一种乳酸的纯化方法技术

本发明专利技术提供一种乳酸的纯化方法，步骤包括：1)将粗乳酸料液通过离子交换去除离子杂质，再进行浓缩，得到乳酸料液；2)将步骤1)的乳酸料液、固相树脂、蛋白酶溶液混合，进行酶催化反应使乳酸固定在树脂上，反应结束后经过滤，洗涤，得到乳酸

【技术实现步骤摘要】
一种乳酸的纯化方法


[0001]本专利技术属于生物
，涉及一种乳酸的纯化方法，具体设计一种采用固相树脂对乳酸进行提纯的方法。

技术介绍

[0002]目前，由于不可降解塑料的大量使用和浪费所造成的“白色污染”已经成为制约全球可持续发展的严重问题，因此生物可降解塑料的需求大幅增长，其中最重要、市场最广阔的一种为聚乳酸(PLA)。聚乳酸能够在特定条件下降解为小分子，产生二氧化碳和水，能够缓解白色污染造成的环境压力，改善生态环境。并且聚乳酸安全无毒，抗菌透气，具有良好的力学性能和加工性能可用于食品包装袋、餐盒、纺织品、工程塑料等。
[0003]聚乳酸的制备需要用到高纯度的乳酸做单体，而乳酸的主要制备方法有化学法、发酵法、酶催化法等。其中化学法需要用到毒性较大的氢氰酸，造成严重的污染问题，并且产生的均为外消旋乳酸，无法用于聚乳酸的制备，因此多数乳酸厂家采取的主流制备方法为发酵法，利用微生物的代谢作用将葡萄糖或淀粉原料转化为乳酸，与化学法相比具有原料成本低，环保、低污染等优势。但是，微生物的发酵需要加入酵母粉、无机盐等营养物质，且过程中的代谢产物比较复杂，除了乳酸之外还有大量蛋白、色素、杂酸、杂醇等，影响乳酸的化学纯度，进而影响聚乳酸的品质和应用性能。在目前已经工业化的乳酸产业中，需要采用板框过滤除去菌体，离子交换脱盐，纳滤去除小分子杂质，最终分子蒸馏得到高纯度乳酸，每一步仅针对一种杂质进行去除，缺乏针对性的除杂措施。并且该过程会产生大量废水、废渣等，造成了极大的资源浪费和污染。
[0004]上述乳酸分离纯化思路是将杂质分步骤从发酵液中去除，但是尚有未能定性的杂质，仍残留于乳酸产品中，影响产品的纯度以及下游的使用。因此需要开发一种高效便捷的乳酸纯化方式。目前已经有学者研究了酯化精馏法、萃取法、双极膜电渗析法、模拟移动床等工艺对于乳酸进行提纯。例如专利CN111620771A将低浓度乳酸粗产品与异戊醇作为反应物，在酯化反应精馏塔进行反应精馏得到乳酸异戊酯，同时脱除反应生成的水。塔釜的乳酸异戊酯送至精馏塔进行精制，得到高纯度乳酸异戊酯。后将乳酸酯水解，在塔底得到高纯度乳酸。专利CN105073703 A利用模拟移动床色谱分离乳酸铵发酵液，其中不需经过酸化步骤，得到高纯度的乳酸溶液。上述精馏步骤的能耗较大，乳酸产品的综合成本高，少有厂家采用，而色谱分离技术尚处于研究阶段，没有工业化应用的实践。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术主要解决的是现有的乳酸发酵液中杂质含量多、分离困难，并且现有的乳酸纯化工艺能耗大、步骤长、收率低等问题。本专利技术主要采用固相树脂纯化的方式对乳酸进行提纯，该方法通过固相树脂上的活性基团与乳酸进行键合连接，从而将乳酸连接在树脂上，用有机溶剂和水洗脱掉可溶性杂质后，用切割液将乳酸从树脂上切割下来，切割液经过刮板蒸发脱除溶剂后获得高纯乳酸。
[0006]本专利技术提供一种乳酸的纯化方法，步骤包括：
[0007]1)将粗乳酸料液通过离子交换去除离子杂质，再进行浓缩，得到乳酸料液；
[0008]2)将步骤1)的乳酸料液、固相树脂、蛋白酶溶液混合，进行酶催化反应使乳酸固定在树脂上，反应结束后经过滤，洗涤，得到乳酸
‑
树脂复合物；
[0009]3)将步骤2)的乳酸
‑
树脂复合物加入到切割剂中进行切割反应，再经过滤收集滤液，蒸发去除滤液中的切割液，得到所述纯化后的乳酸。
[0010]本专利技术纯化方法，步骤1)中，所述的粗乳酸料液，其中含有的乳酸的质量浓度为12
‑
20％，优选13
‑
17％；
[0011]所述的粗乳酸料液为乳酸发酵液经后处理得到的，其中所述的乳酸发酵液具体是指采用发酵法制备乳酸，乳酸发酵过程结束之后，收集得到乳酸发酵液，以其总质量为100％计，组成包括乳酸12
‑
20％，优选13
‑
17％，其他成分还主要包括菌体2
‑
5％、盐离子0.5
‑
2％；
[0012]优选地，所述的乳酸发酵液后处理方法为：将所述乳酸发酵液过滤去除菌体，然后加入浓硫酸酸化，再次过滤除去酸化产生的固体硫酸钙，得到粗乳酸料液；
[0013]优选地，所述的过滤可以采用板框式、真空带式、离心式等过滤方式，优选采用板框过滤方式；
[0014]优选地，所述的浓硫酸酸化，所述浓硫酸浓度为87
‑
98％，优选98％；酸化终点的确定为本领域常规操作，优选地，可以采用“双穴法”，配制5％的氯化钡和5％的草酸铵溶液，滴加酸化液，混匀后观察溶液状态，当两穴皆清时，证明达到酸化终点。
[0015]本专利技术纯化方法，步骤1)中，所述的离子交换树脂包括阳离子树脂和阴离子树脂；
[0016]优选地，所述的阳离子树脂为苯磺酸基强酸性离子交换树脂，可选择型号为001*7、001*8、732、160等；所述的阴离子树脂为丙烯酸基弱碱性离子交换树脂，可选型号为D315、D318等；
[0017]本专利技术纯化方法，步骤1)中，滤液中采用离子交换树脂去除的离子杂质包括Fe
3+
、Ca
2+
、Cl
‑
、SO
42
‑
，离子交换结束后，滤液中离子的浓度可降低至：Fe
3+
0.1
‑
5ppm，优选1
‑
3ppm，Ca
2+2‑
10ppm，优选3
‑
8ppm，Cl
‑
10
‑
30ppm，优选15
‑
25ppm，SO
42
‑2‑
10ppm，优选3
‑
8ppm。
[0018]本专利技术纯化方法，步骤1)中，所述的旋蒸浓缩，温度为60
‑
100℃，优选70
‑
90℃，压力为50
‑
80kPa，优选60
‑
70KPa，浓缩后得到的乳酸料液中，乳酸质量含量为80
‑
95％，优选81
‑
83％。
[0019]本专利技术纯化方法，步骤2)中，所述的固相树脂为氨基树脂，优选为氨基MBHA树脂；
[0020]优选地，所述的固相树脂使用前包括预处理过程，所述的预处理方法为：将固相树脂浸没到溶胀液中，待树脂充分溶胀后除去溶胀液，然后加入脱保护溶液脱除树脂上的保护基团，再进行洗涤、干燥即可。
[0021]在所述固相树脂的预处理过程中，所述的溶胀液选自二氯甲烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲基叔丁基醚、异丙醇、异戊醇中的任意一种或至少两种的组合，优选为N,N
‑
二甲基甲酰胺、异丙醇、甲基叔丁基醚中的任意一种或至少两种的组合；
[0022]优选地，所述的溶胀液添加量为固相树脂质量的2
‑
6倍，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乳酸的纯化方法，其特征在于，步骤包括：1)将粗乳酸料液通过离子交换去除离子杂质，再进行浓缩，得到乳酸料液；2)将步骤1)的乳酸料液、固相树脂、蛋白酶溶液混合，进行酶催化反应使乳酸固定在树脂上，反应结束后经过滤，洗涤，得到乳酸
‑
树脂复合物；3)将步骤2)的乳酸
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树脂复合物加入到切割剂中进行切割反应，再经过滤收集滤液，蒸发去除滤液中的切割液，得到所述纯化后的乳酸。2.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，步骤1)中，所述的粗乳酸料液，其中含有的乳酸的质量浓度为12
‑
20％，优选13
‑
17％；所述的粗乳酸料液为乳酸发酵液经后处理得到的，其中所述的乳酸发酵液为采用发酵法制备乳酸，乳酸发酵过程结束之后，收集得到乳酸发酵液；优选地，所述的乳酸发酵液后处理方法为：将所述乳酸发酵液过滤去除菌体，然后加入浓硫酸酸化，再次过滤除去酸化产生的固体硫酸钙，得到粗乳酸料液；优选地，所述的过滤可以采用板框式、真空带式、离心式过滤方式，优选采用板框过滤方式；优选地，所述的浓硫酸酸化，所述浓硫酸浓度为87
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98％，优选98％。3.根据权利要求1或2所述的纯化方法，其特征在于，步骤1)中，所述的离子交换树脂包括阳离子树脂和阴离子树脂；优选地，所述的阳离子树脂为苯磺酸基强酸性离子交换树脂；所述的阴离子树脂为丙烯酸基弱碱性离子交换树脂；4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的纯化方法，其特征在于，步骤1)中，所述的旋蒸浓缩，温度为60
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100℃，优选70
‑
90℃，压力为50
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80kPa，优选60
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70KPa；浓缩后得到的乳酸料液中，乳酸质量含量为80
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95％，优选81
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83％。5.根据权利要求1
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4任一项所述的纯化方法，其特征在于，步骤2)中，所述的固相树脂为氨基树脂，优选为氨基MBHA树脂；优选地，所述的固相树脂使用前包括预处理过程，所述的预处理方法为：将固相树脂浸没到溶胀液中，待树脂充分溶胀后除去溶胀液，然后加入脱保护溶液脱除树脂上的保护基团，再进行洗涤、干燥即可；所述的乳酸料液与固相树脂的质量比为3
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10:1，优选5
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9：1。6.根据权利要求5所述的纯化方法，其特征在于，在所述固相树脂的预处理过程中，所述的溶胀液选自二氯甲烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲基叔丁基醚、异丙醇、异戊醇中的任意一种或至少两种的组合，优选为N,N
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二甲基甲酰胺、异丙醇、甲基叔丁基醚中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述的溶胀液添加量为固相树脂质量的2
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6倍，其用量至少为使树脂浸没到溶胀液中；所述的溶胀过程，温度为10
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40℃，优选15
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35℃，机械搅拌转速为50
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500rpm，优选100
‑
300rpm，搅拌时间为10
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120min，优选20
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100min；所述的脱保护溶液，包括脱保护剂和稀释剂，所述的脱保护剂与稀释溶剂的质量比为1:2
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5，优选1：3
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5；优选地，所述的脱保护剂选自哌啶；
优选地，所述的稀释剂选自四氢呋喃和/或N,N
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二甲基甲酰胺；优选地，所述的脱保护溶液用量为固相树脂质量的2
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8倍，优选3
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7倍；所述的脱除树脂上的保护基团的过程中，脱保护温度为10
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30℃，优选15
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25℃，机械搅拌转速为50
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500rpm，优选100
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300，搅拌时间为0.5
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3h，优选1
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2.5h；所述的洗涤过程采用的洗涤液选自二氯甲烷、N,N
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二甲基甲酰胺、甲基叔丁基醚、异丙醇、异戊醇中的任意一种或至少两种的组合，优选为N,N

【专利技术属性】
技术研发人员：单雨瑶，王竞辉，杨付伟，马光，王琛，刘英俊，贾子樊，孙烨，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：