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聚乳酸生产之乳酸提取占到了总生产成本的50%-60%——从发酵液中提取乳酸的主要方法有钙盐法和萃取法

聚乳酸生产之乳酸提取占到了总生产成本的50%-60%——从发酵液中提取乳酸的主要方法有钙盐法和萃取法
2022.01.08
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  乳酸作为聚乳酸合成单体和一种重要的有机酸,其市场需求不断扩大,用途愈加广泛,可应用于食品、医药、医用高分子材料、化工工业等领域。   目前工业上多采用微生物发酵法生产乳酸,以淀粉(如玉米粉、大米粉、红薯粉等)、葡萄糖等糖类为原料,接种微生物(如米根霉、乳酸菌类等),通过发酵生成含乳酸或乳酸盐的...

  乳酸作为聚乳酸合成单体和一种重要的有机酸,其市场需求不断扩大,用途愈加广泛,可应用于食品、医药、医用高分子材料、化工工业等领域。

  目前工业上多采用微生物发酵法生产乳酸,以淀粉(如玉米粉、大米粉、红薯粉等)、葡萄糖等糖类为原料,接种微生物(如米根霉、乳酸菌类等),通过发酵生成含乳酸或乳酸盐的发酵液,再经分离提取得到乳酸产品。

  发酵过程中,乳酸的生成会使发酵体系PH值降低,从而抑制菌体的正常生长和产酸,需要通过添加酸中和剂如碳酸盐或氢氧化物(如CaC03、Na0H、氨水等)来控制发酵体系的pH值,使发酵过程得以顺利进行。

  乳酸发酵液是一种成分非常复杂的混合物,除含有乳酸外,还有大量的菌体及碎片、蛋白质、残糖、色素、无机盐、发酵副产物以及未转化的淀粉等杂质,而它们多来源于原料、未消耗完全的培养基及发酵的中间副产物。这些杂质的存在为乳酸后续的分离、精制带来了很大的困难,而在实际的生产中,乳酸的提取成本也占到了总生产成本的50%-60%。

  因此乳酸的分离提取就变得尤为重要,它是制约乳酸生产过程中的技术瓶颈和难点所在。尤其是蛋白、糖类、无机盐在乳酸提纯过程中难以被脱除,它们的存在会使得后续的精制过程(如分子蒸馏)难以进行,所得乳酸产品收率低,产品品质也不高。

  从发酵液中提取乳酸的主要方法有钙盐法、萃取法、吸附法、酯化法及膜分离法等,考虑到生产成本、环境污染及生产稳定性等问题,目前工业化生产大多采用钙盐法,即乳酸钙结晶-酸解工艺。该工艺流程为:首先对发酵液中的乳酸钙进行浓缩结晶,接着加入硫酸进行酸化、加入活性炭脱色后,将含有乳酸的脱色液进行超滤处理,除去其中的部分糖类和大分子化合物等,再经阴、阳离子交换树脂脱除其中的杂质离子,浓缩,最后经分子蒸馏即可得到精制后的成品乳酸。该工艺相对成熟、设备简单,存在的主要问题有离子交换过程消耗大量的酸碱,并产生大量的废水,且整个工艺乳酸损失量大、收率低,所得产品纯度低,达不到聚合级质量指标要求。

  为了解决以上乳酸分离提取过程中乳酸损失量大、收率低、纯度低、污染严重、能耗大、工艺繁琐以及不能连续化生产等问题,郑州天一萃取采用新型离子溶剂将粗乳酸溶液中的乳酸通过耦合吸附提取,使乳酸与水和其它杂质进行了有效分离,再利用溶剂的热敏效应将乳酸与溶剂分离。该工艺技术特点如下:

  (1)效率高:耦合吸附分离后原液中乳酸残存浓度较低;

  (2)选择性强:只吸附乳酸及其极性相同物质,不吸附其它物质;

  (3)生产成本低:由于耦合吸附分离在常压下进行,不需要消耗其它原材料;

  (4)分离质量高:产品质量指标达到和部分超过国际同类产品水平;

  (5)生产工艺流程简化;

  (6)劳动条件和生产环境明显改善。

  采用天一萃取溶剂萃取法提纯乳酸,最终得到的产品收录高、产品品质好,热稳定性好,各项指标均合格且优于国标要求。

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