專(zhuān)利名稱(chēng)：：通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于工業(yè)微生物發(fā)酵工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種發(fā)酵液中乳酸的分離提取方法。
背景技術(shù)：
：乳酸，又名丙醇酸，學(xué)名2-羥基丙酸，是一種重要的有機(jī)羧酸。乳酸已廣泛應(yīng)用于食品、化學(xué)、醫(yī)藥、化妝品等工業(yè)中，作為酸味劑、防腐劑、乳化劑、殺菌劑和醫(yī)藥中間體等。近年來(lái)，作為合成生物可降解的熱塑料材料聚乳酸的重要原料，乳酸的生產(chǎn)日益得到人們的重視。乳酸的生產(chǎn)通常通過(guò)借助于微生物如細(xì)菌、酵母和真菌發(fā)酵而進(jìn)行，發(fā)酵基質(zhì)由碳水化合物和適宜的礦物以及蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)素組成。發(fā)酵液中除了乳酸外，還含有菌體碎片、蛋白質(zhì)、色素、殘?zhí)?、無(wú)機(jī)鹽等雜質(zhì)。因此發(fā)酵完成之后需要采用合理的提取精制技術(shù)將乳酸分離出來(lái)。傳統(tǒng)的乳酸提取方法為鈣鹽結(jié)晶-硫酸酸化法，但這種方法工藝流程長(zhǎng)、消耗化工原料多、產(chǎn)品收率低。近年來(lái)報(bào)道的提取精制方法主要有溶劑萃取法、吸附法、酯化法、離子交換法、蒸餾法和電滲析法等。其中溶劑萃取法反萃難且萃取劑有毒；吸附法對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性較差，影響乳酸純度；酯化法和蒸餾法能耗大；離子交換法中樹(shù)脂的再生需要消耗大量的酸、堿和水。電滲析法具有消耗原料少、產(chǎn)品收率高、便于工業(yè)化生產(chǎn)和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，但膜污染沒(méi)得到有效解決而影響到它在有機(jī)酸回收領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明人雖然公開(kāi)了一種采用頻繁倒極電滲析取代普通電滲析從垃圾發(fā)酵液中提取和濃縮乳酸鹽的方法(見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利CN100409926C)，使附著在離子交換膜表面的雜物脫落下來(lái)，降低了膜的污染，延長(zhǎng)了膜的使用壽命，節(jié)省了成本，但由于有機(jī)廢物的發(fā)酵液中成分復(fù)雜，電滲析長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)膜污染問(wèn)題仍然會(huì)發(fā)生。如果發(fā)酵液進(jìn)入電滲析前經(jīng)過(guò)有效而不損失乳酸收率的預(yù)處理，將會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)膜的使用壽命。傳統(tǒng)的發(fā)酵液預(yù)處理工藝有過(guò)濾、離心分離等，但過(guò)濾法效率低，濾布容易被粘膠狀濾餅堵塞，且不能分離發(fā)酵液中的可溶性雜質(zhì)。離心分離法可得到澄清的發(fā)酵液，但應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的投資和運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，且同樣不能分離可溶性雜質(zhì)。公開(kāi)號(hào)CN1916179A為采用殼聚糖和四氧化三鐵復(fù)配生成的磁聚物對(duì)乳酸發(fā)酵液進(jìn)行絮凝預(yù)處理。但此方法首先要對(duì)殼聚糖和四氧化三鐵在弱酸性溶液中進(jìn)行復(fù)配，增加了成本和操作步驟。上述發(fā)明中的絮凝工藝，其絮凝劑是主要成本之一，但對(duì)于絮凝所得的沉淀物，其中包括大量的蛋白質(zhì)、菌體、殘?zhí)堑?，沒(méi)有進(jìn)行綜合利用，造成了資源的浪費(fèi)以及潛在的環(huán)境安全問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是在公開(kāi)號(hào)CN100409926C的基礎(chǔ)上，提出一種通過(guò)絮凝對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，以減輕后續(xù)電滲析提取乳酸時(shí)的膜污染，并對(duì)絮凝物進(jìn)行綜合利用的方法。通過(guò)加入絮凝劑在不影響乳酸含量的基礎(chǔ)上去除其中的多種雜質(zhì)，同時(shí)得到的絮凝物還可參與有機(jī)廢物共發(fā)酵，提高乳酸的產(chǎn)量，降低絮凝處理的成本。一種通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)將發(fā)酵液加入氨水或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至59，加熱至3060°C；(2)加入絮凝劑0.2g/L0.6g/L后攪拌5min，靜置沉降30min；(3)固液分離固液分離后的液相進(jìn)入后續(xù)的膜分離提純?nèi)樗峁ば?，而固?即絮凝物)返回至發(fā)酵槽，與新添有機(jī)廢物進(jìn)行乳酸共發(fā)酵。上述的發(fā)酵液為工業(yè)酒糟或餐廚垃圾或食品加工廢物乳酸發(fā)酵后經(jīng)壓濾得到的含乳酸、殘?zhí)?、蛋白質(zhì)和菌體碎片等的混合物。上述步驟(1)中，用氨水或氫氧化鈉調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。pH值可以在乳酸發(fā)酵后的發(fā)酵液中調(diào)節(jié)，也可以在乳酸發(fā)酵過(guò)程中調(diào)節(jié)。在乳酸發(fā)酵過(guò)程中邊發(fā)酵邊加堿調(diào)節(jié)PH值，可消除發(fā)酵體系因乳酸的生成而引起的產(chǎn)物抑制作用，促進(jìn)乳酸鹽濃度的不斷增加。添加不同的絮凝劑，其適宜的PH值范圍不同。添加殼聚糖的最適宜pH值范圍為56，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)的最適宜pH值為89。上述步驟(2)中加入到發(fā)酵液中的絮凝劑為殼聚糖或陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)等有機(jī)絮凝劑。從絮凝效果來(lái)看，加入等量的殼聚糖和CPAM，后者的絮凝效果明顯優(yōu)于前者。通過(guò)加入絮凝劑，可以將發(fā)酵液中的菌體碎片、蛋白質(zhì)、色素、殘?zhí)堑入s質(zhì)沉降去除，同時(shí)基本不影響殘留在液相中的乳酸含量。絮凝得到的沉淀物還可添加到發(fā)酵底物有機(jī)廢物中參與發(fā)酵，提高乳酸的產(chǎn)量。步驟(3)中的發(fā)酵過(guò)程如下將有機(jī)廢物粉碎，加入絮凝物和水，絮凝物的加入量為有機(jī)廢物的1020dwt%，dwt表示干重，水的加入范圍為固液比1210g/ml，固體量為有機(jī)廢物。而后調(diào)節(jié)發(fā)酵體系的含水率和PH值；將有機(jī)廢物滅菌糖化后，按照有機(jī)廢物量的0.42wt%接入干酪乳桿菌，35°C下厭氧發(fā)酵4896h，固液分離即得發(fā)酵液，再經(jīng)預(yù)處理、電滲析提純，可得到乳酸。上述步驟(3)中固液分離方法是傾析法或板框壓濾法。對(duì)固液分離后的液相采用膜分離提純?nèi)樗幔淠し蛛x法為電滲析法。本發(fā)明是選擇電滲析作為乳酸分離提純方法時(shí)所進(jìn)行的預(yù)處理。由于在電場(chǎng)的作用下，乳酸的分離是建立在乳酸根以陰離子的形態(tài)透過(guò)陰膜而向陽(yáng)極遷移的基礎(chǔ)上，因此在絮凝劑的選擇上，需考慮到不能在發(fā)酵液中投加其他陰離子，以免影響乳酸的純度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)加入絮凝劑在不影響乳酸含量的基礎(chǔ)上，使其與發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)、菌體、殘?zhí)堑冉Y(jié)合成團(tuán)，易于沉降，可去除發(fā)酵液中的多種雜質(zhì)，固液分離效果好。同時(shí)絮凝物中含有的蛋白質(zhì)分子和菌體成分返回到發(fā)酵體系對(duì)發(fā)酵過(guò)程并無(wú)不利影響，絮凝物參與發(fā)酵可提高乳酸的產(chǎn)量。該法是一種操作簡(jiǎn)單，絮凝率高的發(fā)酵液預(yù)處理方法，不僅可滿足后續(xù)膜分離對(duì)發(fā)酵液的進(jìn)料要求，還對(duì)產(chǎn)生的絮凝物實(shí)現(xiàn)了綜合利用，降低了發(fā)酵液絮凝預(yù)處理的成本，消除了對(duì)環(huán)境的潛在危害。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1取工業(yè)白酒酒糟的發(fā)酵液50ml，調(diào)節(jié)pH值為5，加熱至3060°C，按表1加入殼聚糖，常速攪拌5min左右出現(xiàn)明顯絮凝物，靜置沉降30min，傾出上清液，稀釋10倍后在650nm測(cè)其吸光度值以及乳酸濃度。表1加入殼聚糖絮凝前后效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>*1絮凝率=[(絮凝前吸光度值_絮凝后吸光度值)/絮凝前吸光度值]X100%*2乳酸損失率=[(絮凝前乳酸濃度-絮凝后乳酸濃度)/絮凝前乳酸濃度]X100%按表2進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)工業(yè)白酒酒糟5g，按固液比110加入水，加入Ig殼聚糖絮凝物，裝入IOOml的錐形瓶，調(diào)節(jié)pH值后121°C滅菌20分鐘，按照接種量2%接入乳酸菌，35°C下發(fā)酵96h，測(cè)定產(chǎn)物中的乳酸含量。結(jié)果如表2所示。滅菌后消除了絮凝物中雜菌的影響，絮凝物中富含殘?zhí)?，可補(bǔ)充酒糟發(fā)酵缺乏的碳源。加入Ig殼聚糖絮凝物的乳酸產(chǎn)量是不加入絮凝物的1.62倍。表2殼聚糖絮凝物參與發(fā)酵效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例2取工業(yè)白酒酒糟的發(fā)酵液50ml，調(diào)節(jié)pH值為8，加熱至3060°C，按表3加入CPAM，常速攪拌5min左右出現(xiàn)明顯絮凝物，靜置沉降30min，傾出上清液，稀釋10倍后在650nm測(cè)其吸光度值以及乳酸濃度。表3加入CPAM絮凝前后效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>*1絮凝率=[(絮凝前吸光度值_絮凝后吸光度值)/絮凝前吸光度值]X100%*2乳酸損失率=[(絮凝前乳酸濃度-絮凝后乳酸濃度)/絮凝前乳酸濃度]X100%按表4進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)工業(yè)白酒酒糟10g，按固液比15加入水，加入2gCPAM絮凝物，裝入IOOml的錐形瓶，調(diào)節(jié)pH值后121°C滅菌20分鐘，按20u/g添加纖維素酶在50°C糖化120h后按接種量接入乳酸菌，35°C下發(fā)酵96h，測(cè)定產(chǎn)物中的乳酸含量。結(jié)果如表4所示。加入2gCPAM絮凝物的乳酸產(chǎn)量是不加入絮凝物的2.48倍。表4CPAM絮凝物參與發(fā)酵效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將發(fā)酵液加入氨水或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至5～9，加熱至30～60℃；(2)加入絮凝劑0.2g/L～0.6g/L后攪拌5min，靜置沉降30min；(3)固液分離固液分離后的液相進(jìn)入后續(xù)的膜分離提純?nèi)樗峁ば?，而固相即絮凝物返回至發(fā)酵槽，與新添有機(jī)廢物進(jìn)行乳酸共發(fā)酵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法，其特征在于所述的發(fā)酵液為工業(yè)酒糟或餐廚垃圾或食品加工廢物乳酸發(fā)酵后經(jīng)壓濾得到的含乳酸、殘?zhí)?、蛋白質(zhì)和菌體碎片等的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法，其特征在于步驟(2)中加入到發(fā)酵液中的絮凝劑為殼聚糖或陽(yáng)離子聚丙烯酰胺有機(jī)絮凝劑。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法，其特征在于步驟(3)中固液分離方法是傾析法或板框壓濾法。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法，其特征在于步驟(3)中膜分離提純?nèi)樗峁ば虿捎玫氖请姖B析法。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法，其特征在于步驟(3)中的發(fā)酵過(guò)程如下將有機(jī)廢物粉碎，加入絮凝物和水；絮凝物的加入量為有機(jī)廢物的1020dwt%，dwt表示干重；水的加入范圍為固液比1210g/ml，固體量為有機(jī)廢物；而后調(diào)節(jié)發(fā)酵體系的含水率和PH值，將有機(jī)廢物滅菌糖化后，按照有機(jī)廢物的0.42wt%接入干酪乳桿菌，35°C下厭氧發(fā)酵4896h，固液分離即得發(fā)酵液，再經(jīng)預(yù)處理、電滲析提純，能得到乳酸。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法，其特征在于接入的乳酸菌為干酪乳桿菌。全文摘要通過(guò)絮凝從發(fā)酵液中分離乳酸并對(duì)絮凝物綜合利用的方法，屬于工業(yè)微生物發(fā)酵工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種通過(guò)絮凝對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行分離前的預(yù)處理，并將得到的絮凝物返回至發(fā)酵槽，與有機(jī)廢物共發(fā)酵產(chǎn)乳酸的方法。工藝步驟為(1)將發(fā)酵液加入氨水或氫氧化鈉堿化并加熱；(2)加入絮凝劑攪拌至有明顯絮凝物出現(xiàn)，靜置沉降至出現(xiàn)明顯分層；(3)固液分離后的液相進(jìn)入后續(xù)的膜分離提純?nèi)樗峁ば?，而固相返回至發(fā)酵槽，參與有機(jī)廢物的乳酸共發(fā)酵并提高乳酸的產(chǎn)量。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，絮凝率高，固液分離容易，成本低廉，且對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物乳酸幾乎無(wú)損耗，對(duì)絮凝物實(shí)現(xiàn)了綜合利用，降低了發(fā)酵液絮凝預(yù)處理的成本。文檔編號(hào)C07C51/42GK101823953SQ20101013939公開(kāi)日2010年9月8日申請(qǐng)日期2010年3月31日優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日發(fā)明者劉瑛穎,汪群慧,王利娟申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)