Способ ионообменного выделения молочной кислоты из культуральной жидкости

Авторы патента:

Корнеева Ольга Сергеевна (RU)

Шуваева Галина Павловна (RU)

Бондарева Лариса Петровна (RU)

Толкачева Анна Александровна (RU)

Бондарева Ольга Владимировна (RU)

Озолс Виктория Улдисовна (RU)

C12P7/56 - молочная кислота

C07C51/42 - разделение; очистка; стабилизация; использование добавок

Владельцы патента RU 2787220:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") (RU)

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ ионообменного выделения молочной кислоты из культуральной жидкости, включающий выделение молочной кислоты в две стадии с использованием одного вида анионообменной смолы - Purolite А430 в ОН^--форме: на первой стадии проводят сорбцию кислот в противоточной колонне с неподвижным слоем сорбента, для этого снизу пропускают фильтрат культуральной жидкости, при этом молочная и уксусная кислоты сорбируются на анионите Purolite А430; на второй стадии проводят элюирование кислот раствором серной кислоты из сорбента с подачей элюэнта сверху, первой выходит молочная, затем уксусная кислота; элюат, содержащий молочную кислоту, собирают в приёмник. Суммарную концентрацию кислот контролируют кислотно-основным титрованием, концентрацию молочной кислоты – спектрофотометрическим методом, концентрацию уксусной кислоты – по разнице между суммарной концентрацией кислот и концентрацией молочной кислоты. Изобретение обеспечивает повышение степени извлечения молочной кислоты из фильтрата культуральной жидкости и степени разделения кислот после десорбции в одном цикле. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к биотехнологии пищевых продуктов и может быть использовано при переработке культуральных сред с получением молочной кислоты.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту являются способ ионообменного извлечения молочной кислоты из модельных растворов [Luongo, Vincenzo; Palma, Angelo; Rene, Eldon R.; Fontana, Angelo; Pirozzi, Francesco; Esposito, Giovanni; Lens, Piet N. L. Lactic acid recovery from a model of Thermotoga neapolitana fermentation broth using ion exchange resins in batch and fixed-bed reactors Separation Science and Technology; vol. 54; nb. 6; (2019); p. 1008 - 1025], в основе которого лежит адсорбция и десорбция молочной кислоты на анионообменнике Amberlite IRA-67 в колоннах периодического действия с неподвижной загрузкой смолы, средняя эффективность десорбции при использовании раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,5 моль/дм³ составляет 68% от объема, и способ извлечения молочной кислоты из сыворотки [А.с. 436657, опубликовано 25.07.1974, бюллетень № 27], в основе которого лежит пропускание сыворотки после обессоливания через сильноосновный анионит и десорбция ее 10%-ным раствором серной кислоты, выход молочной кислоты составляет 65-75% объемных.

Недостатками данных способов являются невысокая степень извлечения молочной кислоты и сложность регенерации ионообменника из-за использования для десорбции раствора щелочи или слабого раствора серной кислоты, что приводит к увеличению числа ионообменных циклов для увеличения степени извлечения молочной кислоты и многократному увеличению объемов растворов для десорбции и регенерации.

Техническая задача изобретения заключается в разработке способа ионообменного выделения молочной кислоты из культуральной жидкости, позволяющего увеличить степень извлечения молочной кислоты, отделить молочную кислоту от уксусной кислоты, содержащейся в исходной жидкости, уменьшить объемы раствора для десорбции.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ ионообменного выделения молочной кислоты из культуральной жидкости, характеризующийся тем, что выделение молочной кислоты осуществляется в две стадии с использованием одного вида анионообменной смолы в ОН^--форме, на первой стадии проводят сорбцию смеси молочной и уксусной кислот с обогащением ими сорбента, для этого готовят Purolite А430 в ОН^--форме, проводят сорбцию кислот в противоточной колонне с неподвижным слоем сорбента, для этого снизу пропускают фильтрат культуральной жидкости, при этом молочная и уксусная кислоты сорбируются на анионите Purolite А430, через некоторое время на выходе из колонны появляется молочная кислота, а затем уксусная кислота, сорбцию останавливают, в течение сорбции производят отбор проб через определенные промежутки времени, суммарную концентрацию кислот контролируют кислотно-основным титрованием, концентрацию молочной кислоты - спектрофотометрическим методом, концентрацию уксусной кислоты - по разнице между суммарной концентрацией кислот и концентрацией молочной кислоты, на второй стадии проводят элюирование кислот раствором серной кислоты из сорбента с подачей элюэнта сверху, первой выходит молочная, затем уксусная кислота, элюат, содержащий молочную кислоту, собирают в приемник, степень извлечения молочной кислоты из фильтрата культуральной жидкости составляет 100%, степень разделения кислот после десорбции в одном цикле составляет 92% от исходного объема.

Технический результат изобретения заключается в увеличении степени извлечения молочной кислоты, отделении молочной кислоты от уксусной кислоты, уменьшении объема раствора для десорбции.

На фиг. 1 представлены зависимости отношения концентрации молочной и уксусной кислот в растворе на выходе из колонны к исходной концентрации (с/с₀) от объема пропущенной жидкости (v, дм³) молочной кислоты (кривая 1) и уксусной кислоты (кривая 2) на Purolite А430 (OH^-) при 298 К и скорости пропускания 7,5 см³/мин.

На фиг. 2 представлена зависимость концентрации молочной и уксусной кислот в элюате от объема пропущенного десорбента (v, дм³) молочной кислоты (кривая 1) и уксусной кислоты (кривая 2) из Purolite А430 раствором серной кислоты со скоростью пропускания 6 см³/мин.

Способ ионообменного выделение молочной кислоты из культуральной жидкости реализуют следующим образом.

Выделение молочной кислоты проводится в две стадии: первая стадия - сорбция смеси кислот анионообменной смолой Purolite А430 в ОН^- -форме, вторая стадия - элюирование молочной кислоты из смолы водным раствором серной кислоты.

В ионообменную колону загружают анионит Purolite А430; для перевода смолы в ОН^--форму осуществляют её подготовку: пропускают через слой ионообменника последовательно раствор HCl с концентрацией 0,5 моль/дм³, дистиллированную воду до полного удаления соляной кислоты из межгранульного пространства, анионит переведен в Cl^--форму, далее пропускают раствор NaОН с концентрацией 0,5 моль/дм³, промывают смолу дистиллированной водой до полного удаления гидроксида натрия, ионообменная смола переведена в ОН^--форму и готова к использованию; осуществляют сорбцию смеси кислот, для этого снизу пропускают раствор, содержащий кислоты, на выходе из колоны первой появляется молочная кислота, через некоторое время уксусная кислот. В течение процесса сорбции через определенные промежутки времени отбирают пробы раствора на выходе из колонки. Суммарную концентрацию смеси кислот в растворе определяют кислотно-основным титрованием. Концентрацию молочной кислоты в отобранных пробах определяют спектрофотометрическим методом. Концентрацию уксусной кислоты в водном растворе определяют по разнице между суммарной концентрацией кислот и концентрацией молочной кислоты.

На второй стадии осуществляют десорбцию кислот из анионита 20%-ным водным раствором серной кислоты. В течение десорбции через определенные промежутки времени отбирают пробы раствора на выходе из колонны и проводят анализ отобранных проб кислотно-основным титрованием с индикатором фенолфталеином и спектрофотометрическим методом. После элюирования проводят промывку ионообменной смолы раствором гидроксидом натрия с концентрацией 0,5 моль/дм³, анионит принимает исходную форму и готов к работе.

Использование сорбента Purolite А430 позволяет достичь разделения молочной и уксусной кислот, которые имеют схожие физико-химические характеристики. Объемы разделяемых растворов и исходная концентрация ионов могут быть различны, поэтому требуемая производительность ионообменников варьируется, в связи с этим характеристики ионообменных колонн (высота, диаметр, скорость подачи раствора, объем сорбента и т. д.) подбираются для каждого случая отдельно.

Способ ионообменного разделения кислот молочной и уксусной поясняется следующим примером.

Пример. Из отфильтрованной центрифугированием от осадка культуральной жидкости, содержащей 0,172 моль/дм³ (15,49 г/дм³) молочной кислоты и 0,0129 моль/дм³ (1,32 г/дм³)уксусной кислоты, проводят выделение молочной кислоты.

Сорбцию и десорбцию осуществляют на анионите Purolite А430 в ОН^--форме в ионообменной колонке. Для выделения молочной кислоты готовят ионообменную смолу. В ионообменную колону загружают анионит Purolite А430, оставляя примерно треть колоны свободной, так как анионит набухает и увеличивается в объеме. К ионообменной смоле приливают раствор соляной кислоты с концентрацией 0,5 моль/дм³ до значения рН 1. Затем промывают дистиллированной водой от избытка кислоты до рН воды (рН = 5-6). После этого промывают раствором гидроксида натрия с концентрацией 0,5 моль/дм³ до щелочного среды затем дистиллированной водой до нейтрального значение рН.

На первой стадии разделения проводят сорбцию кислот, подавая с помощью насоса снизу в колону раствор, содержащий смесь кислот молочной и уксусной со скоростью 7,5 см³/мин. Отбор проб на выходе из колонны осуществлялся через каждые 10 дм³ пропущенного раствора для построения выходной кривой. Данные о ходе сорбции молочной и уксусной кислот из водного раствора представлены в таблице 1.

Определение суммарной концентрации кислот на выходе из колонны осуществляют кислотно-основным титрованием. Для этого в колбу для титрования добавляют 1 см³ анализируемого раствора, добавляют 3 капли индикатора фенолфталеина. После этого титруют 0,01 моль/дм³ раствором гидроксида натрия до перехода бесцветной окраски в бледно-розовую, сохраняющегося в течение 30-40 с.

Концентрацию молочной кислоты в водном растворе определяют спектрофотометрическим методом. Для этого на спектрофотометре в анализируемых пробах измеряют оптическую плотность при длине волны 221 нм и по градуировочной функции С = 398,13·D определяют концентрацию молочной кислоты.

Концентрацию уксусной кислоты в водном растворе определяют по разнице между суммарной концентрацией кислот и концентрацией молочной кислоты. Выходные кривые сорбции представлены на фиг. 1. Сорбцию проводит до выравнивания концентраций кислот на входе в колону и выходе из колоны.

Как видно на фиг. 1, происходит поглощение молочной и уксусной кислот анионитом А430 (OH^-), степень извлечения составляет 100%, первой из колоны выходит молочная кислота, затем уксусная кислота. Степень разделения кислот на стадии сорбции достигает 40% от объема.

Десорбцию кислот осуществляют раствором 20%-ной серной кислоты, пропуская ее сверху со скоростью 6см³/мин. Отбирают элюат через каждые 10 дм³ в колбу для титрования и определяют концентрацию кислот в растворе, концентрацию молочной кислоты - спектрофотометрическим методом, суммарную концентрацию кислот на выходе из колонны - кислотно-основным титрованием. Концентрацию уксусной кислоты в элюате определяют по разнице между суммарной концентрацией кислот и концентрацией молочной кислоты. После элюирования проводят промывку ионообменной смолы раствором гидроксидом натрия с концентрацией 0,5 моль/дм³, анионит принимает исходную форму и готов к работе.

Данные о ходе десорбции смеси молочной и уксусной кислот представлены в таблице 2. Выходные кривые десорбции представлены на фиг.2. Как видно из фиг. 2, степень разделения составляет 92%.

Как видно из примера, таблиц и фигур, степень извлечения молочной кислоты из фильтрата культуральной жидкости на стадии сорбции составляет 100%, максимальное разделение молочной и уксусной кислот осуществляется на стадии десорбции и достигает 92%.

Предлагаемый способ ионообменного выделения молочной кислоты из культуральной жидкости позволяет полностью выделить молочную кислоту, практически полностью отделить ее от уксусной кислоты и уменьшить объем раствора для десорбции.

Способ ионообменного выделения молочной кислоты из культуральной жидкости

Таблица 1

№ пробы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Объём, дм³	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Суммарная концентрация кислот, моль/дм³	0,007553	0,011212	0,012134	0,02168	0,087964	0,137613	0,16504	0,17275	0,18428	0,1845
Концентрация молочной кислоты, моль/дм³	0,006912	0,01032	0,01203	0,02063	0,08604	0,1307	0,1548	0,1606	0,1716	0,1718
Концентрация уксусной кислоты, моль/дм³	0,0006412	0,0008923	0,0001040	0,001050	0,001924	0,006913	0,01024	0,01215	0,01268	0,01270

Способ ионообменного выделения молочной кислоты из культуральной жидкости

Таблица 2

№ пробы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Объем, дм³	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Концентрация молочной кислоты, моль/дм³	0,025	0,125	0,0325	0,028	0,027	0,025	0,0235	0,02	0,0195	0,019
Концентрация уксусной кислоты, моль/дм³	0,018	0,021	0,036	0,058	0,026	0,021	0,0195	0,0173	0,016	0,0155

Способ ионообменного выделения молочной кислоты из культуральной жидкости, характеризующийся тем, что выделение молочной кислоты осуществляется в две стадии с использованием одного вида анионообменной смолы в ОН^--форме, на первой стадии проводят сорбцию смеси молочной и уксусной кислот с обогащением ими сорбента, для этого готовят Purolite А430 в ОН^--форме, проводят сорбцию кислот в противоточной колонне с неподвижным слоем сорбента, для этого снизу пропускают фильтрат культуральной жидкости, при этом молочная и уксусная кислоты сорбируются на анионите Purolite А430, через некоторое время на выходе из колонны появляется молочная кислота, а затем уксусная кислота, сорбцию останавливают, в течение сорбции производят отбор проб через определённые промежутки времени, суммарную концентрацию кислот контролируют кислотно-основным титрованием, концентрацию молочной кислоты – спектрофотометрическим методом, концентрацию уксусной кислоты – по разнице между суммарной концентрацией кислот и концентрацией молочной кислоты, на второй стадии проводят элюирование кислот раствором серной кислоты из сорбента с подачей элюэнта сверху, первой выходит молочная, затем уксусная кислота, элюат, содержащий молочную кислоту, собирают в приёмник, степень извлечения молочной кислоты из фильтрата культуральной жидкости составляет 100%, степень разделения кислот после десорбции в одном цикле составляет 92% от исходного объема.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ получения молочной кислоты из творожной сыворотки, включающий культивирование Lactobacillus casei ВКПМ В-5726 на творожной сыворотке, предварительно освобожденной от сывороточных белков добавлением раствора гидроксида натрия, пастеризацией и центрифугированием, стерилизованной при 111°С при рН 6,7 в течение 15 мин; с добавлением к массе смеси 5 % дрожжевого автолизата и 1 % раствора микроэлементов по Федорову.

Рекомбинантные клетки дрожжей, продуцирующие полимолочную кислоту, и их использования // 2758138

Группа изобретений относится к рекомбинантной клетке дрожжей, подходящей для получения полимолочной кислоты (PLA), и ее применению. Предложена рекомбинантная клетка дрожжей, подходящая для получения PLA, содержащая и экспрессирующая ген, кодирующий лактил-КоА-синтазу, и ген, кодирующий синтазу полигидроксиалканоата (PHA) (PhaCp), дополнительно содержащую пероксисомальную направленную последовательность (PTS).

Штамм дрожжей schizosaccharomyces pombe, продуцирующий l-молочную кислоту, содержащий в составе хромосомы гены трех различных гетерологичных лактатдегидрогеназ // 2752896

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен рекомбинантный штамм Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-4822, являющийся продуцентом L-молочной кислоты.

Способ ферментации // 2730669

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способу производства продукта ферментации. Ферментируют в условиях ферментации в водной ферментационной среде в реакторе ферментации источник углеводов с помощью микроорганизма, способного превращать углевод в продукт ферментации, причем продукт ферментации представляет собой соль или продукт с температурой кипения выше температуры кипения воды.

Способ получения молочной кислоты // 2712703

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ получения молочной кислоты.

Микроорганизм, продуцирующий молочную кислоту, и способ продуцирования молочной кислоты с его использованием // 2711983

Группа изобретений относится к микроорганизму рода Saccharomyces, обладающему способностью продуцировать молочную кислоту по сравнению с немодифицированным микроорганизмом, и к способу продуцирования молочной кислоты с его использованием. Микроорганизм рода Saccharomyces модифицирован так, что у него инактивирована активность пируватдекарбоксилазы (PDC) по сравнению с ее эндогенной активностью, введена активность АТР-цитратлиазы (ACL) и усилен путь биосинтеза пирувата по сравнению с эндогенным путем его биосинтеза.

Композиции и способы для биологического получения лактата из с1-соединений с применением трансформантов лактат дегидрогеназы // 2710714

Изобретение относится к биотехнологии и представляет собой метанотрофную бактерию, содержащую гетерологичную нуклеиновую кислоту, кодирующую лактатдегидрогеназу (ЛДГ), причем указанная метанотрофная бактерия способна преобразовывать метан в лактат. Изобретение относится также к способу получения лактата, включающему культивирование указанной метанотрофной бактерии в присутствии углеродного сырья, содержащего метан, в условиях, достаточных для получения лактата, где указанная метанотрофная бактерия преобразует метан в лактат.

Способ получения молочной кислоты // 2700503

Изобретение относится к биотехнологии. Способ получения молочной кислоты предусматривает внесение бактерий рода Lactobacillus в питательную среду, содержащую рассиропную, отстерилизованную свекловичную мелассу, сточные воды, предварительно очищенные с помощью биомассы Chlorella vulgaris при заданных соотношениях компонентов, и культивирование молочнокислых бактерий в течение 24-35 часов, при температуре 37-50°С, начальном уровне рН 6,5-7,5, при перемешивании 50-80 об/мин, аэрации суспензии на стадии накопительного культивирования газовоздушной смесью 60-80 л/ч с последующим обеспечением анаэробных условий в течение 24-35 ч.

Штамм лактобактерий streptococcus salivarius - продуцент молочной кислоты и антибиотических веществ // 2698032

Изобретение относится к биотехнологии. Штамм лактобактерий Streptococcus salivarius Т.С.

Штамм лактобактерий enterococcus canintestini кф н 37 12-2018 вкпм в-13053 - продуцент молочной кислоты и антибиотических веществ // 2689910

Изобретение относится к биотехнологии Штамм лактобактерий Enterococcus canintestini КФ(н)37, обладающий способностью продуцировать молочную кислоту и антагонистической способностью по отношению к условно- патогенной и патогенной микрофлоре, депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером ВКПМ В-13053.

Способ удаления нитратных соединений из адипиновой кислоты // 2783856

Настоящее изобретение относится к способу удаления нитратных соединений из твердой адипиновой кислоты. Способ удаления по меньшей мере части нитратных соединений из твердой адипиновой кислоты включает первую стадию контактирования адипиновой кислоты, содержащей по меньшей мере одно нитратное соединение, с газом, выбранным из группы, состоящей из воздуха, обедненного кислородом воздуха, азота, перегретого пара и смеси из двух или трех из них, и причем это контактирование происходит при температуре в диапазоне от 85°С до 95°С, и где a) за первой стадией не следует никакой дополнительной стадии контактирования адипиновой кислоты с газом, где контактирование происходит при температуре выше, чем температура на первой стадии, или b) за первой стадией следует вторая стадия контактирования адипиновой кислоты с газом, причем это контактирование происходит при температуре, которая выше температуры на первой стадии и выше 95°С, но ниже 100°С.