[发明专利]一种从乳酸发酵液中连续提取高纯度乳酸的方法

说明书

本发明公开了一种从乳酸发酵液中连续提取高纯度乳酸的方法，包括以下步骤：(1)配制发酵培养基，然后接种乳酸菌，置于发酵罐内厌氧发酵，获得乳酸发酵液；(2)采用微滤膜初步分离步骤(1)所得乳酸发酵液，微滤截留液回流到发酵罐继续发酵，微滤透过液调节pH后采用纳滤膜进行次级分离，得纳滤截留液和纳滤透过液；(3)取步骤(2)所得纳滤透过液，置于多组分模拟移动床精制，将收集到的乳酸溶液浓缩提纯得成品乳酸；将收集到的葡萄糖和乙酸回流到发酵罐循环利用。本发明方法绿色环保，实现了糖循环利用和循环发酵，节省接种量，制得乳酸成品纯度高，提高了工艺连续性和生产效率。

技术领域

本发明属于乳酸生产技术，特别是涉及一种从乳酸发酵液中连续提取高纯度乳酸的方法。

背景技术

乳酸作为世界三大有机酸之一，它被广泛应用在食品、化妆品、皮革、医药、化工和农业等领域，随着石油等化石资源的日益紧缺，乳酸作为一种可再生生物质资源越来越受到人们的重视。乳酸还是合成聚乳酸(PLA)的原料，相比于由石油化学品合成的塑料，聚乳酸材料具有生物可再生性和生物可降解性，被认为是一种有前途的环境友好型聚合物材料。不仅性能与传统的塑料、橡胶等相当，并且其具备优良的机械强度、韧性、以及加工性能，聚乳酸材料有希望替代传统的石油基热塑性材料，因此被认为是最有前途的可生物降解的高分子材料。近些年来乳酸产量激增，据统计，2012年世界对乳酸需求量在130000～150000吨/年，到2017年乳酸的市场规模达到3673000吨/年。

乳酸生产方法有微生物发酵法、化学法和酶法。工业上生产主要采用发酵法，成熟的发酵液中通常含有菌体、蛋白质、色素、残糖和无机盐等杂质。传统的乳酸提取工艺为乳酸钙结晶-酸解工艺：将发酵得到的乳酸钙发酵液经板框过滤去除杂质；用硫酸酸解，生成硫酸钙；板框过滤去除硫酸钙杂质；用活性炭脱色，再过滤去除活性炭；采用离子交换去除无机盐等；蒸发浓缩得到产品。该工艺比较成熟且易于控制，但是工艺路线长，操作繁重，产生大量的乳酸钙等副产品，污染严重，能耗较高，整个分离过程连续程度较低，乳酸回收率也一般在40～50％之间，且获得的产品纯度较低。如何减少污染和能耗，从发酵液中提取高浓度、高纯度的乳酸产品是制约乳酸工业发展的重要因素，也是研究者关注的热点。

发明内容

为了解决乳酸分离提取过程中乳酸损失量大、收率低、纯度低、污染严重、能耗大、工艺繁琐以及不能连续化生产等问题，本发明提出了一种从乳酸发酵液中连续提取高纯度乳酸的方法。

本发明所述的一种从乳酸发酵液中连续提取高纯度乳酸的方法，包括以下步骤：

(1)配制发酵培养基，然后接种乳酸菌，置于发酵罐内厌氧发酵，获得乳酸发酵液；

(2)采用微滤膜初步分离步骤(1)所得乳酸发酵液，微滤截留液回流到发酵罐继续发酵，微滤透过液调节pH后采用纳滤膜进行次级分离，得纳滤截留液和纳滤透过液；

(3)取步骤(2)所得纳滤透过液，置于多组分模拟移动床精制，分别收集乳酸溶液、葡萄糖溶液和乙酸溶液；将收集到的乳酸溶液浓缩提纯得成品乳酸，将收集到的葡萄糖溶液经过浓缩回流到发酵罐再利用，收集得到的乙酸可以生成乙酸钠，作为培养基中的无机盐添加剂。

本发明所述的高纯度乳酸是指纯度为99％以上的乳酸。

优选的，步骤(1)中，所述发酵培养基包括葡萄糖、酵母粉、蛋白胨、硫酸镁和乙酸钠，用去离子水配置而成。其中优选的，各组分含量为葡萄糖130g/L，酵母粉15g/L，蛋白胨0.5g/L，硫酸镁0.5g/L，乙酸钠5g/L。所述发酵培养基以糖类物质为碳源，还包括氮源、无机盐等必须发酵物质。

步骤(1)中，所述的乳酸菌可以为大部分工业生产菌，例如可以为芽孢杆菌。

优选的，步骤(1)中，所述乳酸菌发酵接种量为10～20％。