米根霉发酵L-乳酸的精制工艺研究

摘要

乳酸在化工、食品和医药等领域具有广泛的市场应用前景.食品和医药行业中使用的乳酸不仅要求其构型为L-型,而且光学纯度高、杂质含量少、稳定性好.但目前国内外主要用发酵法生产L-乳酸,其复杂的分离提取工艺制约着产品的经济效益. 本课题针对目前国内L-乳酸分离工艺中存在的蛋白质去除率不高、乳酸成品稳定性较差等问题,开展了以米根霉菌株As3.819发酵生产L-乳酸的分离纯化工艺研究.对传统钙盐提取分离进行探索改进.设计提出的工艺路线为:发酵液→絮凝→超滤→吸附→精制.通过对各个工序关键影响因素的考察,优化出L-乳酸分离精制的最适操作条件.实验研究的主要结论如下: 1、壳聚糖是理想的絮凝剂,在壳聚糖的浓度为20mg/l、发酵液温度40℃、搅拌时间9min、搅拌速度110r/min、pH为5的操作条件下,菌丝体的去除率为96.5﹪,乳酸钙损失率仅为0.2﹪; 2、对比UEOS503和UPIS503两种超滤膜的除蛋白效果,综合考虑,优选出LIEOS503超滤膜;以LJEOS503膜进行超滤除蛋白,当膜压差0.12MPa.、pH=4、温度45℃、进料浓度为40g/L时,蛋白去除率达92.85﹪,乳酸钙的损失率为3.14﹪; 3、对比粉末活性炭和颗粒活性炭两吸附剂的脱糖、脱色效果,综合考虑,优选出颗粒活性炭;以颗粒状活性炭对乳酸发酵液进行脱糖、脱色研究,考虑温度、吸附剂添加量、搅拌速度、吸附时间及pH值五个因素对吸附效果的影响,在单因素实验基础上采用正交实验设计,结果如下:当吸附剂添加量4﹪、温度40℃、pH5.0、转速170r/min、吸附时间12h时,脱糖率为91.22﹪,色素的去除率为77.68﹪,乳酸钙的损失率为4.80﹪; 4、采用响应曲面法对分子蒸馏精制乳酸工艺进行优化并建立数学模型,结果如下:在操作压力为15Pa、进样温度50℃、蒸馏温度70℃、进样速率70ml/h、刮膜器转速100r/min时,乳酸收率为62.50﹪,纯度为95﹪,对建立的数学模型进行检验,实测值与模型预测值的相关系数为0.9936,表明该数学模型是有效的. 经过优化组合的L-乳酸分离精制工艺合理、操作简单,各工序具有较好的连续性,所获得的乳酸产品纯度较高、稳定性好.

目录

文摘

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致谢

第一章前言

1.1乳酸的性质

1.2乳酸及其衍生物的应用

1.3乳酸提取精制工艺的研究进展

1.3.1乳酸提取工艺的研究进展

1.3.2乳酸精制工艺的研究进展

1.4乳酸发酵液来源及主要研究内容、意义

1.4.1乳酸发酵液来源

1.4.2主要研究内容

1.4.3研究意义

第二章絮凝法除乳酸发酵液中菌丝体的研究

2.1材料与方法

2.1.1实验材料、试剂与仪器

2.1.2测定方法

2.2乳酸发酵液菌丝体去除实验方案

2.2.1絮凝剂的选择

2.2.2实验方法

2.2.3试验方案设计

2.3结果与讨论

2.3.1絮凝剂的加入量对絮凝效果的影响分析

2.3.2搅拌速度对絮凝效果的影响分析

2.3.3温度对絮凝效果的影响分析

2.3.4搅拌时间对絮凝效果的影响分析

2.3.5 pH值对絮凝效果的影响分析

2.3.6絮凝对乳酸钙的损失率

2.4本章小结

第三章超滤膜去除乳酸发酵液中蛋白质的工艺研究

3.1材料与方法

3.1.1实验材料、试剂和设备

3.1.2测定方法

3.2超滤效果评价指标及其计算公式

3.3乳酸发酵液蛋白质去除实验方案

3.3.1超滤膜的选择

3.3.2试验方案

3.4结果与分析

3.4.1 UEOS503超滤膜的选择

3.4.2操作压力对超滤效果的影响

3.4.3料液pH对超滤效果的影响

3.4.4操作温度对超滤效果的影响

3.4.5进料浓度对超滤效果的影响

3.5本章小结

第四章L-乳酸发酵液的脱糖及脱色研究

4.1材料与方法

4.1.1实验材料、试剂与仪器

4.1.2测定方法

4.1.3计算公式

4.2实验方案设计

4.2.1单因素试验设计

4.2.2正交试验方案设计

4.3结果与分析

4.3.1活性炭的选择

4.3.2活性炭用量对吸附性能的影响

4.3.3作用时间对活性炭吸附性能的影响

4.3.4搅拌速度对活性炭吸附性能的影响

4.3.5温度对活性炭吸附性能的影响

4.3.6发酵液pH值对吸附性能的影响

4.3.7脱糖脱色正交实验结果分析

4.4本章小结

第五章响应曲面法优化分子蒸馏精制L-乳酸收率的工艺研究

5.1实验材料、仪器与方法

5.1.1实验材料与试剂

5.1.2试验与检测方法

5.1.3主要仪器

5.2分子蒸馏精制L-乳酸的试验设计

5.3结果与分析

5.3.1模型的建立及检验

5.3.2模型的验证

5.3.3乳酸得率的响应曲面分析与优化

5.4精制乳酸产品的检测结果

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献