制备乳酸的连续方法技术

本发明专利技术涉及一种制备乳酸的连续方法，其中该方法包括下述步骤：（ａ）将通过发酵得到的、主要含有乳酸盐的含水原料用含有无机酸的物流酸化至ｐＨ１－４，形成主要含有乳酸和盐的含水物流；（ｂ）从主要含有乳酸和盐的含水物流除去盐形成主要含有乳酸的第一含水物流；（ｃ）将主要含有乳酸的第一含水物流通过含有活性炭的柱形成主要含有乳酸的第二含水物流；（ｄ）将主要含有乳酸的第二含水物流进行第一萃取步骤，其中将主要含有乳酸的第二含水物流与含有萃取剂的基本上不溶于水的物流接触，形成主要含有乳酸和萃取剂的有机相和主要含有杂质的第一水相；（ｅ）将主要含有乳酸和萃取剂的有机相进行第二萃取步骤，其中将主要含有乳酸和萃取剂的有机相与含水物流接触，形成主要含有乳酸的水相和主要含有萃取剂的有机相，其中主要含有萃取剂的有机相再循环到步骤（ｄ）；和（ｆ）通过蒸发水将主要含有乳酸的水相浓缩形成乳酸在水中的浓缩溶液。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用含水原料连续制备乳酸的方法，该含水原料通过发酵获得，主要含有乳酸盐。术语“主要含有乳酸盐的原料”是指这样的原料，其基于原料的总量含有每升约250g或更少的乳酸盐离子，至少90重量％的乳酸盐离子作为游离的乳酸盐离子存在，乳酸盐离子的余量作为未解离的酸存在。现有技术已知许多方法。1999年4月22日公开的WO99/19290描述了从溶解了乳酸和乳酸盐的含水组合物中提纯乳酸的各种方法，该含水组合物用适合的原料在4.8或更小的pH发酵获得(权利要求1)。因此，含水组合物的pH适合地是强酸性，从而组合物含有大量的乳酸和大量的乳酸盐。根据WO99/19290的第4页第21-28行，这实际上是有益的，因为分离乳酸后，乳酸盐可再循环至发酵步骤，在此其作为缓冲剂控制发酵期间的pH。另一方面，WO99/19290第14页第21-30行指出，该方法的实现可使用pH为至少0.86至小于6.0的组合物，这意味着，在25℃，在这些组合物中乳酸和其盐的摩尔比在1000∶1-0.007∶1之间。优选这些组合物的pH为1.98-5.00(乳酸和其盐的摩尔比在75∶1-0.070∶1之间)，特别是pH为3.0-4.5(乳酸和其盐的摩尔比在7.0∶1-0.23∶1之间)。用根据WO99/19290的方法得到的乳酸特别用于制备聚乳酸。WO99/19290的第40页第23行至第41页第11行描述了一个优选的实施方案，其中适合的将培养基发酵形成含有乳酸和乳酸盐的组合物。在后继的步骤中，用例如过滤、絮凝、离心或这些技术的结合将固体分离，形成乳酸和乳酸盐的含水混合物。将乳酸和乳酸盐的含水混合物直接通过萃取装置，尽管可以在通过萃取装置前使含水混合物进行一步操作。该操作是例如加入诸如硫酸的酸调节pH，从而将乳酸盐转化为乳酸(WO99/19290的第5页第8-14行)。但是，该操作有缺点，导致含有例如硫酸钙废品的形成(硫酸钙通过发酵期间形成的乳酸盐与硫酸的反应形成；在发酵期间，例如在开工时，加入碳酸钙用于保持培养基在足够高的pH值)。另外，WO99/19290第13页第33-36页明确指出在该参考文献中所述的方法特别适用于从相对酸性的培养基提纯乳酸，这些方法不需要用酸处理，优选甚至不进行这种操作。根据上述WO99/19290优选的实施方案，用萃取的方法将乳酸和乳酸盐的含水混合物分离成主要含有乳酸的有机相和主要含有乳酸盐的水相。这种萃取可在15-60℃的温度和1大气压下进行，根据WO99/19290第28页第29-32行，所用的有机萃取剂含有叔胺、含氧溶剂和烃，优选60-80重量％叔烷基胺，诸如Henkel Corp.出售的Alamine 336(有至少18个碳原子的三烷基胺的混合物，三烷基胺含有癸基和辛基)，5-20重量％的甲基异丁基酮，以及10-30重量％烃，诸如Isopar KTM。然后主要含有乳酸的有机相进行反萃取，将乳酸再次转移到极性溶剂相，例如水。该反萃取在例如30℃至160℃或更高的温度进行，通常在90-160℃的温度进行(WO99/19290第30页第26-28行)。根据WO99/19290第26页第22-23行，该反萃取还可在至少100℃的温度、例如150℃或更高的温度和至少30psi(g)(约2.1巴)的压力进行。从反萃取可得到含有乳酸的极性溶剂相，然后用蒸馏的方法浓缩，乳酸或极性溶剂作为蒸汽分离，这取决于相对挥发性。WO99/19290第20页第15-21行描述了该蒸馏优选在小于300mmHg(约0.4巴)的压力进行以尽可能地防止乳酸的二聚和低聚。在萃取中形成的主要含有乳酸盐的水相循环到(任选提纯后)发酵步骤。为了使该方法可行和有效，根据该方法提纯的乳酸和乳酸盐含水混合物必须含有大量的乳酸和大量的乳酸盐。因此需要乳酸和乳酸盐的含水混合物适合地是强酸性，例如4.8或更小。乳酸的pKa在25℃约为3.86，在50℃约为3.89；还可参见WO99/19290的附附图说明图11。用于提纯乳酸的上述方法的优选实施方案有许多缺点。为了大规模提纯或连续提纯，萃取可在二氧化碳压力下进行，如美国专利5510526的权利要求30中所述，其中二氧化碳的分压至少为50psi(g)(约3.5巴)，相应地需要较昂贵的、能够耐相对高压的设备。另外，二氧化碳增压的萃取的动力学证明是缓慢的。发现为了有效萃取，有机相和水相之间的接触不得不保持约100小时以实现在搅拌的体系中的平衡。上述优选实施方案的另一个缺点是将主要含有乳酸盐的水相循环到发酵步骤导致乳酸盐和杂质在发酵步骤中的积累。在WO99/19290中没有描述物质平衡，但是需要将在发酵期间形成的乳酸和乳酸盐的含水组合物的一部分从发酵中除去(经所谓的沉降或“清除”)，但是，这在WO99/19290中没有描述。相反，在WO99/19290中在第5页最后一段描述了这类和循环步骤一起使用的沉降或“清除”。而且，WO98/15517和WO99/19290来自相同的申请人并列出了相同的专利技术人。沉降或“清除”的进行自然降低了提纯的产率。因此，根据优选的实施方案，生产率很低，优选的实施方案每单位重量每单位时间的产率相对较低。WO99/19290中缺少实验数据，这使得本领域技术人员重现其中所述的方法非常困难。在二氧化碳加压下的萃取还生成了碳酸钙。在实施中还发现，这些碳酸钙较为不纯，并且缺乏矿物质营养物，因此不能循环到发酵步骤。因此，根据上述优选的实施方案的该萃取步骤产生了废物，这个问题正好是WO99/19290试图解决的。在第5页第3-18行描述了第一步提纯，即，常规的乳酸和乳酸盐含水组合物的提纯，包括加入硫酸，在该过程中形成硫酸钙(如果在发酵期间已经使用碳酸钙作为pH调节剂)。认为所述的硫酸钙是废物。但是，发现与除去硫酸钙和购买硫酸相关的费用明显低于与在萃取步骤期间使用二氧化碳相关的费用。该方法的另一个缺点是形成了三相、有时甚至是四相体系(有机相、水相、碳酸钙形式的固体相和二氧化碳形式的气相)，因此需要复杂的、因而也是昂贵的设备。另外，发现在用二氧化碳加压下萃取的情况下，主要含有乳酸盐的水相含有相对大量的乳酸，从而将乳酸从发酵得到的含水组合物有效提纯需要一个循环所述水相的步骤。因此，WO99/19290的这个优选实施方案(即，(1)发酵，(2)萃取，(3)反萃取和(4)浓缩)的产率相对较低并且提供的乳酸纯度也不足。另外，所述的优选实施方案不是实现起来困难，就是在WO99/19290中没有充分清楚地描述，特别是从缺乏实验数据的角度而言。该方法的另一个缺点是该方法包括一个结晶过程(必须沉淀碳酸钙以使平衡有效地向乳酸方向移动)，这使得该方法出现故障的倾向很高。另外，固体碳酸钙的出现容易导致乳状液的形成。1998年4月27日公开的WO98/37050描述了一种生产乳酸及其制品的方法，用含有碱土金属乳酸盐的介质，其中由前面进行的步骤得到的碱金属的结合碱与介质反应形成水溶性碱金属乳酸盐和碱土金属的碱性化合物，分离水溶性碱金属乳酸盐和碱土金属的碱性化合物，分列水溶性碱金属乳酸盐形成碱金属的结合碱和乳酸产品。乳酸产品可以是乳酸本身、乳酸衍生物或乳酸和其衍生物的结合。1998年4月16日公开的WO98/15519描本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备乳酸的连续方法，其中该方法包括下述步骤： （ａ）将通过发酵得到的、主要含有乳酸盐的含水原料［１］用含有无机酸的物流［２］酸化至ｐＨ１－４，形成主要含有乳酸和盐的含水物流［３］； （ｂ）通过过滤从主要含有乳酸和盐的含水物流［３］中除去盐，形成主要含有乳酸的第一含水物流［４］； （ｃ）将主要含有乳酸的第一含水物流［４］通过含有活性碳的柱形成主要含有乳酸的第二含水物流［５］； （ｄ）将主要含有乳酸的第二含水物流［５］进行第一萃取步骤，其中将主要含有乳酸的第二含水物流［５］与含有萃取剂的基本上不溶于水的物流［６］接触，形成主要含有乳酸和萃取剂的有机相［７］和主要含有杂质的第一水相［８］； （ｅ）将主要含有乳酸和萃取剂的有机相［７］进行第二萃取步骤，其中将主要含有乳酸和萃取剂的有机相［７］与含水物流［９］接触，形成主要含有乳酸的水相［１０］和主要含有萃取剂的有机相［１１］，其中将主要含有萃取剂的有机相［１１］再循环到步骤（ｄ）；和 （ｆ）通过蒸发水将主要含有乳酸的水相［１０］浓缩形成乳酸在水中的浓缩溶液［１２］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：芭芭拉亚拉费尔德胡伊斯斯特里博斯，扬范布勒涅，威廉雅各布赫罗特，布伦达玛丽亚迪尔多普，保罗麦克威廉斯，杰夫马尔萨姆，罗德费希尔，斯科特麦克尔米里，
申请(专利权)人：普拉克生化公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]