一种曲酸发酵液的分离纯化工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种曲酸发酵液的分离纯化工艺，采用阳离子交换树脂去除杂质阳离子后浓缩结晶，硅藻土吸附脱色后进行重结晶，得到了高纯度的曲酸晶体。本发明克服了传统曲酸提取工艺纯化困难、步骤繁多、污染严重、成本较高等不足，采用直接浓缩结晶法解决了传统工艺生产的产品颜色较深的缺点，获得了白色针状曲酸晶体，透光率为90％～96％，纯度达到99.0％以上，整个工艺提取纯化收率达到60％以上。
【专利说明】一种曲酸发酵液的分离纯化工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及发酵生产曲酸过程中曲酸的分离纯化工艺。
【背景技术】
[0002]曲酸(Kojic acid)，化学名称为5-羟基-2-羟甲基-1,4-比喃酮，分子式=C6H6O4,相对分子质量142.11。纯净的曲酸为无色棱柱状晶体，熔点152°C，易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮，略溶于醚、乙酸乙酯、氯仿和吡啶，不溶于苯。与三氯化铁作用呈特殊的红色，可还原费林试剂和硝酸银氨。曲酸是微生物好氧发酵产生的一种具有抗菌作用的有机酸，是与葡萄糖分子结构相似的弱酸性化合物，经同位素证实是由葡萄糖未经碳架断裂直接氧化脱水而形成的，其酸性是由其酚烃基结构而来。
[0003]曲酸是一种重要的有机酸，在食品、化妆品、医药等领域具有重要的用途，它可清除人体内的自由基，增强细胞活力，是一使用安全、用途广泛的产品。(I)应用在化妆品领域可去斑美白，在人体皮肤中，酪氨酸在酪氨酶的催化作用下，与氧自由基经复杂的氧化、聚合，最后合成黑色素。曲酸能抑制酪氨酸酶的合成，因而可以强烈抑制皮肤黑色素的形成，而且安全无毒，不会产生白斑遗症，所以曲酸已被配入化妆水、面膜、乳液、护肤霜中，制成能有效治疗雀斑、老人斑、色素沉着、粉刺等的美白化妆品。20ug / mL浓度的曲酸就可抑制多种酪氨酸酶(或称多酚氧化酶ΡΡ0)的70~80%的活力，在化妆品中建议添加量为
0.2~1.0% ；(2)食品加工领域中，曲酸可用作食品添加剂，起到防腐、保鲜、抗氧化作用，实验证明曲酸能抑制熏肉中亚硝酸钠转化为致癌的亚硝胺；(3)在医药领域中，由于曲酸对真核细胞无致突变作用，又可消除人体内在自由基，增强白细胞动力等作用，有利于人体健康，所以曲酸已作为头孢类抗生素的原料，生产出的成品药用于治疗头痛、牙疼等疾病，镇痛、消炎效果十分理想；(4)在农业领域中，曲酸可用于生产生物农药。添加0.5~1.0%曲酸制成的生物微肥(深红`色液体)，不论是低浓度作为叶面肥进行喷施，还是制增长增产剂进行根施，这种作物生产促进剂对粮食和蔬菜都有明显的增产效果；(5)在其它领域中，曲酸也可作为铁分析试剂、胶片去斑剂等。
[0004]曲酸是利用发酵法生产的有机酸，由于曲酸既溶于水，也溶于有机溶剂，且在两相介质中分配比例相差不大，难以用有机溶剂萃取，这就使从培养液中分离、纯化曲酸相当困难，分离纯化步骤繁多，大大增加了曲酸的生产成本，使曲酸商品价格居高不下，这也是影响曲酸开发应用的重要原因。传统的曲酸的提取方法有锌盐或铜盐沉淀法，此法操作复杂，其中还要用到二氧化硫，污染严重；而萃取法则提取率低，只有20%左右，且存在萃取剂的回收问题，不适合用于大量的曲酸发酵液提取。由于曲酸在水中溶解度梯度较大，是一种比较容易降温结晶的有机酸，所以可采用提取成本较低且较为方便的直接浓缩结晶的方法来提取曲酸。以直接浓缩结晶法来提取曲酸发酵液中的曲酸，工艺最简单，提取率及产品的纯度较高，经过二次结晶提取就可得到98%以上合格的曲酸产品，提取率可达77%以上，因此采用直接浓缩结晶法来提取发酵液中的曲酸是一种较好的提取方法。直接浓缩结晶方法的主要问题是产品色泽深，因此在曲酸的提取中脱色是直接浓缩最为关键的一步。
【发明内容】
[0005]由于设备材质或质量的问题，发酵液中金属离子及各种杂质含量高，曲酸会络合大量铁等金属离子，使产品颜色较深。本发明的目的在于克服此种不足，提供一种通过离子交换树脂去除曲酸发酵液中杂质阳离子及硅藻土吸附脱色的二次结晶方法来提高曲酸品质。
[0006]按照本发明提供的技术方案，曲酸发酵液的分离纯化工艺包括如下关键步骤:
[0007]采用732强酸性阳离子交换树脂，将树脂用清水漂洗直到排水清晰。用水浸泡树脂后用HCl溶液浸泡并搅拌。先用纯水洗涤树脂，再用NaOH溶液处理；之后用水洗至微碱性，再用HCl溶液处理，使树脂变为氢型，最后用纯水洗至无Cl'装柱，用纯水清洗交换柱，再通入曲酸发酵液。FeCl3.HCl显色剂与离子交换柱中流出液反应显色时，开始收集脱色液，待流出液与FeCl3.HCl不显色或显色很淡时，停止收集。脱色完毕后用蒸馏水洗出柱内残留曲酸。每批次45~55L脱色液在ZZF-100型多功能真空蒸发器(蒸发罐体积100L，储液器体积25L)中减压浓缩到饱和，约20~25L左右。降温后输送到结晶罐内，逐步降温至析出曲酸晶体。曲酸晶体制成粗制曲酸溶液。将一定量细粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)、粗粒度硅藻土(535)助滤剂按不同比例搭配加水配制成悬浮液，压入过滤机中。将粗制曲酸溶液压入过滤机中开始过滤，调节温度，收集滤液，过滤完成后用一定量的水顶洗滤饼，合并滤液和顶洗滤液。滤液降温后输送到结晶罐内重结晶，晶体冷冻干燥，得到白色针状曲酸，晶体较均匀，透光率为90%~96%，纯度达到99%以上，整个工艺提取纯化收率达到60%以上。
[0008]本发明提供的从发酵液中分离纯化曲酸的工艺与现有工艺相比，具有的最大的特点是:发酵液过阳离子交换树脂后浓缩结晶、再经硅藻土脱色、重结晶得到高纯度曲酸(99%以上)，整个工艺提取纯化收率达到60%以上，该工艺能有效提高提取率，降低工艺成本。`【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是曲酸分子结构式；
[0010]图2是发酵液的分离纯化工艺流程图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不局限于下述实施例。
[0012]实施例1
[0013](I)阳离子交换树脂的预处理:采用732强酸性阳离子交换树脂，将树脂用清水漂洗，直到排水清晰为止。用水浸泡树脂12~24h，使树脂充分膨胀。用树脂体积2倍量的2~5% HCl溶液浸泡树脂2~4h，并不时搅拌。然后用低纯水洗涤树脂，直至溶液pH值接近4，再用2~5% NaOH溶液处理，处理后用水洗至微碱性，再一次用5% HCl溶液处理，使树脂变为氢型，最后用纯水洗至PH = 4，无Cl—即可。
[0014](2)装柱、过柱:先用纯水按出水顺序流过交换柱，初出水含有装柱过程混入的杂质应弃去,待出水达到要求后,通入板框压滤机过滤后的曲酸发酵液55.2L。
[0015](3)收集脱色液:当交换带移至接近柱底部时停止加入料液，脱色完毕后用蒸馏水洗出柱内残留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3.HCl显色剂，当离子交换柱中流出液与之反应显色时，开始收集脱色液，待流出液与FeCl3.HCl不显色或显色很淡时，停止收集。脱色液肉眼观察已基本无红色，为浅黄色液体，收集的洗脱液为48.7L。
[0016](4)离子交换柱的再生:离子交换柱失效后，以2mol / L HCl进行再生，当流出液与5g / L黄血盐无显色反应时停止操作，让柱内树脂在2mol / L HCl中浸泡lh，顺向通水洗至流出液PH值在4以上，柱可重新使用。
[0017](5)浓缩、结晶:48.7L脱色液用泵打入多功能真空蒸发器中，在-700mmHg以上加热到50°C，减压浓缩到22.0L饱和。浓缩液用泵经板式换热器降温后输送到结晶罐内，满罐后罐内液温44~46°C，按降温曲线逐步降温至2°C，析出曲酸晶体。
[0018](6)硅藻土脱色:用水溶解收集的曲酸粗制晶体，制成100g / L的粗制曲酸溶液。将1.8kg细粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)助滤剂按2: I加水配制成W(硅藻土)为5%的悬浮液，搅拌下用压缩空气压入过滤机中，并经过循环使预涂层均匀。将粗制曲酸溶液用压缩空气压入上述预涂层的过滤机中开始过滤，调节温度80°C，实测滤速为46.2m3 / h，收集滤液，过滤完成后用25L水顶洗滤饼，合并滤液和顶洗滤液。
[0019](7)重结晶、干燥:滤液用泵经板式换热器降温后输送到结晶罐内，按降温曲线逐步降温至2°C重结晶，析出曲酸晶体，进行冷冻干燥，得到曲酸2.53kg，成品呈白色针状，晶体较均匀，透光率为95.67 %，纯度达到99.6 %，提取纯化收率为65.4%。
[0020]实施例2
[0021](I)同实施例1。`[0022](2)装柱、过柱:先用纯水按出水顺序流过交换柱，初出水含有装柱过程混入的杂质应弃去,待出水达到要求后,通入板框压滤机过滤后的曲酸发酵液58.5L。
[0023](3)收集脱色液:当交换带移至接近柱底部时停止加入料液，脱色完毕后用蒸馏水洗出柱内残留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3.HCl显色剂，当离子交换柱中流出液与之反应显色时，开始收集脱色液，待流出液与FeCl3.HCl不显色或显色很淡时，停止收集。脱色液肉眼观察已基本无红色，为浅黄色液体，收集的洗脱液为51.6L。
[0024](4)离子交换柱的再生:离子交换柱失效后，以2mol / L HCl进行再生，当流出液与5g / L黄血盐无显色反应时停止操作，让柱内树脂在2mol / L HCl中浸泡lh，顺向通水洗至流出液PH值在4以上，柱可重新使用。
[0025](5)浓缩、结晶:51.6L脱色液用泵打入多功能真空蒸发器中，在-700mmHg以上加热到50°C，减压浓缩到24.9L饱和。浓缩液用泵经板式换热器降温后输送到结晶罐内，满罐后罐内液温44~46°C，按降温曲线逐步降温至2°C，析出曲酸晶体。
[0026](6)硅藻土脱色:用水溶解收集的曲酸粗制晶体，制成100g/L的粗制曲酸溶液。将
1.2kg细粒度硅藻土(STD)、粗粒度硅藻土(535)助滤剂按1:1加水配制成W(硅藻土)为5%的悬浮液，搅拌下用压缩空气压入过滤机中，并经过循环使预涂层均匀。将粗制曲酸溶液用压缩空气压入上述预涂层的过滤机中开始过滤，调节温度65°C，实测滤速为54.9m3 /h,收集滤液,过滤完成后用20L水顶洗滤饼，合并滤液和顶洗滤液。
[0027](7)重结晶、干燥:滤液用泵经板式换热器降温后输送到结晶罐内，按降温曲线逐步降温至2°C重结晶，析出曲酸晶体，进行冷冻干燥，得到曲酸2.60kg，成品呈白色针状，晶体较均匀，透光率为90.12 %，纯度达到99.0 %，提取纯化收率为63.3%。
[0028]实施例3
[0029](I)同实施例1。
[0030](2)装柱、过柱:先用纯水按出水顺序流过交换柱，初出水含有装柱过程混入的杂质应弃去,待出水达到要求后,通入板框压滤机过滤后的曲酸发酵液52.5L。
[0031](3)收集脱色液:当交换带移至接近柱底部时停止加入料液，脱色完毕后用蒸馏水洗出柱内残留曲酸。比色板上滴一滴FeCl3.HCl显色剂，当离子交换柱中流出液与之反应显色时，开始收集脱色液，待流出液与FeCl3.HCl不显色或显色很淡时，停止收集。脱色液肉眼观察已基本无红色，为浅黄色液体，收集的洗脱液为46.1L。
[0032](4)离子交换柱的再生:离子交换柱失效后，以2mol / L HCl进行再生，当流出液与5g / L黄血盐无显色反应时停止操作，让柱内树脂在2mol / L HCl中浸泡lh，顺向通水洗至流出液PH值在4以上，柱可重新使用。
[0033](5)浓缩、结晶:46.1L脱色液用泵打入多功能真空蒸发器中，在-700mmHg以上加热到50°C，减压浓缩到20.4L饱和。浓缩液用泵经板式换热器降温后输送到结晶罐内，满罐后罐内液温44~46°C，按降温曲线逐步降温至2°C，析出曲酸晶体。
[0034](6)硅藻土脱色:用水溶解收集的曲酸粗制晶体，制成100g / L的粗制曲酸溶液。将1.5kg细粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)助滤剂按1: 2加水配制成W(硅藻土)为5%的悬浮液，搅拌下用压缩空气压入过滤机中，并经过循环使预涂层均匀。将粗制曲酸溶液用压缩空气压入上述预涂层的过滤机中开始过滤，调节温度70°C，实测滤速为49.5m3 / h，收集滤液，过滤完成后用20L水顶洗滤饼，合并滤液和顶洗滤液。
[0035](7)重结晶、干燥 :滤液用泵经板式换热器降温后输送到结晶罐内，按降温曲线逐步降温至2°C重结晶，析出曲酸晶体，进行冷冻干燥，得到曲酸2.44kg，成品呈白色针状，晶体较均匀，透光率为91.32%，纯度达到99.2%，提取纯化收率为66.2%。
【权利要求】
1.一种曲酸发酵液的分离纯化工艺，其特征在于包括如下步骤: (1)阳离子交换树脂的预处理:采用732强酸性阳离子交换树脂，将树脂用清水漂洗直到排水清晰。用水浸泡树脂后用HCl溶液浸泡并搅拌。先用纯水洗涤树脂，再用NaOH溶液处理；之后用水洗至微碱性，再用HCl溶液处理，使树脂变为氢型，最后用纯水洗至无Cl' (2)收集脱色液=FeCl3-HCl显色剂与离子交换柱中流出液反应显色时，开始收集脱色液，待流出液与FeCl3.HCl不显色或显色很淡时，停止收集。脱色完毕后用蒸馏水洗出柱内残留曲酸。 (3)离子交换柱的再生:离子交换柱失效后，以2mol/ L HCl进行再生，当流出液与5g / L黄血盐无显色反应时停止操作，让柱内树脂在2mol / L HCl中浸泡lh，顺向通水洗至流出液PH值在4以上，柱可重新使用。 (4)浓缩、结晶:每批次45~55L脱色液在ZZF-100型多功能真空蒸发器中减压浓缩到饱和，约20~25L左右。降温后输送到结晶罐内，逐步降温至析出曲酸晶体。 (5)硅藻土脱色:用水溶解收集的曲酸粗制晶体，制成100g/ L的粗制曲酸溶液。将一定量细粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)、粗粒度硅藻土(535)助滤剂按不同比例搭配加水配制成悬浮液，压入过滤机中。将粗制曲酸溶液压入过滤机中开始过滤，调节温度，收集滤液，过滤完成后用一定量的水顶洗滤饼，合并滤液和顶洗滤液。 (6)重结晶、干燥:滤液降温后输送到结晶罐内重结晶，晶体冷冻干燥，得到白色针状曲酸，晶体较均匀，透光率为90%~96%，提取纯化收率达到60%以上，纯度达到99%以上。
2.根据权利要求1所述的曲酸发酵液的分离纯化工艺，其特征在于:所述硅藻土的量为 1.2 ~1.8kg。
3.根据权利要求1所述的曲酸发酵液的分离纯化工艺，其特征在于:所述硅藻土的规格为细粒度硅藻土(STD)、中粒度硅藻土(503)、粗粒度硅藻土(535)。
4.根据权利要求1所述的曲酸发酵液的分离纯化工艺，其特征在于:所述硅藻土的搭配比例为:STD与503搭配比例分别为1: 2、1: 1、2: 1，STD与535搭配比例分别为1: 2、1: 1、2: 1，STD、503 和 535 的搭配比例分别为 1:1: 1、2:1: 1、1: 2:1。
5.根据权利要求1所述的曲酸发酵液的分离纯化工艺，其特征在于:所述的过滤温度为 60 ~80°C。
6.根据权利要求1所述的曲酸发酵液的分离纯化工艺，其特征在于:所述的过滤速度为 45 ~55m3 / ho
7.根据权利要求1所述的曲酸发酵液的分离纯化工艺，其特征在于:所述的顶洗滤饼的水量为15~30L。
【文档编号】C07D309/40GK103483301SQ201310375463
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】王绍礼 申请人:兰州金阳生物科技有限公司