[发明专利]一种乳酸的纯化方法

说明书

本发明提供一种乳酸的纯化方法，步骤包括：1)将粗乳酸料液通过离子交换去除离子杂质，再进行浓缩，得到乳酸料液；2)将步骤1)的乳酸料液、固相树脂、蛋白酶溶液混合，进行酶催化反应使乳酸固定在树脂上，反应结束后经过滤，洗涤，得到乳酸‑树脂复合物；3)将步骤2)的乳酸‑树脂复合物加入到切割剂中进行切割反应，再经过滤收集滤液，蒸发去除滤液中的切割液，得到所述纯化后的乳酸。本发明步骤简单，省略了传统乳酸提纯工艺中必需的纳滤、脱色、分子蒸馏等工艺，有效提升了操作效率，降低了分离过程的能耗，且能够得到高纯度的乳酸产品，有效降低乳酸分离流程的成本。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种乳酸的纯化方法，具体设计一种采用固相树脂对乳酸进行提纯的方法。

背景技术

目前，由于不可降解塑料的大量使用和浪费所造成的“白色污染”已经成为制约全球可持续发展的严重问题，因此生物可降解塑料的需求大幅增长，其中最重要、市场最广阔的一种为聚乳酸(PLA)。聚乳酸能够在特定条件下降解为小分子，产生二氧化碳和水，能够缓解白色污染造成的环境压力，改善生态环境。并且聚乳酸安全无毒，抗菌透气，具有良好的力学性能和加工性能可用于食品包装袋、餐盒、纺织品、工程塑料等。

聚乳酸的制备需要用到高纯度的乳酸做单体，而乳酸的主要制备方法有化学法、发酵法、酶催化法等。其中化学法需要用到毒性较大的氢氰酸，造成严重的污染问题，并且产生的均为外消旋乳酸，无法用于聚乳酸的制备，因此多数乳酸厂家采取的主流制备方法为发酵法，利用微生物的代谢作用将葡萄糖或淀粉原料转化为乳酸，与化学法相比具有原料成本低，环保、低污染等优势。但是，微生物的发酵需要加入酵母粉、无机盐等营养物质，且过程中的代谢产物比较复杂，除了乳酸之外还有大量蛋白、色素、杂酸、杂醇等，影响乳酸的化学纯度，进而影响聚乳酸的品质和应用性能。在目前已经工业化的乳酸产业中，需要采用板框过滤除去菌体，离子交换脱盐，纳滤去除小分子杂质，最终分子蒸馏得到高纯度乳酸，每一步仅针对一种杂质进行去除，缺乏针对性的除杂措施。并且该过程会产生大量废水、废渣等，造成了极大的资源浪费和污染。

上述乳酸分离纯化思路是将杂质分步骤从发酵液中去除，但是尚有未能定性的杂质，仍残留于乳酸产品中，影响产品的纯度以及下游的使用。因此需要开发一种高效便捷的乳酸纯化方式。目前已经有学者研究了酯化精馏法、萃取法、双极膜电渗析法、模拟移动床等工艺对于乳酸进行提纯。例如专利CN111620771A将低浓度乳酸粗产品与异戊醇作为反应物，在酯化反应精馏塔进行反应精馏得到乳酸异戊酯，同时脱除反应生成的水。塔釜的乳酸异戊酯送至精馏塔进行精制，得到高纯度乳酸异戊酯。后将乳酸酯水解，在塔底得到高纯度乳酸。专利CN105073703 A利用模拟移动床色谱分离乳酸铵发酵液，其中不需经过酸化步骤，得到高纯度的乳酸溶液。上述精馏步骤的能耗较大，乳酸产品的综合成本高，少有厂家采用，而色谱分离技术尚处于研究阶段，没有工业化应用的实践。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明主要解决的是现有的乳酸发酵液中杂质含量多、分离困难，并且现有的乳酸纯化工艺能耗大、步骤长、收率低等问题。本发明主要采用固相树脂纯化的方式对乳酸进行提纯，该方法通过固相树脂上的活性基团与乳酸进行键合连接，从而将乳酸连接在树脂上，用有机溶剂和水洗脱掉可溶性杂质后，用切割液将乳酸从树脂上切割下来，切割液经过刮板蒸发脱除溶剂后获得高纯乳酸。

本发明提供一种乳酸的纯化方法，步骤包括：

1)将粗乳酸料液通过离子交换去除离子杂质，再进行浓缩，得到乳酸料液；

2)将步骤1)的乳酸料液、固相树脂、蛋白酶溶液混合，进行酶催化反应使乳酸固定在树脂上，反应结束后经过滤，洗涤，得到乳酸-树脂复合物；

3)将步骤2)的乳酸-树脂复合物加入到切割剂中进行切割反应，再经过滤收集滤液，蒸发去除滤液中的切割液，得到所述纯化后的乳酸。

本发明纯化方法，步骤1)中，所述的粗乳酸料液，其中含有的乳酸的质量浓度为12-20％，优选13-17％；