純化有機酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有機酸的純化方法，且特別涉及一種純化由發(fā)酵過程所產(chǎn)生的有 機酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 有機酸的合成方式主要有兩種，分別為化學(xué)法及生物技術(shù)。而生物技術(shù)合成法主 要是利用微生物藉由發(fā)酵將碳源轉(zhuǎn)化成有機酸。然而，發(fā)酵所生產(chǎn)的有機酸，濃度低，雜質(zhì) 多且復(fù)雜，且包含各式各樣有機酸等副產(chǎn)物，因此建立一個簡單又低成本的純化程序相當 不易。
[0003] 又，有機酸發(fā)酵液內(nèi)含有微生物、未使用完的碳源、懸浮物、各式各樣的蛋白質(zhì)、 醇類及其他各種有機酸等，所以通常會先經(jīng)由一系列的過濾程序進行固液分離，以移除大 部分的固體懸浮物，接著經(jīng)由蒸發(fā)器進行濃縮，然后再進行兩次的結(jié)晶程序，以獲得粗衣康 酸。將粗衣康酸利用活性碳脫色后，再經(jīng)由再結(jié)晶程序精制有機酸。
[0004] 由于結(jié)晶程序的選擇性低，因此，若要獲得高純度的有機酸，則需要進行一雙結(jié)晶 程序。但，在雙結(jié)晶程序中的濃縮過程相當耗能，使得分離純化成本占有機酸生產(chǎn)成本的一 大部分。
[0005] 因此，目前極需一可有效節(jié)能的純化發(fā)酵過程所產(chǎn)生的有機酸的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的純化有機酸的方法可以解決習(xí)知所用結(jié)晶程序的選擇性低，可得到高純 度的有機酸。
[0007] 本發(fā)明提供一種純化有機酸的方法，包括：(a)將無機絮凝劑加入含有有機酸的 發(fā)酵液中以形成混合物；(b)將該混合物進行離心程序以獲得上清液與沉淀物，其中該有 機酸位于該上清液中；（C)將該上清液進行薄膜萃取程序以獲得萃取液，其中該薄膜萃取 程序包括：（i)將該上清液以油相進行油相萃取以形成油相萃取產(chǎn)物；以及（ii)將該油相 萃取產(chǎn)物以反萃取相進行反萃取以形成該萃取液，其中于該反萃取期間，調(diào)整該反萃取相 的PH值，以使于所形成的該萃取液中的該有機酸的至少一個羧基部分成為羧基鹽狀態(tài)；以 及（d)將該萃取液進行結(jié)晶程序以獲得該有機酸的結(jié)晶。
【附圖說明】
[0008] 圖1顯示了于本發(fā)明一實施例中所使用的薄膜萃取裝置。
[0009] 圖2顯示了本發(fā)明一實施例的衣康酸純化流程圖。
[0010] 圖3A顯示了本發(fā)明一實施例的無機鹽絮凝劑放大測試的流程。
[0011] 圖3B顯示了本發(fā)明一實施例的超過濾流程。
[0012] 圖3C顯示了本發(fā)明一實施例的薄膜萃取流程。
[0013] 圖3D顯示了本發(fā)明一實施例的脫色程序流程。
[0014] 圖3E顯示了本發(fā)明一實施例的第一次結(jié)晶流程。
[0015] 圖3F顯示了本發(fā)明一實施例的蒸發(fā)、過濾除鹽與第二次結(jié)晶流程。
[0016] 圖3G顯示了本發(fā)明一實施例的結(jié)晶精制化的流程。
[0017] 圖4顯示了本發(fā)明一實施例的衣康酸與琥珀酸在薄膜萃取的回收效益。
[0018] 圖5A顯示了一傳統(tǒng)雙結(jié)晶程序的仿真流程圖。
[0019] 圖5B顯示了本發(fā)明的方法的模擬流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明提供一種純化有機酸的方法。相較于習(xí)知的純化由發(fā)酵過程所產(chǎn)生的有機 酸的方法，除了可以得到高純度的有機酸外，本發(fā)明的純化有機酸的方法亦具有優(yōu)異的節(jié) 能功效。
[0021 ] 在一實施例中，本發(fā)明的純化有機酸的方法，可包括，但不限于下列所述步驟。
[0022] 首先，將無機絮凝劑加入由發(fā)酵過程所產(chǎn)生的含有有機酸的發(fā)酵液中，以形成混 合物。此步驟可視為前處理步驟，其中，藉由將無機絮凝劑添加于發(fā)酵液中，可使發(fā)酵液中 的固體懸浮雜質(zhì)沉淀，以使發(fā)酵液中的有機酸與固體懸浮雜質(zhì)初步分離。
[0023] 上述有機酸的例子，可包括，但不限于，衣康酸（itaconic acid)、琥拍酸 (succinic acid)、蘋果酸（maleic acid)、梓樣酸（citric acid)、富馬酸（fumaric acid)、 己二酸（adipic acid)與上述的組合等。在一實施例中，上述有機酸可為衣康酸。
[0024] 而，上述無機絮凝劑可為無機鹽類，但不限于此。上述無機鹽類的例子，可包括，但 不限于氯化鈣（CaCl2)、氯化鋁（AlCl3)、氯化鐵（FeCl3)、硫酸鋁（Al 2(SO4)3* 18H20)與上述 的組合。在一實施例中，于本發(fā)明的純化由發(fā)酵過程所產(chǎn)生的有機酸的方法中所使用的無 機絮凝劑為氯化鐵。
[0025] 接著，將上述混合物進行離心程序，以獲得上清液與沉淀物，其中有機酸位于上清 液中。上述離心程序的離心速度為約4000-6000rpm，但不限于此。在一實施例中，離心速度 為約4000-6000rpm。在一實施例中，離心速度為約6000rpm。
[0026] 然后，將上述上清液進行薄膜萃取程序，以獲得萃取液，其中所獲得的萃取液含有 經(jīng)濃縮所得的有機酸。
[0027] 于上述薄膜萃取程序中所使用的過濾材質(zhì)的孔徑可為約0. 08-0. 45 μ m，但不限于 此。在一實施例中上述薄膜萃取程序中所使用的過濾材質(zhì)的孔徑為約0. 2 μ m。
[0028] 而，上述薄膜萃取程序中所使用的過濾材質(zhì)可包括，但不限于疏水性過濾材質(zhì) 或中空過濾材質(zhì)等，而上述疏水性過濾材質(zhì)的例子，可包括聚丙烯（polypropylene, PP)、 聚四氟乙烯（polytetrafluoroethene，PTFE)與聚氟化二乙烯（polyvinylidene difluoride，PVDF)等，但不限于此。
[0029] 再者，上述薄膜萃取程序可包括下述兩步驟，但不限于此。
[0030] 步驟1 :先將上述上清液以油相來進行油相萃取以形成油相萃取產(chǎn)物。上述上清 液與上述油相的重量比可為約1-10:1，但不限于此。
[0031] 又，上述于油相萃取中所使用的油相可包括稀釋劑、修飾劑與萃取劑。上述稀釋 劑、修飾劑與萃取劑的重量比可為約70-90:5-15:5-15,但不限于此。在一實施例中，稀釋 劑、修飾劑與萃取劑的重量比可為約70:15:15。在另一實施例中，稀釋劑、修飾劑與萃取劑 的重量比可為約80:10:10。又，在另一實施例中，稀釋劑、修飾劑與萃取劑的重量比可為約 85:5:10。在另一實施例中，稀釋劑、修飾劑與萃取劑的重量比可為約85:7. 5:7. 5。在又另 一實施例中，稀釋劑、修飾劑與萃取劑的重量比可為約85:10:5。
[0032] 上述油相中的稀釋劑可為與水不互溶的有機溶劑，但不限于此。而上述與水不互 溶的有機溶劑的例子，可包括，但不限于煤油、柴油、生質(zhì)柴油、葵花油、大豆油、甲基異丁酮 (methyl isobutyl ketone)、二氯甲燒（dichloromethane)與 1-辛醇（1-octanol)等。
[0033] 另，上述油相中的修飾劑可為含有磷的有機溶劑，但不限于此。而上述含有 磷的有機溶劑的例子，可包括二（2-乙基己基）磷酸（di-2-ethylhexyl phosphoric acid, D2EHPA)、磷酸三丁酯（tri-n-butylphosphate, TBP)與三正辛基氧化膦 (Tri-n-octyl phosphine oxide, Τ0Ρ0)等，但不限于此。
[0034] 上述油相中的萃取劑可為脂肪族胺類，但不限于此。上述脂肪族胺類可包 括，但不限于，甲基三辛基氯化銨（trioctylmethylammonium chloride，Aliquat336)、 月桂基 _ 三烷基甲基胺（lauryl-trialkylmethylamine, Amberlite LA-2)、三辛癸胺 (tri-n-(octyl-decyl)-amine，TOA)或甲基三辛基胺（methyltrioctylamine，MTOA)等。
[0035] 在上述薄膜萃取程序的步驟1完成后，可接著進行步驟2。步驟2 :將步驟1中所 獲得的油相萃取產(chǎn)物以反萃取相來進行反萃取以形成萃取液，其中于反萃取期間，調(diào)整上 述反萃取相的PH值，以使于所形成的萃取液中的有機酸的至少一個羧基部分成為羧基鹽 狀態(tài)。即，在薄膜萃取程序之前，所欲純化的有機酸的羧基部分皆為羧酸狀態(tài)，而經(jīng)過薄膜 萃取程序之后，所欲純化的有機酸的至少一個羧基部分成為羧基鹽狀態(tài)。
[0036] 在上述薄膜萃取程序的步驟2中，油相萃取產(chǎn)物與反萃取相的重量比可為約 1-4:4_1。在一實施例中，油相萃取產(chǎn)物與反萃取相的重量比可為約2:1。
[0037] 于上述反萃取程序中所使用的反萃取相可包括水或堿性溶液，但不限于此。而，上 述堿性溶液的例子可包括NaOH水溶液、NaCl水溶液、Na2CO3水溶液、NH3水溶液與上述的組 合等，但不限于此。
[0038] 又，在上述薄膜萃取程序的步驟2中，可將反萃取相的pH值調(diào)整至約pH3. 5-11。 在一實施例中，所欲純化的有機酸為衣康酸，且于上述薄膜萃取程序的步驟2中調(diào)整該油 相萃取產(chǎn)物的pH值至約pH4-7。
[0039] 在本發(fā)明的純化由發(fā)酵過程所產(chǎn)生的有機酸的方法中，藉由薄膜萃取程序，可以 同時純化與濃縮有機酸，并減少后續(xù)的蒸發(fā)步驟中的處理量，進而降低蒸發(fā)的能耗