[发明专利]生物恒温分离罐及其分离方法

说明书

技术领域

本发明属于对乳酸进行原位分离的技术领域，涉及一种在恒温状态下进行有机酸分离产物的装置及其分离方法，更具体的说是一种对发酵液中的乳酸进行有效分离的装置和方法。

背景技术

乳酸是一种重要的多用途有机酸，广泛用于食品、医药、化工、制革、纺织、环保和农业生产等领域。原位产物分离(in situ productremoval，ISPR)是指将生产细胞的代谢产物快速移走的方法，它和发酵有机结合则为原位产物分离发酵。传统的乳酸生产是在发酵过程中添加中和剂如碳酸钙，然后进行浓缩、沉淀、过滤等一系列步骤，此过程繁琐对环境也有污染而且添加中和剂会对乳酸菌有抑制作用。到目前为止从发酵液中提取分离乳酸的方法主要有以下几种：钙盐提取法、溶剂萃取法、离子交换法、电渗析法。用钙盐法最后会得到大量硫酸钙副产物且此法不能用于原位分离，而用溶剂萃取法，电渗析法以及超滤法虽然可以用于原位分离但是由于萃取剂的毒性，电渗析膜易污染而受限。离子交换树脂由于抗污染能力强而被用于乳酸分离但现有的离子交换技术只是停留在对发酵结束后液体的处理，而没有进行发酵实时提取。

目前没有一种能对发酵液中的乳酸进行有效分离的方法，更没有这样的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以进行有机酸原位分离的装置，以克服有机产物带来的抑制效应。

本发明的另一个目的是提供一种采用生物恒温分离罐进行有机酸原位分离的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明的生物恒温分离罐，包括安放在水槽中的两个有机玻璃管、一个位于水槽中央的加热器、一个与水槽连接控制水槽内温度的温控器、一个泵和为发酵液提供流动通路的若干管道；两个有机玻璃管之间由管道相连，发酵液能通过管道并行或串行经过有机玻璃管；所述的玻璃管上管口、下管口与管道管口相连处有细目纱网。

所述的为发酵液提供流动通路的管道中间设置有多个控制发酵液流动方向的阀门。

所述的加热器呈U型设置在水槽下部的中央，两个有机玻璃管分列于加热器的两侧。

所述的有机玻璃管近上管口处套接有不锈钢圈，有机玻璃管上管口上方设置有橡胶垫，橡胶垫上方有不锈钢板；细目纱网设置在橡胶垫中央的开口处；不锈钢板中央形成有使管道与有机玻璃管内部连通的通孔。

所述的不锈钢板为圆形，橡胶垫为长轴与不锈钢板直径相等的椭圆形；固定套接在有机玻璃管上的不锈钢圈与橡胶垫和不锈钢板之间采用螺钉连接。

所述的水槽和管道均由不锈钢制成。

所述的有机玻璃管中填充相当于有机玻璃管体积3/4的阴离子交换树脂。

所述的阴离子交换树脂为Amberlite IRA-67。

利用上述的生物恒温分离罐对乳酸进行原位分离的方法，包括以下步骤：

(1)将两个有机玻璃管中填充阴离子交换树脂，控制水槽内的温度与发酵液温度一致；

(2)当发酵罐中pH低于5时，打开泵将发酵液注入有机玻璃管中；

(3)发酵液在两个有机玻璃管中进行串行或并行运行10min，控制流速在3-5BV/h；

(4)有机玻璃管内的阴离子交换树脂充分吸附乳酸后，发酵液返回发酵罐中；

(5)有机玻璃管中内的阴离子交换树脂吸附饱和后，用氢氧化钠冲洗有机玻璃管中的阴离子交换树脂，收集洗脱液；其中所述的有机玻璃管中填充相当于有机玻璃管体积3/4的Amberlite IRA-67阴离子交换树脂。

所用的氢氧化钠浓度为2～4mol/L，以3-5BV/h的速度冲洗有机玻璃管中的阴离子交换树脂10min。

本发明的优点和有益效果是：

与传统的有机酸分离技术相比，本发明的生物恒温分离罐可以在恒温下进行实时有机酸分离，以降低产物的抑制效应，以保证细菌最大产酸活力；可以及时的从发酵液中移除产物以消除产物抑制效应--当发酵罐中pH低于5时，打开泵将发酵液注入有机玻璃管中，使发酵液在两个有机玻璃管中串联或并联循环时乳酸与阴离子交换树脂结合而被移除。分离温度与发酵温度一直这样可以使细菌在最短的时间内进入发酵状态。而使用本发明的分离方法，能够很好地控制了发酵液的pH；避免了传统碳酸钙对菌株生产的影响；减少环境污染，简化后续的提取步骤。

附图说明

图1是本发明的生物恒温分离罐的结构示意图；

图2是本发明的有机玻璃管的俯视图；

图3是沿图2中A-A线的剖视图；

图4是本发明的有机玻璃管去除圆形不锈钢板后的俯视图。

附图中主要部件符号说明：