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  • 采用納濾純化乳酸溶液的生產方法

    2020-11-05 17:12:25 admin 230

    描述

    生產純化乳酸溶液的方法

    發明領域本發明涉及乳酸處理。它特別涉及由或者中性或者低pH值的乳酸物質源獲得純化乳酸溶液的方法,以及所得的產品。

    作為一種通用化學品的用途,特別是因為聚乳酸和它的許多產品是能進行生物降解的。另外,乳酸可以采用可再生的碳源通過發酵制備。

    與中性pH發酵(例如,包括pH范圍為5.0至8.0,包括更典型的5.0至7.0)相反,其中乳酸物質主要以乳酸鹽存在,采用低pH發酵形成的乳酸材料(例如,pH低于5.0,通常低于4.8,更通常低于4.3)包括有效量的游離酸形式。因此,從pH低于5.0的水溶液分離乳酸減少對由pH超過5.0的水溶液中分離乳酸必需的酸化工藝的需要。

    許多酸化工藝需要高昂的生產成本或操作成本;消耗酸化試劑;和/或引起試劑的消耗以及副產物鹽的形成。生物。

    和傳統的發酵培養基不同,它通常包括純化的糖流,例如作為碳源的葡萄糖,除了努力發展在低pH值具有高轉化的生物之外,還努力在發酵期間增加混合糖流的使用?;旌咸橇靼ɡ缂禾?,己酮糖和戊糖的組合,例如葡萄糖,半乳糖,果糖,阿拉伯糖和木糖?;旌系奶橇魇巧倭康奶荚?,它可通過例如纖維素和半美國專利No.5,562,777,5,620,877和4,350,766討論了制備混合糖流的方法。美國專利No.5,798,237和5,789,210討論了這些糖流作為用于發酵的碳源的用途。這五篇專利的公開本文。

    PCT申請號WO98 / 15517介紹了從含游離牛奶和至少一種總濃度至少5%的乳酸鹽的水溶液中回收乳酸及其產生的方法。這種方法包括如下步驟:(a)通過將溶液與堿性萃取劑接觸從水溶液中萃取至少70%的游離酸,生成包含在萃取液中的乳酸和貧乳酸,含乳酸鹽的水溶液;從貧水溶液中分離含乳酸的萃取液;通過本身已知的方法從萃取液中反萃取萃取出的乳酸,生成乳酸溶液和反萃取過的萃取劑。

    盡管混合糖流提供了相對較低費用的碳源,混合糖流通常具有比常規的葡萄糖流更多的雜質,例如木素。雜質不僅僅增加微生物的負擔,它必需忍受雜質,雜質也必需從發酵肉湯和乳酸鹽材料中分離。因此,需要一種能夠減少由于混合糖流,或其他碳水化物源的使用而存在的雜質的分離方法。

    發明概述本發開提供一種制備純化的乳酸溶液的方法,它可以與具有中性pH(例如,包括約5.0和8.0之間,包括更典型的5.0和7.0之間),或者低pH(例如,低于5.0,通常低于4.8,更通常低于4.3)的乳酸鹽材料一同使用。

    本文一項優選的方法包括以下步驟:提供包括乳酸鈣的乳酸鹽材料源;濃縮乳酸鹽材料源以生成濃縮溶液;用硫酸酸化濃縮溶液形成包括乳酸和硫酸鈣的酸化溶液;減少酸化溶液中硫酸鈣的含量;以萃取劑萃取酸化溶液為形成溶劑;以及反萃取蒸餾溶劑以提供純化的乳酸溶液,例如,通過不能混溶的水溶劑反萃取。這種方法的步驟不必以敘述的順序實施。例如,濃縮步驟可以在酸化步驟之前和/或之后進行。

    選擇性地,該方法可以以包括其他步驟的方式應用:提供包括乳酸鈣的乳酸鹽材料源;以硫酸酸化乳酸鹽材料源,生成包括乳酸和硫酸鈣的酸化溶液;減少酸化溶液中硫酸鈣的含量;以萃取劑混合酸化溶液,生成萃取溶液,其中該萃取溶液包括硫酸,用萃取溶液萃取酸化的溶液以形成溶劑;和反萃取溶劑以提供乳酸的純化溶液。在萃取液中中的硫酸可以是酸化步驟剩余的硫酸。選擇性地,在萃取步驟之前或期間可以將硫酸加入到萃取液中。

    替代地,該方法可以以這樣的方式應用,它包括如下步驟:在濃縮步驟之前,在乳酸鹽材料源中減少具有大于或等于約5,000 Da分子量的雜質含量。優選地,乳酸鹽材料源包括發酵肉湯,采用碳酸鈣或氫氧化鈣作為發酵期間的pH控制劑的結果是生成乳酸鈣。

    附圖簡要說明圖1是表示產生純化乳酸溶液的工藝流程圖。

    圖2是產生純化乳酸溶液的選擇性工藝的工藝流程圖。

    圖3是表示胺萃取劑內乳酸的萃取的MT曲線的圖。

    圖4是表示萃取中含和不含硫酸鹽的胺萃取劑的平衡曲線的圖。

    詳細說明本發明提供從具有中性或低pH值的乳酸鹽材料源中獲得純化乳酸溶液的方法。通常地,乳酸鹽材料源包括發酵肉湯。如本文使用的,“發酵”涉及通過微生物這里所說的“乳酸鹽材料”涉及2-羥基丙酸鹽的游離酸或鹽形式,并且也這里可互換使用的術語“乳酸”和“游離乳酸”指酸形式,例如2-羥基丙酸,也稱乳酸鹽的鹽或“未離析的”形式本文特別指“乳酸鹽”,例如乳酸的鈉(或鈣)鹽,或者乳酸鈉“營養基”指*初供給微生物用于發酵的形式的培養基,通常包括碳源,氮源和其他營地 物。術語“發酵肉湯”指包括在消耗掉一些或所有*初補充的營養物之后產生的乳酸鹽材料(例如,游離乳酸和乳酸鹽),和已經通過微生物分泌入培養基的含乳發酵肉湯也被稱為“乳酸鹽材料源”?!疤娲芤骸敝溉樗猁}材料源或至少清除一些雜質之后的發酵肉湯。

    本文術語“聚乳酸”或“聚乳酸鹽”意指任何包含至少50重量%聚合物單元的乳酸殘基或丙交酯殘基。因此,這兩個術語在其范圍之內包括聚丙交酯術語“聚乳酸”和“聚乳酸鹽”不意味著特別聚合的單體,例如不管這種聚合的材料是丙交酯(乳酸二甲苯)還是乳酸本身。

    根據常規,溶液,例如發酵肉湯中乳酸鹽材料的量,可以通過假設它均是未離解的或酸形式計算出的存在的乳酸鹽材料的重量百分比表示;或者假設它都是離解的或鹽形式計算出溶液中乳酸鹽材料的重量百分比。當此處在溶液中提供該含量的乳酸鹽材料時,它通常表示存在的乳酸鹽材料的重量百分比,如果當它都是未離解或酸形式時計算,除非另外注明。

    I.概述本文中介紹的方法提供一種從乳酸鹽材料源中獲得的純化乳酸溶液的方法。適合的乳酸鹽材料源包括,但不是限制,發酵肉湯,源自于聚乳酸生產的包含乳酸鹽物質的再循環流,或者業已逐步形成含乳酸鹽材料溶液的再循環聚乳酸(例如消費后廢料或生產廢料)。一般地,乳酸鹽材料源是發酵肉湯。湯指包括來自本文介紹的方法或其他方法的再循環流。)因此,討論將引入發酵肉湯作為乳酸鹽材料源的用途。然而,本文介紹的技術在申請中不因此被限制。

    例如,發酵肉湯包括乳酸和乳酸鹽,與細胞碎屑,殘余的殘留,營養物和其他雜質一起,共同一般,為了商業目的,希望獲得一種包含在水載體中的乳酸以及選擇性的約1.0g / L至約5.0g / L雜質(更優選替代約0.005g / L至約1.0g / L雜質)的溶液。然而,上述雜質的濃度可以根據溶液的商業用途和溶液內乳酸的濃度改變。因此,該方法提供一種從例如發酵肉湯的乳酸鹽材料源獲得純化乳酸的方法。如本文使用的,則“純化的乳酸溶液”是指含約5wt%至約90wt%乳酸之間,更典型地含約10wt%至約90wt%乳酸之間,*典型地含約20wt%至約50wt%乳酸之間,濃縮載體,以及不超過約1.0g / L至約5.0g / L可變,更優選不超過約0.005g / L至約1.0g / L變量,例如蛋白質,血漿,細胞碎屑,等等... 的溶液圖1表示一種優選的方法。在這種方法中,濃縮(H)含乳酸鈣(A)的乳酸鹽材料源,生成濃縮液。硫酸酸化(B)濃縮液,生成包括乳酸和減少(C)酸化漿液中的硫酸鈣的含量,然后以萃取劑萃?。―)酸化溶液,生成溶液溶劑。反萃取這種溶劑(E)以提供純化的乳酸溶液。 (F),例如,通過以不可混溶的水溶劑反萃取。

    選擇性地,可以以圖2所示的方式應用方法,其包括以下步驟:(A)提供含乳酸鈣的乳酸鹽材料源;(B)以硫酸酸化乳酸鹽材料源,生成含乳酸和硫酸鈣的酸化溶液;(C)減少酸化溶液中硫酸鈣的含量;(D)以萃取劑混合酸化溶液,生成萃取液,其中該萃取液包含硫酸(G);(D)以萃取液萃取酸化液以形成甲醛溶劑;和(E)反萃取萃取溶劑以提供純化的乳酸溶液(F)。

    這種方法包括用硫酸酸化乳酸鹽物質源(它包括乳酸鈣)的步驟,以生成含乳酸和硫酸鈣(石膏)的酸化溶液,結合石膏過濾,胺萃取和反萃取萃取劑(例如通過水在這種方法的一項描述中,(圖1所示)這種方法包括在酸化之前濃縮乳酸鹽材料源的步驟(圖1(H))。 )。另一項描述中,硫酸包含于胺萃取劑中(參見圖2)。這種方法可以處理乳酸鹽材料源,例如發酵肉湯,pH至少為0.8且小于9.0。方法合理處理由于混合糖碳源的使用而包含額外雜質的發酵肉湯。

    可以進行“澄清”步驟,以減少乳酸鹽物質源中存在的懸浮細胞群和其他高分子量化合物(例如,分子量大約為5000Da和更高,優選大約為40000Da和更高的雜質)。圖1(G))。優選地,重復步驟包括交叉流過濾。更優選地,采用兩步交叉流過濾技術。

    將強酸,例如硫酸,然后以降解肉湯中大多數乳酸鹽材料(例如至少約90wt%,更優選至少約95wt%的乳酸鹽材料)至未離解的酸形式的加入澄清液。 (圖1(B)和圖2(B))優選地,乳酸鹽材料源包括乳酸鈣,這樣使酸化步驟形成乳酸和硫酸鈣(石膏)。石膏微澆水,且易于從肉湯中通過已知技術除去。(圖1(C)和圖2(C))。

    即使在從溶液中除去硫酸鹽之后,一些低分子量的雜質(例如,具有約100Da至約500000Da,更典型為約100Da至約300000Da分子量的雜質,例如氨基酸和碳水化物),仍然懸浮或替代溶液中。通過以含不溶解水的胺的萃取劑萃取酸化的溶液(圖1(D)和圖2(D)),和從這種胺溶劑中反萃取乳酸,例如通過反萃取乳酸成為與萃取溶劑不可混溶的液相(圖(E)和圖2(E)),優選水相來制備純化乳酸溶液。

    乳酸鹽材料源優選在升高的溫度濃縮,可以含乳劑中進行補充,可以在澄清步驟之前和/或之后以及在酸化步驟之前和/或之后進行濃縮步驟(圖1(H))。酸鹽材料的濃縮液,它具有12-60wt%的乳酸鹽材料濃度。參見圖1(H)。

    胺萃取劑中含有的硫酸是酸化步驟的剩余硫酸;在胺萃取步驟期間加入;或者在萃取步驟之前或期間加入胺萃取劑。圖2(G)。

    II。選擇的方法特征此處介紹的方法替代從pH0.8和9.0之間的乳酸鹽材料源中獲得純化乳酸溶液。因此,可以與中性發酵方法一起使用這種方法,然后轉化成低pH的發酵方法,或者反之亦然,不需要改變設備。至多,當由中性pH發酵轉化成低pH發酵時,一些階段可具有過量能力,例如過量酸化能力或在石膏過濾期間過量能力。相反因此,在許多現有的方法中,如果*終用戶從中性發酵方法轉化為低pH發酵方法,或者反之亦然,則必須改變整個方法,安裝新設備。

    在液-液萃取之前濃縮乳酸鹽材料源,與替代的乳酸鹽材料源萃取混合,在以有機溶劑萃取期間可以增加回收的乳酸率。乳酸鹽材料源的濃縮改變液-液萃取期間萃取有機酸與水相的比例。

    胺萃取組合硫酸酸化步驟可以引起水相中的低乳酸濃度(例如,不超過約10wt%)在有機相中乳酸的分配增加。因此,硫酸不可能污染*終產品。由于這種方法采用液-液萃取法純化乳酸,它可以處理通過采用混合糖流發酵形成的相反地,其他純化方法,例如水分解電滲析還原或由采用混合糖流發酵形成的乳酸,因為發酵肉湯中源于混合糖流的雜質易于淤塞薄膜。

    例如,CO2萃?。绹鴮@鸑o.5,510,526)使用的設備必須能夠經得起二氧化碳的壓力,并且可以混合和聚結少量位相(氣,固和兩種液相),以及回收碳酸鹽或碳酸氫鹽至發酵容器。水分解電滲析中使用的膜和膜組件是昂貴的,水分解電滲析的運轉費用(例如電)是昂貴的。離子交換方法,特別與采用中性pH肉湯的大規模方法一起使用時,需要具有大樹脂體積的復合床。交換交換樹脂至質子形式的再生需要過量的鹽酸或另外的強無機酸,并產生需要處理的沉淀鹽流。垃圾填埋并注入鹽一般需要蒸發水以結晶鹽,從而增強了處理費用。在每個再生步驟之前和之后,通常清洗樹脂。清洗水容易增加更多的水至該體系,從而增加水蒸發的負荷。

    相反地,可按照本文介紹的優選技術的方法,采用相對簡單和便宜的設備,例如,與CO2容器或水分解電滲析需要的設備分開,酸化容器和/或石膏結晶容器是簡單和便宜的例如,美國專利5,510,526(此處一并參考)介紹了該方法的溶劑,在本方法中替代萃取劑。也可以采用這種方法從已知的方法。的聚合方法中純化污染的側流。

    III。其他方法中許多現有的方法無法使用寬范圍的pH值的乳酸鹽材料源。例如,水分解電滲析是酸化來自中性發酵肉湯的乳酸的有效方法,它對于低pH值發酵在水分解電滲析中,通過分別操縱(采用電流)乳酸鹽酸酯和相應的陽離子交換反向取代和取代選擇性膜,將乳酸鹽轉化成游離乳酸和相應的。堿。包括陰離子和陽離子選擇性膜的雙極性膜,用于將水分解成質子和氫氧根離子。質子與乳酸鹽酸酯結合形成游離的乳酸,氫氧根離子與陽離子結合形成陽離子氫氧化物美國專利第5,776,439號討論了有關乳酸酸化的水分解電滲析的方法。美國專利No.5,198,086;和4,7540,281討論了用于分解水分解電滲析的設備的方法。 。由于存在的游離乳酸(存在于低pH發酵肉湯)不受干涉的影響,它不能透過選擇性選擇性膜。因此,發酵肉湯中。的,游離乳酸容易伴隨伴隨中性雜質留在肉湯內。從而,不可以回收*初存在于發酵肉湯中的游離乳酸。

    離子交換方法對于pH肉湯的酸化有效,但對于中性pH肉湯的酸化經常效率很低。在離子交換方法中,發酵肉湯與質子化陽離子交換樹脂接觸。來自樹脂的質子和鹽的陽離子在低pH值肉湯中,乳酸鹽材料幾乎都是游離的葡萄糖形式。從而,在其需要再生之前,樹脂可以處理很多體積的肉湯。然而,當發酵肉湯是中性pH時,在需要再生之前,可以處理僅僅少量體積的肉湯。所以,由于樹脂需要經常地再生而降低了效率。

    二氧化碳(CO2)輔助的液-液萃取是一種設計從中性發酵肉湯回收乳酸鹽的酸化技術(美國專利No.5,510,526)?;旧?,CO2輔助的液-液萃取中,乳酸鹽通過與中性pH發酵肉湯排序,CO2輔助的液-液萃取對于低pH發酵肉湯經常低效。低pH時,乳酸鹽酸的含量。由于有機相中游離乳酸的濃度已經遠大于經二氧化碳化學可得到的乳酸濃度。

    萃取發酵是這種一種方法,其中通過液-液萃取或吸附從發酵肉湯中回收游離乳酸,乳酸鹽沉淀回傳發酵以幫助控制發酵的pH。見,例如PCT 99/19290和美國專利No .5,786,185,這里一并參考。當發酵肉湯具有很高的肉湯游離乳酸和乳酸鹽(即,低pH)時,萃取發酵更有效。然而,當乳酸鹽材料主要是乳酸鹽時(即,中性pH),萃取發酵的優點減少。再循環流中的高濃度乳酸鹽可抑制發酵罐內的微生物。加工處理,由每小時每加侖發酵肉湯中回收的游離乳酸的。磅數測量,由于每加侖回收的低含量游離乳酸而經常下降。從而,必需處理大量的發酵肉湯連續高產量。替代,當游離乳汁主要存在于發酵肉湯(即,低pH)流速,增加了方法的復雜性,并向該系統中加入了雜質,由于游離乳酸濃度已經過多,所造成 提供的優點很少。

    IV。乳酸討論這種方法之前,簡要討論乳酸的一些方面的。

    a.pH和乳酸組合物在水溶液中,乳酸(簡稱詞指HLa和/或LaH)分離成質子,H +,和乳酸根陰離子,La-(當另一離子源存在時,一般來自緩沖鹽,此處以下方程式1顯示了pH,pKa和乳酸的離解度之間的一般關系,這里[La-]和[ HLa]分別是乳酸根陰離子和游離乳酸的熱力活性。

    pH = pKa + log [La-] [HLa]]]>方程式1如方程式1所示,當pH值等于該酸的pKa時,約一半的乳酸鹽材料為其離解形式。當pH值大于pKa時,, pH值小于pKa時,很大量的乳酸鹽材料是未離解形式(也稱為,酸形式)。

    乳酸鹽材料的pKa可以變化。例如,在25℃乳酸的pKa是3.86,而在5℃,pKa大約是3.89。通常,當溶液內乳酸濃度升高時,乳酸的pKa容易下降,當溶液內乳酸濃度下降時升高。然而,乳酸的pKa通常在約3.4至約3.9的范圍之內。

    如上指出,溶液內的游離乳酸的含量是溶液的pH和溶液中整個乳酸鹽的濃度(即,乳酸加溶解的乳酸鹽)的函數。從而,規定溶液(例如發酵肉湯)的這兩種參數,有效確定了游離乳酸濃度。溶液pH越低,游離酸形式的乳酸鹽材料的百分比濃度。再一次,如果介質(溶液或溶液)pH等于乳酸的pKa(25℃時大約)是3.8),50%的乳酸鹽材料是游離酸形式。

    在一些工業應用中,乳酸的手性純度是重要的,見如美國專利5,142,023; 5,338,822; 5,484,881;和5,536,807,此處一并參考。具有,可以生產D-乳酸或L-乳酸的細菌,例如乳芽孢桿菌屬。然而,細菌通常主要產生一種對映體。的確,可以輕易地得到含高手性純度(90%或更高)的乳酸的發酵肉湯。這種手性由葡萄糖或其他葡萄糖通過發酵期間微生物細胞的新陳代謝得到。干酪素乳芽孢桿菌主要生產L-乳酸。

    例如,這種聚合物結晶能力受聚合物手性純度的影響;參見例如美國專利548488; 5585191;和5536807。(這些文獻的每一篇本文一并參考)。在特殊的工業應用中希望具有特殊結晶性的聚合物。例如,聚合物的結晶性可以影響聚合物的熱變形溫度。聚合物的結晶性也可影響聚乳酸樹脂的儲存藏,轉移和加工成纖維,非織制織物,薄膜和其他成品。

    目前,對于食品用途,例如乳酸是原料的藥物和其他醫療衛生器材,乳酸的手性純度也是重要的。此處稱為“ 95%手性純度”意指95%的乳酸/乳酸鹽成分是兩種可能的對映體中的一種。(從而,這種組合物可選擇性地表征為10%的。外消旋或90%光學純度。)其他應用中,至少50%,更優選至少75%,和*優選至少90%的乳酸光學純度是希望的。

    V.發酵甚至這種方法適用于多種乳酸鹽材料源,這里將結合作為乳酸鹽材料源的發酵肉湯介紹這種方法。

    這樣的生成微生物的乳酸鹽物質是已知的。一般地,采用乳芽孢桿菌族的細菌。至于真菌,可適合的酵母包括糖酵母屬和克魯維氏酵母屬,例如啤酒糖酵母。

    發酵通常在適合于這種所用的特定生物的溫度下進行,對于細菌發酵一般在約30℃和約60℃之間,對于酵母菌發酵一般在約20℃和45℃之間。廣泛變化,但是通常通常在約25℃至約50℃的范圍內。

    營養基通常包括碳源。一般地,碳源包括含碳酸鹽。許多農業方法的副產品提供便宜的碳源。適合的碳源的例子包括糖蜜;藤莖或甜菜糖;玉米,馬鈴薯或米也可以制備含糖的適當溶液,例如葡萄糖和蔗糖。對于淀粉發酵,可以采用例如大麥,木薯屬,玉米,燕麥和米的原料作為碳源。

    一般的地,營養基也包含氮源。氮源優選包括有機和無機含氮化合物的組合。適合的氮源實例包括酵母提取物,玉米浸出液,大豆粉碎物,大麥芽和硫酸銨。

    如果發酵進行到pH和/或乳酸濃度抑制進一步的乳酸鹽生成的點,根據生產的90%的限制進行,則稱其為“平均培養pH”或“*終培養pH”表示。乳酸鹽濃度所需的期間內的十(10)或更多交替時間間隔測量的平均pH值,來測定“平均培養pH”。

    如本文使用的,“限制的乳酸鹽濃度”是給定培養條件下(營養基,溫度,通風度)的乳酸鹽濃度(未離解和離解的乳酸濃度),在此濃度發酵產生的pH如/本文使用的,術語“限制的培養pH”意指給定培養條件下發酵肉湯的pH,于此pH和/或乳酸濃度抑制進一步的乳汁。酸鹽生成。在同樣條件下進一步培養大約十二(12)小時,在分散發酵內產生的乳酸鹽的含量不會增加約3%時,認為發生了乳酸鹽生成的抑制。這種定義為充分的用于乳酸鹽生成的營養物在發酵肉湯中可利用,并且適用于兩批和連續操作。

    選擇性地,當發酵以連續方式運行時,存在初始的“啟動相”,此處發酵肉湯的pH值變化,與營養物濃度和乳酸鹽濃度相同。然而,之后之后,達到預期條件。一般地,到達發生的反應時間至少是大約3至大約5倍于停留時間,改變距離。 ”下的處理變數,例如pH,乳酸鹽濃度和營養物濃度,不會在周期內顯著改變。例如,可以條件下,在一種停留時間內,發酵肉湯的pH值通常不會超過0.5pH單位,更優選大約0.2pH單位。如本文使用的,稱為“停留時間”或“停留期”指分子置于發酵罐的平均時間。停留時間可通過計算此類替代的所有進入和離開發酵罐的肉湯流肉湯的體積比例確定。滿足條件下,所有進入發酵罐的流的比例等于所有離開發酵罐的體積。例如,100000加侖 一般地,對于商業規模的發酵,停留時間大約是2至大約10小時,更典型地是大約5至大約7小時。替代條件下,乳酸鹽濃度通常波動不超過大約2%,更優選不超過大約1%,而且營養物濃度不超過大約0.3%,在一種停留時間內,更優選不超過大約0.1%。從而,在連續體系中,通過達到達到條件條件后在整個發酵過程的十(10)個或更多類似的時間間隔測定的平均pH值,確定為“平均培養pH”。

    如本文所指,“*后的培養pH”是由微生物的生長和/或乳酸鹽材料生產停止時發酵肉湯的pH。生長和/或乳酸鹽材料生產的停止可能是反應溫度變化,發酵肉湯中一種或多種必需營養物質的轉化,pH的蓄積意向改變,或發酵肉湯從細菌細胞分離的結果。在這些情況下,通過充分加入酸或堿到發酵肉湯以故意停止發酵,以停止乳酸鹽生產,*終的培養pH定義為正好在酸或堿加入之前的營養基的pH。選擇性地,生長和/或乳酸鹽材料生產可通過一種或多種發酵產品的蓄積和/或由發酵產品的生成產生的肉湯pH變化而停止,即發酵反應已經達到給定培養條件的自限點。對于產生應經*終生成抑制的有機酸如乳酸的細菌發酵,是非常普遍的的。

    a。中性pH發酵乳酸鹽物質源可具有中性pH,例如,來自中性pH發酵的肉湯。大量的微生物污染物是已知的,并且用于中性pH下乳酸的生產。這些中*重要的是乳芽孢桿菌屬,鏈球菌屬和片球菌屬的同型發酵乳酸菌。通常地,在pH約5.0和8.0之間,更典型地在約5.0和7.0之間(“中性pH”) ,例如,美國專利5,510,526,此處一并參考。

    由于產生了乳酸,發酵肉湯通常變得更酸性,通常通過加入中和劑,例如堿金屬或堿土金屬氫氧化物,氫氧化鈣,碳酸鈣,石灰乳,氨水或氨氣至發酵肉湯,保持中性pH。當加入發酵肉湯時,來自中和劑的陽離子結合離解的乳酸形成乳酸鹽。

    優選地,鈣堿,例如碳酸鈣或氫氧化鈣,作為中和劑加入發酵肉湯,如此形成乳酸鈣。與其他中和劑混合物,鈣堿對于許多微生物生產乳酸鹽更容易接受。例如,鈣堿在電滲析水離解-基的方法中容易插入膜。CO2液-液萃取用于含乳酸鈣的溶液時無效(Lightfoot等.Ind.Eng.Chem.Res.1996,35,1156)。當鈣堿用作陽離子交換劑基的酸化步驟時,需要大量的過量酸以再生陽離子樹脂。相反地,本方法可以處理含鈣堿的溶液。事實上鈣堿是優選的中和劑。

    批處理或連續處理時,可以進行中性pH發酵。在批處理中,適當的中性介質分散入發酵罐。一般地,營養基包括適當的少量源以及適當的復合氮源,以供應各種氨基酸,維生素,礦物,礦物和其他生長因子。然后營養基植入所希望的微生物。發酵罐的溫度和pH值保持在*佳范圍內(替代微生物或雜質)直至替代供給。優選地,通過加入中和劑來維持中性pH。不斷補充之后,從發酵肉湯純化產物(乳酸鹽材料)。

    在連續方法中,營養基,微生物和其他添加劑(例如中和劑)加入發酵罐,從發酵罐中以未獲得限制乳酸鹽濃度的方式除去發酵肉湯。通常地,營養基,微生物和其他添加劑以規定量和規定速率或在規定的時間間隔加入。發酵罐的溫度的速率除去發酵肉湯。

    優選地,采用多步驟的連續發酵方法,其中使用多個發酵容器。向第一容器加入新鮮培養基,微物等等。來自第一容器的發酵肉湯隨后轉移至第二容器,第二容器的地,依次每個步驟進展,乳酸鹽材料的濃度升高,碳源的濃度降低,這樣以致于第一容器具有*高濃度的碳源。和*低濃度的乳酸,*后的容器具有*高濃度的乳酸鹽材料和*低濃度的碳源。一般地,采用具有大約2至大約8步驟的多步驟方法。

    選擇性地,冷卻發酵肉湯以引起乳酸鈣結晶。從發酵肉湯中分離結晶的乳酸鈣并用作乳酸鹽材料源?;厥諄碜匀樗徕}分離的母液(濾液)至發酵罐。

    b。低pH發酵這種方法也可以通過從具有低pH的乳酸鹽物質源中純化乳酸,例如低pH發酵肉湯。與中性pH發酵替代,低pH發酵(即,pH低于5.0的水溶液,優選低于4.8,更優選低于4.3)產生的乳酸鹽材料包括顯著含量的游離酸形式的乳酸鹽材料。如此,從pH低于4.5的水溶液分離乳液經常免除與后續步驟相關的大量費用,例如中性發酵法必需的酸化。*終,即使進行酸化,發酵中形成的每單位乳酸鹽材料通常需要實質性的能量和/或化學品,例如酸。因此,研發在”如本文使用的,“低pH”指pH等于或低于5.0的溶液,優選等于或低于4.8,更優選大約4.3或替代,典型地為大約2.5至4.2。既使微生物在低pH能夠保持高濃度,中性劑,例如氫氧化鈣或碳酸鈣可以加入發酵肉湯以維持希望的,雖然低的pH。

    例如,采用耐酸的細菌可以進行低pH發酵,如耐酸的同乳(homolactic)細菌。例如,PCT99 / 19503(公開了采用分離自天然來源的耐酸乳芽孢桿菌,以*終pH約3.8,乳酸濃度約70至)例如,PCT 99/14335公開了在約2.8的*終pH,以至少一種復制的乳酸脫氫酶轉化的酵母菌,發酵發酵至乳酸的過程,剎車從乙酸鹽生產乳酸,這里一并參考。

    低pH發酵可以以如上介紹的批量或連續方法進行。

    V.溶液澄清乳酸鹽材料源通常包含替代清除以生產商業上可用的純化乳酸溶液的雜質。例如,由中性或低pH發酵得到的乳酸鹽材料源通常包含離解和未離解的乳酸鹽材料(即,游離酸和鹽),未轉變的原材料(碳源),重金屬,代謝產物,細胞,細胞碎片和無機鹽。通常需要處理純化的乳酸溶液。

    因此,這種方法可包括“澄清步驟”,這減少了乳酸鹽材料源中的懸浮細胞群和/或其他高分子量碎屑的含量。術語“高分子量碎屑”指具有約10000Da至約500000Da分子量的雜質,優選約40000Da至約500000Da,例如肉眼可見的固體,未離解的鹽,DNA,類脂,多肽,蛋白質,碳水化物和它們的碎片。參見,例如,《發酵和生化工程手冊:原理,方法設計和設備》發酵與生化工程手冊:原理,工藝設計,&amp; 設備,由Vogel and Todaro編輯,Noyes Publications,新澤西州韋斯特伍德,1997,第6章“過濾”第6章(過濾)和第12章“離心”第12章(離心)。

    在交叉流過濾中,乳酸鹽材料源,這里也稱為漿液,經膜成切線地幔。橫過膜產生壓力梯度以促進液體移動(低碳氫化合物,化合物碎片和其他高分子量碎屑不能透過膜,保留在濃縮的漿液中?;驓堄噙^濾。優選的交叉流過濾,由于它能從溶液的剩余能量有效分離具有多種尺寸(例如微生物大?。┑碾s質和碎屑。交叉流過濾具有各種濃度的溶液也有效。交叉流過濾的濃縮的滲余余物可回收至發酵容器。

    一般地,能夠經得起約40℃和100℃之間的溫度以及2和7之間的pH值的膜是適當的。優選地,膜材料也可經得起化學或熱滅菌。適當的膜材料包括聚合材料(聚醚硅氧烷,聚甲醛,聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯)和無機材料(氧化鋁,氧化鋯,不銹鋼等等)。具有適合于此方法的膜設備的公司包括Koch膜系統公司,馬薩諸塞州威爾明頓;和USFilter,賓夕法尼亞州沃倫代爾。

    可以以一步法進行交叉流過濾。在這種單步法中,采用具有約0.1至1.0微米尺寸大小或者包括5,000Da和500,000Da之間截留分子量(MWCO)的膜,可以從發酵肉湯中除去細胞和高分子量碎屑。換言之,可以采用具有5,000Da的MVCO的膜,出可以采用500,000Da MWCO的膜,或者可以采用MWCO在5,000Da和500,000Da之間的膜。更優選地,為了避免膜結垢,采用具有40000至500000截斷分子量的膜。

    優選地,采用兩步交叉流過濾法。第一步中,采用具有尺寸大小超過500,000MWCO的膜清除大物質,例如細胞。第二步中,采用包括MWCO在300Da和500,000Da之間的膜,從肉湯中除去高分子量的碎屑,例如蛋白質和二進制。更典型地,這種第二步采用包括MWCO在2,000Da和300,000Da之間的膜。

    這種兩步分流過濾法特別有益于發酵肉湯的澄清。由于大細胞碎屑在第一步濾出,第二步的膜往往不會被細胞碎裂分開。從而,兩步分流過濾膜組件通常是可互換的,殺死可以根據需要改變膜厚度或MWCO。

    例如,交叉流過濾法可以以連續或批量模式運行。多種配置都是適合的。管線的配置,其中膜垂直地分開于與套管內管相似類的。管內,和優選管式毛細管,因為它可處理包括各種粒度(例如微生物)的溶液。然而,減少膜結垢的任何流配置(螺旋狀纏繞,平板,等等)都是適當的。參見,Cheryan,M。,《超濾和微濾手冊》技術出版有限公司,超濾和微濾手冊。TechnomicPublishing Co.,Inc。),蘭卡斯特,賓夕法尼亞州,1998,第5章。

    VI。濃縮I在酸化之前和/或之后交替地進行濃縮步驟。也可在重復步驟之前和/或之后進行濃縮步驟。濃縮乳酸鹽材料源經常增加萃取期間獲得的乳酸的收率。一般地,由發酵獲得的乳酸鹽材料源包括大約5wt%至15wt%,更典型地為8wt%至15wt%乳酸鹽材料。然而,當發酵肉湯的pH下降,碳源變化,或者微生物變化時濃縮,包括乳酸鹽材料源暴露于升高的溫度以減少溶液的體積,基本上不需減少溶液中存在的乳酸鹽材料的含量。通常地,溶液體積減少約10wt%,更優選約25wt%,*優選約75wt%,而乳酸鹽材料的含量上沒有類似的減少,例如,同時乳酸鹽材料的含量僅減少10wt%,更優選約5wt% ,地,濃縮步驟提供約12wt%至約60wt%乳酸鹽材料濃度的溶液,優選約12wt%至約30wt%,*優選約15wt%至約2。通常地,在升高的溫度下進行濃縮步驟,以增加溶液內的乳酸鹽材料的保留,特別是發酵是在中性pH進行時,和乳酸鹽材料主要是鹽形式。通常地,濃縮步驟在約60℃和150℃,更優選70℃至約100℃之間的溫度進行。

    濃縮可通過蒸發,滲透蒸發,反滲透,或者任何其他從乳酸鹽材料中優選分離水的方法完成。優選的方法是采用多效蒸發器。使用串聯多效每小時可以蒸發許許多多的成千磅(千克)水。多效蒸發器使用一種效應中冷凝產生,以補充另一效應的再蒸鍋轉化的熱。在大多數多效單元中,來自一種效應的噴頂蒸汽在下一效應器的加熱元件上直接冷凝??梢圆捎酶鞣N加熱元件樣式,從套管到板至機械攪拌動地薄膜裝置。

    優選地,加熱元件減少了肉湯的熱經歷(即,按時間和溫度肉湯暴露的雜質含量)。減少熱經歷變成減少了雜質的熱降解和乳酸的外消旋。雜質的熱降解通常增加溶液如早先討論的,乳酸的手性取代對于某些應用是重要的,與濃縮步驟一起增加的外消旋殘留乳酸不飽和的一些。商業用途。

    降膜式蒸發器或升膜式蒸發器可減少停留時間,從而減少熱降解和外消旋。強制循環蒸發器是所期望的,由于它可處理漿液(這里鹽可沉淀出)和粘性的流體。相反地,降膜式或升膜式蒸發器不正確與可沉淀出乳酸鹽的漿液一起使用。另外,熱再壓蒸發器或機械再壓蒸發器是適當的。

    當乳酸鹽的物質濃度增加時,可達到乳酸鈣的(或其他乳酸鹽)*大溶解度,引起乳酸從溶液中沉淀出來。盡管乳酸鹽的沉淀通常不會減少純化乳溶液的質量,優選乳美國專利5,766,439報告了不同溫度下乳酸鈣的溶解度,此處一并參考。

    表1顯示在50℃下對于具有不同濃度的乳酸鹽材料源,自采用含54wt%阿拉明叔胺304(Cognis,Tuscon,AZ)和46wt%IsparK(Exxon)的溶劑的四理論級萃取中回收的乳酸百分比。在此四理論級萃取中,進入有機相與進入水相的重量比是2.5。如表1所示,回收的乳酸的含量極大地取代了中牛奶的濃度。從而,在乳酸萃取之前濃縮乳酸鹽材料源增加了這種方法的效率。

    表1.葡萄糖肉湯的乳酸回收率

    圖3顯示在50℃采用含54wt%阿拉明叔胺304和46wt%IsoParK的有機溶劑萃取的乳酸McCabe-Thiele圖。線A是顯示乳酸在水和有機相之間分配的平衡線。由測量乳酸在兩相之間的分配在實驗上測定平衡線。乳酸平衡曲線的形狀是不尋常的。水相中低乳酸濃度下該曲線具有傾斜的斜面([乳酸] <10wt%)。水相中在中間乳酸濃度下斜面增加(10wt%<[乳酸] <21wt%),在測量的*高乳酸濃度下又變平(21wt%<[乳酸])。

    線B和D是兩種具有不同起始乳酸濃度的乳酸源的操作線和級。操作線是水相和有機相在任何級萃取中測量的比例。當分配的溶質(乳酸)是替代的,并且水相在有機相中具有極低的溶解度時,操作線一般變直,反之亦然。當溶質更濃且水相在有機中的溶解度升高時,操作線一般變得更彎曲,反之亦然。

    一般地,當從水相向有機相萃取乳酸時水相含量減少且有機相含量升高時,一般地,由于當乳酸源更濃時水相與有機相的重量比迅速變化,操作線變得更彎曲。一部分,這歸因于水相向有機相與乳酸一起的共萃取。另外,乳酸從水相向有機相的移動增加了有機相的質量,同時減少了水相的質量。

    線B是具有60wt%的起始乳酸濃度的乳酸源的操作線。線D是具有30wt%的初始乳酸濃度。的在乳酸的起始線濃度(例如30wt%對60wt%),操作線更線性。

    線C和E的指示的線B和D分別顯示的乳酸源萃取的多級萃取的級。線C和E的每個“步驟”表示四理論級萃取的一個級。

    通常3,平衡曲線的窄點往往引起乳酸回收率的下降,由于需要多級。而同時,具有較高的乳酸濃度的乳酸。源的操作線(線B)順利地彎曲,減少了窄點的影響。從而,在具有引發乳酸濃度的乳酸源的多級萃?。ň€D)中,萃取級更小且更交替(線E)。相反地,在具有較高初始乳酸濃度(線B)的乳酸源的多級萃取中,萃取級仍然連續且欠取代(線C)。

    這種方法也適合與平衡曲線不具有窄點的溶劑一起使用。例如,當某些時候辛醇或磷酸三丁酯的增強劑加入有機溶劑時,平衡曲線往往變得更線性。這種方法還提供一種從含增強劑的溶劑中有效的萃取甘油。

    除了與萃取步驟一起使用時濃縮步驟提供的優點之外,濃縮步驟給整個方法提供濃度。濃縮步驟允許不考慮乳酸鹽材料源的濃度產生具有均勻濃度的溶液。的分離步驟,以處理預期的*低乳酸鹽材料濃度。與濃縮步驟一起,可設計剩余的步驟以處理接近穩定的乳酸鹽材料濃度。從而,只需清除和濃縮步驟需要是充分靈活的,以處理不同濃度的乳酸鹽材料。

    如果需要,交叉流過濾步驟對于肉湯重復是易于擴展的,由于大工廠有可能使用分離過濾元件,并且額外的平行是相對便宜在濃縮步驟中,可改變許多操作參數以增加或減少水蒸發量。例如,可以改變加熱介質和/或改變通過導管的流體的速率。

    例如,從10wt%至20wt%的增加的乳酸鹽材料濃度減少了進一步處理的材料的一半含量。換言之,200lb(90kg)含90%水(180lb或81kg水)和10%牛奶(20lb或9kg)的預濃縮組合物的溶液可以被濃縮到100lb(45kg)溶液,它包含80%(80lb或36kg)的水和20%(20lb或9kg)乳酸。待處理的材料體積的減少實質減少了設備的成本。另外地,待處理材料的體積減少減少了隨后步驟中加熱和冷卻成本。

    例如,乳酸鹽材料源中一些雜質是揮發性的羧酸(例如,醋酸),它們的游離酸形式可以例如,污染酸的鹽形式具有很少的體積(尤其是鈣鹽)。其他污染酸的游離酸形式替代水。在。酸化之前或之后再濃縮這樣的污染酸雜質可沉淀出溶液。結果,可減少乳酸鹽物質源內雜質的含量。

    例如,溶劑中每摩爾的胺一般萃取約1摩爾的酸。相反地,本方法每摩爾胺萃取約2或更多摩爾的乳酸。這導致減少的溶劑流量,從而導致降低設備成本和減少溶劑損耗。甚至在許多萃取方法中胺與酸比例超過1∶1的摩爾比會導致選擇性下降,采用本方法高選擇性和甲醛仍然是可行的。

    當濃縮乳酸鹽物質源時,在濃縮溶劑中乳酸的濃度不斷升高,反萃取得到的水溶液中乳酸的濃度也如此。從而,如果希望,一般分解了與*后濃縮步驟相關的成本。 ,,乳酸濃度的增加經常增加了反萃取期獲得的乳酸收率,特別是該溶劑含有限量的或無增加劑時。結果,減少了在這種貧溶劑中的乳酸損失。

    濃縮乳酸鹽材料源提供了更多的優點,它也增加了雜質的濃度。然而,盡管濃度濃度升高,這種方法仍然能夠生產高收率的純化乳狀液。

    VII。酸化酸化乳酸鹽物質源,以在乳酸鹽物質源內將乳酸鹽物質從其離解或鹽形式轉化成未離解的酸形式。一種轉化發酵肉湯中的乳酸鹽至游離乳汁的方法是向濃縮液中加入強無機酸,例如硫酸。當硫酸加入到澄清肉湯時,形成游離乳酸以及硫酸鹽。石膏僅僅微粉碎水且容易,例如,通過結晶從溶液中除去。

    優選地,在希望大的硫酸鈣結晶生成的處理條件下進行酸化。例如,優選在攪拌溶液的同時進行酸化以減少二次成核。優選以減少局部高的過飽和的方式加入硫酸,以減少首次成核。制備大結晶的技術是已知的,并且描述在美國專利No.5,663,456中,此處一并參考。

    一般地,硫酸對乳酸鹽的比例在0.90和1.20之間,優選在0.95和1.05之間,更優選0.99和1之間。如果存在作為非均質的其他羧酸,氨基酸或羧酸根團,可以使用較高的硫酸對乳酸鹽比例,以酸化雜質以及乳酸。

    優選,將硫酸加入優選兩步法進行。步驟,加入大比例,例如按體積計約80%至95%的硫酸至肉湯并攪拌。酸化乳酸和第二步,仔細地測量加入該體系的硫酸預期的化學計算的硫酸對乳酸鹽比例。

    然而,對于具有低pH值的乳酸鹽材料源,需要的硫酸含量經常減少。從而,酸化的化學成本往往下降。,具有低pH值的乳酸鹽物質源經常產生少量石膏,從而經常減少了處置鹽的問題。

    VIII。清除石膏如上介紹,澄清的乳酸鹽物質源中的乳酸鹽可以通過硫酸酸化而轉化成乳酸。向澄清肉湯加入硫酸也引起硫酸鹽的生成。硫酸鹽中的至少一些,例如,優選地,位于乳酸鹽材料源中的硫酸鹽含量減少至少10wt%(以硫酸鹽重量計),優選50wt%(以硫酸為基礎)。鹽重量計),更優選90wt%(以硫酸鹽重量計),*優選98wt%(以硫酸鹽重量計),產生含有不超過5wt%硫酸鹽(以溶液重量計)的溶液,優選地,不超過1wt%硫酸鹽(以溶液重量計)的溶液。

    例如,可以采用滾筒式真空吸濾機,帶式過濾器或者壓濾機,以減少肉湯中石膏的含量。也可以使用離心分離器或沉淀分取器。參見,例如,《發酵和化學工程手冊:原理,方法設計和設備》由Vogel和Todaro編輯,Noyes出版社,westwood,NJ,1997,第6章(過濾)和第12章(離心)。

    IX。減少剩余硫酸鈣的含量到溶液中殘留的硫酸鈣(例如,石膏除去之后剩余的硫酸鈣)可引起隨后處理中使用的設備內部的剝落,尤其如果進行后續的濃縮步驟,可能需要減少乳酸溶液中殘留硫酸鈣的含量。優選地,通過額外的處理清除至少部分的剩余硫酸鈣。更優選地,優選減少剩余硫酸鈣的含量,這樣剎車溶液包括不超過大約1wt%的硫酸鈣(以溶液重量計)計),優選不超過約0.5wt%的硫酸鈣(以溶液重量計),*優選不超過約0.1wt%的硫酸鈣(以溶液重量計)。剩余的硫酸鈣可以通過離子交換除去。在離子交換方法中,通過與離子交換樹脂接觸以除去乳酸溶液中的鈣離子,它以氫,鈉或鉀離子置換鈣離子。適合的陽離子交換樹脂的例子包括羅門哈斯,費城,PA的安伯來特離子交換樹脂(例如Amberlite IR120),和Dow化學公司,Midland,MI的Dowex離子交換樹脂(例如Dowex Marathon C)。然后可通過通過交換交換法除去硫酸根。硫酸根離子通過與以氫氧根離子置換硫酸根的交換交換樹脂接觸而清除。適合的取代交換樹脂的例子包括上述的Amberlite和Dowex離子交換。樹脂。

    對于乳酸萃取和硫酸根預萃取可以采用同樣的有機溶劑。例如,對乳酸萃取和硫酸根預萃取可以采用同樣的有機溶劑。因此,對于硫酸,在本申請中稍后介紹的叔胺溶劑具有比乳酸更強的選擇性。因此,可通過溶液與含30至80wt%長鏈叔胺,30至70%wt%的煤油。和0至20wt%的極性有機增強劑的有機相接觸,從乳酸溶液中萃取硫酸根離子。在除去鈣離子之后,一般將胺溶液加入乳酸溶液中,這樣殺死叔胺和硫酸根離子的摩爾比大約是1.0∶1.5至0.8∶1.0。有機相可以以少量(例如,約1wt%至約10wt%)的水溶液洗滌以回收共萃取的乳酸。然后通過將硫酸根的溶劑與堿性水溶液接觸再生有機溶劑。在注解XV貧溶劑洗滌(Lean SolventWash)的章節更詳細地討論這點。

    這是特別有效的,因為乳酸溶液中殘留硫酸根在萃取期間可起增強劑作用(可見節XII)??赏ㄟ^胺與硫酸根的比例控制乳酸溶液中殘留的硫酸根。

    通常地,僅需要一次接觸級以減少殘留硫酸根的含量?;旌铣吻迤骱碗x心提取器是優選的,因為它們具有一級。然而,采用多柱,單個的混合替代器或離心提取器的多級或逆流法,可減少殘留硫酸根的含量。

    而在胺萃取期間共萃取了硫酸和乳酸(見節XI),在反向萃取中僅反萃取了乳酸(見節XIV),這歸因于胺萃取劑對硫酸的高選擇性。貧溶劑洗滌期間可減少貧溶劑內殘留硫酸的含量(見節XV)。

    例如,納米過濾能夠選擇性地從例如鈣和硫酸根的二價離子中分離毛細管。納米過濾也往往清除其他高分子量雜質,如電滲析(Electodialysis)可以用于清除鈣和硫酸根。然而,電滲析往往在單價離子時工作*佳。

    X.濃縮II酸化之后可替代地進行第二次濃縮步驟,例如,如果在第一次濃縮步驟中未得到充分濃度的乳酸,例如,歸因于不溶性乳酸鈣鹽的存在。之后,溶液含有主要的酸形式(未離解)的乳酸鹽材料。未離解的酸形式的乳酸鹽材料是更可溶的,因此這種濃縮步驟可以消除乳酸鹽溶解度的限制。通常地,,乳酸溶液濃縮至約20wt%至約70wt%,更典型地是約40wt%至約60wt%乳酸。以上介紹了適當的濃縮技術。

    十一。乳酸萃取。

    純化乳酸溶液優選通過以不取代水的胺基溶劑(亦稱為胺溶劑,有機相,萃取劑或乳酸萃取,引起乳酸分配在萃取劑中,形成微米級的乳酸的萃取劑,在其中中它也被稱為取代胺溶劑,萃取萃取溶劑或碳酸有機相。

    萃取效率的測量是分配系數。分配系數定義為溶劑相內部平衡濃度的乳酸除以水相內平衡濃度的游離乳酸。通過有機相(萃取劑)內乳酸的濃度(以wt。計)除以水相(萃取發生相)內的乳酸濃度,計算分配系數。一般地,具有大于0.1的分配系數是希望。大于0.5的分配系數通常是更希望的,大于1.0的分配系數通常是更佳的。分配系數受選擇溶劑的影響。在商業規模的實踐中,萃取效率與體系的能力相關,以達到高收率,低萃取體積和濃縮的產物的組合。

    優選地,胺在水中是不可混和的,并且包含至少18個碳原子。更優選以叔參見例如美國專利:4,771,001; 5,132,456;和5,510,526;以及Shimizu等,《發酵與生物工程雜志》(發酵與生物工程雜志)(1996),第81卷,第240-246頁; Yabannavar andWang ,,《生物技術生物工程》(Biotech Bioeng。),(1991)第37卷,第1095-1100頁;和,Chen and Lee,《應用生物化學生物技術》(Appl.Biochem.Biotech),(1997) ,第63-65卷,第435-447頁。這六篇文獻此處一并參考。

    適當的胺包括少數族裔,阿姨族(芳香族)或芳香胺,或者混合的少數族裔-阿姨族或少數族裔-芳香胺,或者這些胺的混合物。胺的例子包括三十二烷胺乙胺,二辛胺,三辛胺,三癸胺,甲基雙十二烷胺和工業制劑,例如安伯來特LA-1(每個烷基鏈中具有十二個碳原子的二烷基胺分別,得自Rohm and Haas,費城,賓夕法尼亞州),阿拉明叔胺304(三月桂胺,得自Cognis,亞利桑那州圖森,以前為漢高公司),阿拉明叔胺308(每鏈上具有8一個碳原子的支鏈三烷基化合物,得自Cognis,亞利桑那州圖森,和阿拉明叔胺336(三辛基-;三癸基-;二辛基癸基-和二癸基辛基胺的副本,得自Cognis,圖森,亞利桑那州)。

    進行萃取的溫度可以根據許多參數,包括溫度對萃取效率,粘度的影響,和冷卻萃取劑的成本變化。通常地,在約20℃和約70℃之間,更優選在30℃和60℃之間進行萃取。

    適當的使其接觸這兩相的設備包括填料柱,機械攪拌柱,穿孔的板式柱,脈沖柱,混合器/注入器和離心接觸器。的趨勢和其他操作參數,例如溫度和壓力。

    萃取溶劑也優選含有烴部分以改性粘度,相聚結和該體系的其他物理性能。適合的烴的例子是煤油。例如,??松梨诘腎soPar族產品是適合的煤油產品。IsoParK是特別優選的。萃取溶劑中一般包括約1wt%至約70wt%的烴(如果完全使用)。優選的溶劑體系以重量計包括,30wt%至70wt%阿拉明叔胺304,0wt%至20wt%極性有機增強劑例如辛醇或磷酸三丁酯,和30wt%至70wt%煤油。在具有低增強劑濃度的溶劑組合添加劑,在乳酸萃取期間可形成第二有機相。通常地,第二有機相包括高濃度的乳酸。然而,第二有機相的存在可能引起一些操作上的困難。

    例如,可以使用來自CO2驅動的方法溶劑(替代)。優選地,這種溶劑含有低濃度的乳酸(例如,約1wt%至約5wt%)。甚至溶劑可能含一些乳酸,溶劑通常具有額外的萃取容量,因此可以用于從酸化的和濃縮的溶液中萃取乳酸。如果保留在溶液中,它可以以貧溶劑萃取。沉淀,如下所述,可回收富含剩余乳酸的溶液。

    整合本方法與另外的乳酸方法可以減少溶劑的流量,增加水反萃?。ㄈ缦陆榻B)獲得的溶液中乳酸的濃度。流量的減少可降低設備成本,例如,對于乳酸萃取,反萃取和蒸發以及操作成本,例如能量。在現有的乳酸生產設施中整合是特別選擇性的,因為它以少量的成本增加了容量。

    至少地,設計乳酸萃取以單一萃取的存在于酸化的或濃縮的溶液中的一部分乳酸,優選存在于酸化和濃縮溶液中的約70wt%和95wt%之間的乳酸。的萃取余液,優選在濃縮步驟之前,并與另一乳酸鹽材料源結合。當僅有萃取存在于酸化和濃縮溶劑中的部分乳酸時,往往需要很少的萃取級。另外,也減少了溶劑流量和資本費用。

    一般地,回收萃余液時,可以采用許多方法以減少體系內部的雜質。例如,部分的萃余液可以當廢水凈化或轉移。萃余液中的乳酸鹽通過向其中加入石灰可以作為乳酸鈣沉淀。乳酸鈣然后從隨后被酸化,優選通過節VII介紹的酸化的溶液中分離出。

    XII。增強劑萃取溶劑也包括增加乳酸分配系數的增強劑。當水相中游離乳酸濃度低,即小于15wt%時,增強劑特別有用。一般地,存在增強劑時乳酸更有效地分配入有機相,排除增強劑時更有效地分配入水相。增強劑一般基于其增強強度,瞬態,反應性或任何其他的萃取效率或易操作需要的性能選擇。一般增強劑是含醇,酮,酯,酰胺和其他極性有機液體的極性有機化合物。揮發性的增強劑是優選的,因為它在水反萃取之前能從萃取溶劑中蒸餾。

    已經發現硫酸鹽和硫酸鹽中的低聚物濃度時經常能增加乳酸向有機溶劑,尤其是胺基溶劑,更優選叔胺基溶劑的分配。圖4表示在50℃下含和不含硫酸的水和有機溶劑之間的乳酸的平衡濃度,該溶劑包括54wt%阿拉明叔胺304和46wt%IsoParK。不含硫酸,平衡曲線是“ S”形(圖4的線“ A”)。結果,需要許多級和大量體積的溶劑以從水相中獲得高乳酸收率。多級和相反地,當硫酸加入到有機萃取劑時,更多的乳酸分配入低乳酸濃度的溶劑相。 (圖4的線“ B”和“ C”)。當0.1mol / kg和0.5mol / kg的硫酸分別加入萃取劑時,線“ B”和“ C”是平衡曲線。從而,效率更高的萃取是可能的(預期級,較 收率,量少溶劑)。

    表2表示在50℃,采用54wt%阿拉明叔胺304和46wt%IsoPar K的溶劑,在該溶劑含0.1mol / kg硫酸根或無硫酸根時,在乳酸的四理論級萃取中回收的表2表示在硫酸根利用增強劑之后極大地增加了萃取效率。

    表2.乳酸回收率

    此外,已經發現即使在超過60℃溫度時硫酸根陰離子也不會反萃取至水流。如實施例2f和2g所示,由高溫反萃取獲得的乳酸產物流顯示無可檢測水平的硫酸根雜質。

    多數增強劑是極性有機液體,它們在水溶劑中具有一些取代和溶解度,可能污染殺菌劑溶液,這樣以致于在清除來自溶劑的,多數增強劑高溫時退化或變活潑。相反地,硫酸根具有優良的熱和反應穩定性。

    優選地,硫酸根增強的溶劑含有大約0.01mole / Kg和大約1.0mole / Kg之間的硫酸根,更優選大約0.05mole / Kg和大約0.5mole / Kg之間的硫酸根。性有機增強劑不加入硫酸根增強的溶劑,這樣合并硫酸根增強溶劑中的極性有機材料的含量小于約5wt%,更優選小于約1wt%。

    例如,濃縮硫酸鹽的溶劑可通過萃取步驟之前或期間直接加入硫酸至胺基溶劑獲得(例如,硫酸不是來自先前處理步驟的殘留硫酸鹽)。選擇性地,胺基溶劑內的硫酸也可是來自酸化步驟的殘余硫酸,尤其是在酸化步驟期間過量加入硫酸時。

    可選擇地,胺基溶劑內的硫酸可以是來自再生陽離子交換樹脂的剩余硫酸??梢栽诜摧腿〔襟E中產生碳酸的溶劑(如節IX介紹)。 。然而,硫酸在水反萃取期間由于有機萃取劑對硫酸的高選擇性經常保留在有機萃取劑中,而乳酸在水反萃取期間被反萃取。如果希望,有機溶劑中硫酸根的含量可通過旁路交換柱周圍的小相鄰控制,或者通過控制溶劑洗滌期間(以后討論)清除的硫酸根的含量來控制。

    XIII。濃度溶劑中的雜質的清除在以胺溶劑萃取的鈦溶液之后,含乳酸的胺溶劑可以稱為“混合物”溶劑。這種替代胺溶劑可以與少量的水溶液接觸,以減少溶劑中雜質的含量。例如,雜質可以與乳酸一起共萃取至溶劑,或者通過夾帶約會。另一種變量的例子包括鹽,糖或氨基酸。適合的水溶液的實例包括水或含乳酸和水的替代溶液。含少量(例如,約1wt%至約10wt%)乳酸的水溶液經常減少反萃取至水溶液的乳酸的含量??刹捎枚嘟佑|級實際上不含夾帶和萃取雜質的有機相。

    然后從有機相分離水相并移走。適用于這種液-液接觸步驟的設備是已知的。優選采用離心萃取器以減少水相的夾帶。

    確定用于溶解溶劑萃取中的水溶液的含量中,純度的升高通常和從有機相反萃取的乳酸含量相當??梢愿淖冇袡C相和水相的比例以符合需要純化的含量,可根據發酵肉湯內雜質的含量和/或純化的乳酸溶液產品*終用途而變化。在樣品溶劑萃取之后,水溶液可當廢水處理,或者更優選地,回收到該方法中。更優選地,水溶液可回收到送入乳酸萃取步驟的酸化,澄清溶液中。

    XIV。反萃取為了獲得純化的乳酸溶液,從微米有機胺基溶劑中“反萃取”乳酸。在乳酸從乙酸的溶劑萃取之后,這種溶劑可稱為“貧”溶劑。通過許多已知的方法可以WO99 / 19290詳細介紹了這些反萃取方法,本文一并參考[完成從溶劑中反萃取乳酸,例如,反萃取,反相分離,薄膜分離,溶劑蒸餾,乳酸沉淀的蒸餾,乳酸產物的結晶和水萃取。 。

    優選地,通過從有機相向水相萃取乳酸獲得純化的乳酸溶液。轉移乳酸至不可混合的相對便宜的液相,殺死回收較貴的胺溶劑。

    反萃取優選在比乳酸至有機相萃取溫度更高的溫度下進行,這樣例如乳酸在胺基有機相和水之間的乳酸平衡分配變得更有利于水,例如,參見美國專利No.4,275,234(本文,一并參考)。反萃取溫度的升高經常增加水溶液中萃取酸的濃度。然而,升高的反萃取溫度可降解溶劑分數和/或乳酸。由于乳酸鹽材料源在萃取之前濃縮,尤其是如果溶劑的極性有機增強成分是低的(例如,小于約5wt%,更優選小于約1wt%),通常不需要高反萃取溫度(例如,溫度在約120℃之上)。

    一般地,反萃取在比乳酸萃取溫度高,大約20℃至大約160℃,更典型地為大約40℃至更高的100℃的溫度下進行。例如,如果乳酸萃取在約15℃至約60 ℃的溫度和大氣壓下進行,隨后的水反萃取通常在至少約70℃進行,更典型地為至少約100℃的條件下進行。溫度升至100℃以上時,水反萃取通常減壓進行,一般采用氮氣。

    在萃取水反萃取甲醛的乳酸之前,減少,例如,通過蒸餾萃取溶劑中極性有機增強劑的含量是希望的。一般地,除去增強劑往往產生乳酸向水相更良好的分配。

    美國專利No.4,771,001(此處一并參考)公開了有機溶劑中三烷基叔胺隨反萃取至水相的用途(含相對強的堿,如氨水)。

    第一步中,從有機相萃取的酸以水萃取,得到具有大于30wt%乳酸濃度的溶液。第一步優選僅采用約1-3級,有機相和通常是從有機相中回收大約60wt%至大約90wt%的乳酸。第二步中,從有機相通過以堿性溶液(例如氫氧化鈉)接觸有機相回收預期生成一些乳酸鹽并在具有鹽分解能力的生產設施中兩步反萃取是優選的。兩步反萃取亦往往具有較高的資本成本(*低的接觸級)和操作成本(包括的產品濃縮成本)。

    適于如上燒結的正向萃取的設備也適用于反萃取。

    XV。貧溶劑洗滌在乳酸分配至水相之后,優選洗滌貧有機溶劑(例如,其中至少已萃取了部分乳酸的有機溶劑),以減少雜質的含量,然后回收。通常地,如果未進行貧溶劑在貧溶劑洗滌中,這種溶劑與含堿的溶液,例如氫氧化鈉,氫氧化銨或氫氧化鉀混合。優選地,貧溶劑洗滌是苛性(氫氧化鈉)洗滌,例如,采用5%的氫氧化鈉。例如硫酸根和氯的雜質與胺降解產品一起分配入堿性溶液。然后除去堿性相并作為廢水處理。根據溶劑中雜質的含量,相聚結特性和溶劑降解速率,經貧溶劑洗滌可處理所有有機相或僅一部分的有機相。

    當硫酸根在萃取步驟中利用增強劑時,苛刻洗滌提供了從溶劑中清除硫酸根的機理。

    XVI。純化乳酸溶液本方法提供一種替代的從乳酸鹽材料源,例如發酵肉湯中獲得純化乳酸溶液的節省成本的方法。而發酵肉湯通常含有相當大量的雜質,純化乳酸溶液僅含有例如,發酵肉湯通常含有大約5g / L至大約40g / L的雜質,例如完整的細胞,細胞碎屑,含碳和氮源的營養基,重金屬,代謝副產物和無機物鹽。相反地,純化乳酸溶液通常不含細胞或細胞碎屑和少量的雜質。通常地,純化乳酸溶液包括不超過約1.0g / L的總氮,更優選不超過約0.5g / L的總氮。氮,以及不超過約1g / L的總葡萄糖。更優選不超過約0.5g / L的總葡萄糖。然而,純化乳酸溶液預期的差異分布圖可根據預期的溶液用途變化。包含約5wt%至約90wt%之間的乳酸,更典型地為約10wt%至約90wt%之間的乳酸,*典型地是約20wt%至約50wt%之間的乳酸;水載 體;以及不超過約1.0g / L至約5.0g / L雜質,更優選不超過約0.005g / L至約1.0g / L的雜質,例如,蛋白質,碎片,細胞碎屑,等等... …采用加熱色度試驗評估純化的乳酸溶液的純度(見實施例1)。在加熱色度試驗中,溶液的色度在處理之前由測量溶液的黃度指數確定。黃度指數值是溶液相對純度例如,許多細菌發酵需要復合物的,它們的反映。任何代謝的乳酸鹽材料樣品和所得的純化乳酸溶液的實際黃度指數值,可根據乳酸鹽材料源的組成和純化方法的操作參數變化。營養源,這種營養源引起黃度指數值高于不需要復合營養源的一些酵母或面粉發酵的黃度指數值。

    通常地,不純的樣品,例如未加工的發酵肉湯樣品會具有約30至約150的黃度指數,更典型地為約40至約90。相反地,這種純化的乳酸溶液樣品通常會在測量黃度指數值之后,樣品在約140℃至約180℃,更優選在約140℃至約160℃之間,具有約5至約30的黃度指數值,更典型地為約10至約25。 ,受熱,約60分鐘至約180分鐘,更優選約100分鐘至約120分鐘。在加熱處理之后,不純的溶液,例如未處理的發酵肉湯樣品具有約60至約300的黃度指數值相反地,純化乳酸溶液樣品在熱處理之后通常會具有約10至150,更典型地為10至100的黃度指數。

    可以比較發酵肉湯和純化乳酸溶液在熱處理前后的黃度指數值。通常地,發酵肉湯樣品與純化乳酸溶液樣品的黃度指數值比約是1.2至20.0,更典型地為1.5至8.0。

    XVII。純化乳酸溶液的用途純化乳酸溶液是多種*終用途的水溶液。例如,可濃縮純化乳酸溶液,生成88%的水溶液。選擇性地,純化乳酸溶液可用于形成乳酸酯,例如乳酸乙純化乳酸溶液也可以形成1,2-丙二醇或丙烯酸??梢赃M一步加工純化乳酸溶液以減少雜質,例如,通過交換交換,離子交換,離子排阻色譜法,蒸發,蒸餾,超濾,納米過濾,活性碳處理,電滲析,吸附,萃取和/或它們的組合。

    實施例通過參考以下實施例進一步描述本發明。這些實施例說明說明但并不限制本文已經指出的本發明的范圍。在本發明概念內的變化是明顯的。

    實施例1.色度試驗采用旋轉蒸發器減壓下將1600g含8.4wt%乳酸鈣的發酵肉湯(pH = 6.0)濃縮至21.0wt%。采用95.5wt%的硫酸以1.02 / 1.0摩爾比的硫酸與乳酸鈣酸化21.0wt%乳酸鈣肉湯。從酸化肉湯過濾硫酸鈣。酸化肉湯隨后濃縮至35.6%乳酸。這種濃縮酸以含54wt%阿拉明叔胺304-1和46wt%Isopar K的有機萃取劑,在22℃采用兩個逆流級萃取。有機相與水相(O / A)的總比按體積計是0.96。萃取相中的沉淀是13.2wt%的乳酸,萃余液具有27.7%的乳酸甘油。淀粉萃取相以去離子水在100℃反萃取。這種操作的比例率按體積計是0.78的O / A。水產物中的沉淀是5.0wt%的乳酸,在貧化的有機流中的碳化是5.7wt%的乳酸。

    在*初的發酵肉湯中,以及在水反萃取產品中均測量色度。采用亨特色度計測量色度,結果以黃度指數單位表示。樣品“照現在的樣子”和熱處理指定時間之后的色度。結果顯示如下。

    樣品YIYI(加熱過的樣品)開始的肉湯90.8 123.1純化的乳酸產品20.8 22.8以如下方式進行加熱色度試驗:1打開油浴,溫度調節器設置至140℃。

    2加入70克的乳酸或肉湯至100mL圓底燒瓶中。

    3向圓底燒瓶中加入7.0克的玻璃珠。

    4添加450mm夾套冷凝器至100mL燒瓶上。

    5在油浴溫度達到140℃之后將100mL燒瓶放入油浴。

    6溫度調節器設置至160℃。

    7油浴溫度達到160℃之后,使燒瓶加熱2小時。

    8兩小時之后,從油浴中移去100mL燒瓶并冷卻至室溫。

    9采用黃度指數標度測定色度值。

    以下介紹測量黃度指數的方法。這種方法采用裝有20mm管(cell)的Hunter ColorQuest II球形色度計測量黃度指數。該儀器首先采用黑卡片和白瓷片標準化,以設置中性軸的頂部和底部。黑卡片用于模擬完全吸收,白瓷片用于模擬全透射比。含有樣品的20mm樣品管然后放入樣品架。色度計掃描紫外光譜的可見區并基于三色激勵值(X,Y,Z)計算黃度指數。通過綜合樣品紫外發射光譜可見區并參考光源的紫外發射光譜的可見區,確定黃度指數。

    I.預備標準檢測(APHA 25)A。加入5mL的500標準鉑鈷至100mL體積的燒瓶。

    B.用DI水稀釋到標記。

    標準化亨特ColorQuest II球形色度計儀器

    B.將黑瓷片插入透鏡前并對準OK鈕。

    C.在樣品架上放置充滿DI水的20mm管。

    D.將白瓷片置于反射口前和按OK鈕。

    II。制備樣品A.以DI水清洗20mm管。

    B.采用濾紙或在其末端連接有45um濾器的玻璃注射器濾過樣品。

    C.樣品填裝20mm管。

    D.基線測量樣品鈕。

    E.輸入樣品名并按住OK鈕。

    F.輸入樣品的黃度指數至記錄冊。

    III。儀器條件A.照明:CB。觀察者:2°C。指數:YI 1925(2 / C)IV。

    V.校準和QCA。在測試樣品之前測量APHA 25標準的APHA指數校準方法準確度。

    VI。計算A.YI指數= 100 [1-(0.847 * Z / Y)]實施例2.硫酸根增強實施例2a。乳酸萃?。簾o硫酸根增強制備在低芳香族煤油(Isopar K,Exxon)中包含54%三月桂胺(阿拉明叔胺304,Henkel)的萃取劑。在50℃以20.00克0.75mol / kg乳酸水溶液平衡3.00克的萃取溶液。諸相計量,測量兩相內的乳酸濃度。結果顯示乳酸分配系數是0.28。

    實施例2b:乳酸萃?。毫蛩岣鰪娙鐚嵤├?a介紹制得3.051克萃取液,與0.112克含2.95mol / kg H2SO4的水溶液接觸。在與萃取液接觸之后,水相內H2SO4的濃度是在檢測水平之下。然后以20.00克的0.75mol / kg乳酸水溶液在50℃平衡的H2SO4溶液的萃取劑,諸相溶液。通過0.1N NaOH滴定測定水和有機相中總總質子濃度。通過HPLC(OAKC柱)測定乳酸濃度。結果顯示乳酸的分配系數為0.55,有機相內H2SO4濃度約為0.1mol / kg,水相內H2SO4濃度低于檢測水平。

    實施例2c:乳酸萃?。毫蛩岣鰪娭貜汀皩嵤├?b”介紹的步驟,這里萃取劑的含量和乳酸溶液的含量分別為3.01克和20.02克。H2SO4溶液的含量增至0.311克。的分配系數是0.70,有機相內H2SO4的濃度大約是0.3mol / kg。水相內H2SO4濃度又低于檢測水平。

    實施例2d:重復“實施例2b”介紹的步驟,這里萃取劑的含量和乳酸溶液的含量分別是3.02克和20.01克。H2SO4溶液的含量增至0.514克。結果顯示乳酸的分配系數是0.68,有機相內H2SO4的濃度大約是0.5mol / kg。水相內H2SO4濃度又低于檢測水平。

    總結:實施例2的實驗表明當溶劑中含硫酸時,與排除硫酸根的溶劑比例,乳酸向有機相的分配系數升高。

    實施例3.水反萃取實施例3a。水反萃?。簾o硫酸根增強制備在低芳香族煤油(Isopar K,Exxon)中含54%三月桂胺(阿拉明叔胺304,Henkel)的萃取劑。在140℃萃取劑與各種濃度的乳酸水溶液接觸。有機相與水比率是28∶50w / w。在平衡相計量之后,檢測兩相的乳酸濃度。表3顯示兩相內的乳酸濃度,和計算出的分配系數Kd。。

    表3

    實施例3b:水反萃?。毫蛩岣鰪娙鐚嵤├?e的介紹制備的28克萃取劑,與1.6克的含0.8mol / kg的H2SO4的水溶液接觸。平衡時,水相中H2SO4濃度逐步檢測水平。濃度H2SO4的萃取劑樣品隨后以含44-58克,具有各種濃度的乳酸溶液在140℃接觸。然后串聯并分析諸相。在所有高度下,水相中的H2SO4濃度低于檢測水平。所有的下有機相內的H2SO4濃度大約是0.045mol / kg。表4顯示兩相內的乳酸濃度,和計算的分配系數Kd。。

    表4

    實施例3c。水反萃?。毫蛩岣鰪娙鐚嵤├?e介紹所制備的28.0克和28.2克萃取液,分別以0.84克和0.70克的含0.8mol / kg的H2SO4的水溶液平衡。水相中的硫酸H2SO4的萃取溶液接著在140℃以56克和44克分別含2.1mol / kg和1.5mol / kg乳酸的水溶液平衡,諸相還原。有機相內的H2SO4濃度是約0.02mol / kg,水相內的H2SO4濃度低于檢測水平。表5顯示兩相內的乳酸濃度和計算的分配系數Kd。。

    表5

    摘要:實施例3表明水反萃取步驟期間,硫酸未很強地分配入水相。相反地,乳酸有效地反萃取回水相。

    實施例4.中性pH乳酸鹽材料源的純化乳芽孢桿菌細菌生物加入含有作為碳源的葡萄糖的發酵罐。發酵罐的pH通過加入氫氧化鈣作為中和劑保持在6.0。葡萄糖由乳芽孢桿菌桿菌生物的連續中性發酵每小時提供250000磅(112500kg)的發酵肉湯。

    按照常規,溶液,如發酵肉湯中乳酸鹽材料的含量,如果它均是未離解的或酸形式,可以以存在的乳酸鹽材料的重量百分比表示;或者如果它均是離解的或鹽形式,以溶液中乳酸鹽材料的重量百分比表示。因此,當以乳酸測量乳酸鹽材料的含量時,測定乳酸含量為10wt%。氧化鈣有用中和劑)測量乳酸鹽材料的含量時,測定乳酸鹽材料含量為12.1wt%的乳酸鈣。

    發酵肉湯采用40000MWCO聚醚絮凝膜在管狀的構造中通過交叉流過濾重復。然后通過膜滲濾過濾肉湯,逐步達到97%回收率的乳酸鈣。膜滲濾導致向產物流中每小時凈加入20000磅(9000kg)的水。采用機械再壓蒸發器真空下以低于90℃的內部溫度濃縮澄清肉湯。蒸發步驟每小時除闔120000(54000kg)磅水。水可以再使用和/或在這種方法中回收利用。因此,以每小時149,091磅(67,091千克)的速率獲得一種濃縮,澄清的含16.3wt%乳酸鹽材料(以乳酸測量)的肉湯。

    在第一結晶罐中,每小時加入12,720磅(5724kg)的98%的硫酸溶液至16.3wt%的乳酸鹽材料溶液中。結果,硫酸鈣二水結合結晶出溶液。結晶漿液(含結晶硫酸鈣二水合物)連續泵至第二結晶罐中。在第二結晶罐,向該結晶漿液中每小時加入另外752磅(338kg)的98%硫酸溶液,以促進硫酸鈣二水合物的重結晶。然后結晶漿液通過帶式過渡器,這里每小時通入帶式過濾器24000磅(10800kg)的水以洗滌濾餅?;厥?9%的乳酸鹽材料。每小時由過濾得到大約32,150磅(14468kg)。 )的60%的固體石膏餅。

    每小時送入154,406磅(69483kg)含15.5wt%牛奶和2000ppm殘留硫酸鈣的酸化乳酸流至陰離子和陽離子交換法。離子交換操作將殘留硫酸鈣減少至5ppm。乳酸回收率是98wt%。由離子交換操作向產出流每小時加入額外的20000磅(9000kg)水。

    然后以每小時173,618磅(78128kg)的濃度濃縮13.6wt%乳酸生成流。在濃縮步驟中,從產生流中每小時除去126,563磅(56953kg)的水,以每小時47,055磅(21174kg)的速率獲得50wt%的乳酸溶液。

    這種50wt%的溶液每小時與140000磅(63000kg)的有機溶劑接觸。有機溶劑包括0.67wt%乳酸,0.07wt%水和53.6wt%阿拉明叔胺304以及45.7wt%IsoParK。在機械攪拌下的萃取柱中進行四理論萃取級的接觸。接觸步驟之后,含164.389磅(73975kg)的乳酸的有機相以每小時的分離分離出的毛細管溶液。在該萃取步驟中得到94.6%的乳酸回收。率。未進行甲醛溶劑洗滌。

    140℃鉬的有機相與24000磅(10800千克)的水在加速,機械攪拌的萃取柱中接觸。完成四理論級的萃取,以每小時47,840磅(21528千克)的速度獲得含45.3wt%乳酸約10%的溶劑流與5wt%氫氧化鈉溶液以30∶1的有機和水(以質量計)分離接觸。

    45.3wt%純化乳酸溶液產品然后可根據其預定的用途進一步加工。

    實施例5.低pH乳酸鹽物質源的純化業已被基因改造的在低pH生產乳酸的酵母微生物用于混合糖流間歇式發酵。在發酵完成之后(例如,減少了混合糖流),肉湯加至接受罐。連續流的發酵肉湯以每小時250000磅(11250kg)的速度運至后續加工。肉湯。然后采用10,000MWCO聚醚殘留膜在螺旋狀周圍的構造中從肉湯除去蛋白質。兩種超濾法的膜滲濾向產物流每小時加入了另外25000磅(11250kg)的水。采用多效蒸發器真空下濃縮所得的澄清肉湯。所有效應在低于95℃的溫度進行。蒸發步驟每小時除去155000磅(69750kg)的水。水可以回收或再利用。以每小時139,031磅(62564kg)的速率得到含約16.2wt%乳酸鹽材料的濃縮肉湯。

    每小時加入濃縮肉湯1822磅(820kg)的98wt%硫酸。硫酸鈣二水層壓結晶出酸化肉湯,并且在滾筒式真空吸濾機過濾。通過以每小時2400磅(1080kg)水洗滌石膏餅由濾器以每小時3986磅(1794kg)的速度得到60wt%的固體石膏餅。以每小時139304磅(62687kg)的速度得到含16.0wt%牛奶和2000ppm殘留硫酸鈣。離子交換操作在酸化乳酸流中將殘留的鈣減少至5ppm,乳酸回收的99%。通過陽離子交換法加入過量的10000磅(4500kg)的水至產物流。

    由陽離子交換操作,以每小時148998磅(67049kg)的速度得到含14.8wt%乳酸的產物流。這種產物流送至濃縮步驟。在濃縮步驟中,從產生流中每小時除去93,805磅(42212kg) )的水,以每小時55,194磅(24837kg)的速率獲得40wt%乳酸溶液。

    在機械攪拌萃取柱中,將40wt%溶液每小時與140000磅(63000kg)的有機溶劑接觸,形成含0.6wt%乳酸,0.06wt%水,53.6wt%阿拉明叔胺304和45.7wt%IsoPar K的溶液。中進行四理論萃取級。接觸之后,含13.5wt%乳酸的有機相以每小時163,356磅(73510kg)的速率從乳酸水溶液分離出。在該萃取步驟中得到96.3%回收率的乳酸。溶劑的洗滌。

    140℃下聚碳酸酯的有機相與24000磅(10800kg)的水在加速,機械攪拌的萃取柱中接觸。完成四理論級的萃取,以每小時47,174磅(21228kg)的速率獲得含44.7wt%大約10%的溶劑流與5wt%氫氧化鈉溶液以質量計30∶1的有機和水份接觸。

    44.7wt%純化乳酸溶液產品然后可根據其預定的用途進一步加工。


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