申請(qǐng)日2010.06.04
公開(公告)日2010.11.10
IPC分類號(hào)C07C59/08; C07C51/47; C07C51/42
摘要
用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，它涉及提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法。它解決了現(xiàn)有的傳統(tǒng)的及改進(jìn)的乳酸鈣結(jié)晶-酸解方法的提取率低、萃取法的萃取劑有毒且乳酸不易從萃取劑中分離、高分子樹脂吸附法中高分子樹脂的選擇性差、靜態(tài)交換容量低的問題。本方法：將玉米淀粉廢水發(fā)酵液經(jīng)離心過濾、活性碳脫色及陽離子交換樹脂柱脫鈣處理后，用315型陰離子交換樹脂吸附，用去離子水洗脫即完成了乳酸的提取。本發(fā)明步驟少，操作簡單，選擇性及靜態(tài)交換容量高，乳酸提取率78%～80%，純度85%～86%，洗脫劑無毒且易分離。本方法用于提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸。
權(quán)利要求書
1.用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法按以下步驟進(jìn)行：一、將玉米淀粉廢水發(fā)酵液注入離心機(jī)中，以4000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速離心處理15min～25min后，再用孔徑為0.45μm濾膜過濾;二、按每升玉米淀粉廢水發(fā)酵液加入40g顆�；钚蕴嫉谋壤�，將顆�；钚蕴技尤氲浇�(jīng)步驟一處理的玉米淀粉廢水發(fā)酵液中，在60℃～78℃的條件下攪拌20min～35min后，再用孔徑為0.45μm濾膜過濾;三、將經(jīng)步驟二處理的玉米淀粉廢水發(fā)酵液通過陽離子交換樹脂柱，其中陽離子交換樹脂柱中裝填的是S2528型Lewatit陽離子交換樹脂;四、用315型陰離子交換樹脂進(jìn)行濕法裝柱，然后調(diào)節(jié)經(jīng)步驟三處理的玉米淀粉廢水發(fā)酵液的pH值至1.5～2.0，再以1.2BV/h～1.7BV/h的流速上柱，同時(shí)檢測(cè)上柱過程中的流出液的pH值，流出液的pH值為2.75～3.15停止上柱，記錄本步驟中上柱所用玉米淀粉廢水發(fā)酵液的體積V;五、以去離子水作為洗脫劑，在流速為0.8BV/h～1.3BV/h條件下對(duì)步驟四中所述的315型陰離子交換樹脂柱進(jìn)行洗脫，其中去離子水用量為步驟四中所述的玉米淀粉廢水發(fā)酵液的體積V的2.0倍～2.5倍，收集洗脫液，得到乳酸溶液，即完成從玉米淀粉廢水發(fā)酵液中提取乳酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于步驟二中所述的顆�；钚蕴嫉牧綖�12目～40目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于步驟一中離心處理時(shí)間為16min～23min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于步驟二中顆�；钚蕴技尤氲浇�(jīng)步驟一處理的玉米淀粉廢水發(fā)酵液后在62℃～76℃的條件下攪拌22min～33min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于步驟四中將經(jīng)步驟三處理的玉米淀粉廢水發(fā)酵液的pH值調(diào)節(jié)至1.6～1.8。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于步驟四中將經(jīng)過pH調(diào)節(jié)的玉米淀粉廢水發(fā)酵液以1.30BV/h～1.76BV/h的流速上柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于步驟四中流出液的pH值為2.80～3.10停止上柱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于步驟五中去離子水的流速為0.9BV/h～1.2BV/h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、6或8所述的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，其特征在于步驟五中去離子水用量為步驟四中所述的玉米淀粉廢水發(fā)酵液的體積V的2.1倍～2.4倍。
說明書
用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法。
背景技術(shù)
乳酸是一種極為重要的有機(jī)酸，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化學(xué)工業(yè)。工業(yè)上生產(chǎn)乳酸主要采用微生物發(fā)酵法。乳酸發(fā)酵液的成分復(fù)雜，除乳酸外，還包括菌體、殘?zhí)�、蛋白質(zhì)、色素、膠體、有機(jī)酸、無機(jī)鹽等多種雜質(zhì)�？偟膩碚f，它們來源于原材料、未消耗的營養(yǎng)鹽或發(fā)酵的中間副產(chǎn)物，所以從乳酸發(fā)酵液中提取乳酸是比較困難的。本發(fā)明要提取的乳酸是以玉米淀粉廢水發(fā)酵液制得的，該方法以富含無機(jī)鹽和生物素成分的浸泡廢水和能為乳酸菌生長和產(chǎn)酸提供氮源的玉米淀粉工藝廢水相混合制成的營養(yǎng)液，利用微波誘變篩選出的乳酸細(xì)菌，同時(shí)以改性活性碳纖維作為乳酸菌載體發(fā)酵制備出乳酸，該方法的乳酸是以廢棄資源制備的，因?yàn)榘l(fā)酵液的原水是玉米淀粉生產(chǎn)廢水，所以含有一定量的殘?zhí)牵⑸锎x過程的多途徑性使得發(fā)酵液中的有機(jī)成分相對(duì)復(fù)雜，發(fā)酵液乙酸、檸檬酸和丙酮酸相對(duì)含量較大，且其性質(zhì)與乳酸接近，更增加了提取的難度。
從發(fā)酵液中提取乳酸的方法有傳統(tǒng)的乳酸鈣結(jié)晶-酸解方法、改進(jìn)的乳酸鈣結(jié)晶-酸解方法、萃取法、高分子樹脂吸附法。其中傳統(tǒng)的乳酸鈣結(jié)晶-酸解方法單元操作多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生大量的硫酸鈣廢渣，環(huán)境污染嚴(yán)重，產(chǎn)品提取率僅為40%～45%;改進(jìn)的乳酸鈣結(jié)晶-酸解方法是在原有工業(yè)的基礎(chǔ)上省去結(jié)晶、洗晶和復(fù)溶等工序，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，但產(chǎn)品的提取率也僅為70%～72.4%;萃取法所用的萃取劑為磷氧鍵類化合物，如三烷基氧膦，該類萃取劑不僅有毒，而且反萃取困難，反萃率僅為15%，這樣得到的大量的稀乳酸溶液勢(shì)必加重后序濃縮的負(fù)荷，能耗大大增加;高分子樹脂吸附法所用的高分子吸附劑是一種大孔結(jié)構(gòu)和極大表面積的不溶不熔的堅(jiān)硬球狀聚合物，如聚乙烯基吡啶(簡稱PVP)，但是這種高分子吸附劑對(duì)乳酸的吸附屬于物理吸附范疇，對(duì)所吸附的物質(zhì)的選擇性差，且對(duì)乳酸分子的靜態(tài)交換容量低于124.8mg/g濕樹脂。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)的及改進(jìn)的乳酸鈣結(jié)晶-酸解方法提取率低、萃取法所用的萃取劑有毒而且很難將乳酸高效地從有機(jī)相中分離、高分子樹脂吸附法中高分子樹脂的選擇性差、靜態(tài)交換容量低的問題，而提供用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法。
本發(fā)明的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法按以下步驟進(jìn)行：一、將玉米淀粉廢水發(fā)酵液注入離心機(jī)中，以4000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速離心處理15min～25min后，再用孔徑為0.45μm濾膜過濾;二、按每升玉米淀粉廢水發(fā)酵液加入40g顆粒活性碳的比例，將顆�；钚蕴技尤氲浇�(jīng)步驟一處理的玉米淀粉廢水發(fā)酵液中，在60℃～78℃的條件下攪拌20min～35min后，再用孔徑為0.45μm濾膜過濾;三、將經(jīng)步驟二處理的玉米淀粉廢水發(fā)酵液通過陽離子交換樹脂柱，其中陽離子交換樹脂柱中裝填的是S2528型Lewatit陽離子交換樹脂;四、用315型陰離子交換樹脂進(jìn)行濕法裝柱，然后調(diào)節(jié)經(jīng)步驟三處理的玉米淀粉廢水發(fā)酵液的pH值至1.5～2.0，再以1.2BV/h～1.7BV/h的流速上柱，同時(shí)檢測(cè)上柱過程中的流出液的pH值，流出液的pH值為2.75～3.15停止上柱，記錄本步驟中上柱所用玉米淀粉廢水發(fā)酵液的體積V;五、以去離子水作為洗脫劑，在流速為0.8BV/h～1.3BV/h條件下對(duì)步驟四中所述的315型陰離子交換樹脂柱進(jìn)行洗脫，其中去離子水用量為步驟四中所述的玉米淀粉廢水發(fā)酵液的體積V的2.0倍～2.5倍，收集洗脫液，得到乳酸溶液，即完成從玉米淀粉廢水發(fā)酵液中提取乳酸。
步驟二中所述的顆�；钚蕴嫉牧綖�12目～40目。
步驟三中所述的S2528型Lewatit陽離子交換樹脂為市售產(chǎn)品。
步驟四中所述的315型陰離子交換樹脂為市售產(chǎn)品。
本發(fā)明的用陰離子交換樹脂提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的方法，先對(duì)玉米淀粉廢水發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，即用離心過濾去除游離菌體及大分子蛋白，用活性碳脫色，再用S2528型Lewatit陽離子交換樹脂進(jìn)行脫鈣處理，然后再用315型陰離子交換樹脂吸附乳酸，用去離子水進(jìn)行脫附，就達(dá)到了提取乳酸的目的。本發(fā)明工藝步驟少，操作簡單，發(fā)酵液的乳酸提取率為78%～80%;315型陰離子交換樹脂對(duì)有機(jī)物分子的吸附能力大，比大孔吸附樹脂的吸附能力強(qiáng)，且對(duì)非酸性的葡萄糖吸附少，原因在于315型陰離子交換樹脂對(duì)有機(jī)物分子的吸附屬于化學(xué)吸附的范疇，315型陰離子交換樹脂交換基團(tuán)為弱堿性，易于與有機(jī)酸根結(jié)合，使得其對(duì)有機(jī)酸的吸附更具有選擇性。315型陰離子交換樹脂與大孔吸附樹脂對(duì)乳酸、乙酸、丙酮酸、檸檬酸及葡萄糖靜態(tài)交換容量如表1所示。
表1 315型陰離子交換樹脂與大孔吸附樹脂對(duì)乳酸、乙酸、丙酮酸、檸檬酸及葡萄糖靜態(tài)交換容量
315型陰離子交換樹脂 (mg/g濕樹脂) 大孔吸附樹脂 (mg/g濕樹脂) 乳酸 274.9 90.4～121.2 乙酸 131.9 62.9～76.3 丙酮酸 190.2 92.5～106.6 檸檬酸 258.9 124.8～169.0 葡萄糖 5.10 23.1～31.3 合計(jì) 861.0 419.8～504.4
從表1的數(shù)據(jù)可以看出，315型陰離子交換樹脂不僅對(duì)乳酸的靜態(tài)交換容量大，而且吸附的乳酸所占的比例也是最大的，而且大孔吸附樹脂對(duì)葡萄糖的吸附量為315型陰離子交換樹脂的4.5～6.1倍，說明315型陰離子交換樹脂對(duì)乳酸具有高的選擇性;丙酮酸和檸檬酸因其酸性強(qiáng)于乳酸，相對(duì)乳酸而言，丙酮酸和檸檬酸能夠優(yōu)先吸附于弱堿性樹脂上，并能對(duì)乳酸進(jìn)行替換，因此乳酸易于用洗脫劑從樹脂上洗脫，而其它有機(jī)酸均不易被洗脫，從而達(dá)到從發(fā)酵液中分離提取乳酸的目的;用本方法提取前玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸的純度為72%～73%(純度的定義為乳酸占發(fā)酵液中除了水分之外的所有物質(zhì)的質(zhì)量的百分比)，而提取后蒸發(fā)掉洗脫液中的水分得到乳酸結(jié)晶體的純度提高到85%～86%;本發(fā)明以去離子水作為洗脫劑，無毒害，使產(chǎn)品無污染。另外，通過脫色處理及315型陰離子交換樹脂的吸附，有90%～93%的化學(xué)需氧量(COD)從發(fā)酵液中去除，剩余COD為6000～6500，B/C滿足生化處理要求，可排入城市污水處理廠直接處理，達(dá)到從玉米淀粉生產(chǎn)廢水發(fā)酵液中分離提取高收率、高純度乳酸，降低玉米淀粉廢水COD值，減少其環(huán)境污染的目的。本方法用于提取玉米淀粉廢水發(fā)酵液中乳酸。
