[发明专利]一种富集发酵液中乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种富集发酵液中乳酸的方法。

背景技术

乳酸，是世界上应用广泛的三大有机酸之一，又名丙醇酸。乳酸主要用于食品、医药、药物、轻工、化工等行业，以乳酸为原料可以得到一系列具有重要用途的乳酸衍生物。近年来，随着资源的日益紧张和人们对环保问题的日益关注，以乳酸为原料合成的可降解的聚合物聚乳酸引起了世界科研人员的广泛关注。目前，合成乳酸的主流方法是发酵法。乳酸的提取精制是将粗产品制取成品乳酸的重要步骤，在乳酸发酵方法中，提取精制乳酸过程耗费的费用为整个乳酸生产成本的一半以上。因此，对于乳酸生产的提取精制改进技术一直是研究热点。传统的乳酸生产采用钙盐法，该法将乳酸先用碳酸钙转变为乳酸钙，通过结晶将乳酸钙从发酵液中提出。乳酸钙用浓硫酸酸解为乳酸，乳酸经过进一步脱色、离子交换等工序提纯后得到产品。该法提取精制过程繁多，劳动强度和生产成本很大，产品质量也不稳定。乳酸的合成已经成为乳酸工业发展的瓶颈，然而乳酸合成的关键技术在于乳酸从发酵液中分离。由于传统发酵生产过程中存在效率低、成本高、分离难、方法步骤多等缺点，出现了许多发酵新方法，如离子交换法、蒸馏法、电渗析发酵、膜发酵、萃取发酵等方法，其中研究的热点是萃取发酵。萃取发酵是在发酵过程中利用有机溶剂连续萃取分离发酵产物，从而消除产物的抑制作用，其发酵过程能耗低，选择性好且无细菌污染。文献报道萃取发酵研究使用的萃取剂主要分为三类：(1)传统的氧-氢键萃取剂，如甲基异丁基酮(MIBK)、辛醇等；(2)磷类萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)等；(3)胺类萃取剂，如Aliquat 336和Alamine等。G.Kyuchoukov等(G.Kyuchoukov，et al.Ind.Eng.Chem.Res.2005，44，5733-5739.)研究了以Aliquat 336作为萃取剂，十二烷和正葵醇为稀释剂的萃取体系，pH值对乳酸分配系数的影响。该法的优点是能耗低、选择性高、分离效率高，工业化技术成熟，但也存在萃取剂与发酵菌对环境的pH值要求高及萃取剂存在毒性等缺点。

双水相体系指聚合物/聚合物、聚合物/盐或盐/盐在水溶液中超过一定的临界浓度，而形成的上、下两个水相的体系。双水相在生物大分子方面的应用具有天然绿色的特点，由于大部分蛋白质，核酸和各种细胞器和细胞在有机溶剂体系中易失活变性，而双水相本身是由85-95％的水性溶液体系，成相的聚合物，以及无机盐类都具有生物相溶性，可以保持生物物质的活性。另外，双水相易于放大而且可连续化，工作条件较温和，节省能耗，已经广泛的应用在细胞的回收，从发酵液中提取蛋白质和酶，以及与产物的萃取分离相结合的生物转化。因此，该技术从问世到现在近半个世纪的时间内，在生物技术领域一直是人们关注的一个焦点，而且无论从基本理论，基础研究，到新方法技术和产业化方面，发展也相当成熟。陈继和刘会洲等(陈继等，三相萃取一步法提取纯化青霉素，中国发明专利号：ZL00107655.8)在双水相萃取青霉素研究的基础上，结合对目前传统方法进行创新改进，发明了三相萃取一步法的新方法。Yun等(J.K.Yun，et al.Biotechnol.Bioeng.1996，50，280-290.)报道了利用聚乙烯二胺/羟基醚纤维素双水相体系萃取分离乳酸，乳酸分配在上相，乳酸菌分配在下相，获得较高的萃取率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的乳酸发酵过程中，乳酸的提取存在效率低、成本高、分离难、方法步骤多等问题，提出利用聚合物/盐双水相体系富集发酵液中的乳酸的方法。通过选择适当的双水相体系来调节乳酸和乳酸菌在双水相体系中的分配，使乳酸分配在富聚合物相，乳酸菌分配在富盐相，达到乳酸富集。本发明建立了利用聚乙二醇/盐双水相体系富集发酵液中的乳酸方法，研究了无机盐的浓度和乳酸浓度对乳酸分配比的影响。由于采用的双水相体系为中性萃取体系，与乳酸发酵的适宜pH＝5.5～6.0相近，且使产物和反应物分离，这种相分离提供了一种乳酸发酵的反应动力，提高了乳酸的生产率，因此该技术可于乳酸的发酵方法耦合，提供一种绿色、高效、简便、节能的富集发酵液中乳酸的方法。

本发明的一种富集发酵液中乳酸的方法，步骤和条件如下：

(1)在乳酸浓度为10000ug/mL～30000ug/mL的水溶液中加入质量分数为20％的聚合物，搅拌使聚合物完全溶解，形成均相体系；

(2)在上述均相体系中加入质量分数为9.09％～37.5％的无机盐，搅拌使无机盐完全溶解，形成双水相体系，静置分相，水溶液中的乳酸富集在富聚合物相；