一种结晶L-乳酸钙的制备方法

摘要

本发明提供的一种结晶L-乳酸钙的制备方法，向浓度为14.7g/mL～40.5g/mL的L-乳酸钙发酵液中加入活性碳，连续搅拌进行脱色除臭；过滤后滤液移入结晶器中，调pH至6～8；在40～60℃恒定温度下加入不良溶剂进行溶析结晶过程，溶析终点时添加不良溶剂的体积量为发酵液体积的2～8倍；然后进行冷却结晶过程，降温至5～20℃后进行过滤分离，用洗涤溶剂进行洗涤，干燥后得到L-乳酸钙结晶。本发明生产周期短、操作简单；产品颜色纯白，晶习完整，晶体粒度大且分布均匀，主粒度大于19.33μm，便于产品后处理；结晶过程单程收率达到82.0％以上，适合大规模工业化生产，具有良好的工业应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于结晶技术领域，特别涉及一种L-乳酸钙晶体的结晶制备方法，通过本发明的方法可以得到粒度分布均匀的针状L-乳酸钙晶体。

背景技术

L-乳酸钙(calcium-L-lactate)为L-乳酸的钙盐，化学名为2-羟基丙酸钙，分子式为C₆H₁₀O₆.Ca，分子量为218.22，其化学结构式如下式所示：

L-乳酸钙是一种白色粉末状或颗粒状物质，易溶于水，在医药、食品、饮料、饲料等领域有广泛的应用。L-乳酸钙是补充钙质的良好药剂和钙强化剂，具有降低毛细血管通透性、维持神经及肌肉的正常兴奋性、辅助预防及治疗各种过敏性疾病、保持旺盛的精力和体力等作用。L-乳酸钙在水中的溶解度高，生物利用度高，可直接被吸收代谢而对人体无害。L-乳酸钙作为饲料添加剂应用十分广泛，可用于水产养殖以及鸡、猪、牛等动物饲料。

目前国内生产L-乳酸钙的方法主要为发酵法，即以淀粉为原料经发酵、结晶提纯得到L-乳酸钙晶体，产品最终质量很大程度上取决于结晶过程。当前L-乳酸钙的结晶生产工艺主要是将发酵液放在结晶槽内自然静置结晶，即将浓缩后的发酵液放在槽中冷却静置56小时以上，得到聚结的粒度分布极不均匀的块状产品。产品要经过人工转移，洗涤，破碎，再次过滤，洗涤，干燥和粉碎。不仅效率低、费时费力，且收率低，产品粒度分布不均、色泽偏黄、有异味。

文献报道了L-乳酸钙生产工艺的相关专利。CN102205184A中报道的一种转毂轮式乳酸钙结晶生产工艺，发酵液暴露于空气中容易滋生细菌；CN1680256A中报道超临界流体二氧化碳萃取生产精制乳酸钙，此工艺需要25-30兆帕的压力，生产成本高，不利于工业化大规模生产使用；CN1978043A报道了喷雾干燥生产颗粒乳酸钙工艺，这种方法易造成粉尘污染， 存在晶体结晶度低等问题，且不适合直接对发酵液进行分离提纯，发酵液中会有很多可溶性杂质存在于产品中。

发明内容

针对以上问题，本发明以L-乳酸钙发酵液为原料，提供了一种L-乳酸钙的溶析-冷却结晶制备方法，该方法可以机械化生产、生产周期短、收率高；结晶产品白色无异味，晶习为针状结晶(如图1，图2所示)，晶体粒度较大而分布均匀，干燥减量为19.4％～25.2％，为L-乳酸钙的三水合物或五水合物(如图3所示)。

本发明提供的一种结晶L-乳酸钙的制备方法，步骤如下：

向浓度为14.7g/mL～40.5g/mL的L-乳酸钙发酵液中加入活性碳，连续搅拌进行脱色除臭；过滤后滤液移入的结晶器中，调pH至6～8；在40～60℃恒定温度下加入不良溶剂进行溶析结晶过程，溶析终点时添加不良溶剂的体积量为发酵液体积的2～8倍；然后进行冷却结晶过程，降温至5～20℃后进行过滤分离，用洗涤溶剂进行洗涤，干燥后得到L-乳酸钙。

所述的溶析结晶过程加入的不良溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或丙酮中的一种或几种混合物。

所述的溶析结晶过程中不良溶剂的加入速率为其体积的10％～90％/hr。

所述的冷却结晶过程中，降温速率为5～10℃/hr。

所述的洗涤溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮或水中的一种或几种混合物。

所述的干燥条件：温度30～45℃，绝对压力0.008～0.1MPa，干燥时间3～4小时。

在较高温度下，结晶使用的不良溶剂有一定挥发性，可以在结晶器顶部连接冷凝回流管，防止在较高温度下溶剂的挥发散失。

结晶得到的L-乳酸钙晶习为针状晶体。

本发明方法将溶析结晶与冷却结晶进行耦合，首先采用溶析的方式诱导晶体成核和初步生长，由于溶析过程在较高温度下进行，可以有效的促进晶体的成核和生长，从而得到粒度较大而且均匀，晶习完整的晶体；随后采用冷却方式，进一步推动晶体生长，提高收率。仅采用其中一种结晶方式都存在不足。申请人对发酵液进行单一的冷却结晶实验，由于发酵液粘度较大影响晶体成核，导致介稳区很宽，即使降温速率很慢，也很容易导致大量毛发状晶体爆发成核，毛发状晶体相互缠绕最终容易导致溶液失去流动性，易包藏杂质，无法继续进行机械化生产，给后续操作带来麻烦。申请人还采用多种不良溶剂进行溶析结晶的实验。在较高温度下进行溶析结晶实验时，由于L-乳酸钙在溶剂中的溶解度仍然较高，导致结晶收率偏低，结晶结束摩尔收率65～73％；而在较低温度下进行溶析结晶实验，不利于晶体的生长， 导致晶体粒度偏小，产品主粒度在9.95μm左右。

相比之下，本发明提出的溶析-冷却结晶方法，溶析结晶阶段通过控制体系的溶析速率从而控制溶液的过饱和度，控制晶体的成核与生长，避免爆发成核现象。溶析结晶结束后进行冷却结晶阶段，通过有效控制冷却速率，进一步促进晶体的生长，从而改善了晶习、提高产品的粒度和收率。

本发明提供的一种结晶L-乳酸钙的制备方法，生产周期短、操作简单；产品颜色纯白，晶习完整，晶体粒度大且分布均匀，主粒度大于19.33μm，便于产品后处理，节约后处理成本；结晶过程单程收率达到82.0％(摩尔收率)以上，适合大规模工业化生产，具有良好的工业应用前景。

附图说明

图1：L-乳酸钙的扫描电镜照片(放大1000倍)；

图2：L-乳酸钙的扫描电镜照片(放大3000倍)；

图3：L-乳酸钙的热重分析图。

具体实施方式

实施例1

向浓度为14.7g/mL L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭；过滤后滤液移入结晶器中，调pH至6.0。在40℃下加入丙酮，加入速率为发酵液体积的10％/hr。其体积用量为总体积的2倍时停止加入丙酮；然后以5℃/hr降温速率降温至20℃后进行过滤分离，用1:1的丙酮和水的混合物(体积比)洗涤，将得到的晶体产品在30℃下，绝对压力为0.009MPa时干燥4小时。最终晶体主粒度为19.33μm，结晶过程单程收率86.0％(摩尔收率)。产品干燥减量为24.6％，为L-乳酸钙的五水合物。

实施例2

向浓度为15.5g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭；过滤后滤液移入结晶器中，调pH至8.0。在45℃下加入甲醇，加入速率为发酵液体积的60％/hr。其体积用量为总体积的8倍时停止加入甲醇；然后以10℃/hr降温速率降温至5℃后进行过滤分离，用1:2的甲醇和水的混合物(体积比)洗涤，将得到的晶体产品在45℃下，绝对压力为0.1MPa时干燥4小时。最终晶体主粒度为21.30μm，结晶过程单程收率82.3％(摩尔收率)。产品干 燥减量为25.2％，为L-乳酸钙的五水合物。

实施例3

向浓度为40.5g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭；过滤后滤液移入结晶器中，调pH至7.3。在60℃下加入乙醇，加入速率为发酵液体积的90％/hr。其体积用量为总体积的3.5倍时停止加入乙醇；然后以8℃/hr降温速率降温至7℃后进行过滤分离，用乙醇洗涤，将得到的晶体产品在35℃下，绝对压力为0.008MPa时干燥4小时。最终晶体主粒度为19.60μm，结晶过程单程收率87.4％(摩尔收率)。产品干燥减量为19.4％，为L-乳酸钙的三水合物。

实施例4

向浓度为25.5g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭；过滤后滤液移入结晶器中，调pH至7.9。在55℃下加入异丙醇，加入速率为发酵液体积的60％/hr。其体积用量为总体积的4倍时停止加入异丙醇；然后以9℃/hr降温速率降温至15℃后进行过滤分离，用1:1.5的异丙醇和水的混合物(体积比)洗涤，将得到的晶体产品在40℃下，绝对压力为0.1MPa时干燥3小时。最终晶体主粒度为19.92μm，结晶过程单程收率85.4％(摩尔收率)。产品干燥减量为24.4％，为L-乳酸钙的五水合物。

实施例5

向浓度为25.0g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭；过滤后滤液移入结晶器中，调pH至6.6。在53℃下加入异丙醇和丙酮的混合物(摩尔比为1:1)，加入速率为发酵液体积的57％/hr。其体积用量为总体积的3.5倍时停止加入异丙醇和丙酮的混合物；然后以8.2℃/hr降温速率降温至20℃后进行过滤分离，用异丙醇洗涤，将得到的晶体产品在32℃下，绝对压力为0.1MPa时干燥4小时。最终晶体主粒度为20.85μm，结晶过程单程收率87.7％(摩尔收率)。产品干燥减量为23.6％，为L-乳酸钙的五水合物。

实施例6

向浓度为17.5g/ml L-乳酸钙发酵液中加入活性碳,连续搅拌进行脱色除臭；过滤后滤液移入结晶器中，调pH至6.9。在45℃下加入正丁醇，加入速率为发酵液体积的50％/hr。其体积用量为总体积的4.9倍时停止加入正丁醇；然后以8.9℃/hr降温速率降温至18℃后进行过滤分离，用正丁醇洗涤，将得到的晶体产品在40℃下，绝对压力为0.1MPa时干燥3小时。最终晶体主粒度为21.69μm，结晶过程单程收率87.2％(摩尔收率)。产品干燥减量为21.4％，为L-乳酸钙的三水合物。

本发明公开和提出的一种结晶L-乳酸钙的制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内 容，适当改变原料、工艺参数等环节实现。本发明的方法与产品已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。