專利名稱：用陰離子交換樹脂制取檸檬酸三鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用陰離子交換樹脂制取檸檬酸三鈉的方法。
檸檬酸三鈉，又稱2-羥基丙烷1，2，3-羧酸鈉，是一種廣泛用于食品、醫(yī)藥和化工領(lǐng)域的有機(jī)酸鹽。
傳統(tǒng)的生產(chǎn)檸檬酸鈉鹽的方法有二種[J.pharmacol、Exp.Ther.94，65(1948)]，其一是中和法，即使用純品檸檬酸與氫氧化鈉反應(yīng)，生成檸檬酸鈉；其二是復(fù)分解法，即使檸檬酸鈣與碳酸鈉反應(yīng)，生成檸檬酸鈉與碳酸鈣，經(jīng)分離除去碳酸鈣，即可獲得檸檬酸鈉。中和法因使用純檸檬酸，故生產(chǎn)成本較高。復(fù)分解法因產(chǎn)物分離帶來的困難，故產(chǎn)品收率低，通常只有60-70％的檸檬酸轉(zhuǎn)化為檸檬酸鈉。
為了克服上述方法缺點(diǎn)，本發(fā)明采用國(guó)產(chǎn)MI8310#弱堿性陰離子交換樹脂作為主要步驟，輔助以其他手段，實(shí)現(xiàn)了直接自檸檬酸發(fā)酵醪液制取檸檬酸鈉的目的，產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率為85％-90％。
本發(fā)明工藝技術(shù)路線如下檸檬酸發(fā)酵醪液過濾除菌體→微孔過濾機(jī)精濾除雜質(zhì)→活性碳脫色→
陽(yáng)離子交換樹脂除雜陽(yáng)離子→陰離子交換樹脂除雜陰離子→MI8310#陰離子交換樹脂吸附、交換檸檬酸根→氫氧化鈉解吸檸檬根→檸檬酸鈉進(jìn)入濃縮、結(jié)晶。
下面將對(duì)本發(fā)明工藝路線做進(jìn)一步說明。
自發(fā)酵醪液中制取檸檬酸三鈉共分八步工序。
第一步工序是過濾去除醪液中的菌絲體、未被微生物利用的非可溶性固形物和沉淀蛋白質(zhì)等雜質(zhì)。此步通常使用板框過濾機(jī)或帶式過濾機(jī)來完成，是目前鈣鹽沉淀法生產(chǎn)檸檬酸通用的手段。
第二步精濾工序，是為了去除板框?yàn)V機(jī)或帶式濾機(jī)過濾過程漏掉的少量顆粒及沉淀物，以保證后續(xù)工序順利進(jìn)行。
第三步工序采用K-15活性碳裝柱以去除濾液中的色素及部分金屬離子等雜質(zhì)。本發(fā)明可做到活性碳脫色體積比(被脫色的料液體積/活性碳柱體積)不少于12∶1；對(duì)溶液中的鋇、鐵、錳、鋁、鈣、鋅離子的平均去除率不低于45％；脫色料液通過活性碳柱流速可穩(wěn)定地控制在1.5-2.0vvh-1范圍內(nèi)。
第四步工序以(H)型強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂732(商品型號(hào))去除濾液中的雜金屬離子。本發(fā)明可做到在1.7vvh-1穩(wěn)定流速下，通過15個(gè)柱體積的料液流出液鐵離子濃度在10ppm以下。
第五步工序以(OH)型弱堿陰離子交換樹脂D315(商品型號(hào))除溶液中雜陰離子。本發(fā)明可做到以1.8vvh-1穩(wěn)定流速通過該交換柱時(shí)，流經(jīng)12個(gè)體積的料液流出液氯離子濃度在2ppm以下。
第六步工序以(OH)型MI8310#弱堿陰離子交換樹脂(商品型號(hào))吸附、交換檸檬酸根。本發(fā)明可做到該樹脂在室溫(20℃)下吸附、交換檸檬酸容量達(dá)6.35摩爾/公斤樹脂(干重)；2)即便是1％(W/V)濃度的檸檬酸料液，吸附、交換容量仍可達(dá)到5.28摩爾/公斤樹脂(干重)。
為了去除易碳化合物，本發(fā)明采用了檸檬酸/檸檬酸鈉緩沖液洗滌第六步工序的陰離子交換柱，該方法可有效地去除易碳化合物，從而使溶液中的易碳化合物不再超標(biāo)。
發(fā)明采用15％-20％的氫氧化鈉解析檸檬酸根，使生成的檸檬酸三鈉平均濃度可達(dá)到29.5％，因而有利用后續(xù)濃縮工段節(jié)省蒸汽。
采用上述工序制取檸檬酸三鈉，檸檬酸轉(zhuǎn)化為檸檬酸鈉的比率在85％-90％。產(chǎn)品質(zhì)量能達(dá)到英國(guó)藥典BP-88規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
茲舉出如下實(shí)施例，并配合附表、附圖，供更進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容。
實(shí)施例1本發(fā)明按下列步驟實(shí)施1)脫色除雜質(zhì)實(shí)驗(yàn)用檸檬酸溶液取自薯干原料檸檬酸生產(chǎn)廠的板框過濾機(jī)過濾后的清液，該溶液組成如表1所示。為了有效地進(jìn)行脫色除雜，料液進(jìn)入脫色柱之前，需經(jīng)微孔過濾機(jī)除去板框過濾機(jī)過濾時(shí)漏掉的顆粒物及沉淀物，獲得的清液即可進(jìn)入碳柱脫色除雜質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)用活性碳型號(hào)為K-15，活性碳柱規(guī)格φ500×3000mm，實(shí)際裝料高度為2380mm，碳柱材料為增強(qiáng)聚丙烯。料液在室溫下以1.5-2.0vvh-1流速通過碳柱，待流出液透過率低于75％時(shí)(420mm)，即停止脫色。經(jīng)上述工序處理，檸檬酸溶液雜質(zhì)去除結(jié)果列于表1中。
2)陽(yáng)離子交換樹脂除雜陽(yáng)離子。
經(jīng)脫色柱脫色的檸檬酸溶液，需要通過陽(yáng)離子交換樹脂除去溶液中的雜陽(yáng)離子。實(shí)驗(yàn)選用了H型陽(yáng)離子交換樹脂732(商品型號(hào))，交換柱規(guī)格φ800×4000mm，實(shí)際裝料高度3500mm，交換柱為碳鋼襯膠。料液在室溫下以1.5-2.0vvh-1流速通過碳柱，待Fe透過交換柱時(shí)(10ppm)，即停止交換，可交換上述濃度的檸檬酸液12倍體積。此時(shí)溶液中的金屬離子含量完全能滿足后序步驟技術(shù)要求。
3)陰離子交換樹脂除雜陰離子經(jīng)陽(yáng)離子交換樹脂除雜質(zhì)的料液，再通過(OH)型陰離子交換樹脂D315(商品型號(hào))。該樹脂能選擇性地去除氯離子、硫酸根等雜負(fù)離子，而檸檬酸根負(fù)離子幾乎不被該樹脂交換，從而達(dá)到去除雜負(fù)離子的目的。實(shí)驗(yàn)使用一聚丙烯交換柱，柱子規(guī)格φ500×3000mm，實(shí)際裝料高度為2000mm，操作流速1.5-2.0vvh-1，待流出液氯離子濃度為2ppm時(shí)，即停止交換，可交換上述濃度的檸檬酸溶液12倍體積，此時(shí)溶液中雜負(fù)離子的含量完全能滿足結(jié)晶質(zhì)量要求。
4)MI8310#陰離子交換樹脂制取檸檬酸鈉經(jīng)上述步驟處理的料液，可直接進(jìn)入裝有MI8310#(商品型號(hào))(OH)型陰離子交換樹脂的交換柱，該柱材料為碳鋼襯膠，規(guī)格為φ1000×2800mm，實(shí)際裝柱1900mm。
上柱料液流速1.5-2.0vvh-1樹脂在室溫下分別以8.2和1％(W/V)的檸檬酸料液上柱，待流出液PH值降至6，停止進(jìn)料。測(cè)得交換容量分別為6.35和5.28摩爾/公斤樹脂(干重)[見表2不同濃度檸檬酸料液對(duì)吸附、交換容量的影響(20℃)]。接下來以一個(gè)柱體積的去離子水和一個(gè)體積的PH3.5-5.0的檸檬酸/檸檬酸鈉緩沖液分別洗滌此柱，以去除易碳化合物雜質(zhì)。上述步驟仔細(xì)操作完畢，以12-20％的氫氧化鈉溶液洗脫檸檬酸根，流出液經(jīng)攪拌后測(cè)定PH值7-8時(shí)，即輸送料液到濃縮結(jié)晶工段。
以不同濃度的氫氧化鈉解析檸檬酸根，生成的檸檬酸鈉濃度也不同，其規(guī)律為隨氫氧化鈉的濃度升高而升高?？紤]到產(chǎn)物濃度相對(duì)低將造成濃縮時(shí)蒸汽消耗增大，本實(shí)驗(yàn)采用20％濃度的氫氧化鈉，其洗脫曲線，即氫氧化鈉解析檸檬酸根曲線如

圖1所示。圖1表明，生成的檸檬酸三鈉平均濃度達(dá)29.5％。同時(shí)，洗脫過程即為MI8310#樹脂再生過程，因而簡(jiǎn)化了操作步驟。
5)產(chǎn)品質(zhì)量分析經(jīng)上述提取工藝獲得的檸檬酸三鈉結(jié)晶產(chǎn)品，按英國(guó)藥典BP-88的方法進(jìn)行了分析，分析結(jié)果列于表3。結(jié)果表明，本發(fā)明工藝路線完全能達(dá)到該藥典規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。表1
*表中數(shù)據(jù)除檸檬酸濃度以百分?jǐn)?shù)計(jì)外，其他均為ppm。表2
表3 (續(xù)表)
*符合試驗(yàn)指按BP-88藥典方法試驗(yàn)，符合質(zhì)量要求＊＊不深于標(biāo)準(zhǔn)指不深于BP-88藥典規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用陰離子交換樹脂制取檸檬酸三鈉的方法，其特征在于，使用國(guó)產(chǎn)MI8310#弱堿性陰離子交換樹脂，其吸附、交換檸檬酸容量為5.28-6.35摩爾/公斤樹脂(干重)，通過下列工藝制取1)用微孔過濾機(jī)精濾板框?yàn)V液除雜質(zhì)；2)用K-15活性碳柱脫色除雜質(zhì)；3)用732(H)型陽(yáng)離子交換樹脂除雜金屬離子；4)用D315(OH)型陰離子交換樹脂除雜陰離子；5)用MI8310#(OH)型陰離子交換樹脂吸附、交換檸檬酸根；6)用檸檬酸/檸檬酸鈉緩沖液洗脫易碳化合物；7)用12-20％NaOH解析，生成檸檬酸三鈉濃度達(dá)29％；8)濃縮、結(jié)晶。
2.如權(quán)利要求1所述的制取檸檬酸三鈉的方法，其特征在于，用于洗脫易碳化合物的物質(zhì)為PH 3.5-5.0檸檬酸/檸檬酸鈉緩沖液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用陰離子交換樹脂制取檸檬酸三鈉的方法，該法包括發(fā)酵板框?yàn)V液微孔過濾除雜質(zhì)→活性炭脫色除雜質(zhì)→陽(yáng)離子交換樹脂除雜金屬離子→陰離子交換樹脂除雜陰離子→MI8310
文檔編號(hào)C12P7/48GK1153822SQ95119599
公開日1997年7月9日 申請(qǐng)日期1995年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月4日
發(fā)明者張洪勛, 魯治濱, 劉德明, 薛茂杰, 顧紅燕, 李艾虹, 楊建州 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心