精制乳酸的制造方法技術

本發(fā)明專利技術的課題是精制乳酸的制造方法，目的在于提供將乳酸發(fā)酵液以低溫濃縮的工藝。所述制造方法具有向含糖溶液中添加含鈣的pH調(diào)節(jié)劑和微生物并使乳酸作為乳酸鈣而生成的發(fā)酵工序；以及向含有乳酸鈣的溶液中添加硫酸并將鈣離子作為硫酸鈣分離的精制工序；所述制造方法的特征在于，在添加硫酸的工序的前段，具有通過使含有乳酸鈣的溶液透過反滲透膜來除去水分的反滲透膜濃縮工序（140）、將得到的乳酸鈣的濃縮液冷卻并使乳酸鈣晶析而除去的晶析工序（150）、以及通過將除去乳酸鈣后的溶液加熱并透過反滲透膜來除去水分的反滲透膜濃縮工序（140）；將晶析工序（150）和其后續(xù)的反滲透膜濃縮工序（140）重復1次以上。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及。
技術介紹
乳酸作為產(chǎn)業(yè)用聚合物的聚乳酸和各種乳酸生成物的制造原料使用。由于這些聚合物具有生物分解性，因此是極為有 益的。乳酸可通過糖類的發(fā)酵來制造。此時，作為原料用的糖類，不僅使用含有精制葡萄糖等的發(fā)酵培養(yǎng)基，而且大多使用含有半乳糖、果糖、木糖等各種戊糖的混合糖系列。混合糖系列可以通過例如纖維素的水解來獲得。然而，與以往的葡萄糖系列相比，這些混合糖系列含有更多的木質(zhì)素等雜質(zhì)。為了將發(fā)酵乳酸用作聚合物原料，需要除去雜質(zhì)、濃縮的精制工序。在(專利文獻I)記載的工序中，將以乳酸鈣形式含有乳酸的乳酸發(fā)酵液加熱，在約60°C 150°C的溫度下利用蒸發(fā)器使水分蒸發(fā)而濃縮，添加硫酸，將鈣離子以硫酸鈣的形式分離之后，通過溶劑提取獲得精制乳酸。然而，按照該方式，由于在乳酸發(fā)酵液的濃縮工序中，將發(fā)酵液加熱至高溫，因此存在著如下等問題(I)加熱所需的熱量大，成本高；(2)由于雜質(zhì)的熱劣化而導致溶液的著色；(3)乳酸容易發(fā)生光學異構化，從而使光學純度降低。而且還存在著這樣一個問題，即，由于發(fā)酵液的溫度過高，目前尚無適合該溫度的反滲透膜，因此不能采用使用反滲透膜的濃縮法。現(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I特表2003- 511360號公報
技術實現(xiàn)思路
專利技術所要解決的課題本專利技術的課題是在中，提供以低溫來濃縮乳酸發(fā)酵液的工藝。用于解決課題的手段本專利技術人等為了解決上述課題而進行了精心的研究，結果發(fā)現(xiàn)，當將以乳酸鈣的形式含有乳酸的乳酸發(fā)酵液濃縮時，首先用反滲透膜將保持在適宜溫度的發(fā)酵液濃縮，將得到的濃縮液冷卻，由此使乳酸鈣作為固體而晶析，將殘留溶液再次加熱，重復用反滲透膜再次濃縮的工藝，由此能夠從發(fā)酵液中除去任意量的水分，將發(fā)酵液的加熱控制在最小限度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)減少雜質(zhì)的熱劣化和乳酸的光學異構化的乳酸精制工序，至此完成了本專利技術。另外，本專利技術還涉及乳酸精制工藝，該工藝通過將反滲透膜所致濃縮工藝中產(chǎn)生的廢液(透過液)用其他的反滲透膜處理來回收廢液中所含的乳酸鈣，從而抑制乳酸的收率降低。專利技術的效果根據(jù)本專利技術，既能夠降低在制造精制乳酸時消耗的能量和成本，同時又能夠降低乳酸的熱劣化和光學異構化。上述以外的課題、構成和效果，通過以下對實施方案的說明即可理解。附圖說明圖I為示出乳酸鈣溶解度的曲線圖。圖2為示出本專利技術中糖化工序的圖。 圖3為示出本專利技術中發(fā)酵工序及其后續(xù)濃縮工序的圖。圖4為示出反滲透膜濃縮工序的一個實施方案的圖。圖5為示出本專利技術中精制工序的圖。符號說明10原料破碎工序20糖化工序30固液分離工序、110乳酸發(fā)酵工序120固液分離工序130濃縮工序140反滲透膜濃縮工序141a 141c反滲透膜150晶析工序210利用硫酸的酸性化工序220固液分離工序230陽離子交換工序240固液分離工序250陰離子交換工序260加熱濃縮工序270蒸餾精制工序280精加工工序具體實施方式本專利技術提供。大致分類，可分為糖化工序、發(fā)酵工序和精制工序的3個工序。糖化工序是將含有碳源、氮源、以及其他營養(yǎng)成分的糖化原料轉變成適于乳酸發(fā)酵的糖的工序。作為糖化原料，可舉出玉米淀粉、馬鈴薯淀粉等淀粉類；含有直鏈淀粉的生活垃圾等。如圖2所示，在原料破碎工序10中用破碎機等將這些糖化原料破碎、進行細化。在糖化工序20中，向被細化的糖化原料中投入作為消化酶之一的淀粉酶，并保持在約40°C 約60°C。由此，糖化原料被水解，轉變成葡萄糖、麥芽糖、低聚糖等多糖類。淀粉酶在工業(yè)上可以作為米曲霉(Aspergillus oryzae)或枯草芽孢桿菌等微生物的產(chǎn)物而得到。得到的含有多糖類的溶液中含有多糖類以外的雜質(zhì)。對于該溶液，在固液分離工序30中，利用離心分離等進行固液分離以除去未被糖化的淀粉、直鏈淀粉等固態(tài)成分。另夕卜，利用潷析器除去油膜之后，通過進行液相色譜處理，生成主要含有多糖類的溶液。還可以使用蔗糖、甜菜糖、廢糖蜜等糖蜜類作為原料來代替生成含有多糖類的溶液。作為優(yōu)選的乳酸發(fā)酵原料的例子，除了糖化工序中得到的含有多糖類的發(fā)酵培養(yǎng)基以外，還可舉出在聚乳酸的制造過程中得到的含有乳酸材料的再循環(huán)體系、或者為了配制含有乳酸材料的溶液而進行水解的再循環(huán)聚乳酸(例如，由消費者回收的廢棄物(post-consumer waste)或者在制造過程中產(chǎn)生的廢棄物)。 下面，對發(fā)酵工序進行說明。如圖3所示，在乳酸發(fā)酵工序110中，將糖類作為原料，通過發(fā)酵，在溶液中生成乳酸或乳酸鹽。此時，糖類的濃度通常為10 20重量％。在本說明書中，“發(fā)酵”是指利用微生物培養(yǎng)所致的代謝。發(fā)酵中使用細菌類、酵母等微生物。發(fā)酵乳酸液中含有游離酸或游離鹽的任一種形態(tài)的2 —羥基丙酸、以及游離酸或游離鹽形態(tài)的乳酸低聚物。所謂“乳酸”和“游離乳酸”術語與本說明書中的含義相同，例如是指作為酸形態(tài)的2 —羥基丙酸和乳酸低聚物。乳酸的鹽形態(tài)是指乳酸鹽，具體是指乳酸的鈉鹽或者鈣鹽等、以及乳酸低聚物的鹽形態(tài)。發(fā)酵是可以使用細菌類、菌類或者酵母等能夠通過代謝生成乳酸的微生物來進行。這類微生物是公知的，通常使用乳桿菌屬(Lactobacillus屬)的細菌。關于菌類，使用根霉屬的菌類。作為優(yōu)選的酵母，使用釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)等酵母菌屬的酵母。發(fā)酵通常在適于所用的特定微生物的溫度進行，關于細菌發(fā)酵，一般在約30°C 約60°C的溫度范圍內(nèi)進行；關于酵母發(fā)酵，一般在約20°C 約45°C的溫度范圍內(nèi)進行。關于菌類發(fā)酵，其溫度范圍較寬，但多數(shù)在約25°C 約50°C的范圍內(nèi)。在乳酸發(fā)酵工序110中，伴隨乳酸的生成而使pH降低，因此有時發(fā)生微生物的功能降低。為了防止這一點，一般添加作為PH調(diào)節(jié)劑的堿金屬或者堿土類金屬(鈣)的氫氧化物、碳酸鈣、石灰乳、氨水、或者氨氣等，以保持中性。伴隨PH調(diào)節(jié)劑的添加，pH調(diào)節(jié)劑的陽離子與離解的乳酸結合，生成乳酸鹽。特別是在本專利技術中，向乳酸發(fā)酵溶液中添加含有鈣的PH調(diào)節(jié)劑，具體是碳酸鈣等鈣鹽、氫氧化鈣等。用微生物使發(fā)酵原料發(fā)酵，通過添加含鈣的pH調(diào)節(jié)劑，獲得含乳酸鈣的乳酸發(fā)酵液。通常情況下，由于上述乳酸發(fā)酵液中含有被稱為雜質(zhì)的乳酸鈣以外的化合物，在固液分離工序120中，采用離心分離等方法進行固液分離，以除去固體成分。作為雜質(zhì)的一例，可舉出細胞碎片、殘留碳水化物、營養(yǎng)成分等。除去這些雜質(zhì)后的精制乳酸中含有的、可允許的雜質(zhì)濃度，根據(jù)精制乳酸的商業(yè)用途和乳酸濃度而不同。發(fā)酵液中的乳酸鈣濃度取決于制造方法，在分批方式的情況下，糖類以幾乎100%的收率轉變?yōu)槿樗徕}；在連續(xù)方式(連續(xù)抽出發(fā)酵液，并連續(xù)供給糖類)的情況下，設為效率良好的3 6重量％的濃度。其次，在濃縮工序130中，將除去雜質(zhì)后的乳酸發(fā)酵液濃縮。濃縮工序130在添加硫酸的精制工序之前進行。通過將乳酸發(fā)酵液濃縮，能夠使精制時的乳酸收率增加，同時，能夠減少后段的精制工序中的被處理液量，從而能夠降低精制工序全體中的處理能量成本。一般地，濃縮工序130可以采用蒸發(fā)、浸透蒸發(fā)、或者能夠?qū)⑸鲜鋈樗岵牧线x擇性地分離的其他方法來進行，在采用這些方法的情況下，為了使水分從溶液中直接蒸發(fā)，必須將乳酸發(fā)酵液保持在高溫。該情況下，存在著如下等問題水分的除去需要很多能量，以及，乳酸的光學純度降低，對聚合物用途有不利影響。在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
精制乳酸的制造方法，具有向含糖的溶液中添加含鈣的pH調(diào)節(jié)劑和微生物并使乳酸作為乳酸鈣來生成的發(fā)酵工序；以及向含有乳酸鈣的溶液中添加硫酸并將鈣離子作為硫酸鈣分離的精制工序；在添加硫酸的工序的前段，設置多段利用反滲透膜使含有乳酸鈣的溶液濃縮的裝置，通過使從上段的反滲透膜透過的溶液從下段的反滲透膜再次透過，從而增加乳酸鈣的回收量。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：岡憲一郎，松尾俊明，上川將行，岡本成恭，近藤健之，
申請(專利權)人：株式會社日立工業(yè)設備技術，
類型：發(fā)明
國別省市：