一种分离提取乳酸的方法、乳酸产品及其制备方法、乳酸钙颗粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及生物发酵单体提取纯化领域，公开了一种分离提取乳酸的方法、乳酸产品及其制备方法、乳酸钙颗粒的制备方法，该方法包括：(1)采用第一萃取体系对第一溶液进行第一萃取处理，得到第一水溶液和第一有机溶液；(2)采用第二萃取体系对第一水溶液进行第二萃取处理，得到第二水溶液和第二有机溶液；第一溶液包括乳酸发酵液和/或乳酸发酵处理液；第二萃取体系包括第二萃取剂，第二萃取剂为含氧化合物。本发明专利技术通过萃取工艺从乳酸发酵液中高效地提取乳酸，萃取法可以连续操作，具有选择性强、成本低、收率高等优点。收率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种分离提取乳酸的方法、乳酸产品及其制备方法、乳酸钙颗粒的制备方法


[0001]本专利技术涉及生物发酵单体提取纯化领域，具体涉及一种分离提取乳酸的方法、乳酸产品及其制备方法、乳酸钙颗粒的制备方法。

技术介绍

[0002]乳酸是生产可生物降解聚乳酸的原料，随着对生物可降解聚合物的需求日益增长，目前工业上多采用生物法生产乳酸，是以淀粉、葡萄糖、生物质等为原料，接种霉菌或乳酸菌类，通过发酵生成含乳酸或乳酸盐的发酵液，再经分离得到乳酸。乳酸发酵液是一种组成非常复杂的体系，除含乳酸外，还有大量的菌体、蛋白质、残糖、色素、无机盐、副产有机酸等代谢产物等等。特别以生物废弃物为原料的乳酸生物制造中，因原料的组成复杂，其中碳的组成有五碳糖、六碳糖及各种多糖等，色素含量和无机盐含量等都大幅高于以单一淀粉为原料的发酵液，使这一领域乳酸的提取与纯化困难重重。在实际的生产中，乳酸的提取成本也占到了总生产成本的50％～60％，提取方法的选择不仅直接影响产品的质量和收率，且是制约乳酸产业化的技术瓶颈和难点所在。
[0003]目前从发酵液中分离提取乳酸的方法主要有钙盐结晶法、酯化水解法、萃取法、分子蒸馏法、膜分离法、吸附法及与发酵耦合的原位分离技术。乳酸萃取工艺中，乳酸先通过萃取剂从发酵液中萃取出来，再通过反萃方式从萃取剂相中回收至另一种溶剂中。朱华雷等(乳酸萃取技术的研究进展,当代化工,2020,v.49；No.297(10):245
‑
251)较全面总结了萃取乳酸的进展，无论采用磷氧类、胺类、醇类等都是针对乳酸分子的萃取。乳酸发酵液通常用钙盐调节pH，所得乳酸以乳酸钙形式存在，再加入硫酸酸解后进行提取。Xiulian Ren等(AASRI Procedia 3(2012)341
‑
350)采用D2EHPA萃取乳酸发酵液中的Ca
2+
，使得水相H
+
升高，即水相得到乳酸(钙离子未完全萃取)。而如何利用萃取方法从乳酸发酵液直接分离乳酸目前尚无系统文献报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了开发一种新的分离提取乳酸的方法。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种乳酸产品，所述乳酸产品的化学纯度为98wt％以上，进一步为98.5wt％以上，和/或，所述乳酸产品中残留萃取剂和稀释剂的总含量为100ppm以下。
[0005]本专利技术第二方面提供一种分离提取乳酸的方法，该方法包括：
[0006](1)采用第一萃取体系对第一溶液进行第一萃取处理，得到第一水溶液和第一有机溶液，所述第一萃取处理使得所述第一溶液中的至少一部分金属离子被萃取到所述第一有机溶液中；
[0007](2)采用第二萃取体系对所述第一水溶液进行第二萃取处理，得到第二水溶液和第二有机溶液，所述第二萃取处理使得所述第一水溶液中的至少一部分乳酸被萃取到所述第二有机溶液中；
[0008]其中，所述第一溶液包括乳酸发酵液和/或乳酸发酵处理液；
[0009]所述第二萃取体系包括第二萃取剂，所述第二萃取剂为含氧化合物。
[0010]优选地，该方法还包括步骤(3)：采用反萃取剂对所述第二有机溶液进行反萃取，得到乳酸水溶液或乳酸盐水溶液。
[0011]本专利技术第三方面提供一种乳酸产品的制备方法，该方法包括：采用本专利技术第二方面所述的方法得到乳酸水溶液或乳酸盐水溶液，然后将乳酸水溶液进行纯化得到乳酸产品；或者将乳酸盐水溶液先进行酸解得到乳酸水溶液，然后再进行纯化得到乳酸产品；
[0012]进一步地，所述纯化的方法包括：将所述乳酸水溶液经过第一步浓缩、活性炭脱色、进一步浓缩脱水、分子蒸馏得到乳酸产品，其中所述第一步浓缩使得乳酸的浓度为15
‑
40wt％；或者
[0013]将所述乳酸水溶液经过浓缩、活性炭脱色、树脂净化、纳滤膜净化、浓缩脱水得到乳酸产品；或者
[0014]将所述乳酸水溶液经过浓缩、脱水、多级分子蒸馏得到乳酸产品，其中所述分子蒸馏的级数为2级及以上。
[0015]本专利技术第四方面提供一种由本专利技术第三方面所述的制备方法得到的乳酸产品，所述乳酸产品的化学纯度为98wt％以上，进一步为98.5wt％以上，更进一步为99wt％以上；和/或
[0016]所述乳酸产品的光学纯度＞99％；和/或
[0017]所述乳酸产品中残留的金属离子的含量为100ppm以下，进一步为50ppm以下，更进一步为10ppm以下；和/或
[0018]所述乳酸产品的色号＜50；和/或
[0019]所述乳酸产品中残留萃取剂和稀释剂的总含量为100ppm以下，进一步为50ppm以下，进一步为10ppm以下，更进一步为5ppm以下。
[0020]本专利技术第五方面提供一种乳酸钙颗粒的制备方法，该方法包括：向采用本专利技术第二方面所述的方法得到的第二有机溶液中加入水，采用钙源中和前述得到的第二有机溶液，经分离得到乳酸钙溶液，然后将乳酸钙溶液依次进行浓缩和喷雾干燥，得到乳酸钙颗粒，可作为食品添加剂原料。
[0021]通过上述技术方案，本专利技术通过萃取工艺从乳酸发酵液和/或乳酸发酵处理液中高效地提取乳酸，减少后续的纯化的难度；同时，萃取法可以连续操作，具有处理量大、选择性强、成本低、收率高、萃取剂可以再生循环等优点。另外，通过反萃工艺将提取出的乳酸解离、回收，从而使整个乳酸体系与金属离子分离，得到较为纯净的乳酸水溶液，再通过纯化工艺得到高纯度、高收率的乳酸产品；或者通过钙源中和第二有机溶液，经分离、浓缩和喷雾干燥，得到乳酸钙颗粒，可作为食品添加剂原料。
具体实施方式
[0022]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0023]如前所述，本专利技术第一方面提供一种乳酸产品，所述乳酸产品的化学纯度为98wt％以上，进一步为98.5wt％以上，和/或，所述乳酸产品中残留萃取剂和稀释剂的总含量为100ppm以下。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述乳酸产品的化学纯度为99wt％以上。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，所述乳酸产品中残留萃取剂和稀释剂的总含量为50ppm以下，进一步为10ppm以下，更进一步为5ppm以下。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，所述乳酸产品中残留的金属离子的含量为100ppm以下，进一步为50ppm以下，更进一步为10ppm以下。其中，所述金属离子包括但不限于钙离子、镁离子和铁离子中的一种或多种，优选为钙离子。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，所述乳酸产品的色号＜50。
[0028]在本专利技术的一些实施例中，所述萃取剂包括酸性磷氧型萃取剂和选自醇类化合物、酮类化合物、醚类化合物和酯类化合物中的一种或几种；其中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乳酸产品，其特征在于，所述乳酸产品的化学纯度为98wt％以上，进一步为98.5wt％以上，和/或，所述乳酸产品中残留萃取剂和稀释剂的总含量为100ppm以下。2.根据权利要求1所述的乳酸产品，其特征在于，所述乳酸产品的化学纯度为99wt％以上；和/或所述乳酸产品中残留萃取剂和稀释剂的总含量为50ppm以下，进一步为10ppm以下，更进一步为5ppm以下。3.根据权利要求1或2所述的乳酸产品，其特征在于，所述乳酸产品中残留的金属离子的含量为100ppm以下，进一步为50ppm以下，更进一步为10ppm以下；和/或所述乳酸产品的色号＜50。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的乳酸产品，其特征在于，所述萃取剂包括酸性磷氧型萃取剂和选自醇类化合物、酮类化合物、醚类化合物和酯类化合物中的一种或几种；其中，所述酸性磷氧型萃取剂的通式为XYP(O)OH，X、Y各自独立的为碳原子数为2
‑
10的直链或支链结构的烷氧基、烷基；和/或所述稀释剂包括醚类化合物，酯类化合物，直链、支链或环状的醇类化合物，烷烃，卤代烷和芳香族化合物中的一种或多种。5.一种分离提取乳酸的方法，其特征在于，该方法包括：(1)采用第一萃取体系对第一溶液进行第一萃取处理，得到第一水溶液和第一有机溶液，所述第一萃取处理使得所述第一溶液中的至少一部分金属离子被萃取到所述第一有机溶液中；(2)采用第二萃取体系对所述第一水溶液进行第二萃取处理，得到第二水溶液和第二有机溶液，所述第二萃取处理使得所述第一水溶液中的至少一部分乳酸被萃取到所述第二有机溶液中；其中，所述第一溶液包括乳酸发酵液和/或乳酸发酵处理液；所述第二萃取体系包括第二萃取剂，所述第二萃取剂为含氧化合物。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一溶液通过以农林废弃物为原料发酵乳酸得到或者通过其他途径得到；进一步地，所述农林废弃物选自秸秆、稻壳、软木、硬木、树枝和家畜粪便中的至少一种。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一溶液含有乳酸、金属离子、色素、蛋白、糖类和水；其中，所述第一溶液中金属离子的浓度在5wt％以下，进一步在4wt％以下，更进一步在3wt％以下；和/或所述第一溶液中乳酸的浓度在50wt％以下，进一步在30wt％以下，更进一步在5wt％以下；和/或所述第一溶液的pH值在10.5以下，进一步为4
‑
9，更进一步为4.5
‑
7；和/或所述金属离子选自钙离子、镁离子和铁离子中的至少一种。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一萃取体系与第一溶液的体积比为(0.1
‑
15):1，进一步为(0.2
‑
10):1，更进一步为(0.25
‑
8):1；和/或所述第一萃取体系包括第一络合萃取剂以及可选的第一稀释剂；其中，所述第一络合
萃取剂与第一溶液中金属离子的摩尔比为(0.1
‑
50):1，进一步为(0.5
‑
50):1，进一步为(1
‑
30):1，更进一步为(2
‑
20):1。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一络合萃取剂为酸性磷氧型萃取剂，所述酸性磷氧型萃取剂的通式为XYP(O)OH；其中，X、Y各自独立的为碳原子数为2
‑
10的直链或支链结构的烷氧基、烷基；优选为碳原子数为5
‑
10的直链或支链结构的烷氧基、烷基；进一步地，所述酸性磷氧型萃取剂选自2
‑
乙基己基磷酸单2
‑
乙基己基酯、甲基磷酸二甲庚酯和二(2
‑
乙基己基)磷酸中的至少一种；和/或所述第一稀释剂选自醚类化合物，酯类化合物，直链、支链或环状的醇类化合物，烷烃，卤代烷和芳香族化合物中的至少一种；进一步选自碳原子数为4
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10的醚类化合物，碳原子数为2
‑
10的酯类化合物，至少含四个碳原子的直链、支链或环状的醇类化合物，含五个碳原子的直链或环状的烷烃化合物及其混合物，碳原子数为1
‑
3的卤代烷和芳香族化合物中的至少一种；更进一步地，所述碳原子数为4
‑
10的醚类化合物选自异丙醚、乙醚和正丁醚中的至少一种；所述碳原子数为2
‑
10的酯类化合物为乙酸乙酯和/或乙酸丁酯；所述至少含四个碳原子的直链、支链或环状的醇类化合物选自正辛醇、异辛醇、庚醇、环己醇、异丁醇和癸醇中的至少一种；所述含五个碳原子的直链或环状的烷烃化合物及其混合物选自煤油、正戊烷、正己烷、环己烷、正十二烷烃、正十三烷烃中的一种、两种或多种；所述碳原子数为1
‑
3的卤代烷为氯代烷烃和/或溴代烷烃，优选为四氯化碳、三氯甲烷、二氯甲烷和1,2
‑
二氯乙烷中的至少一种；所述芳香族化合物选自苯、甲苯、乙苯、氯苯和二甲苯中的至少一种。10.根据权利要求5
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9中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一水溶液的pH值与第一溶液的pH值的差值
△
pH的绝对值＞0.5，进一步为＞1，更进一步为＞2；和/或所述第一溶液的pH值大于第一水溶液的pH值；和/或所述第一萃取处理使得金属离子的萃取率为30％以上，进一步为50％以上，进一步为85％以上，更进一步为90％以上；和/或所述第一萃取处理的温度为10
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9...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晨，杜建华，孙晓灵，郜洪兵，谢勇，刘修才，
申请(专利权)人：CIBT美国公司，
类型：发明
国别省市：