一种含盐发酵液的脱盐方法_2

文档序号:9822019阅读:来源:国知局
过滤或离心分离处理,除去微生物菌体及发酵过程所形成的固形沉淀物;
(2)将步骤(I)所得1,3-丙二醇发酵液的pH值调到1.5?5.5,最好为2.5?5.0,加热到8(TlO(rC,保持0.5~5.0h,降至室温,经过滤或离心分离除去蛋白及不溶性固形物,得到清液;
(3)步骤(2)得到的清液进行膜过滤,除去发酵液中的菌体碎片及蛋白质等大分子物质,膜过滤设备可用纤维膜、陶瓷膜或不锈钢膜等;
(4)对步骤(3)得到的清液进行电渗析脱盐,将含有1,3-丙二醇的过滤清液送入电渗析设备脱盐,当滤液电导降至适当程度时,终止电渗析操作;
(5)步骤(4)所得的电渗析初步脱盐后的发酵液进入离子交换系统继续脱盐,分别经过阳离子交换柱和阴离子交换柱交换后,得到的离子交换液进入后续工艺浓缩提纯。
[0021]上述步骤(2)在调节发酵液的pH值时,可选用一种或多种无机酸,优选硫酸、硝酸、盐酸和磷酸中的一种或多种,无机酸的浓度最好为I?10mol/L,优选2?8 mol/L。加酸时酸的浓度不宜过大,否则会因加入时局部浓度过大,使发酵液中的一些敏感物质发生氧化,加深发酵液的颜色。该步骤中采用酸性条件下分离,即在口11值< 5.5的条件下进行,能使菌体和蛋白更加有效地絮凝,并综合了加热破乳的优点,强化了絮凝效果。
[0022]上述步骤(4)电渗析脱盐设备可使用本领域现有设备,如可以使用异相离子交换膜、均相离子交换阳膜和均相离子交换阴膜,也可使用异相离子交换膜、均相离子交换阳膜和异相离子交换阴膜。离子交换树脂交换离子的容量是相对固定的,电渗析脱盐率的大小与离子交换树脂柱使用周期有很大关系,脱盐率过低则增加了离子交换树脂的负担,脱盐率过高则引起1,3-丙二醇的严重损失,对膜造成损害甚至破裂,电流效率下降。因此控制适宜的电渗析器脱盐率,能延长离子交换树脂的使用周期。当渗析液电导率降至4000?13000 μ S/cm,最好为8000?10000 μ S/cm时,终止电渗析操作,计量渗析液体积并测定1,3-丙二醇含量,计算损失率,渗析液进入后续离子交换过程。
[0023]电渗析操作中,在淡室罐中装入待处理的1,3-丙二醇发酵液,在浓室罐中装入纯水,在极室中装入硫Ife纳?谷液作为极室液,阴极室和阳极室共用极室液,极室中极室液的电导率为7000?8500 μ S/cm。电渗析的其它操作条件可以根据设备具体确定,如所述淡室罐中的1,3-丙二醇发酵液的循环流量范围为0.5?0.8m3/h,浓室罐中浓液的循环流范围为0.5?0.8m3/h,极液的循环流量范围为0.4?0.5 m3/h ;循环压力< 0.05MPa,直流电压< 1.0V/单膜对。
[0024]经过电渗析设备部分脱盐后的1,3-丙二醇发酵液采用离子交换工艺进行进一步脱盐提纯,离子交换技术是本领域技术人员熟知的内容。发酵液可以依次经由强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子树脂。离子交换的主要目标是尽可能地除去电渗析后尚未除去的弱电离子和残留的紫外吸收物质。离子交换主要通过离子表面的氢离子与阳离子和氢氧根离子和阴离子的交换实现。这个交换过程之所以会发生,主要是因为氢离子和氢氧根离子与树脂的吸附力较弱,容易被发酵液中电性较强的离子所替换。树脂除了具有离子交换的功能外,其空隙还可以截留一定范围分子大小的物质,适度电渗析后发酵液中大多数紫外吸收物质的分子量恰好在这个范围内,有效地改善所处理发酵液的颜色,有助于促进产物热处理时色素的稳定性。而完全通过电渗析处理达到脱盐指标时,电渗析后发酵液不具有上述性质,难以与离子交换过程结合获得协调作用。
[0025]在该工艺中,一旦树脂上所有可以交换的位点全部交换以后,树脂的交换能力达到饱和,必须进行再生处理。再生的过程即是将酸和碱分别泵入阳柱和阴柱。
[0026]根据1,3-丙二醇发酵液的组成及性质,树脂柱的装配顺序如下:强酸性阳离子树月旨(SAC),弱碱性阴离子树脂(WBA)。由于阳离子可以置换下氢离子,发酵液经过阳柱后明显呈酸性。而当发酵液经由第一个阴离子柱时,置换下的氢氧根离子中和了前面的经过阳离子柱时产生的氢离子从而生成水。最好首先采用一“组”强阳/弱阴柱有效地除去盐类杂质,但根据盐类杂质含量高低及处理料液的工艺要求,可选择使用第二对离子交换柱或混合床交换柱来实现产品的高纯度精制。
[0027]所述强酸性阳离子树脂可以使用市售商品,如可以从D732、001 X 7、001 X 8、002-SC.D001-cc.D001中进行选用。阴离子交换树脂也可以使用市售商品,如可以从330、D315、D354、D301、D302 中选用。
[0028]1,3-丙二醇发酵液中的阳离子主要为1(+、順4+、他+工&2+、?63+等。选用强酸性阳离子交换树脂脱除发酵液中的阳离子,树脂进行湿法装柱。电渗析部分脱盐后的料液以0.8?2.5BV/h的流速上柱,优选流速为1.0?2.0BV/h,同时检测上柱过程中流出液的pH值及电导率。流出液的PH值为3.2?4.0时交换容量饱和,停止上柱。计量阳柱交换液体积,计算交换倍数,并测定1,3-丙二醇含量,计算损失率,交换液用于阴离子交换树脂上柱。
[0029]阳离子交换结束后需进行再生,先用纯净水清洗树脂柱,再用0.5%?4.0%的HCl溶液进行洗脱再生,流速为0.8?2.5BV/h,优选流速为1.0?2.0BV/h,HCl溶液用量1.2?3.5BV,优选1.5?3.0BV0然后用纯净水洗涤至中性,准备下次交换使用。
[0030]发酵液中的阴离子主要为无机或有机酸酸根,如Cl ,SO42 ,PO43以及乳酸根、乙酸根、琥珀酸根等。选用弱碱性阴离子交换树脂脱除发酵液中的阴离子,树脂进行湿法装柱。阳离子交换后的收集液以0.8?2.5BV/h的流速上柱,优选流速为1.0?2.0BV/h,同时检测上柱过程中流出液的PH值及电导率。流出液的pH值为5.2?4.5时交换容量饱和,停止上柱。计量阴柱交换液体积,计算交换倍数,并测定1,3-丙二醇含量,计算损失率,阴离子树脂交换液用于后续的浓缩工序。
[0031]阴离子交换结束后要对树脂进行再生,先用纯净水清洗树脂柱,再用质量浓度
0.5%?4.0%的NaOH溶液进行洗脱再生,流速为0.8?2.5BV/h,优选流速为1.0?2.0BV/h,NaOH溶液用量1.2?3.5BV,优选1.5?3.0BV0然后用纯净水洗涤至中性,准备下次交换使用。
[0032]阳离子树脂上柱后的交换液可以先进行收集,再用于阴离子树脂上柱交换,也可以采用阳-阴树脂柱连续上柱操作,即两树脂柱串联,阳柱流出液直接进入阴柱交换。
[0033]下面通过实施例对本发明作进一步的详述,本发明中wt%为质量百分数。
[0034]实施例1
本实施例所处理的发酵液是以生物柴油副产甘油为底物,采用克雷伯氏菌发酵、Ca(OH)2中和发酵过程产生的二氧化碳而得到的1,3-丙二醇发酵液,1,3-丙二醇的含量为78.5 g/L,发酵终止pH值为7.0,电导21500 μ S/cm,钼-钴比色号为85#。
[0035]取40L上述发酵液,过滤除去菌体及沉淀物,滤速7.4 Ι/h,滤液清沏透明,然后用8 mol/L的硫酸调节pH值至4.6,搅拌下加热到951:,恒温0.511,自然降温至室温后过滤,得到透明的发酵清液。再用陶瓷膜进行过滤除去发酵液中的菌体碎片及蛋白质等大分子物质,膜过滤设备为陶瓷膜,膜的孔径为0.05 μ m。
[0036]对上述膜过滤得到的清液进行电渗析脱盐,在淡室罐中装入待处理的1,3-丙二醇发酵液,在浓室中装入纯水,在极室中装入硫Ife纳?谷液作为极室液,阴极室和阳极室共用极室液,极室罐中极室液的电导率为7800 μ S/cm。淡室罐中的1,3-丙二醇发酵液的循环流量范围为0.6m3/h,浓室罐中浓液的循环流范围为0.6m3/h,极液的循环流量范围为
0.42 m3/h ;循环压力0.0lMPa,直流电压为0.75V/单膜对。将含有1,3-丙二醇的过滤清液送入电渗析设备,当滤液电导率降至12500 μ S/cm时结束操作,操作时间1.05h,1,3-丙二醇损失率为1.lwt%。
[0037]经过电渗析部分脱盐后的1,3-丙二醇渗析液采用离子交换工艺进行进一步脱盐提纯。先经由强酸性阳离子交换树脂柱,柱中装填有D732阳树脂,以1.2BV/h的流速上柱,同时检测流出液的PH值及电导率,当pH值为3.2停止上柱,交换倍数为6.2BV, 1,3-丙二醇损失率为0.3wt%。阳树脂柱先用纯净水清洗树脂柱,再用2.0wt%的HCl溶液进行洗脱
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