L-苹果酸提取新工艺

背景技术

苹果酸，又名2 —羟基丁二酸，由于分子中有一个不对称碳原子，有L 一苹果酸、D 一苹果酸和DL-苹果酸3种异构体。天然存在的苹果酸都是L型的，几乎存在于一切果实中，以仁果类中最多。它可以从山楂、苹果和葡萄果实的浆汁中提取，也可由延胡索酸经生物发酵制得。它是人体内部循环的重要中间产物，易被人体吸收，因此作为性能优异的食品添加剂和功能性食品广泛应用于食品、化妆品、医疗和保健品等领域。外消旋体可由延胡索酸或马来酸在催化剂作用下于高温高压条件和水蒸气作用制得。

L一苹果酸为天然果汁之重要成份，味道柔和，具特殊香味，不损害口腔与牙齿，代谢上有利于氨基酸吸收，不积累脂肪，是新一代的食品酸味剂，被生物界和营养界誉为“最理想的食品酸味剂”。目前在老年及儿童食品中正取代柠檬酸。L一苹果酸是人体必需的一种有机酸，也是一种低热量的理想食品添加剂。

L 一苹果酸是生物体三羧酸的循环中间体，口感接近天然果汁并具有天然香味，与柠檬酸相比，产生的热 量更低，口味更好，因此广泛应用于酒类、饮料、果酱、口香糖等多种食品中，并有逐渐替代柠檬酸的势头。是目前世界食品工业中用量和发展前景较好的有机酸之一。

L 一苹果酸中含有天然的润肤成分，能够很容易地溶解粘结在干燥鳞片状的死细胞之间的“胶粘物”，从而可以清除皮肤表面皱纹，使皮肤变得嫩白、光洁而有弹性，因此在化妆品配方中备受青睐。

L 一苹果酸可用于药物制剂、片剂、糖浆中，还可以配入氨基酸溶液中，能明显提高氨基酸的吸收率山一苹果酸可以用于治疗肝病、贫血、免疫力低下、尿毒症、高血压、肝衰竭等多种疾病，并能减轻抗癌药物对正常细胞的毒害作用；还可用于制备和合成驱虫剂、抗牙垢剂等。另外L 一苹果酸还可以作为工业清洗剂、树脂固化剂、合成材料增塑剂、饲料添加剂等。

L-苹果酸的生产最初是在培养黄曲霉时有少量苹果酸伴随琥珀酸和富马酸产生。后来，由糖类物质发酵来生产L-苹果酸，但是传统的发酵法生产L-苹果酸培养时间长、能耗大、产酸率低，糖的利用率不高，很难实现工业化生产。随着氨基酸行业逐步发展，发酵法生产技术L-苹果酸也有了长足的进步，但是L-苹果酸的工业平均转化率为70%-80%，尚有20%-30%富马酸残留，反应液中L-苹果酸的含量较低，仅为100-120g/L，目前国内尚无规模化的L-苹果酸生产方法。本发明提供了一种L-苹果酸发酵液下游提取技术，为L-苹果酸规模化生产提供了一种新的提取工艺，对促进氨基酸行业发展具有非常重要的意义；同样，在L-苹果酸用途广泛和市场紧俏的形势下，该工艺方法表现出巨大的经济效益和发展潜力。

具体实施方式

1.发酵液酸解:制备L-苹果酸发酵液150L:将霉菌混合菌液(米曲霉(Aspergillusoryzae),黄曲霉(Aspergillus flavus)两种菌液体积比为3: I,两种菌液中菌体的浓度均约为lX108CFU/mL)按照10% (体积比)的接种量接入种子罐中进行培养，在温度为34°C，摇床转速为180r/min，培养16小时得到液体A，其中，种子罐的培养基组分为:蔗糖 3g，NaNO3 0.2g, (NH4) 2SO4 0.5g, FeS04.7H2O 0.01g, MnSO4.H2O 0.02g，MgSO40.02g，KH2P04 0.1g, pH值6.0。然后按照液体A:发酵罐培养基为1: 10的体积比例转入发酵罐中培养，温度34°C，培养6d，所述发酵罐培养基组分为:葡萄糖80g/L，加玉米浆10g/L，碳酸钙 75g/L，KH2PO4 0.1g/L，K2HPO4 0.1g/L, (NH4) 2SO4 2g/L，MgSO4 2 g/L，NaCl 0.2g/L, pH 值 6.0 ;所述米曲霉优选为米曲霉(Aspergillus oryzae) ACCC30584 (例如参见CN2011102578402)，所述黄曲霉优选为黄曲霉(Aspergillus flavus)ATCC 13697 (参见参考文献:Organic acids: old metabolites, new themes Israel Goldberg ET AL,Journal of Chemical Technology and Biotechnology);在60°C下，边搅拌边加入磷酸，调节PH至1.5左右，然后经微滤膜、超滤膜过滤，微滤膜过滤中使用无机陶瓷材质微滤膜，其截留分子量为5000-200000MW，孔径0.1-100 μ m,操作温度为25~50°C，工作压力:进压为3bar，出压为lbar。超滤过滤，选用PAN复合膜，其截留分子量为1000-5000MW，孔径5~200nm，操作温度为30°C，工作压力:进压为8bar，出压为3bar。

除去发酵液中的菌体蛋白、大分子生物多糖、发酵过程产生的色素、磷酸钙以及其他大分子或固态杂质；获得超滤透析苹果酸母液，用石灰乳和碳酸钙进行中和，调节PH至4.3，过滤，得到苹果酸钙，再用2倍的水将L-苹果酸钙调成浆状，再进行过滤得到L-苹果酸的透析滤液；对滤液进行活性炭脱色处理，得到无色透明的L-苹果酸透析液。

2、离子交换与低温浓缩结晶:将(I)步骤中浓缩的L-苹果酸透析液，经离子交换树脂后，收取流出液；将流出液经蒸发器低温浓缩至有白色晶体出现后，将料液迅速转入结晶器中，缓慢降温结晶；所述离子交换树脂为强酸型阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树月旨，粒径为0.8mm ;所述蒸发器，蒸发温度控制55°C，蒸发量1m3/h，蒸发浓缩临界点判断为少许有白色结晶出现后即刻停止蒸发；降温结晶过程温度下降速度0.5°C /min，最终结晶温度8 °C，恒温结晶0.5h。

3、结晶后的料液经离心分离、烘干后，获得一次提取L-苹果酸成品19.29Kg ;一次提取母液经降膜蒸发器再次浓缩后，离心、洗涤、干燥，获得二次提取成品3.21Kg和末次母液。

上述L-苹果酸产品经检测，一次提提取产品纯度99.5%，二次提取产品纯度98.2%，；折纯后制备L-苹果酸22.5Kg，熔点为90 — 100°C，比旋光度为一 2.19、硫酸盐含量(以S04计算)小于0.03%，氯化物含量小于0.005%，透光率、重金属含量等相关指标符合相关标准要求。