缩重结晶步骤，得到曲酸产品；所述活性炭脱色步骤采用粉末活性炭，在粉末活性炭加量为发酵液的0.4～0.6％，脱色温度为75～85℃，保温0.5～1h，发酵液pH为3～4条件下进行的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述发酵液过滤除菌步骤后离子交换去除杂质阳离子前还包括浓缩结晶步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性炭脱色步骤中的粉末活性炭加量为发酵液的0.6％，脱色温度为80℃，保温45min，发酵液pH为3.5。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子交换树脂为732型阳离子交换树脂。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，曲酸发酵液经过阳离子交换柱时进料流速控制在3～4.5mL/min。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述浓缩重结晶步骤中的浓缩倍数为5倍。
7.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述曲酸发酵液是采用米曲霉作为发酵菌株，碳水化合物作为发酵原料，经发酵后得到的。
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