CN114163406B

CN114163406B - 一种从维生素c母液中回收维生素c的方法

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Publication number: CN114163406B
Application number: CN202111531410.5A
Authority: CN
Inventors: 康宁; 赵福临; 尹启航; 姜传坤; 赵立峰; 赵德胜; 陈召峰; 俞柏金
Original assignee: Heilongjiang Xinhecheng Biotechnology Co ltd; Zhejiang NHU Co Ltd
Current assignee: Heilongjiang Xinhecheng Biotechnology Co ltd; Zhejiang NHU Co Ltd
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2041-12-15
Also published as: CN114163406A

Abstract

本发明涉及一种从维生素C母液中回收维生素C的方法。以维生素C母液作为原料，以纯水、稀盐酸或稀硫酸为洗脱液，采用顺序式模拟移动床进行分离，顺序式模拟移动床包括依次串联的至少4根层析柱，每根层析柱上设置有阀门，顺序式模拟移动床分为4个区域，分离时设置依次进行的四个步骤，分别从前杂质采出点以及后杂质采出点，排出低浓度、含量少的杂酸，杂糖组分，从而在维生素C采出点得到纯化的维生素C溶液，再经浓缩和结晶后得到纯化的维生素C。采用本发明的回收方法，可以使得维生素C的纯度达到98％，杂质山梨糖的含量极低。

Description

一种从维生素C母液中回收维生素C的方法

技术领域

本发明属于维生素C分离技术领域，具体涉及一种从维生素C母液中回收维生素C的方法。

背景技术

目前工业上生产维生素C通常采用二次发酵法，维生素料液经过初步纯化、结晶后得到维生素C产品，但是结晶母液即维生素C母液中仍含有大量维生素C和古龙酸，同时还含有山梨糖、草酸等杂质。

现有分离技术主流为柱层析技术，例如中国申请专利CN200710008816.9即公开了一种维生素C母液中回收维生素C和古龙酸的生产方法，采用阴离子交换树脂吸附柱吸附分离母液中的古龙酸，从而分离维生素C，之后采用稀硫酸淋洗解吸和回收古龙酸。但是前述柱层析技术存在柱内填料使用量大，利用率低，间歇操作，物料处理量小，工艺耗时长的缺点。

现有技术也存在采用顺序式模拟移动床技术来分离维生素C，例如中国申请专利CN200510094094.4公开了一种从维生素C母液中提取维生素C和古龙酸的方法，以维生素C母液为原料，通过色谱模拟移动床，在20℃～75℃的操作温度下，以水为洗脱剂，使维生素C与古龙酸完全分离，得到富含维生素C的组分和古龙酸的组分，其中固定相吸附剂为特殊合成的酸性阳离子功能基化的螯合树脂，该固定相吸附剂需要经过特殊聚合工艺制备得到。

中国申请专利CN200910088887.3公开了一种利用离子排斥色谱分离富含古龙酸和维生素C溶液的方法，采用移动床系统或模拟移动床系统，利用强酸性离子交换树脂的强酸基团对古龙酸和维生素C的排斥力不同，从而得到古龙酸与维生素C的分离。但是该专利得到的富维生素C相中仍存在山梨糖等杂质，造成后续维生素C的结晶收率低，不适用于含杂质较多的母液中的回收。

中国专利CN109925742B公开了一种使用色谱分离装置分离维生素C母液的方法，同样采用模拟移动床装置，装置具有四种功能区，分离过程包括首先排出古龙酸、再排出杂酸，排出维生素C和系统分离等步骤。但是该专利也未指出分离母液中的山梨糖等杂质问题。

而维生素C母液中，古龙酸、杂质酸等是弱吸附物质，维生素C是中间吸附物质，杂质糖是强吸附物质，经典模拟移动床，顺序式模拟移动床二元分离后，富维生素C相中，依然存在杂质糖。因此急需要一种可以分离母液中的杂质糖和古龙酸，得到的维生素C纯度高的，且柱内填料、流动相使用量小，利用率高，物料处理量大，工艺耗时短，重复性强的维生素C回收方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以分离母液中的杂糖、杂酸和古龙酸，得到高纯度维生素C的维生素C回收方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种从维生素C母液中回收维生素C的方法，以维生素C母液作为原料，以水、稀盐酸或稀硫酸为洗脱液，采用顺序式模拟移动床进行分离，所述顺序式模拟移动床包括依次串联的至少4根层析柱，每根所述层析柱上设置有阀门，所述顺序式模拟移动床分为4个区域，分别为：

Ⅰ区：洗脱液输入点到维生素C采出点；

Ⅱ区：维生素C采出点到维生素C母液进料点；

Ⅲ区：维生素C母液进料点到古龙酸采出点；

Ⅳ区：古龙酸采出点到洗脱液输入点；

所述方法包括依次进行的以下步骤：

1)隔离所述Ⅳ区；在所述Ⅰ区首部输入洗脱液；在所述Ⅲ区尾部排出富杂酸相；

2)再隔离所述Ⅱ区和Ⅳ区；在所述Ⅰ区首部输入洗脱液，所述Ⅰ区尾部采集富维生素C相；在所述Ⅲ区首部输入所述维生素C母液，所述Ⅲ区尾部采集富古龙酸相；

3)在所述Ⅰ区首部输入洗脱液；在所述Ⅳ区尾部排出富杂糖相；

4)顺着所述洗脱液的流动方向切换所述层析柱上的阀门，改变所述洗脱液输入点、维生素C采出点、维生素C母液进料点和古龙酸采出点的位置，使得所述4个区域向所述洗脱液的流动方向移动一根层析柱的位置，然后重复进行所述步骤1)、2)和3)。

本发明采用顺序式模拟移动床分离方法，并且通过前述依次进行的步骤1)～4)，对现有技术中的顺序式模拟移动床分离方法进行了改进，如此在将母液中的古龙酸杂质除去的同时，还能将母液中的杂糖例如山梨糖，杂酸例如草酸等组分分离除去，进而提高回收得到的维生素C的纯度。

本发明属于4组分即维生素C、古龙酸、杂糖、杂酸的分离，分离原理是离子排阻色谱中，杂酸的解离常数pKa最小，小于1，因此其在色谱中的保留最弱，第二小的是古龙酸，其解离常数pKa为2，第二大的是维生素C，其解离常数pKa为4，最大的是杂糖，其解离常数pKa>8，在色谱中的保留最强。

顺序式模拟移动床包括4～32根层析柱，每根层析柱的柱头部分均设置有维生素C母液进料阀门和洗脱液进料阀门，柱尾均设置有维生素C采出点阀门、古龙酸采出点阀门、杂糖采出点阀门和杂酸采出点阀门。通过周期性沿着流体的方向开闭各个阀门，移动进料点和采出点，可以实现固定相的相对移动。

每经过一个切换时间(即完成一次完成一次步骤1)～3)的操作)，上述各点分别沿着流动相流动的方向，向下一个柱子推移，即一个切换步骤；而每个切换步骤又分为前述步骤1)～3)，步骤1)～3)内的维生素C母液进料输入点、洗脱液输入点和各组分采出点均不同于上一次切换步骤，通过上述三个步骤的设置，可以采用洗脱液洗脱维生素C以外的快组分和慢组分，分别从前杂质采出点以及后杂质采出点，排出低浓度，含量少的杂酸，杂糖组分，从而可以分离开杂糖例如山梨糖，提高维生素C的纯度。

进一步地，所述步骤1)持续10～30分钟，所述步骤2)持续5～15分钟，所述步骤3)持续10～20分钟。

进一步地，所述步骤4)中重复的次数为40～60次。重复步骤完成后可以实现出料组成的稳定。

进一步地，所述稀盐酸或稀硫酸的pH值为2～7。

若稀盐酸或稀硫酸的pH值太高，则维生素C等组分的保留变强，母液的分离时间变长，需要的固定相填料使用量增多；若稀盐酸或稀硫酸的pH值太低，则维生素C与强吸附杂质分离度小，保留变弱，洗脱剂使用量增多；二者均不利于分离提纯的进行。本发明人通过研究发现，采用本发明稀盐酸或稀硫酸的pH值利于分离提纯，在降低成本的同时还能提高维生素C纯度。

进一步地，所述的维生素C母液中溶质的质量百分比为30％～50％，其中所述维生素C母液中维生素C的质量百分比为9％～25％，所述维生素C母液中含有维生素C、古龙酸、山梨糖和草酸。

更进一步地，所述的维生素C母液中溶质的质量百分比为30％～40％。

若维生素C母液的质量百分比低于30％，则顺序式模拟移动床分离装置的生产能力低，若维生素C母液的质量百分比大于50％，则最终得到的维生素C的纯度降低。

进一步地，所述分离的操作温度为20℃～45℃。

更进一步地，所述分离的操作温度为25℃～30℃。

运用改良的顺序式模拟移动床分离维生素C母液时，温度过低会影响原料的溶解度及传质速率，温度过高则影响树脂和原料的稳定性，产生其他杂质成分。

进一步地，所述顺序式模拟移动床以分子筛、氧化铝、无定形离子交换树脂或球型离子交换树脂作为固定相，所述固定相的粒径为200～1000μm。

进一步地，所述顺序式模拟移动床由4～32根相同的层析柱串联形成。每个区域可由1-8根相同的层析柱串联形成。

改良的顺序式模拟移动床把一根长的层析柱分成若干短的层析柱，各柱之间首尾相连。每个层析柱均有进料输入点，洗脱液输入点，古龙酸等杂质采出点以及维生素C采出点。

更进一步地，所述无定形离子交换树脂或球型离子交换树脂为H型，K型，Na型或Ca型强酸型离子交换树脂或弱碱型离子交换树脂；所述分子筛为H型，K型，Na型或Ca型分子筛。

进一步地，使用强酸型离子交换树脂或分子筛时，所述稀盐酸或稀硫酸的pH值为5～7，使用弱碱型离子交换树脂时，所述稀盐酸或稀硫酸的pH值为2～3。

进一步地，所述杂酸为草酸。

进一步地，所述杂糖为山梨糖。

进一步地，对所述维生素C采出点得到的纯化的维生素C溶液，再进行浓缩、结晶。

进一步地，所述方法回收得到的维生素C的纯度大于90％。

本发明还提供一种生产维生素C的方法，采用二次发酵法，该生产方法还包括前述的从维生素C母液中回收维生素C的方法。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1)设置向前推进的重复进行的步骤1)～3)的分离过程，分别从前杂质采出点以及后杂质采出点，排出低浓度、含量少的杂酸，杂糖组分，解决了母液中杂糖无法分离的问题，提高了回收得到的维生素C的纯度，纯度可以达到98％。

2)通过分离过程中各工艺参数的控制，可以实现柱内填料、流动相使用量小，利用率高，物料处理量大，工艺耗时短，重复性强的效果。

3)改良的顺序式模拟移动床是一个连续操作过程，因此分离方法自动化程度高，适合工业化生产。

附图说明

附图1为本发明改良的顺序式模拟移动床分离过程的示意图，其中I、II、III、IV分别代表I、II、III、IV区，D代表洗脱液，F代表母料进料，E代表维生素C，EE代表山梨糖，R代表古龙酸，RR代表草酸。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

本发明改良的顺序式模拟移动床分离过程的示意图如图1所示。

实施例1

在带有10根固定相柱子的移动床色谱系统中，固定相采用Ca型强酸型离子交换树脂，每根固定相柱子装入2000mL的交换树脂，树脂粒径为500微米。

顺序式模拟移动床分为4个区域，分别为：

Ⅰ区：洗脱液输入点到维生素C采出点；

Ⅱ区：维生素C采出点到维生素C母液进料点；

Ⅲ区：维生素C母液进料点到古龙酸采出点；

Ⅳ区：古龙酸采出点到洗脱液输入点；

I区、II区、III区和IV区各安排1，4，4，1根柱子。

进料：将溶质质量百分比为30％的维生素C母液从进料口以60mL/min流量泵入模拟移动床分离系统，将洗脱液纯水以100mL/min流量从洗脱液入口流入模拟移动床分离系统。进行以下步骤：

1)隔离所述Ⅳ区；在所述Ⅰ区首部输入洗脱液；在所述Ⅲ区尾部排出富杂酸相；该步骤时间为18分钟；

2)再隔离所述Ⅱ区和Ⅳ区；在所述Ⅰ区首部输入洗脱液，所述Ⅰ区尾部采集富维生素C相；在所述Ⅲ区首部输入所述维生素C母液，所述Ⅲ区尾部采集富古龙酸相；该步骤时间为7分钟；

3)在所述Ⅰ区首部输入洗脱液；在所述Ⅳ区尾部排出富杂糖相；该步骤时间为15分钟；

分离操作温度为20℃。

40分钟完成后，顺着洗脱液的流动方向切换层析柱上的阀门，改变洗脱液输入点、维生素C采出点、维生素C母液进料点和古龙酸采出点的位置，使得4个区域向洗脱液的流动方向移动一根层析柱的位置，然后重复进行步骤1)、2)和3)。

当重复50次后，模拟移动床分离过程达到稳态。

将从维生素C采出点得到的纯化的维生素C溶液，再进行浓缩、结晶，得到维生素C产品，纯度为98.0％，山梨糖杂质含量为1.9％，古龙酸杂质含量为0.1％。

实施例2

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：采用pH值为2的盐酸作为洗脱液。得到的维生素C的纯度为93.2％，山梨糖杂质含量为6.8％，古龙酸杂质含量为0％。

实施例3

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：采用pH值为4的硫酸作为洗脱液。得到的维生素C的纯度为94.6％，山梨糖杂质含量为5.3％，古龙酸杂质含量为0.1％。

实施例4

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：采用pH值为6的盐酸作为洗脱液。得到的维生素C的纯度为96.4％，山梨糖杂质含量为3.5％，古龙酸杂质含量为0.1％。

实施例5

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：采用粒径为500微米的Na型强酸型离子交换树脂。得到的维生素C的纯度为95.5％，山梨糖杂质含量为4.3％，古龙酸杂质含量为0.2％。

实施例6

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：采用粒径为500微米的K型分子筛替换离子交换树脂。得到的维生素C的纯度为94.3％，山梨糖杂质含量为5.2％，古龙酸杂质含量为0.5％。

实施例7

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：分离操作温度为35℃。得到的维生素C的纯度为96.2％，山梨糖杂质含量为3.3％，古龙酸杂质含量为0.5％。

实施例8

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：分离操作温度为45℃。得到的维生素C的纯度为92.1％，山梨糖杂质含量为6.9％，古龙酸杂质含量为1.0％。

实施例9

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：维生素C母液的质量百分比为45％。得到的维生素C的纯度为90.3％，山梨糖杂质含量为5.8％，古龙酸杂质含量为3.9％。

对比例1

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：不进行步骤1)。得到的维生素C的纯度为68.2％，山梨糖杂质含量为4.2％，古龙酸杂质含量为25.3％，草酸杂质含量为2.3％。

对比例2

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：不进行步骤3)。得到的维生素C的纯度为64.4％，山梨糖杂质含量为19.2％，古龙酸杂质含量为15.0％，草酸杂质含量为1.4％。

对比例3

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：采用pH值为1的盐酸作为洗脱液。得到的维生素C的纯度为84.8％，山梨糖杂质含量为15.2％，古龙酸杂质含量为0％。

对比例4

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：维生素C母液中溶质的质量百分比为60％。得到的维生素C的纯度为72.8％，山梨糖杂质含量为20.7％，古龙酸杂质含量为6.5％。

对比例5

从维生素C母液中回收维生素C的工艺基本同实施例1，区别仅在于：分离操作温度为50℃。得到的维生素C的纯度为74.5％，山梨糖杂质含量为3.3％，古龙酸杂质含量为20.3％,，草酸杂质含量为1.9％。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种从维生素C母液中回收维生素C的方法，以维生素C母液作为原料，以水、稀盐酸或稀硫酸为洗脱液，采用顺序式模拟移动床进行分离，所述顺序式模拟移动床包括依次串联的至少4根层析柱，每根所述层析柱上设置有阀门，其特征在于：所述顺序式模拟移动床分为4个区域，分别为：

Ⅰ区：洗脱液输入点到维生素C采出点；

Ⅱ区：维生素C采出点到维生素C母液进料点；

Ⅲ区：维生素C母液进料点到古龙酸采出点；

Ⅳ区：古龙酸采出点到洗脱液输入点；

所述方法包括依次进行的以下步骤：

4)顺着所述洗脱液的流动方向切换所述层析柱上的阀门，改变所述洗脱液输入点、维生素C采出点、维生素C母液进料点和古龙酸采出点的位置，使得所述4个区域向所述洗脱液的流动方向移动一根层析柱的位置，然后重复进行所述步骤1)、2)和3)；

所述稀盐酸或稀硫酸的pH值为2～7；

所述的维生素C母液中溶质质量百分比为30％～50％，其中所述维生素C母液中维生素C的质量百分比为9％～25％，所述维生素C母液中含有维生素C、古龙酸、山梨糖和草酸；

所述分离的操作温度为20℃～45℃；

所述顺序式模拟移动床以分子筛、无定形离子交换树脂或球型离子交换树脂作为固定相；

所述杂酸为草酸，所述杂糖为山梨糖。

2.根据权利要求1所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：所述步骤1)持续10～30分钟，所述步骤2)持续5～15分钟，所述步骤3)持续10～20分钟。

3.根据权利要求1所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：所述步骤4)中重复的次数为40～60次，模拟移动床分离过程达到稳态。

4.根据权利要求1或2所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：所述的维生素C母液中溶质质量百分比为30％～40％。

5.根据权利要求1或2所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：所述分离的操作温度为25℃～30℃。

6.根据权利要求1或2所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：所述固定相的粒径为200～1000μm。

7.根据权利要求1或2所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：所述顺序式模拟移动床由4～32根相同的层析柱串联形成，所述I区、II区、III区和IV区分别由1-8根相同的层析柱串联形成。

8.根据权利要求1所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：所述无定形离子交换树脂或球型离子交换树脂为H型，K型，Na型或Ca型强酸型离子交换树脂或弱碱型离子交换树脂；所述分子筛为H型，K型，Na型或Ca型分子筛。

9.根据权利要求8所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：使用强酸型离子交换树脂或分子筛时，所述稀盐酸或稀硫酸的pH值为5～7，使用弱碱型离子交换树脂时，所述稀盐酸或稀硫酸的pH值为2～3。

10.根据权利要求1所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：对所述维生素C采出点得到的纯化的维生素C溶液，再进行浓缩、结晶。

11.根据权利要求1所述的从维生素C母液中回收维生素C的方法，其特征在于：所述方法回收得到的维生素C的纯度大于90％。

12.一种生产维生素C的方法，采用二次发酵法，其特征在于：所述生产维生素C的方法包括权利要求1～11任一项所述从维生素C母液中回收维生素C的方法。