[发明专利]制备乳酸的方法

说明书

本发明涉及以经济的方式制备高纯度乳酸的方法。

通常通过微生物发酵碳水化合物来制备乳酸。所有的发酵方法中的一个共同特点是需要中和微生物分泌的酸。根据用于方法中的微生物，pH值下降至低于某一临界值，可以破坏微生物的代谢过程，使发酵过程停止。因此，常见的做法是在发酵培养基中添加碱，以控制pH值。这导致产生的乳酸以乳酸盐的形式存在于发酵培养基中。

在通过发酵制备乳酸的长期实践中，制备乳酸的挑战之一仍然是获得相对纯的形式的酸，而同时以具有商业吸引力的规模、以经济的方式进行所述方法。

电渗析是可以通过发酵用于乳酸制备的一种纯化方法。水裂解电渗析特别可以使得乳酸盐直接转化成乳酸和碱。在这种类型的电渗析中，双极膜一般用于裂解水成H⁺和OH^-，其分别与乳酸盐的阴离子和阳离子结合，导致产生乳酸和碱的分开的溶液。

WO 99/19290公开了处理乳酸/乳酸盐的混合物的技术。用于加工的优选混合物由发酵液获得，优选由在4.8或更低的pH值下进行的发酵方法获得。该技术一般涉及提供来自混合物的分开的乳酸和乳酸盐的流。

WO 2005/123647描述了由可以通过发酵来提供的包含乳酸镁的培养基制备乳酸的方法。乳酸镁与氢氧化钠、氢氧化钙和/或氢氧化铵反应而形成氢氧化镁和相应的单价和/或二价乳酸盐。作为将乳酸盐转化成乳酸的手段，该文献提示双极电渗析或添加强矿物酸。然而，这种转化不包括在该文献中所示例的方法中。

US 5,766,439描述了乳酸的制备方法，其中包括以下步骤：通过发酵制备乳酸，添加钙碱以将乳酸转化成乳酸钙，使得乳酸钙溶液经历与铵离子的反应而生成乳酸铵。该文献还公开，乳酸铵可以通过盐裂解（即水裂解）电渗析处理而形成氨和乳酸。然而，该文献提及产率损失和功耗作为盐裂解电渗析的两个主要缺点，并且该文献所示例的方法不包括使用电渗析。

EP 0 393 818描述了乳酸的制备和纯化的方法，其中包括以下步骤：通过发酵制备乳酸盐，使得发酵液经历脱盐电渗析方法以回收乳酸盐、作为浓缩的乳酸盐溶液，并使得盐溶液经历水裂解电渗析以形成碱和乳酸。然后用酸形式的强酸性离子交换剂处理乳酸产物以除去任何钠或其他阳离子，接着通过游离碱形式的弱碱性离子交换剂以除去任何硫酸根离子或硫酸，以获得高度纯化的乳酸产物。使用离子交换剂的缺点是需要再生离子交换树脂，其产生废弃的副产物。该文献未提示使得通过发酵得到的乳酸盐经历盐交换反应。

在通过发酵提供的水性培养基上使用水裂解电渗析，特别是用于制备有机酸，已被从进料（如糖、蛋白质和氨基酸）除去发酵衍生的产物的必要性所限制。这些发酵衍生的物质负面干扰水裂解电渗析方法，例如，通过离子可渗透膜的污染和功耗的增加。

例如，WO 96/41021涉及减少用于电渗析纯化有机酸的离子选择性膜的污染的方法和设备。特别地，涉及用于从含有机酸的进料物质中去除杂质的纳滤和螯合剂。根据该文献，用于水裂解电渗析的合适的进料的糖浓度小于大约0.03重量％，蛋白质物质含量小于大约0.05重量％，多价化合物的浓度小于大约0.01重量％。

仍然需要用于制备乳酸的方法，其提供高纯度乳酸，且可以以低功耗以经济的方式进行，不产生大量的非可再利用的组分（即废弃的副产物）且没有大量的产率损失。

本发明提供了这样的方法，即权利要求1定义的方法。在该方法中，将发酵提供的乳酸盐、优选乳酸镁通过盐交换处理，以提供特别适于水裂解电渗析的单价乳酸盐水溶液。然后通过以下步骤产生高纯度乳酸：使用水裂解电渗析将乳酸盐部分转化为酸，通过汽液分离从乳酸盐分离乳酸，和将乳酸盐再循环至电渗析方法中。

因此，本发明涉及用于制备乳酸的方法，包括以下步骤：

a）提供包含乳酸镁的水性介质；

b）向包含乳酸镁的水性介质加入单价碱，以形成包含水溶性的单价乳酸盐的水性介质和固态镁碱；

c）从包含水溶性的单价乳酸盐的水性介质分离固态镁碱；

d）将水性介质中的单价乳酸盐的浓度调整到10至30重量％之间的值；

e）使得包含单价乳酸盐的水性介质经历水裂解电渗析，以产生包含单价碱的第一溶液与包含乳酸和单价乳酸盐的第二溶液，所述电渗析进行到40－98摩尔％的部分转化；

f）通过汽液分离将包含乳酸和单价乳酸盐的第二溶液分离成乳酸与包含单价乳酸盐的溶液；

g）将步骤f）的包含单价乳酸盐的溶液再循环至步骤d）。