[发明专利]一种活性炭对丁二酸发酵液进行连续脱色的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性炭对丁二酸发酵液进行连续脱色的方法，适用于发酵法制备丁二酸的产品提取精制过程。

背景技术

丁二酸是一种重要的二元有机酸，用于食品、轻工及制药工业，并可制备1，4-丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮等基础化工产品，也是新型可完全生物降解塑料PBS(聚丁二酸丁二醇脂)的主要原料，市场需求量已达5万吨/年，潜在市场达到300万吨/年。目前丁二酸多采用化学法生产，化学法生产丁二酸主要以顺酐为原料，来自不可再生的石油资源，在生产过程中也会产生大量的污染。微生物发酵法生产丁二酸，能利用可再生的生物质资源，具有效率高、不依赖石油、污染小等优点，且在发酵过程中可吸收固定温室气体CO₂气体，近年来成为国内外研究及应用的热点。

目前从微生物发酵液中提取丁二酸的方法的报道，主要有钙盐法(US5168055)、铵盐法(US5958744)、溶剂萃取法(Lee SY，Process Biochem，2006，41：1461-1465)、电渗析法(US5034105)、膜分离法(CN1887843A)离子交换树脂吸附法(CN101348429A)。由于发酵液中存在大量色素杂质，以上的提取方法中都涉及到丁二酸发酵液的脱色处理，脱色效果直接影响到产品的质量和成产成本。

脱色是化工、食品、医药生产过程中一个重要的分离单元，常见的丁二酸脱色方法有活性炭吸附、树脂吸附和膜分离脱色。膜材料由于其分子筛分作用，具有一定的脱色效果(吴昊，丁二酸发酵液的膜分离过程研究，食品发酵与工业，2007，05)，但膜分离受截留分子量选择限制，只能脱除部分高分子量色素，脱色效果差；树脂吸附具有速度快和选择性好的特点，在脱色方面也有应用，但是由于树脂吸附量小，易受有机物污染，使用寿命短，再生剂用量大，会产生大量废水，有研究表明(孙超，发酵丁二酸的提取工艺研究，江南大学，2008)：离子交换树脂通过库伦力只能脱除带电的色素分子，脱色效果受到限制。活性炭是一种应用广泛的高效脱色材料，对于丁二酸发酵液脱色效果好。孙超(食品与发酵工业，2008，4)等人的研究表明采用粉末活性炭脱色处理丁二酸发酵液，75℃，pH 2～3，脱色时间30min，活性炭用量为0.8％，其脱色率达92％，丁二酸损失率为3.2％；对甘蔗糖蜜制备的丁二酸发酵，活性炭用量为2.5％，其脱色率为97％，丁二酸损失率为6.2％。目前活性炭脱色主要采用粉末活性炭进行间歇脱色操作，存在着加炭、过滤、洗炭、卸炭等繁琐操作，周期长、劳动强度大，尤其不适合对大批量发酵液进行快速脱色处理。而且粉末活性炭不易再生，脱色一次后只能作为废渣处理，成本高，污染大。此外丁二酸发酵液接近中性，而脱色多在酸性条件下(pH 2～5)进行，脱色液会对下游设备造成一定的腐蚀，同时发酵液中所含的副产物甲酸、乙酸呈分子态，具有挥发性，导致蒸发浓缩过程中的蒸出水含有甲酸、乙酸而呈酸性(pH 4～5)，不利于蒸出水的回收利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种活性炭对丁二酸发酵液进行连续脱色的方法，以解决目前丁二酸发酵液脱色中存在的活性炭利用率低、劳动强度大、处理量小、设备腐蚀以及废渣污染等问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种活性炭对丁二酸发酵液进行连续脱色的方法，该方法包括如下步骤：

(1)活性炭的改性：将颗粒活性炭加入氢氧化钠溶液中，在50～80℃下搅拌20～50min，过滤除水后用去离子水将改性后的活性炭洗涤至pH 7～8，装填层析柱；

(2)发酵液中色素的连续脱除：将pH 6.4～7.0的丁二酸发酵液加热至60～80℃，以3～9BV/h(BV为层析柱中的活性炭体积，以下相同)的流速上步骤(1)得到的层析柱脱色，脱色过程中保温，同时在430nm下，以纯水为参比，检测层析柱流出液的透光率来表征色素的脱除效果，当流出液的透光率低于97％时，停止上柱脱色；

(3)活性炭的洗涤：将经过步骤(2)处理后的层析柱，用60～80℃的去离子水以3～5BV/h的流速冲洗层析柱，去离子水用量为1.5～3BV，收集前段1/4～2/3体积的流出液返回丁二酸发酵液，继续用于脱色；

(4)活性炭的再生：将经过步骤(3)洗涤后的层析柱，用NaOH溶液作为再生剂，以3～7BV/h的流速冲洗层析柱，NaOH溶液用量为2～5BV；再用60～80℃的去离子水以3～7BV/h的流速冲洗层析柱，直至流出液的pH值为7～8，收集前段pH值≥11的流出液用作再生剂；