精制乳酸的制造方法技术

本发明专利技术的课题是精制乳酸的制造方法，目的在于提供将乳酸发酵液以低温浓缩的工艺。所述制造方法具有向含糖溶液中添加含钙的pH调节剂和微生物并使乳酸作为乳酸钙而生成的发酵工序；以及向含有乳酸钙的溶液中添加硫酸并将钙离子作为硫酸钙分离的精制工序；所述制造方法的特征在于，在添加硫酸的工序的前段，具有通过使含有乳酸钙的溶液透过反渗透膜来除去水分的反渗透膜浓缩工序（140）、将得到的乳酸钙的浓缩液冷却并使乳酸钙晶析而除去的晶析工序（150）、以及通过将除去乳酸钙后的溶液加热并透过反渗透膜来除去水分的反渗透膜浓缩工序（140）；将晶析工序（150）和其后续的反渗透膜浓缩工序（140）重复1次以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
乳酸作为产业用聚合物的聚乳酸和各种乳酸生成物的制造原料使用。由于这些聚合物具有生物分解性，因此是极为有 益的。乳酸可通过糖类的发酵来制造。此时，作为原料用的糖类，不仅使用含有精制葡萄糖等的发酵培养基，而且大多使用含有半乳糖、果糖、木糖等各种戊糖的混合糖系列。混合糖系列可以通过例如纤维素的水解来获得。然而，与以往的葡萄糖系列相比，这些混合糖系列含有更多的木质素等杂质。为了将发酵乳酸用作聚合物原料，需要除去杂质、浓缩的精制工序。在(专利文献I)记载的工序中，将以乳酸钙形式含有乳酸的乳酸发酵液加热，在约60°C 150°C的温度下利用蒸发器使水分蒸发而浓缩，添加硫酸，将钙离子以硫酸钙的形式分离之后，通过溶剂提取获得精制乳酸。然而，按照该方式，由于在乳酸发酵液的浓缩工序中，将发酵液加热至高温，因此存在着如下等问题(I)加热所需的热量大，成本高；(2)由于杂质的热劣化而导致溶液的着色；(3)乳酸容易发生光学异构化，从而使光学纯度降低。而且还存在着这样一个问题，即，由于发酵液的温度过高，目前尚无适合该温度的反渗透膜，因此不能采用使用反渗透膜的浓缩法。现有技术文献专利文献专利文献I特表2003- 511360号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术的课题是在中，提供以低温来浓缩乳酸发酵液的工艺。用于解决课题的手段本专利技术人等为了解决上述课题而进行了精心的研究，结果发现，当将以乳酸钙的形式含有乳酸的乳酸发酵液浓缩时，首先用反渗透膜将保持在适宜温度的发酵液浓缩，将得到的浓缩液冷却，由此使乳酸钙作为固体而晶析，将残留溶液再次加热，重复用反渗透膜再次浓缩的工艺，由此能够从发酵液中除去任意量的水分，将发酵液的加热控制在最小限度，从而能够实现减少杂质的热劣化和乳酸的光学异构化的乳酸精制工序，至此完成了本专利技术。另外，本专利技术还涉及乳酸精制工艺，该工艺通过将反渗透膜所致浓缩工艺中产生的废液(透过液)用其他的反渗透膜处理来回收废液中所含的乳酸钙，从而抑制乳酸的收率降低。专利技术的效果根据本专利技术，既能够降低在制造精制乳酸时消耗的能量和成本，同时又能够降低乳酸的热劣化和光学异构化。上述以外的课题、构成和效果，通过以下对实施方案的说明即可理解。附图说明图I为示出乳酸钙溶解度的曲线图。图2为示出本专利技术中糖化工序的图。 图3为示出本专利技术中发酵工序及其后续浓缩工序的图。图4为示出反渗透膜浓缩工序的一个实施方案的图。图5为示出本专利技术中精制工序的图。符号说明10原料破碎工序20糖化工序30固液分离工序、110乳酸发酵工序120固液分离工序130浓缩工序140反渗透膜浓缩工序141a 141c反渗透膜150晶析工序210利用硫酸的酸性化工序220固液分离工序230阳离子交换工序240固液分离工序250阴离子交换工序260加热浓缩工序270蒸馏精制工序280精加工工序具体实施方式本专利技术提供。大致分类，可分为糖化工序、发酵工序和精制工序的3个工序。糖化工序是将含有碳源、氮源、以及其他营养成分的糖化原料转变成适于乳酸发酵的糖的工序。作为糖化原料，可举出玉米淀粉、马铃薯淀粉等淀粉类；含有直链淀粉的生活垃圾等。如图2所示，在原料破碎工序10中用破碎机等将这些糖化原料破碎、进行细化。在糖化工序20中，向被细化的糖化原料中投入作为消化酶之一的淀粉酶，并保持在约40°C 约60°C。由此，糖化原料被水解，转变成葡萄糖、麦芽糖、低聚糖等多糖类。淀粉酶在工业上可以作为米曲霉(Aspergillus oryzae)或枯草芽孢杆菌等微生物的产物而得到。得到的含有多糖类的溶液中含有多糖类以外的杂质。对于该溶液，在固液分离工序30中，利用离心分离等进行固液分离以除去未被糖化的淀粉、直链淀粉等固态成分。另夕卜，利用滗析器除去油膜之后，通过进行液相色谱处理，生成主要含有多糖类的溶液。还可以使用蔗糖、甜菜糖、废糖蜜等糖蜜类作为原料来代替生成含有多糖类的溶液。作为优选的乳酸发酵原料的例子，除了糖化工序中得到的含有多糖类的发酵培养基以外，还可举出在聚乳酸的制造过程中得到的含有乳酸材料的再循环体系、或者为了配制含有乳酸材料的溶液而进行水解的再循环聚乳酸(例如，由消费者回收的废弃物(post-consumer waste)或者在制造过程中产生的废弃物)。 下面，对发酵工序进行说明。如图3所示，在乳酸发酵工序110中，将糖类作为原料，通过发酵，在溶液中生成乳酸或乳酸盐。此时，糖类的浓度通常为10 20重量％。在本说明书中，“发酵”是指利用微生物培养所致的代谢。发酵中使用细菌类、酵母等微生物。发酵乳酸液中含有游离酸或游离盐的任一种形态的2 —羟基丙酸、以及游离酸或游离盐形态的乳酸低聚物。所谓“乳酸”和“游离乳酸”术语与本说明书中的含义相同，例如是指作为酸形态的2 —羟基丙酸和乳酸低聚物。乳酸的盐形态是指乳酸盐，具体是指乳酸的钠盐或者钙盐等、以及乳酸低聚物的盐形态。发酵是可以使用细菌类、菌类或者酵母等能够通过代谢生成乳酸的微生物来进行。这类微生物是公知的，通常使用乳杆菌属(Lactobacillus属)的细菌。关于菌类，使用根霉属的菌类。作为优选的酵母，使用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)等酵母菌属的酵母。发酵通常在适于所用的特定微生物的温度进行，关于细菌发酵，一般在约30°C 约60°C的温度范围内进行；关于酵母发酵，一般在约20°C 约45°C的温度范围内进行。关于菌类发酵，其温度范围较宽，但多数在约25°C 约50°C的范围内。在乳酸发酵工序110中，伴随乳酸的生成而使pH降低，因此有时发生微生物的功能降低。为了防止这一点，一般添加作为PH调节剂的碱金属或者碱土类金属(钙)的氢氧化物、碳酸钙、石灰乳、氨水、或者氨气等，以保持中性。伴随PH调节剂的添加，pH调节剂的阳离子与离解的乳酸结合，生成乳酸盐。特别是在本专利技术中，向乳酸发酵溶液中添加含有钙的PH调节剂，具体是碳酸钙等钙盐、氢氧化钙等。用微生物使发酵原料发酵，通过添加含钙的pH调节剂，获得含乳酸钙的乳酸发酵液。通常情况下，由于上述乳酸发酵液中含有被称为杂质的乳酸钙以外的化合物，在固液分离工序120中，采用离心分离等方法进行固液分离，以除去固体成分。作为杂质的一例，可举出细胞碎片、残留碳水化物、营养成分等。除去这些杂质后的精制乳酸中含有的、可允许的杂质浓度，根据精制乳酸的商业用途和乳酸浓度而不同。发酵液中的乳酸钙浓度取决于制造方法，在分批方式的情况下，糖类以几乎100%的收率转变为乳酸钙；在连续方式(连续抽出发酵液，并连续供给糖类)的情况下，设为效率良好的3 6重量％的浓度。其次，在浓缩工序130中，将除去杂质后的乳酸发酵液浓缩。浓缩工序130在添加硫酸的精制工序之前进行。通过将乳酸发酵液浓缩，能够使精制时的乳酸收率增加，同时，能够减少后段的精制工序中的被处理液量，从而能够降低精制工序全体中的处理能量成本。一般地，浓缩工序130可以采用蒸发、浸透蒸发、或者能够将上述乳酸材料选择性地分离的其他方法来进行，在采用这些方法的情况下，为了使水分从溶液中直接蒸发，必须将乳酸发酵液保持在高温。该情况下，存在着如下等问题水分的除去需要很多能量，以及，乳酸的光学纯度降低，对聚合物用途有不利影响。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
精制乳酸的制造方法，具有向含糖的溶液中添加含钙的pH调节剂和微生物并使乳酸作为乳酸钙来生成的发酵工序；以及向含有乳酸钙的溶液中添加硫酸并将钙离子作为硫酸钙分离的精制工序；在添加硫酸的工序的前段，设置多段利用反渗透膜使含有乳酸钙的溶液浓缩的装置，通过使从上段的反渗透膜透过的溶液从下段的反渗透膜再次透过，从而增加乳酸钙的回收量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冈宪一郎，松尾俊明，上川将行，冈本成恭，近藤健之，
申请(专利权)人：株式会社日立工业设备技术，
类型：发明
国别省市：