CN1568299A - 从发酵液中分离有机酸盐和释放有机酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一个通过部分蒸发结晶并随后或同时置换沉淀其盐从水溶液中(特别是从发酵排出液中)分离有机酸盐，以及从结晶中释放有机酸(优选通过电隔膜处理)的方法。

Description

从发酵液中分离有机酸盐和释放有机酸的方法
说明
本发明涉及通过部分蒸发结晶和随后或同时的其盐的置换沉淀从水溶液中、特别是从发酵排出液中分离有机酸盐，并优选使用电隔膜处理从结晶中释放有机酸的方法。
有机酸，特别是羧酸，是被作为活性物质或制备这些物质的中间体的、经济上重要的、应用广泛的化学品(特别在营养品、化妆品或医药中)。由此，乳酸被用作食品防腐剂和被添加到药物制剂中。乳酸单体构成了制备可降解塑料的基质。多羟基酮羧酸2-酮-L-古洛糖酸(2-keto-L-gulonicacid，KGA)是制备维生素C的重要中间体。这样的有机酸及它们二次产品的制备的特点是在所有的处理阶段对纯度和产率具有特殊的要求：一方面是为了使在人的营养品中使用最终产品成为可能，另一方面是为了，如果可能的话，降低制备成本。
有机酸主要是通过常规的化学合成来制备的。用于制备KGA的“Reichstein方法”是个多步骤和非常费力的方法。因此，在最近几十年里，已经开发了具有更少的反应步骤和要求更少的保护基团化学的生物技术方法。
在较近期的方法中，KGA可通过一步或多步发酵方法获得，例如通过使用适合的微生物(在某些情况下经特别修饰)的、经过山梨糖的山梨醇两步发酵方法获得。
按照不同的变型，通过使用常规基础处理技术操作(如离子交换、结晶、萃取等)将KGA从发酵溶液中分离出来，并反应得到抗坏血酸。
但是，特别地，如例如羧酸如乳酸、柠檬酸或古洛糖酸的有机酸的发酵制备通常都非常简单，而合成或发酵产品的分离和提纯通常是困难和较低效的。在这一点上，两个因素发挥了使情况变得特别复杂的影响：
一方面，产物溶液中含有可观的量的、在有些情况下有具有强烈颜色的杂质。因此，在发酵溶液中，甚至在仅80％的有价值物质分离后，一般在所得到的母液中副组分的含量仍比有价值的产品的含量高。随着产率的提高，杂质的共分离因此也越来越有可能。另一方面，在通常的处理技术制备和提纯条件下，有机酸表现出随pH和温度变化的趋势而分解并形成令人讨厌的、同样有色的副组分的趋势。
因此，分离有机酸(例如KGA)的盐(例如，2-酮-L-古洛糖酸钠(Na KGA)而不是直接获得这些酸在文献中被描述为是具有优点的。这些盐类不但对热的压力具有更低的敏感性，而且可在中性pH值下被分离，而其在中性条件下分解的倾向比在酸性介质中更低。可以在另外的处理阶段(例如，通过离子交换或电渗析)中将纯化的酸从盐类中释放。
WO 01/09074提出对还含有细胞物质的含酮古洛糖酸发酵液进行干燥。随后将干燥的发酵液被悬浮于醇中并移走醇溶液的不溶成分。用低水矿物酸将KGA释放。这里当KGA溶解于醇中时，矿物酸的盐类就会沉淀下来。在KGA进一步的反应或后处理至待形成的抗坏血酸的过程中，不要在处理技术费用方面有什么好处，因为在干燥过程中没有任何杂质被分离出来。杂质至少部分溶于醇溶液中并必须在此后以高丢失方式被分离出来。
EP 0805210描述了通过蒸发、冷却或置换结晶的方式从被纯化的发酵液中分离Na KGA的可能性和局限性。在实施例1中，显示出在分批过程中，为获得95.5％的产率，至少需要四次结晶操作和随后的母液和水洗用水的后处理。另外，在实施例2中提及了在实验室条件下获得的关于连续蒸发结晶的数据，由此产生的总产率仅为83.6％。对大规模方法来说，此值过低。
在《离子交换与吸附》(1998)，14(2)，175-179中，王描述了使用吸附树脂处理Na KGA结晶母液的纯化方法。通过利用将Na KGA吸附到树脂上并将杂质洗掉而使赋予颜色的和其他麻烦的组分部分分离，此后的结晶可将该方法的总产率从75％纯蒸发结晶产率提高到94％。然而，这个处理技术路线包括了附加处理阶段的不菲的费用、得到大量稀释冲洗溶液的及树脂再生。
在JP 52066684中，Na KGA被从Ca KGA释放，浓缩并通过添加溶剂(如低级酮或醇)随后被沉淀出来。在GB 800 634中，含有2％KGA的发酵液被浓缩到1/4，然后添加甲醇以沉淀出2-KGA。这个步骤的问题在于一方面为获得高产率而不得不添加非常大量的溶剂。例如对于Na KGA和甲醇，为从约18％浓度的溶液(在室温下饱和)开始获得95％的产率，必须使用经济上不利的10kg甲醇/kg有价值的产物的高用量。另一方面，通过加入杂质，不仅有价值的产品的溶解度减小，而且很多杂质的溶解度都不加选择地减少。一旦获得超过90％的产率，副组分总是发生沉淀，因而总是污染Na KGA。
在已知的有机酸(特别是2-酮-L-古洛糖酸)的盐的分离或纯化的方法中，产量因此受限于溶液的物理特性(例如粘度、颜色、副组分的受限制的溶解度)。
本发明因此是基于以下问题的：在从发酵液中分离或纯化有机酸(特别是羧酸，例如酮古洛糖酸、乳酸、柠檬酸、香草酸、艾杜糖酸、古洛糖酸，尤其是抗坏血酸、2，4-二酮-D-古洛糖酸、2，5-二酮-D-古洛糖酸或2-酮-L-古洛糖酸)的操作中，要么必须预见到的高产物杂质(其必须在后面的处理阶段中以高丢失的方式分离)，要么仅获得低产量的高纯度产品。现有技术中给出的方法由于大量处理步骤(例如为了制备发酵液或为了得到优良的产率)而是非常费时的，并且更由于耗能和多为有毒的有机溶剂的高消耗而在生态学1上很值得怀疑。
本发明的目标是要得到一个有益的方法，从而能经济地、环保地和有效地从发酵液中分离游离有机酸及其盐。
我们已经发现，该目标可以通过具有本发明的权利要求中的特征的实施方案达到。
本发明涉及从发酵液中分离有机酸盐的方法，其中包括以下步骤：
a)部分蒸发结晶，和
b)盐的沉淀的置换。
术语“有机酸”指具有一个或多个羧基基团(-COOH)的、3到20个碳原子、优选4到10个碳原子、更优选5到7个碳原子的、取代或未取代的、支化或直链的碳链。优选的“有机酸”指羧酸。羧酸也可以带一个或多个酮基团(-C＝O)。有机酸可通过糖(如淀粉、蔗糖或葡萄糖)的发酵转化来制备。有机酸的例子是例如酮古洛糖酸、乳酸、柠檬酸、香草酸、艾杜糖酸、古洛糖酸，尤其是抗坏血酸、2，4-二酮古洛糖酸、2，5-二酮-D-古洛糖酸或2-酮-L-古洛糖酸(KGA)。类似地，术语有机酸包括乙酸、马来酸、丙二酸、水杨酸、羟基乙酸、戊二酸、安息香酸、丙酸、草酸、硬脂酸、抗坏血酸、谷氨酸等或其混合物。有机酸优选2-酮-L-古洛糖酸(KGA)。
本发明中的术语“部分蒸发结晶”指发酵液被部分蒸发以便将溶解于其中的待分离的酸(特别是乳酸、柠檬酸、抗坏血酸、古洛糖酸或2-酮-L-古洛糖酸)的盐部分沉淀，即优选10到95％的有机盐还溶解于发酵液中。蒸发结晶可在常压或降低了的压力下操作。
蒸发结晶的一部分可被“冷却结晶”所代替。在本发明的方法中，部分蒸发结晶可以和“部分冷却结晶”相结合。在本发明中，术语“部分冷却结晶”指发酵液(特别是在蒸发结晶中有机盐已经被“耗尽”了的发酵溶液)被冷却以便溶解于其中的、待分离的酸(特别是乳酸、柠檬酸、抗坏血酸、古洛糖酸或2-酮-L-古洛糖酸)的盐部分沉淀出来。
“部分沉淀”是指经沉淀后10到95％的有机酸盐仍然溶于发酵液中。
本发明中，术语“置换沉淀”是指所提及酸(特别是乳酸、柠檬酸、抗坏血酸、古洛糖酸或2-酮-L-古洛糖酸)的盐通过添加有机液体从发酵水溶液中沉淀出来，其中有机液体可与水混合，但所提及的盐(特别是乳酸、柠檬酸、抗坏血酸、古洛糖酸或2-酮-L-古洛糖酸)的盐不溶或溶解性差。可与水混合的有机溶剂是极性溶剂，例如烷基醇(如甲醇、乙醇、正丁醇、异丁醇、1-丙醇、2-丙醇等)或烷基酮(如丙酮、2-丁酮、丙酮等)。
此处所用的术语“发酵液”(和“发酵溶液”或“发酵排出液”同意)指的是液态营养介质，其中生物体(通常是微生物，例如原生物(如真菌、酵母或细菌)，藻类或动物或植物细胞)被培养出来并且因此可包括这些生物体。该术语包括含生物质的介质及其中生物质通过例如过滤(例如错流膜处理、倾析或离心分离)被移走或减少的介质。发酵液、发酵溶液或发酵排出液可含有不同量的生物质，特别是被溶解的物质(例如蛋白质、糖、肽)或不溶的组分(例如微生物或细胞成分)。可以将一种或多种适宜地改善了成分的萃取、稳定性或溶解性或赋予其适宜的特性(如pH、传导率、盐浓度等)的物质(例如盐或缓冲溶液)溶于发酵液中或与之混合。发酵液也可以含有某一比例的可与水混合的有机溶剂，只要这一比例不会导致所提及的盐的沉淀即可。导致细胞解体的物质也可存在于其中。该术语也包括按照此处所描述的、被容易地制备的发酵液。
在文献中，通常首先得到有机酸盐，然后从中将酸释放并结晶。特别是在酮古洛糖酸的释放和结晶中，这导致了高比例的副产品(尤其是通过不希望的闭环作用的方式)。已有技术中描述的基于将有机酸及其盐通过挥发结晶从发酵液中分离的方法的产率仅80到90％。高于95％的产率只能通过结合多个结晶步骤才能获得(见上文、EP 0805210、EP 0359645)。在JP52066684和GB800634中，借助修改后的置换结晶方法，在不利的高甲醇消耗下，获得了纯Na KGA的高达90％的产率，在Na KGA被杂质污染的情况下，产率高达95％。没有描述蒸发结晶和置换沉淀的组合。
借助本发明，可获得使在一步或两步内、在经济、环保方面有利地、以超过90％、优选超过95％的产率分离有机酸盐成为可能的方法。有利的是有机酸延首先被结晶出来，然后将酸从重新溶解的盐中释放。尤其是对KGA，其具有可避免例如通过闭环作用产生的高比例副产品的优点。
令人惊讶的是，已经发现可以通过添加有机溶剂将最大量的、还处于溶解状态的有机酸盐以高产率和纯度的结晶的形式从含高比例杂质的发酵液中沉淀出来，而没有显著的副组分的共沉淀，其中有机酸本身并不溶解于上述有机溶剂。尽管在体积上被浓缩的发酵液(母液)在组成上具有极不利的有价值产品与副组分的比，仍可做到这一点。因此，例如可在仅两步中可以以97到99％的产率得到具有仅轻微的变色和很好的纯度的KGA。
由此，与已有技术相比，根据本发明的方法具有不仅仅可以在仅一或两步加工上经济的步骤实施的优点。有利的是，由于置换沉淀是由浓缩发酵溶液实行的，因此在比已有技术更小的体积里发生，根据本发明的方法也导致了有机溶剂消耗的显著减少。另外，使用有机溶剂稀释原来高粘度的母液从处理角度而言具有使固液分离变得方便的优点，进而导致更高的纯度和颜色减轻。从能量的角度而言，还具有纯化过程部分可在绝热条件下进行、因此不需要加热或冷却的优点。最后，根据本发明的方法对发酵溶液的制备仅要求很少或根本不需要准备步骤。最后，根据本发明的方法还具有甚至在非常早的阶段就得到了高度纯化的物质、因此在基于经纯化的物质的随后的步骤中产品的产率和纯度可得到改善的优点。
根据本发明，在此处描述的方法中，发酵溶液仅被部分蒸发，即蒸发至10到95％、优选30到90％、更优选50到85％或更高(取决于起始溶液的浓度而定)。优选大于75％、更优选大于80％并最优选大于85％的所用的水被蒸发，并且优选大于30％的酸、尤其是KGA被结晶。蒸发程度越高，所用的置换剂就越少。
进料中水的最高蒸发比率或限度取决于起始溶液中的盐浓度。蒸发限度优选95％、并且更优选90％的进料中的水。对于5至15重量％Na KGA水溶液，最大蒸发限度或程度优选80到95％溶液中的水。对于起始溶液(例如发酵溶液)中的水，最大蒸发比率优选85到95％。
在悬浮液中，特别是对于Na KGA，悬浮液优选具有从20到60重量％、更优选30到50重量％、例如40重量％的固含量，并且水含量为30到60％并优选40到50％。这对应于20-70重量％、并优选40-60重量％溶解的和固体的Na KGA。
在部分蒸发的过程中，以较高产率得到了非常纯的有机酸盐。蒸发的程度取决于所希望的产物纯度和所希望的产率。蒸发的程度越高，从发酵液所得到的杂质和所希望的产品的产率就越高。
因此，例如在被蒸发到90％的、不含细胞物质的发酵溶液中，获得了75％范围里的KGA产率。令人惊讶的是，通过加入例如甲醇的置换剂，从上层清液可以更高纯度沉淀出另外的有价值的产物。有利的是，为了以高纯度从上层清液中沉淀有机酸盐，仅需要少量的置换剂。
在一个优选的实施方案中，蒸发结晶在低温和降低了的压力下完成。温和反应条件避免了产物的分解。优选地，结晶器的温度在20℃和100℃之间，更优选在30℃和80℃之间，最优选在40℃和70℃之间。
优选压力在0.01巴到1巴，更优选0.05巴到0.5巴，最优选0.1巴到0.3巴之间。
在另一个实施方案中，结晶器中的固含量优选从5到60重量％，更优选从25到50重量％。在结晶器中的“固含量”是指基于悬浮液总量的结晶有机酸盐(尤其是Na KGA)的重量比例。
蒸发结晶可在任何所希望的结晶器(例如搅拌容器、强制再循环器、通流管或流化床结晶器(例如Oslo型))中进行。优选的结晶器也适合在较低压强下完成处理。
在一个实施方案中，根据本发明的方法也包括和冷却结晶结合在一起的蒸发结晶。在冷却结晶中，在带有有机酸盐结晶的蒸发后将发酵液冷却。优选冷却到0℃到50℃，更优选30℃到40℃。冷却结晶可在和蒸发结晶同一设备中进行。冷却可以通过真空蒸发、用冷传递介质直接冷却或通过热交换间接冷却进行。为避免结壳，特别地，也可以使用具有被连续或循环清洁的热交换器表面的所有类型的结构，例如冷却圆盘结晶器。
优选在蒸发结晶中或蒸发结晶及冷却结晶中10到95％之间的有机酸盐被沉淀。优选30到95％之间，更优选40到90％之间。如果仅从产品质量方面考虑，结晶产量应在50-60％之上。特别优选结晶产率为约60-90％并且蒸发比率在75-95％的范围。
起始溶液中有机酸盐的浓度优选至少5％，更优选7％，甚至更优选10％，甚至更优选12％或更高，特别是对于KGA钠盐。
待蒸发的溶剂的量和获得的结晶部分取决于起始溶液中的盐浓度。2％KGA钠盐水溶液需要将约90％的溶剂(例如水)蒸发掉以获得结晶，而对于15％Na KGA水溶液，小于30％到50％的溶剂被蒸发掉。
在一个优选的实施方案中，本发明因此涉及在以下条件进行部分蒸发结晶的方法：
i)结晶器中的温度在20℃到100℃之间；
ii)压力在0.01巴到1.0巴之间；
iii)结晶器中的固含量从5到60重量％；和/或
iv)将浓缩发酵液冷却到0℃到50℃。
特别优选在条件(i)到(iv)下进行处理。甚至更优选在以下条件进行处理：
i)结晶器中的温度在40℃到70℃之间；
ii)压力在0.1巴到0.3巴之间；
iii)结晶器中的固含量从25到50重量％；和
iv)将浓缩发酵液冷却到30℃到40℃。
最优选以结晶产率在60到90重量％的范围内和蒸发比率超过75％的方式实施结晶。因此，对于上述方法，特别优选按照(i)到(iv)及(v)KGA钠盐起始浓度至少为5％。
根据本发明，置换沉淀是通过在蒸发结晶过程中或蒸发结晶后将可与水混合而待分离的盐是不溶于其中或在其中溶解性差的有机溶剂加入母液或将母液加入有机溶剂而实现的。
通过将含水发酵液和有机溶剂混合发生形成沉淀的盐置换。沉淀优选通过添加水溶性极性溶剂得到，优选通过添加水溶性烷基醇(例如甲醇、乙醇、正丁醇、异丁醇、1-丙醇、2-丙醇、己醇、庚醇、辛醇等)或水溶性烷基酮(例如丙酮、2-丁酮、戊酮等)；优选甲醇或乙醇。最优选甲醇。
盐在所使用的溶剂中溶解性差，优选几乎不溶。优选盐的溶解度是7％，更优选5％，甚至更优选低于3％。
至于反应容器中的水溶液或发酵液(进料料流)，优选使用10到80％、更优选使用15到75％、甚至更优选使用15到60％、最优选使用20到40％的置换剂进行沉淀，特别在烷基醇，尤其是乙醇、甲醇或丙醇中进行置换。置换剂的用量取决于步骤(a)中的浓缩程度。
优选使用在0.2kg MetOH/kg产物到3kg MetOH/kg产物(基于结晶量)的范围内的甲醇沉淀剂，更优选小于2kg/kg和最优选从0.5到1.0kgMetOH/kg产物，尤其当产物是Na KGA时。
通过本发明的方法的步骤(a)和(b)得到的纯度优选超过90％，更优选超过95％和甚至更优选96％、97％、98％、99％或更高。
置换沉淀在一个优选方案中在沉淀设备中的温度为0到100℃，优选在10到80℃，特别优选在20到70℃的条件下进行。
反应温度和置换剂比例的选择取决于要沉淀的盐和置换剂在水中的溶解度。通过选择反应温度，可以影响盐在溶液中的溶度积，而溶度积对沉淀所希望的盐需要的置换剂的比例有影响(反之亦然)。
沉淀可在结晶器中进行或具有以可控方式进行混合(例如带有混合喷嘴)的设备的特别用于沉淀的设备中进行。
因此，本发明涉及一个方法，其中，根据本发明，结晶置换是在以下条件下进行的：
i)添加甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丙酮和/或2-丁醇作为置换剂；
ii)用10％到80％的置换剂(相对于发酵液)进行沉淀，和/或
iii)沉淀设备中的温度为0℃到100℃。
特别优选地，在条件(i)至(iii)下实施该方法。甚至更优选地，在以下条件下实施该方法：
i)添加甲醇、乙醇、2-丙醇作为置换剂；
ii)用20％到40％的置换剂(相对于发酵液)进行沉淀，和
iii)沉淀设备中的温度从20℃到60℃。
蒸发结晶和沉淀可在两个分开的设备或轮流在一个设备中进行，取决于温度和压力比及沉淀剂的选择。本发明的方法中的步骤(a)和(b)可相继或同时进行。
在母液(尤其是发酵罐溶液)被特别严重污染或变色的情况下，可以仅进行一次蒸发结晶，这是因为在此阶段，甚至在这些条件下，也总有白色结晶分离出来，仅能向母液加入沉淀剂(例如甲醇)并且此处形成的预纯化(但并不符合规格)的结晶能够被送回蒸发结晶操作。
有利地，基于起始发酵溶液(进料溶液)中KGA的含量，仅在一步或(如果需要)两步内可有利地获得高于90％、优选高于95％、特别优选高于97％或98％、最优选高于99％或更高的高产率。
根据本发明，得到的结晶可被洗涤以去除存在的杂质。优选用一种有机酸盐在其中具有低溶解性，优选完全不溶的溶剂洗涤结晶。优选地，使用置换沉淀的溶剂。本发明的方法的产率可以通过循环洗涤水而提高。对于循环洗涤水的情况，产率依赖于所使用溶剂的量，因此可在例如95到99％之间进行调整。因此，每kg盐所使用的溶剂的量可在0.2到1kg之间。在一个优选方案中，溶剂是甲醇或乙醇，待纯化的盐是KGA盐，优选Na KGA。
按照本发明的方法得到的结晶展现出仅仅轻微的变色。取决于方法的实施和所获得的产率，结晶为微黄色到无色。优选结晶为无色。
有利地，也由根据本发明的方法获得非常高纯度的产品，尤其是乳酸、古洛糖酸、KGA或柠檬酸的盐。
因此，产品的纯度优选超过95％，更优选超过97％，甚至更优选超过98％，甚至更优选超过99％或更高。
在一个优选的实施方案中，有机酸是羧酸，特别优选多羟基羧酸并且更优选2-酮多羟基-C6-羧酸。更优选如酮古洛糖酸或乳酸、柠檬酸、香草酸、安息香酸或古洛糖酸的有机酸。尤其优选酮古洛糖酸是2，4-二酮-D-古洛糖酸、2，5-二酮-D-古洛糖酸、2-酮-L-古洛糖酸和抗坏血酸。最优选2-酮-L-古洛糖酸。
根据本发明的方法可连续操作或分批操作。
在一个实施方案中，有机酸是以钠、钾、镁、铵或钙盐的形式存在的。如果要在开始时制备游离酸，例如在发酵过程中，作为代谢产物，酸的盐通常可以通过调整合适的pH值而得到，例如通过添加碱NH4OH/NH3、MgO、Mg(OH)2、NaOH、NaHCO3、Na2CO3、KOH、KHCO3、K2CO3、CaOH、CaCO3、Ca(OH)2、CaO或弱有机酸(如甲酸、乙酸等)的盐。优选钠盐。钙例如可以通过添加碳酸钠或引入CO2和CaCO3以碳酸钙的形式沉淀并过滤出来。最优选2-酮-L-古洛糖酸的钠盐的分离。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方案中，除了待分离的发酵液的有机酸之外，减少了生物质和/或有机的和/或无机的成分。发酵液通常含有不溶的生物质以及有机和无机杂质，无机杂质主要含有金属阳离子。因此，不溶成分(例如生物质如微生物或细胞成分)优选在蒸发结晶之前被分离。固体成分可通过普通的固/液分离方法除去，例如在有沉淀剂或过滤添加剂(如聚丙烯酰胺)的存在下，例如通过过滤(尤其是超滤或微滤)或分离(例如撇取、离心或倾析)除去。
类似地，在实施根据本发明的方法之前，将起始水溶液的某些可溶成分分离也是有利的。因此将某些金属或蛋白质至少部分分离可以是有利的，但是彻底分离并非总是必需的。通过另外的纯化步骤(例如微滤或超滤)，可以将蛋白质和其他大分子物质除去。
为除去不希望的无机离子，可以对发酵液进行去矿物质处理。特别以除去二价离子为有利。
例如可以通过将发酵液酸化或借助螯合剂或阳离子交换剂(优选聚合物阳离子交换剂)将无机阳离子除去。
因此，根据本发明的方法包含一个或多个过滤步骤，尤其是发酵液的微滤或超滤，微滤或超滤的界线是可以变化的。通常从微滤到超滤的过渡被视为孔径约为100nm。
对细胞和/或蛋白质的分离和纯化KGA钠盐溶液的获得而言，可以将被污染的溶液悬浮液和膜在压力作用下接触，可以将渗透物(滤液)在膜的背面在以比进料侧低的压力下除去。得到含细胞和/或蛋白质的浓缩物(渗余物)和含KGA钠盐的纯化渗透物。有利地，通过循环、膜的机械移动或膜间的搅拌单元，在膜和进料溶液间可产生一个0.1到10m/s的相对速度。通过不能透过组分的浓缩实现分离。
为提高产率，可随后对浓缩物进行渗滤操作。此处通过向渗余物提供水，将不能透过的组分的浓度保持不变并将有价值的产物转化为渗透物。
膜处理可以以间歇操作的形式通过将悬浮液重复通过膜模块或连续地一次通过一个或多个串联的进料和渗出阶段进行。
优选地，微滤或超滤是孔径为200到20nm、优选100到50nm的过滤1，或孔径为100到5nm、优选50到20nm的过滤2或3，或超滤1、2和/或3的组合。20nm的孔径大致对应于20kD的分离极限，5nm大致对应于10kD，而分离极限高度依赖于各自的大分子，因此不能直接指定分离极限和孔径。
过滤1根据本发明在经发酵后进行，过滤2根据本发明在过滤1后或在发酵后，但是，有利地，过滤2在将从过滤1得到的滤液浓缩后进行，如以下所述。溶解结晶后，也可以进行过滤3，如以下所述。优选尽可能少地实施过滤步骤。所以特别优选在发酵后进行过滤1和在将从过滤1得到的滤液浓缩后进行过滤2的组合。更优选仅实施过滤1或过滤2；最优选仅实施过滤1。
分离层可由有机聚合物、陶瓷、金属或碳组成，并且在加工温度下和反应介质中稳定。由于机械的原因，作为惯例，通常将分离层附着到与分离层同种的材料或多种不同的材料的单层或多层多孔亚结构上。例子有：
                      表1：分离层
分离层 亚结构(比分离层粗糙)
金属 金属
陶瓷 金属、玻璃、陶瓷或碳
聚合物 聚合物、金属、陶瓷或金属上的陶瓷
碳 碳、金属或陶瓷
陶瓷：例如α-Al2O3、γ-Al2O3、ZrO2、TiO2、SiC、混合陶瓷材料聚合物：例如PTFE、PVDF、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰胺、聚丙烯、聚丙烯腈
膜可以以板、管、多沟槽元件、毛细管或缠绕几何形状形式使用，对于其可以得到允许渗余物和渗透物之间的分离的适当的压力密闭单元模块。
在渗余物和渗透物之间的最佳的可透膜压取决于依膜孔的直径或分离极限(以分子量单位表示)和膜的机械稳定性，取决于膜的类型，基本为1到40巴之间，对于微滤例如为1到10巴之间，而对于超滤例如为8到40巴之间。通常越高的可透膜压导致渗透液的流速越高。同时，对于太高的进料压力，可以通过提高渗透物压力调节可透膜压。
操作温度取决于产物和膜的稳定性。对于酮古洛糖酸钠的纯化，温度为20和90℃之间，优选40和80℃之间。温度越高，渗透流量越大。
例如可以使用以下的膜：
                                   表2：膜
制造商  膜  分离极限(kD)孔径(nm)
Atech Innovation Gmbh  UF/α-Al2O3上的TiO2/1，2  20kD
 UF/α-Al2O3上的ZrO2/1，2上  50nm
 MF/α-Al2O3上的α-Al2O3/1，2上  100，200nm
Rhodia/Orelis  UF/陶瓷上的ZrO2或TiO2/1，2  15，50，150kD
 UF/碳上的ZrO2/1  15，50，150kD
 MF/陶瓷上的ZrO2或TiO2/1，2  100，200nm
Graver Technologies  UF/钢上的TiO2/1  100nm
Microdyn Modulbau GmbH  MF/均质PP-膜/1  200nm
NADIR Filtrations GmbH  UF/聚醚砜/3  5-150kD
 UF/纤维素/3  5-100kD
 UF/聚丙烯腈/1  20，40kD
 UF/聚醚砜/1  40，100kD
Stork Friesland B.V.  MF/PVDF/1  100nm
 UF/PVDF/1  30nm
Osmonics/Desal  UF/改性聚丙烯腈/3  100kD
 UF/聚砜/3  40nm
Creavis  UF/α-Al2O3和金属上的ZrO2/3  25，80nm
1：管状膜；2：多沟槽元件；3：用于缠绕、袋状或堆叠板式模块、具有搅拌单元或可移动膜的特殊模块的平板膜
特别优选孔径为50nm。
结晶之前的蛋白质和生物质的分离及通过电隔膜处理的有机酸的释放具有不可能发生变色或蛋白质沉淀的优点。
如上所述，除了有机酸的合成制备之外，已经开发了多种利用微生物制备有机酸的方法。由此例如将D-葡萄糖通过发酵转化成5-酮-D-古洛糖酸并将其通过发酵方法或化学方法转化成L-艾杜糖酸和氧化成2-酮-L-古洛糖酸。可以将D-山梨醇可通过发酵成L-山梨糖被发酵成2-酮-L-古洛糖酸。
发酵过程可以是需氧的或厌氧的。可以在有机酸分离前将微生物或细胞分离并任选地将其送回发酵过程中。
在一个实施方案中，原生生物(如酵母、真菌、藻或其他真核微生物)或细菌或动物或植物细胞被用来制备发酵液。优选使用杆菌属、乳杆菌属、假葡萄糖酸菌属(pseudogluconobacter)、假单胞菌属、棒状杆菌属、变形杆菌属、柠檬酸杆菌属、肠杆菌属、欧文菌属、黄单胞菌属、黄杆菌属、醋杆菌属、葡萄糖杆菌属、曲霉属或短杆菌属的微生物或其混合物。类似地，植物材料、动物细胞或藻类的均浆可被用来作起始原料，并且被类似地在术语“发酵液”下理解，如果需要的话，特定起始材料必须预先被纯化或稀释。
在此处描述的有机酸的分离和释放前对发酵液进行灭菌可能是有利的。
在发酵制备中，通常在室温或约20℃下在发酵液中形成1到30重量％之间(通常为7和18重量％之间)有机酸。相应地，此处描述的方法的起始溶液中有机酸盐浓度为1到30％之间。如例如Na KGA的有机酸盐的溶解度可以比游离酸更低。由此，Na KGA在约20℃时的溶解度是18％，发酵液中温度越高，盐的溶解度就越高。例如Na KGA在50℃时的溶解度是24％。优选地，如上所述，发酵液或起始溶液在20℃下Na KGA的含量为5重量％和15重量％之间。但是，盐浓度取决于有机酸的性质，阳离子和如例如温度的其他处理条件的选择使发酵液在室温(即15℃到25℃)和常压(即在980到1100毫巴)下不会结晶。
可以在除去生物质和其他杂质之前或之后，任选地对发酵液进行浓缩(例如通过蒸发或渗透，特别是通过反渗透)，从而可调整发酵液的浓度以适应结晶。就此而论，以低温(如果可能的话10℃到90℃)为有利。
优选在结晶之前并且在一个或多个过滤步骤之后对发酵液进行处理。尤其优选在过滤1之后进行浓缩。
在另外的实施方案中，根据本发明的方法包括一个或多个另外的结晶或产品的分离和/或制备步骤。
固液分离方法，例如过滤、倾析、吸滤、撇取和/或离心，即例如借助于吸滤器、旋转过滤器、带式过滤器、剪切离心机、转筒离心机等的分离是适用于根据本发明的分离的。分离后结晶可被干燥和/或研磨并随后被贮存或另外处理。
取决于干燥处理，所获得的有机酸盐的结晶含有可在另外的干燥步骤中被除去的结晶水。因此，2-酮-L-古洛糖酸盐可以以一水化物的形式被分离出来。结晶水可通过例如进一步在降低了的压力下干燥和如果适当的话通过加热而被除去。
随后结晶可在水或另一种极性溶剂来吸收，如具有3到7个碳原子的支化或直链的脂肪醇，特别是甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、己醇或庚醇。
为了从结晶中除去不希望的有色杂质，可以任选地实施本领域的技术人员已知的方法以进行结晶的提取。
为了在一个或多个另外的处理步骤中从分离的盐释放纯化的酸，根据本发明方法也可以包含尤其通过酸的质子化(例如通过离子交换处理步骤的方法或电隔膜处理步骤的方法，如通过隔膜电解或电渗析方法)而实现的步骤。
在离子交换处理步骤中，盐的阳离子被位于交换树脂上的质子所取代，并且酸以这种方式被释放。
在电隔膜处理步骤中，盐的阳离子(“反离子”)(例如钠、钾或钙离子)和酸的离子被分开并利用离子选择性膜被在空间上单独收集。有利地，分离是利用电场的影响进行的。酸阴离子和被释放或或可得到的质子(H+)反应，给出游离酸，例如KGA或抗坏血酸，同时反离子和被平行地释放或可得到的氢氧根离子反应，得到对应的碱(例如NaOH)。
取决于所使用的离子选择性膜和所使用的电极，可将电隔膜处理的各种实施方案加以区别。在隔膜电解中，利用在电场中的离子交换膜将带电粒子分离，并通过电极上的水电解产生质子和氢氧根离子。电极的排列，除了只具有末端电极的最简单电路之外，也可以使用双极膜，如电渗析中的那样，而用(双性)电极则取代双极膜。在电渗析中，利用双极膜上的水的电强制离解来产生质子和氢氧根离子。如果用专用回路将电极和酸、碱或中间室分开，以低能量要求和避免溶液中的其他成分氧化或还原有利。
由此，通过一个或多个离子选择性膜，被吸收在水里或水溶液的、根据本发明分离得到的有机酸可优选地在电场的作用下被离解并在空间上分开成阴离子和金属反阳离子，并且，被释放的酸和对应的氢氧化物随后被通过同时产生过程或提供质子或氢氧根离子而被制备出来。特别地，电隔膜处理在EP-A-0230 021、WO96/41021、US 50747,306、US 4990,441和在《欧洲膜指南》(“European Membrane Guide”)(出版商Mulder，荷兰，1997年)第35到38页中得到了描述。此类从有机酸盐分离出有机酸的电渗析概括性地描述于例如，在Mani，《脱盐》(“Desalination”)第68卷(1988年)第149-166页和Nagasubramanian，《膜科学期刊》(“J.Membrane Sci.”)第2卷(1997年)第109-204页中。WO96/41021要求了对一个从通过过滤步骤除去杂质的发酵液中释放有机酸的方法的权利。US6,004,445和EP 779286要求了对使用双极膜通过电渗析从其碱金属盐中释放抗坏血酸的方法的权利。WO99/61647描述了一个使用双极电渗析从发酵溶液中分离出酮古洛糖酸(Kgat)，同时释放游离KGA的方法。在YU在《化学工程期刊》(“Chemical Engineering Journal”)第78卷(2000)第153-157页中描述了通过电渗析从发酵溶液中释放抗坏血酸或KGA。这些文献的内容及其所引用的参考文献也被认为包括于此。
在本发明另一个优选的实施方案中，从溶液中除去多价阳离子到含量低至15ppm，优选低至5ppm，更优选低至3ppm，最优选低至1ppm。有利地，可以通过使用形成螯合物的离子交换树脂处理溶液除去多价离子。多价离子指二价或更高价，例如三价或四价离子，即阳离子或阴离子，例如Ca2+、Mg2+、CO3 2-等。可能的形成螯合物的离子交换树脂是例如带有亚氨基二乙酸基团或氨基磷酸基团的离子交换树脂。它们是例如Rohmand Haas的Amberlite 718或748。
如果对钙盐进行结晶处理，在下面的隔膜电解中，为防止氢氧化物的沉淀，碱循环(base cycle)至少为保持中性。如果反离子的氢氧化物的沉淀成为问题的话，这原则上对单价离子也是可能的。
所以，在一个实施方案中，本发明涉及一个从其盐制备游离有机酸和盐的对应的氢氧化物的方法，包括根据本发明的有机酸的分离以及此外的以下的步骤：
c)将有机酸盐的结晶溶解于水中或水溶液中，从而得到结晶溶液；
d)从结晶溶液中除去多价阳离子；和
e)从结晶溶液中释放有机酸，尤其是通过离子交换或电隔膜处理。
在根据本发明的一个实施方案中，根据步骤(c)得到的结晶溶液中有机酸盐的浓度在10到50重量％之间，优选15到25重量％之间。
此外，根据本发明的方法还可包含下面的步骤
c)结晶溶液的过滤。
优选的过滤是根据步骤(c)将结晶溶解之后和/或根据步骤(e)将酸分离之前进行的过滤3。
通过结晶溶液的过滤，被共沉淀的杂质(特别是例如对酸的释放有害的蛋白质)可以被除去。过滤3的优点在于，和上述过滤2相比，需要纯化的进料料流体积量更小，因为通常结晶溶液具有更高的有机酸盐浓度。此外的优点是杂质的一部分是非共沉淀的，因此进料料流是已被预纯化了的。另外的优点是在水中的、使用醇(特别是乙醇或甲醇)的结晶或预沉淀过程中，某些蛋白质变性并絮凝，从而使得膜可以得到更好的利用。
对于蛋白质的分离，例如可以使用上述的膜，例如孔径从100到5nm、优选从50到20nm的膜。例如可以使用该过滤代替过滤2。
提及的酸释放优选通过电隔膜处理来进行，尤其优选通过隔膜电解或电渗析方法来进行。如上所述，可以通过电渗析或双极膜产生质子或氢氧根离子。此外的优点是在此类处理步骤中不需要使用额外的化学品。而且，依实施方案，除了游离酸外，也可以得到有价值的碱。在电隔膜处理中，利用在电场中的一个或多个离子选择性离子交换膜，被溶解的盐的阳离子(反离子)和/或被溶解的有机酸盐的阴离子从结晶溶液(供电隔膜处理的进料料流)中被分离。盐可溶解在例如水或水溶液中。将阴离子从进料料流的其他杂质中分离掉尤其有好处。进料料流(例如结晶溶液)的两种离子也可以被分离。所提及的盐的阳离子和阴离子和同时产生的或提供的质子和氢氧根离子反应从而制备出游离有机酸和对应的反阳离子的氢氧化物。质子可通过例如添加酸来提供，氢氧根离子可通过例如添加碱来提供。
在根据本发明的方法的一个实施方案中，阴离子或阳离子交换膜因此被放置在末端阳极和末端阴极之间，从而形成阳极室和阴极室，游离有机酸在阳极室中生成(酸循环(acid cycle))，对应的反阳离子的氢氧化物在阴极室中生成(碱循环)。
如果使用阳离子交换膜，阳离子(例如钠离子)在电场的作用下被从结晶溶液流过的室中除去。电中性的维持是通过将每一钠离子用单极电极的阳极产生的质子(酸循环)置换而实现的。阳离子透过阳离子交换膜向阴极方向迁移到阴极或碱室(该室用待生产的碱冲洗从而产生导电性)，在该处与从单极电极的阴极所产生的氢氧根离子反应，得到对应的碱(例如NaOH)(碱循环)。如果用阴离子交换膜代替阳离子交换膜，为了要产生导电性和在那里与在单极电极上产生的质子反应，酸(例如酮古洛糖酸或抗坏血酸)的阴离子透过膜迁移到阳极室(酸室)(该室优选被一个经稀释的酸(例如待纯化的酸)冲洗从而产生导电性)，在该处与从单极电极上产生的质子反应。阳离子维持在进料溶液中并与阴极上产生的氢氧根离子反应从而得到碱。
具有单极电极的两室体系的缺点是仅碱室中的溶液(对于阳离子交换膜)或酸室中的溶液(对于阴离子交换膜)从进料料流中被分离出来从而得到纯化。
在具有单极电极的3室体系中，待纯化的酸和碱都被纯化并且被从进料料流中分离出来。
在此情况下，两个选择性离子交换膜被放置在末端阳极和末端阴极之间从而形成了阳极室、中间室和阴极室。中间室分别被离子交换膜和阴极室及阳极室隔开。离子交换膜可以是相同的或不相同，即例如可以使用两个阴离子交换膜、两个阳离子交换膜或一个阴离子交换膜和一个阳离子交换膜。
如果有利地使用一个阳离子交换膜和一个阴离子交换膜，则中间室形成了入口室，并且有利地用阳离子交换膜同阴极室隔开并用一个阴离子交换膜和阳极室隔开。例如从步骤(c)或(d)的结晶溶液(进料料流)被引入到中间室(或稀释室)。离子按上述原则迁移。随后在阳极室形成游离酸；在阴极室形成反离子对应的碱。
在另外的实施方案中，可用遵守如上所述的室和末端电极的排列的双性电极取代末端电极。在这个组件中，电解在双性电极上发生。
如图1和图2所示，通过带有2到3个循环的双极膜电渗析释放所提及的酸也是有利的。
在另外的实施方案中，末端电极上发生的电解可以由遵守如上所述的室和末端电极的排列的双极膜上发生的电渗析来补充。
利用这些排列，在电极产生的电场中，许多的室的组件被用来并联生产游离酸和对应的碱。如上所述的任意数量的2-室或3-室的组件由此可串联排列，在每一情况下都用双性电极分开。
优选用单独的循环来冲洗电极。其可通过将电极用将电极的酸循环和碱循环分开(如例如图1和图2中所示)的单极性膜包围而实施。适合的电极溶液是酸或碱(如例如H2SO4、HNO3、NaOH、KOH等)或碱金属盐溶液(如例如Na2SO4、K2SO4、NaNO3、KNO3等)。
类似地，可以通过两室气体扩散阳极池进行酸的释放，如例如US6,004,445中所描述的。
在根据本发明的方法中，可以使用的阴离子交换膜是强、中、弱碱性的，对单价阴离子具有选择性和透过性但对阳离子则不具有选择性和透过性的；阳离子交换膜可以是中或强酸性膜，例如其含有磷酸或磺酸基团，并允许单价阳离子通过，但不允许单价阴离子通过。双极膜具有一个阳离子交换层和一个阴离子交换层，前者允许阳离子通过，而后者则允许阴离子通过。阳离子层不允许阴离子通过，而阴离子界面不允许阳离子通过。此类膜的例子在EP-779 286第8页第8到第24行提及。
在一个优选方案中，根据图1或2中所示电渗析原理进行隔膜电解；特别优选根据图1中所示电渗析原理的2-室体系。
在根据本发明的另外一个实施方案中，通过给稀释室或中间室提供电场，阴离子(例如Na KGA)从含有机酸盐(如Na KGA)的溶液中透过阴离子交换膜被转移到酸循环室中。被转移的阴离子(如Na KGA)和在双极膜上形成的质子反应得到游离酸(如KGA)。阴离子的反离子(例如对于Na KGA为钠离子)被通过阳离子交换膜运送到碱循环室中并和在双极膜上释放的氢氧根离子形成对应的碱。不带电荷的粒子依然留在稀释室中，由此同时发生了KGA的纯化。对于酸循环的使用，源自例如此前的处理批次的游离酸(例如KGA)的稀释溶液是适合的。图2说明了该方法的原理。
在一个优选方案中，使用到电渗析步骤，其包括通过施加电场进行的、从含有机酸盐(如KGA钠盐(Na KGA)或另一种阴离子形式的酮羧酸)和阳离子(如Na离子)的进料溶液的、从酸循环室通过阳离子交换膜进入碱循环室的转移。对应的碱(例如氢氧化钠溶液)由在双极膜上形成的氢氧根离子和被运送的反离子(例如钠离子)得到并被分离出来或输送回稀释溶液中。阴离子和在双极膜上释放的质子一起留在“酸循环室”中并形成游离酸，特别是KGA。图1说明了方法原理，并且特别有利地和根据本发明的此前的结晶步骤结合。
一般地，所使用的碱循环加料是更高稀释的对应于反离子(例如对于钠盐为氢氧化钠溶液)的碱；仅需要在电渗析开始时保证溶液的足够的离子电导率。所形成的碱，如果适当的话在浓缩后，又可以再次用于发酵中。在单独的循环中用电解质溶液冲洗电极以避免不希望的溶液组分的反应。
在另一个优选的实施方案中，例如以上已经描述(例如具有单极电极或具有双性电极或双极膜及已经描述的室的排列)的组件被串联排列数次。酸室和碱室的2-室组件或酸室、碱室和中间室或进料室的3-室组件可以串联排列数次。因此酸阴离子和反离子仅在一个电场作用下在多个平行循环中彼此相互分离。
例如，可存在这样的一个排列：末端阳极/阳极室/第一膜/阴极室/第一阴极/阴极室/第二膜/阳极室/第二阳极/阳极室/...等等...最终膜/最终阴极室/末端阴极。多个室的另外的例子在以上引用的关于电解和电渗析的文献里已有详细的描述，并且是本领域的技术人员已知的，并且明确地引用于此。
进料溶液可以含有有机或无机盐以提高溶液的电导率(如果合适的话)；例如可存在碱金属硫酸盐、硫酸氢盐、氯化物或磷酸盐、有机酸(例如四丁基铵)、铵盐(例如氯化铵)等。优选其他盐比例低，最有选没有其他盐被加到进料溶液中。
作为双极膜，可以使用其上带有适当的官能团(例如-SO3 -、-CO2 -、-NR4 +等)的均匀或非均匀的、交联或未交联的聚合物，例如Tokuyama Corp.的Neosepta BP-1或FuMaTech的FBI。可能的阳离子交换膜是例如Tokuyama Corp.的Neosepta CMX和CMB膜、Asahi Glass的SelemionCMV膜或Dupont的Nafion 350和450。阴离子交换膜可以是例如Tokuyama Corp.的Neosepta AMX或ACS或Asahi Glass的Selemion AMV或ASV。
根据本发明的方法中所用的电流密度或电压取决于方法参数，并且是本领域的技术人员的专业知识的范围内的，或者是可以不必付出不合理的努力即可发现的。离子的浓度、膜的数量和类型、室的排列和尺寸以及温度可以是关键性的。
优选地，在温度范围从0℃到90℃和电流密度从1到1000mA/cm2的条件下进行隔膜电解。由于有机酸(特别是KGA和抗坏血酸)是对热敏感的，因此尽可能选择低温，优选在10℃和40℃之间。对于电渗析，处理在0℃到60℃之间、优选20℃到40℃之间以及电流密度为1到500mA/cm2，特别优选50到150mA/cm2的条件下进行。最优选20℃和40℃和50到150mA/cm2。
在另外一个优选的实施方案中，在根据本发明的方法的释放步骤中，相对于结晶溶液或电隔膜处理的进料溶液中有机酸盐的总含量，游离有机酸仅被释放到60％到99％、优选到80％到95％的释放程度。有利地，酸的释放不能通过电渗析达到完全，而是仅能达到最高99％的释放程度。残留反离子(特别是Na、K)通过常规的阳离子交换器或其他用于释放残留的酸的适当方法例(例如用HCl处理)除去。优选使用阳离子交换器。本领域的技术人员已知的许多酸性离子交换树脂是合适的，例如由具有例如-SO3 -或-CO2 -的官能团的、交联或非交联聚合物得到的大孔或凝胶状树脂，例如Bay AG的Lewatit S2528或S100或Mitsubishi Chemical Corporation的Nekrolith RP或RPS。
被释放的酸可以随后被结晶、干燥或在溶液中另外进行处理。由此，例如含水KGA可直接被酯化。干燥KGA可随后如下所述和醇酯化，以和C1到C4醇酯化为有利。如果产品的纯度不够，可进行上述结晶。
有利地，使用根据本发明的方法释放的KGA可被用作抗坏血酸制备的重要中间体，从而可对整体最优化的抗坏血酸制备作出的显著贡献。KGA酯是制备抗坏血酸的中间体。尤其是对抗坏血酸的制备，在工业方法中，对游离KGA用支化或直链C1到C8烷基醇(例如甲醇、乙醇、正丁醇、异丁醇、1-丙醇、2-丙醇、戊醇等)进行酯化。因此，在一个实施方案中，本发明也涉及有机酸酯的制备方法，上述有机酸酯优选2-酮-L-古洛糖酸的酯，尤其是这些酸的甲酯、乙酯或丁酯，该方法包括上述的方法的步骤，并且此外还包括酸的释放和游离酸的酯化。可按已经在上面描述的方法或在例如被引用的EP 0 805 210中所描述的方法进行释放和酯化。
因此，本发明也涉及到抗坏血酸的制备方法，其包括上述方法的步骤，此外还包括一个或多个以下步骤：KGA和KGA酯的内酯化以得到抗坏血酸，粗抗坏血酸的分离。该方法可任选另外包括以下的进一步的步骤之一：
抗坏血酸从其盐中的释放，抗坏血酸和/或抗坏血酸盐的脱色、抗坏血酸的分离和高纯化。
根据本发明的方法中的有机酸以在中性到碱性的条件下被分离为有利。这样，副反应(例如KGA内酯化到抗坏血酸)被减少了，优选被排除了。有利地，在根据本发明的方法中，在最终的抗坏血酸产品分离前的早期处理步骤中，可进行用于制备抗坏血酸的高纯2-酮-L-古洛糖酸的分离，这导致了在方法的随后的步骤中更少的副产品从而导致了最终产品的质量、产率和纯度的改善。经纯化的酸可被酯化和内酯化，如文献中所述的。
在另外的实施方案中，加工产物(特别是Na KGA、KGA、抗坏血酸盐或抗坏血酸)的纯度超过80％，更优选超过90％，甚至更优选超过95％，最优选超过98％。
借助以下的图说明本发明：
图1展示了在有2个循环/2个室的双极性电渗析中的KGA释放原理。
图2展示了在有3个循环/3个室的双极性电渗析中的KGA释放原理。
通过以下实施例说明本发明，该实施例不应被认为是以任何方式限制本发明的。
实施例1
将利用过滤处理除去细胞物质但并未进行其他处理的发酵液引入一个3升双层壁实验室结晶器中，并通过按照本领域的技术人员已知的条件在真空下使用夹套加热使其在60℃下沸腾。将3000g/h Na KGA含量为10％的发酵溶液使用平衡添加控制的方法连续引入结晶器中，同时使用冷凝器从系统中移走2450g的蒸馏的水。此处在悬浮液中得到了约40％的固含量。通过调整灌装面，悬浮液通过底部的放泄阀以550g/h的速度以半连续的方式被排入到排空至相同真空下的容器中。从这个贮存器对第二沉淀容器装料，其中将140g/h的沉淀剂甲醇在常压下在回流下加入到的悬浮液中。固含量为42％的悬浮液被以半连续方式被移走。经在实验室离心分离器中离心之后，用冷水洗涤，并在30℃的真空干燥炉中干燥，得到含结晶水的白色到微淡黄色的固态Na KGA。在固定状态下，得到294g/h纯度为99.8％的Na KGA一水合物，含盐洗涤溶液被送回。基于进料溶液中的KGA含量，产率为98％。
实施例2
在和实施例1同样的条件下对同样的实验装置进行操作，但不进行此后的甲醇沉淀。在这些实验条件下，得到产率为仅73％的、纯度为98.5％的微黄色-浅褐色的Na KGA一水化物固体。
实施例3
除了16重量％Na KGA是通过发酵制备之外，还含有40ppm Mg的溶液，用形成螯合物的离子交换树脂处理以除去Mg。为此，将3千克的上述溶液通过填充有160克Amberlite 718离子交换树脂的、直径为3厘米的柱。在此处理中，溶液中Mg离子被除去至含量低于5ppm。
实施例4
在实施例1中得到的溶液被分成3份，每份1千克。随后每一部分被用在具有双极膜的电渗析的酸循环中以释放酸。
在每一种情况下，电渗析模块装有5个Neosepta BP-1膜作为双极膜、5个Neosepta CMX膜作为阳离子交换膜、2个Neosepta C66F膜作为最终膜。所使用的电极材料是铂。膜的有效膜面积是37cm2。膜之间的垫板厚度为1mm。所使用的电解液是浓度为5重量％的硫酸。碱循环装料是浓度为0.5重量％的氢氧化钠溶液(500g)。
这三个电渗析实验是在将电流密度限制在80mA/cm2和将电池电压限制在20V的条件下进行的。实验时间为1、2和3小时以得到不同程度的减少。结果列于下表中。
 实验序号   运行时间[h]     生产能力[kg/(hxm2)]  酸释放的程度[％]     能量消耗(kWh/kg KGA)
  1   1.5     4.67     90.0     0.498
  2   2     3.44     96.1     0.663
  3   3     2.34     98.2     1.254
作为酸循环的排出物，得到浓度为14重量％的KGA溶液，作为碱循环的排出物，得到浓度约为4重量％的氢氧化钠溶液。在碱循环中的KGA损失低于1％。

Claims (20)

1、从发酵液中分离有机酸的盐的方法，其中包括以下步骤：
a)部分蒸发结晶；和
b)盐的置换沉淀。
2、根据权利要求1的方法，其中包含在发酵液中的水的10到95％被蒸发掉并且KGA结晶。
3、根据权利要求1或2的方法，其中发酵液至少含有5％的有机酸的盐。
4、根据权利要求1到3中任意一项的方法，其中部分蒸发结晶在下述参数下进行：
i)结晶器中的温度为20℃和100℃之间；
ii)压力为0.01和1.0巴之间；
iii)结晶器中的固含量为5到60重量％，和/或
iv)将浓缩发酵液冷却到0℃到50℃。
5、根据权利要求1到4中任意一项的方法，其中部分蒸发结晶在下述参数下进行：
i)结晶器中的温度为40℃和70℃之间；
ii)压力为0.1和0.3巴之间；
iii)结晶器中的固含量为25到50重量％，和
iv)将浓缩发酵液冷却到30℃到40℃。
6、根据权利要求1到5中任意一项的方法，其中蒸发结晶在下述参数下进行：
i)添加甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丙酮和/或2-丁酮作为置换剂；
ii)用相对于发酵液为10％到80％的置换剂进行沉淀；和/或
iii)沉淀设备中的温度为0℃到100℃。
7、根据权利要求1到6中任意一项的方法，其中置换结晶在下述参数下进行：
i)添加甲醇、乙醇或2-丙醇作为置换剂；
ii)用20％到40％的置换剂进行沉淀；和
iii)沉淀设备中的温度为20℃到60℃。
8、根据权利要求1到7中任意一项的方法，其中有机酸是乳酸、酮古洛糖酸、柠檬酸、香草酸、艾杜糖酸、抗坏血酸或古洛糖酸。
9、根据权利要求1到8中任意一项的方法，其中有机酸是2，4-二酮-D-古洛糖酸、2，5-二酮-D-古洛糖酸或2-酮-L-古洛糖酸。
10、根据权利要求1到9中任意一项的方法，其中盐是钠、镁、钾和/或钙的盐。
11、根据权利要求1到10中任意一项的方法，其中发酵液的生物质和/或无机或有机杂质被减少了。
12、根据权利要求1到11中任意一项的方法，其中该方法还包括以下步骤：
i)通过过滤从发酵液中分离有机和无机杂质。
13、从其盐中制备游离有机酸和盐对应的氢氧化物的方法，其中包含根据权利要求1到12中任意一项的方法并且还包括以下步骤：
a)将有机酸的盐的结晶溶解于水或水溶液中，从而得到结晶溶液；
b)从结晶溶液中除去多价阳离子；
c)从结晶溶液中释放有机酸。
14、根据权利要求13的方法，其中将多价阳离子从溶液中除去到低于15ppm的含量。
15、根据权利要求13或14的方法，其中包含以下步骤：
通过电隔膜处理步骤释放酸。
16、根据权利要求15的方法，其中在电隔膜处理步骤中，阳离子(反阳离子)和/或被溶解的有机酸的盐的阴离子在电场中通过使用一个或多个离子选择性离子交换膜被从结晶溶液中分离出来，并可以与同时产生的质子和氢氧根离子或与可获得的质子和氢氧根离子反应，从而制备游离有机酸和反阳离子的对应的氢氧化物。
17、根据权利要求1到16中任意一项的方法，相对于结晶溶液或电隔膜处理的进料溶液中的有机酸的盐的总含量，酸的释放通过电隔膜处理被进行到60％到99％的释放程度。
18、根据权利要求17的方法，其中还包括以下步骤：
使用阳离子交换步骤将在电隔膜处理中未除去的阳离子除去。
19、有机酸的酯的制备方法，其中包括权利要求1到18中任意一项的方法的步骤以及以下步骤：
i)经分离的有机酸与C1-C6烷基醇的酯化。
20、抗坏血酸的制备方法，其中包括权利要求1到19中任意一项的方法的步骤，有机酸是2-酮-L-古洛糖酸，并且还包括以下步骤：
i)KGA酯的内酯化；和
ii)粗抗坏血酸的分离。
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