[发明专利]一种从乳酸盐的含水原料中转化乳酸和提取乳酸相耦合的方法

说明书

一种从乳酸盐的含水原料中转化乳酸和提取乳酸相耦合的方法，将乳酸盐的含水原料与有机溶剂进行混合，向混合溶液中持续通入二氧化碳，保持压力≥7MPa，温度≥30℃条件下反应，结束后，分离有机相和水相，其中有机相中含有乳酸；所述有机溶剂为能溶解乳酸但不与水完全互溶的有机溶剂，选自酯类、醚类和C原子数≥5的酮类中的至少一种。本发明可以同时对含水原料进行乳酸的转化和提取，相比于传统的硫酸酸化法，使用二氧化碳代替硫酸作为酸化剂，不产生硫酸钙固废，是一种绿色无污染的分离方法。

技术领域

本发明涉及乳酸的生产和转化，主要是从乳酸盐的含水原料中转化乳酸并进行提取相耦合的方法。

背景技术

乳酸广泛应用于食品、医药、化工、新材料等领域，如在食品工业中作为风味剂、保鲜剂、防腐剂等，在医药工业中作为助溶剂、前体药物制剂、载体剂等。以乳酸为单体合成的聚乳酸（PLA)是国家重点支持的生物基降解新材料，可替代石化基塑料制品，消除环境“白色污染” 。目前工业上多采用生物发酵法生产乳酸。而乳酸发酵液是一种成分非常复杂的体系，除含乳酸或乳酸盐外，还有大量的菌体、蛋白质、残糖、色素、无机盐、副产有机酸及未转化的淀粉等，这些杂质的存在为乳酸后续的分离精制带来了很大的困难，需通过较长的流程来获得产品。

在发酵生产乳酸的过程中，随产出乳酸的增加，发酵液中pH会降低至影响微生物发酵活性的水平。普遍使用的方法是加入可与乳酸中和的碱、盐或金属氧化物，包括但不限于碳酸钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化铵等。因此由此法得到的发酵液中乳酸大部分为游离的乳酸根阴离子，后续工艺中需通过酸化使游离的乳酸根离子转化为乳酸。

以常用的钙盐酸化法为例，发酵过程中加入碳酸钙中和生成的乳酸，形成乳酸钙，使用的酸化剂为硫酸，酸化后分离除去硫酸钙固体，得到粗乳酸溶液。该工艺是目前乳酸生产的主要方法，具有工艺成熟，易于控制等优点，但酸化使用的浓硫酸与生成的硫酸钙均会造成污染。

CN103153935A公开了一种将糖与氢氧化钡反应制备乳酸钡，并与氨或胺以及与二氧化碳接触，或者与氨或胺的碳酸盐和/或碳酸氢盐接触，从而制备乳酸-胺络合物以及碳酸钡的方法。该方法以糖分为原料，以化学反应方法生成乳酸，并提供了乳酸的提取方案。该方法中用化学方法生成乳酸，并提供提取乳酸的方法。但此法生产的乳酸为外消旋体，方法中使用重金属，而且产物为乳酸-胺络合物，仍需进一步分离。

万俊芬等（万俊芬,周已然,袁康等.超临界条件下乳酸钙转换为乳酸的研究[C].//第十届全国超临界流体技术学术及应用研讨会暨第三届海峡两岸超临界流体技术研讨会论文集.2015:386-392.）提出可使用超临界状态下的二氧化碳代替硫酸作为酸化剂，并生成碳酸钙固体。其中二氧化碳可以来源于发酵过程，而生成的碳酸钙也可以作为中和剂回用于发酵过程。同时此方法不使用容易造成污染的硫酸，也不会生成如硫酸钙这样的大量废弃物，是一种绿色无污染的分离方法。但研究也发现，实现高转化率的工艺条件为：温度31-32℃，压力13-14MPa，乳酸钙占发酵液的质量分数2.3%，可在1.5h达到反应平衡，转化率可达80%以上。其中存在问题一：操作压力过高；问题二：在发酵液中乳酸钙含量远低于工业操作规模下发酵过程产生的发酵液中乳酸根的含量（乳酸根占发酵液质量分数10%）。而当乳酸钙质量分数为10%时，转化率不足25%。

发明内容

为了解决现有技术含水乳酸盐溶液尤其是乳酸发酵后的发酵液后处理过程中乳酸的转化和提取存在的转化率低、产生固废等污染及转化条件苛刻等问题，本发明提供从乳酸盐的含水原料中转化乳酸和提取乳酸相耦合的方法，在相对温和的条件下，同时实现乳酸的转化和提取，并具有较高的转化率。

本发明通过以下技术方案实现上述技术目的：

一种从乳酸盐的含水原料中转化乳酸和提取乳酸相耦合的方法，将乳酸盐的含水原料与有机溶剂进行混合，再向混合溶液中持续通入二氧化碳，保持压力≥7MPa，温度≥30℃条件下反应，结束后，分离有机相和水相，其中有机相中含有乳酸；