專利名稱：用非沸石型聚合吸附劑從發(fā)酵液中分離檸檬酸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域是從含檸檬酸、碳水化合物、氨基酸、蛋白質(zhì)和鹽的發(fā)酵液中進(jìn)行檸檬酸的固體床吸附分離。更具體的說，本發(fā)明涉及的是一種從含有上述同樣物質(zhì)的發(fā)酵液中分離檸檬酸的方法，該方法采用能夠選擇性吸附檸檬酸的非沸石型聚合吸附劑，此類吸附劑可以選擇于下組物質(zhì)中性交聯(lián)聚苯乙烯聚合物、非離子疏水聚丙烯酸酯聚合物、具有叔胺基或吡啶基的弱堿性陰離子交換樹脂和季胺基的強堿性陰離子交換樹脂以及它們的混合物。
檸檬酸可用作食品酸化劑、制藥工業(yè)和洗滌劑的配料。由于配有檸檬酸的液體洗滌劑的需求量增加，致使每年世界上檸檬酸的產(chǎn)量增加700百萬磅，并有繼續(xù)增漲的趨勢。
生產(chǎn)檸檬酸采用浸沒培養(yǎng)發(fā)酵方法，以糖蜜為原料，所用微生物為黑曲霉(AspergillusNiger)。所得發(fā)酵制品含有檸檬酸、碳水化合物、氨基酸、蛋白質(zhì)和鹽，因此檸檬酸必須從發(fā)酵液中分離出來。
目前分離檸檬酸有兩種技術(shù)，第一種包括檸檬酸的鈣鹽沉淀，并將所得的檸檬酸鈣用硫酸酸化。第二種工藝，用三月桂胺、正辛醇和C10或C11異鏈烷烴的混合物從發(fā)酵液中提取檸檬酸，用加熱法將檸檬酸從溶劑相中二次提取到水中。但是這兩種技術(shù)是復(fù)雜和昂貴的，并將生成大量需處理的廢料。
對從發(fā)酵液中分離檸檬酸，已有專利文獻(xiàn)提出第三種可行方法。該方法包括利用薄膜過濾去除粗原料或高分子量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)被吸附在聚苯乙烯或聚丙烯酸樹脂的非離子型樹脂上，然后收集截留相即殘液中的檸檬酸并在溶液濃縮后結(jié)晶出檸檬酸，或?qū)幟仕嵋遭}鹽形式沉淀出來，其后用硫酸酸化，再分離硫酸鈣并與陰和陽離子交換劑接觸。該方法公開在1985年8月14日，EPA151470號上，但這也是一種相當(dāng)復(fù)雜和冗長的檸檬酸分離方法。相對而言，本方法可以只用一步吸附工藝來分離檸檬酸，并利用便于分離的解吸劑從吸附劑中回收檸檬酸以得到純凈的檸檬酸。
本發(fā)明的方法是將檸檬酸從發(fā)酵液中吸附到聚合吸附劑上，該聚合吸附劑選擇于下組物質(zhì)中性交聯(lián)聚苯乙烯聚合物、非離子疏水聚丙烯酸酯聚合物，具有叔胺基或吡啶基的弱堿性陰離子交換樹脂和季胺基的強堿性陰離子交換樹脂以及它們的混合物，然后在解吸條件下用適當(dāng)?shù)慕馕鼊┩ㄟ^解吸回收檸檬酸。本發(fā)明內(nèi)容之一是發(fā)現(xiàn)僅需調(diào)整和保持原料溶液PH值低于檸檬酸的第一電離常數(shù)PKa1(3.13)即可從鹽和碳水化合物中高選擇性分離出檸檬酸。PH值必須降低到能保持適當(dāng)?shù)倪x擇能力的程度，該程度與原料溶液混合物中檸檬酸的濃度相互依賴;PH值與濃度成反比。當(dāng)濃度降低到13%以下以至很低的濃度時，PH值可接近檸檬酸的PKa1(3.13);濃度為13%時，PH值的范圍為0.9～1.7;但是當(dāng)檸檬酸原料溶液濃度為40%時，必須將PH值降低到至少1.2或更低。在更高的濃度時，PH值還須更低;例如，50%的檸檬酸時，PH值必須是1.0或低于1.0。因此最好將原料混合液的PH值保持在0.5～2.5，PH值為0.5～2.2能得到最佳結(jié)果。本發(fā)明另一方面是發(fā)現(xiàn)在解吸劑中添加丙酮或其它低分子酮，能降低本發(fā)明所用聚合吸附劑的吸附溫度;這樣能避免吸附劑高溫斷裂。
本發(fā)明還涉及一種從含有檸檬酸的發(fā)酵液原料混合物中分離檸檬酸的方法，該方法使用選擇于下組物質(zhì)的吸附劑中性交聯(lián)聚苯乙烯聚合物、非離子型疏水聚丙烯酯聚合物、具有叔胺基或吡啶基的弱堿性陰離子交換樹脂和具有季胺基的強堿性陰離子交換樹脂及它們的混合物，該方法包括如下步驟(a)維持凈液流單向通過所說的吸附劑填充柱，該柱至少包括三個進(jìn)行分離操作的區(qū)域，并且所說柱的區(qū)域以端部依次相互聯(lián)接，以提供連續(xù)性區(qū)域;
(b)在所說柱內(nèi)，提供一吸附區(qū)，所說的吸附區(qū)由處于該區(qū)上游界面原料進(jìn)口液流和下游界面吸附后殘液出口液流之間的吸附劑確定;
(c)在所說的吸附區(qū)上游緊接提供一凈化區(qū)，所說的凈化區(qū)由處于該區(qū)上游界面提取物出口液骱拖掠謂緱嬖轄諞毫髦淶奈郊寥范 (d)在所說的凈化區(qū)上游緊接提供一解吸區(qū)，所說的解吸區(qū)由處于該區(qū)上游界面解吸劑進(jìn)口液流和下游界面提取物出口液流之間的吸附劑確定;
(e)使所述原料混合液在吸附條件下通過吸附區(qū)，由吸附區(qū)中的吸附劑選擇性地吸附檸檬酸，并從吸附區(qū)排出包括發(fā)酵液中未被吸附成份的殘余流出液;
(f)在解吸條件下使解吸材料通過解吸區(qū)以從所說解吸區(qū)中的吸附劑上解吸出檸檬酸;
(g)從解吸區(qū)排出包括檸檬酸和解吸材料的提取物流出液;
(h)至少將一部分提取流出液送入分離裝置，在分離條件下，此裝置至少將一部分解吸材料分離;
(i)按流體在吸附區(qū)流動的逆流方向，定期使原料出口液流、吸附后殘液排出液流、解吸劑進(jìn)口液流、提取物排出液流通過所說的吸附柱而達(dá)到柱內(nèi)區(qū)域變化，并得到提取液排出產(chǎn)物和吸附后殘液排出產(chǎn)物，該殘液能產(chǎn)生降低解吸材料濃度的殘液產(chǎn)物，更進(jìn)一步說，所說的解吸區(qū)上游可以緊接提供一緩沖區(qū)，所說的緩沖區(qū)由處于該區(qū)下游界面解吸劑進(jìn)口液流和上游界面解吸后殘液出口液流之間的吸附劑確定。
有關(guān)本發(fā)明進(jìn)料混合物、吸附劑、解吸劑以及操作條件的其它詳細(xì)內(nèi)容將在下文說明。


圖1是不同的檸檬酸濃度與相應(yīng)的檸檬酸解離PH值的曲線圖，該圖以不同檸檬酸的，檸檬酸根離子和氫離子濃度反映出檸檬酸解離平衡點的變化情況。
圖2是影響吸附劑吸附檸檬酸量的PH值靜態(tài)曲線圖。
圖3A、3B、3C反映了實施例1中采用XAD-4從含13%檸檬酸、PH值分別為2.4、1.7和0.9的原料中分離檸檬酸的脈沖試驗曲線圖。
圖4A、4B、4C、4D和4E反映了實施例2中的PH值分別是2.4、1.7、0.9、2.8和1.4時采用不同的吸附劑所得的脈沖試驗曲線圖。
圖5A和5B是實施例3中PH值分別為2.8和1.4，溫度為93℃時的脈沖試驗曲線圖。
圖6A、6B、6C是實施例4中PH值分別為1.94、1.13、0.5時的脈沖試驗曲線圖。
圖7A、7B和7C是實施例5在PH值分別為1.82、0.5和0.3時的脈沖試驗曲線圖。
圖8A、8B是實施例6中PH值分別為1.5和1.0時的脈沖試驗曲線圖。
圖9是實施例7的脈沖試驗曲線，該實施例表明在較低的溫度下(93℃變?yōu)?5℃)經(jīng)由含10%丙酮的水解吸劑所完成的吸附過程。
圖10是實施例8的脈沖曲線圖，該實施例用以交聯(lián)丙烯酸樹脂為基體的帶有叔胺基的弱堿性陰離子交換樹脂，從含40%的檸檬酸，PH值為1.6的進(jìn)料中分離檸檬酸，用水解吸。
圖11A、11B和11C是實施例9在PH值分別為7.0、3.5和2.4時的脈沖試驗曲線圖。
圖12、13A和13B是實施例10的脈沖試驗曲線圖，在實施例中PH值為1.6，采用幾種不同的以交聯(lián)聚苯乙烯樹脂為基體的具有吡啶官能基團的弱堿性陰離子交換樹脂的吸附劑。用0.05N的硫酸或水進(jìn)行解吸。
圖14是實施例13在PH值1.6時的脈沖試驗曲線圖。
圖15是實施例14的脈沖試驗曲線圖，在PH值2.2下采用不同的以交聯(lián)聚苯乙烯樹脂為基體的帶有季胺基的較強堿性陰離子交換樹脂吸附劑，用二價硫酸解吸。
在正文開始之前對所用的專業(yè)詞匯作些定義將有助于清楚地理解本發(fā)明方法的操作、目的和優(yōu)點。
“原料混合物”(feedmixture)是指一種按發(fā)明方法分離的包括一種或多種提取成份和一種或多種殘撼煞蕕幕旌銜鎩！敖弦毫鰲敝傅氖竊匣旌銜鏌毫鰨靡毫髁鞴痙椒ㄋ玫奈郊痢 “提取成份”是能被吸附劑較多選擇吸附的一種化合物或一類化合物，而“殘液成份”是指幾乎不被選擇吸附的一種化合物或一類化合物。在該方法中，檸檬酸是提取成份而鹽和碳水化合物是殘液成份。術(shù)語“解吸材料”是指一般能解吸提取成份的材料。術(shù)語“解吸液流”或“解吸劑進(jìn)口液流”指的是通過吸附劑的解吸材料的液流。術(shù)語“殘液流”或“殘液排出液流”指的是從吸附劑排出的殘液成份的液流。殘液流的組份可在基本上為100%的解吸材料到基本為100%殘液成份的范圍內(nèi)變化。術(shù)語“提取液流”或“提取液出口液流”指的是已經(jīng)解吸材料解吸的提取物從吸附劑中排出的液流，同樣，提取液流的組分可以是從基本上100%解吸材料變成基本上100%的提取成份。至少將一部分提取液流和最好是至少一部分來自分離過程的殘液流通過分離裝置，典型的是分餾器，在分離裝置中至少有一部分解吸材料被分離以生成提取產(chǎn)物和殘液產(chǎn)物。術(shù)語“提取產(chǎn)物”和“殘液產(chǎn)物”指的是經(jīng)加工而產(chǎn)生的，其提取成份和殘液成份的濃度分別高于提取液流和殘液流的。雖然用本發(fā)明的方法有可能生產(chǎn)高得率、高純度檸檬酸產(chǎn)物，但應(yīng)知道提取成份決不可能完全地被吸附劑吸附，同樣，殘液成份也不能完全不被吸附劑吸附，因此，提取液流中可能會出現(xiàn)不同量的殘液成份，而同樣，殘液流中也會出現(xiàn)不同量的提取成份。按照提取成份和殘液成份在具體液流中的濃度比率可以將提取液流和殘液流相互區(qū)分開來，亦可與進(jìn)料混合液區(qū)分開。更具體說，在殘液流中檸檬酸與難以被吸附成份的濃度之比最低，在進(jìn)料混合液中次高，在提取液流中最高。同樣，低選擇性吸附成份的濃度與高選擇性吸附的檸檬酸濃度之比在殘液流中最高，在進(jìn)料混合液中次之，在提取液流中最低。
術(shù)語吸附劑的“選擇性微孔容積”定義為吸附劑從進(jìn)料混合液中選擇吸附提取成份的容積。術(shù)語吸附劑的“非選擇性孔隙容積”是指不能從進(jìn)料混合液中選擇吸附提取成份的吸附劑容積。此容積包括吸附劑內(nèi)無吸附作用的空穴和吸附劑顆粒之間的空隙空間。選擇性微孔容積和非選擇性空隙容積通常用容積量表示，其對于決定要求通過操作區(qū)的液體的適當(dāng)流速以便有效利用給定量的吸附劑是重要的。當(dāng)吸附劑“移入”按本發(fā)明方法的一種實施方式所安排的操作區(qū)(以后將予定義和描述)時，它的非選擇性空隙容積與它的選擇性微孔容積一起同時將流體帶入該操作區(qū)。非選擇空隙容積用以決定與吸附劑逆向流入相同區(qū)域的液流總量以置換存在于非選擇性空隙體積中的流體。如果流入該區(qū)的液體流速低于移入該區(qū)的吸附劑材料的非選擇性空隙容積速率，那么借助吸附劑就會有一定量的液體被帶入該區(qū)域。因為該帶入物是存在于吸附劑非選擇性空間的液體，在多數(shù)情況下它可能幾乎不選擇吸附進(jìn)料成份。一種吸附劑的選擇性微孔容積在一定的情況下可能會吸附吸附劑周圍液體中的部分殘液成份，這是因為提取成份和殘液成份對選擇性微孔容積內(nèi)的吸附空間有一定的競爭。相對提取物而言，如果有大量的殘液成份圍繞吸附劑時，殘液成份就可能有足夠競爭力被吸附劑吸附。
本發(fā)明所用的原料是用黑曲霉微生物浸沒培養(yǎng)發(fā)酵糖蜜而獲得的發(fā)酵產(chǎn)物。該發(fā)酵產(chǎn)物具有下面舉例的組份檸檬酸12.9%+3%鹽類6，000ppm
碳水化合物(糖類)1%其它(蛋白質(zhì)和氨基酸)5%鹽是K、Na、Ca、Mg和Fe的鹽。碳水化合物是糖類，其包括葡萄糖、木糖、甘露糖、DP2和DP3的低聚糖以及12或更多碳的未明確的多糖。進(jìn)料組份可以變化而不同于上述給出的組份但仍用于本發(fā)明。但是，諸如柑橘果汁之類的汁液不能采用或考慮，這是因為其內(nèi)所含其它成份將同時被吸附而不僅是吸附檸檬酸。約翰遜《食品農(nóng)業(yè)科學(xué)》第33卷(3)PP287-93(Johnson，J，Sci.FoodAgric，Vol33(3)PP287-93)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)將進(jìn)料PH值調(diào)至低于檸檬酸的第一電離常數(shù)能極大地提高檸檬酸的分離作用，檸檬酸的第一電離常數(shù)是3.13，(《物理化學(xué)手冊》第53版，EdiTion，1972-3，CRC出版社)因此，檸檬酸進(jìn)料的PH值應(yīng)低于3.13。當(dāng)13%濃度的檸檬酸溶液的PH值是2.4或更高時，例如如圖3A(實施例1)，檸檬酸與循環(huán)初始的鹽和碳水化合物一起“穿透”(被解?，钡a魅磕仕岫嘉幢晃?。蠂看，当PH值是1.7時發(fā)現(xiàn)有極少量檸檬酸“穿透”，當(dāng)13%濃度下PH值為0.9時則無“穿透”，分別如圖3B和3C所示。
在水溶液中，未電離的檸檬酸與幾種檸檬酸根離子和氫離子等量存在。這在下列反應(yīng)式中可看出，25℃時檸檬酸的酸解離常數(shù)PKa1、PKa2、PKa3分別是3.13、4.74和5.40
反應(yīng)式1
改變檸檬酸、檸檬酸根離子和氫離子的濃度能使檸檬酸電離平衡點轉(zhuǎn)移。這在圖1中可看出，該圖是90℃下溶液中幾種檸檬酸濃度所相應(yīng)的PH值的變化。結(jié)果表明較高氫離子濃度(低PH值)下，未電離檸檬酸(H3CA)百分比較高。降低PH值(增加H+離子的濃度)將導(dǎo)致溶液中有更多的未電離檸檬酸，同時幾種檸檬酸離子(H2CA-1，HCA-2和CA-3)進(jìn)一步減少。
根據(jù)檸檬酸的電解平衡點和前述樹脂的性能，采用所描述的樹脂型吸附劑能從發(fā)酵液中存在的其它類離子中(包括檸檬酸根離子)分離出未電離的檸檬酸。但是為取得較高的檸檬酸得率，就需要較低PH值的溶液。在大約25℃的室溫下，本發(fā)明所用具體的樹脂AmberliteXAD-4吸附檸檬酸的靜止吸附等溫線是進(jìn)料PH值的函數(shù)。圖2給出了該項研究的結(jié)果。結(jié)果表明降低PH值對未離解檸檬酸的吸附性。至于對溶液中未電離檸檬酸優(yōu)先被吸附在本發(fā)明所用吸附劑上的機理到底是通過酸堿反應(yīng)機理還是氫鍵合機理或相對疏水基類的強親合機理或這些機理的綜合反應(yīng)加以解釋限定是毫無意義的。
在現(xiàn)有技術(shù)的吸附分離方法中采用的解吸材料取決并隨所用操作類型之類的因素而變化。在擺動床系統(tǒng)中，用清洗液流從吸附劑中回收被吸附的進(jìn)料成份，解吸劑的選擇并不重要，解吸材料包括甲烷、乙烷等之類氣態(tài)烷烴或其它種類氣體，如氮氣和氫氣，可在升溫或降壓或兩者兼有時采用，以便從吸附劑中有效地清洗出被吸附的進(jìn)料成份。但是通常在需要基本恒壓、恒溫以確保液相的連續(xù)操作吸附分離方法中，必須選擇適當(dāng)?shù)慕馕鼊┮詽M足許多條件。首先，解吸劑應(yīng)以合理的物料流速從吸附劑中置換出提取成份而它本身不會被牢固地吸附住以致極大地妨礙下一個循環(huán)過程中提取成份對解吸劑的置換。所說的選擇性(以后將更為具體討論)，首先是指相對殘液成份吸附劑對所有提取成份的選擇性遠(yuǎn)高于解吸材料相對于殘液成份的選擇性。其次，解吸材料必須適合具體的吸附劑和具體的原料混合液。更具體地說，它們必須不致降低或破壞吸附劑對提取成份嚴(yán)格的選擇性(相對殘液成份而言)。另外解吸材料還應(yīng)是能夠容易地從進(jìn)入工藝的原料混合液中分離出來的物質(zhì)。從混有解吸劑的吸附劑中同時排出解吸后殘液和提取液流，但是如不采用分離至少一部分解吸材料的方法，提取產(chǎn)物的純度和殘液產(chǎn)物既不會很高，解吸材料也不能再用于工藝中。因此本發(fā)明方法打算采用的解吸材料其平均沸點最好基本不同于進(jìn)料混合物，這樣則可采用簡單的分餾方法從提取和殘液流中的進(jìn)料組分中分離至少一部分解吸劑，以便再次作為解吸劑用于工藝中。在此“基本不同”一詞意指解吸材料和進(jìn)料混合物間的平均沸點差應(yīng)至少是5℃。解吸材料的沸點范圍可高于或低于進(jìn)料混合物。最后，解吸材料也應(yīng)是價格上能接受的材料。在本發(fā)明操作工藝的較佳等溫線、等壓線和液相中，可以發(fā)現(xiàn)水是特別有效的解吸材料。還可以認(rèn)為丙酮和其它低分子量酮，諸如甲乙酮和二乙酮在水中少量存在，最高到15%(重量)也是有效的，它們是否有效的關(guān)鍵是它們的水溶性。它們的優(yōu)點是由于它們具有降低解吸發(fā)生時溫度的能力。一些吸附劑以水作解吸劑時，必須提高溫度以助于解吸過程，但提高溫度將導(dǎo)致吸附劑過早失活。具體分離時帶有那些問題的溶液可加入解吸劑重量的1-15%的丙酮，較好的是1-10%(重量)而最好的范圍是5-10%(重量)。低分子酮有可能以二種方式影響吸附劑穩(wěn)定性，去除可能導(dǎo)致失活作用的溶解組份或影響再生，即去除失活劑或逆轉(zhuǎn)它的影響。例如，在解吸劑中加入10%(重量)的丙酮，分離時的解吸溫度可降低大約50℃。向水解吸劑中加入1-15%(重量)的丙酮可使解吸溫度降低大約5-70℃。當(dāng)以稀無機酸作解吸劑時也發(fā)現(xiàn)了好的結(jié)果。硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸和它們的混合物的水溶液所用濃度可為0.01-1.0N(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，0.01～1.0N的稀硫酸芑竦米羆呀峁 如無特別需要，現(xiàn)有技術(shù)指出的一定性質(zhì)的吸附劑可令人滿意地成功地用于選擇吸附工藝操作中。這些性質(zhì)對本工藝同樣重要。其中這些性質(zhì)是(1)每體積的吸附劑對一定體積的提取成份的吸附能力;(2)相對殘液成份和解吸材料，對提取成份的選擇吸附性;(3)吸附劑吸附以及從其上解吸提取成份要有足夠快的速度。當(dāng)然，吸附劑吸附一定體積提取成份的能力是重要的，沒有該能力的吸附劑對吸附分離是無任何用處的。更進(jìn)一步說，對提取成份具有較高的吸附能力的吸附劑是較好的。增加具體吸附劑的能力能使原料混合液進(jìn)料速率一定時分離已知提取成份濃度的提取成份所需的吸附劑用量減少。吸附分離所需的吸附劑用量的降低即減少了分離工藝的成本。吸附劑具有良好的初始能力并在實際使用分離過程中保持這樣的能力在經(jīng)濟上是重要的。吸附劑的第二個必要性質(zhì)是吸附劑分離進(jìn)料成份的能力;換句話說，就是吸附劑所具有的吸附選擇性(B)，即一種組分相對于另一種組分。相對選擇性不但能表示一種進(jìn)料組份比較于另一種進(jìn)料組份的選擇性，而且還能顯示進(jìn)料混合物和解吸材料之間的選擇性。選擇性(B)，慣穿于整篇說明書中，其定義為在平衡狀態(tài)下吸附相的二種成份比率與未吸附相二種成份的比率之比。相對吸附性如下等式2所示等式2吸附性＝(B)＝ (〔Vol·C%/Vol·D%〕A)/(〔Vol·C%/Vol·D%〕u)其中，C和D是進(jìn)料中二種組份的體積百分?jǐn)?shù)，A和u代表相應(yīng)的吸附相和未吸附相。當(dāng)進(jìn)料通過吸附床并與吸附床接觸后，成份不再改變即確定為平衡狀態(tài)。換句話說，此時在未吸附相和吸附相之間不再發(fā)生組份的凈轉(zhuǎn)移。當(dāng)二種成份的選擇性接近1.0時，吸附劑對一種組份的吸附不再優(yōu)于另一種組份;就它們之間而言，二者被吸附(或未吸附)程度基本相同。當(dāng)(B)小于或大于1.0時，吸附劑對一種組份相對另一組份有選擇性吸附。比較吸附劑對組份C和組份D的選擇性，當(dāng)(B)大于1.0時，表明吸附劑優(yōu)先吸附組份C;當(dāng)(B)小于1.0時，表明組份D被優(yōu)先吸附，而組份C富集在未吸附相中，吸附相富集組份D。理想的解吸材料的選擇性對于全部提取組份應(yīng)等于或稍小于1.0，這樣可使適當(dāng)流速的解吸材料能一次解吸全部提取組份并能使隨后的吸附過程中的提取組份置換解吸材料。當(dāng)吸附劑相對殘液組份對提取組份的選擇性大于1.0，其值最好是接近2.0，理論上可以從殘液組份中分離出提取組份。類似相對揮發(fā)度，選擇性越高，實現(xiàn)分離越容易。高選擇性使吸附劑用量減少。第三個重要性質(zhì)是進(jìn)料混合液中提取組份的交換速率，或者換句話說，就是提取組份的相對解吸速率，該性質(zhì)與工藝中必須使用的解吸材料的數(shù)量有直接的關(guān)系，解吸材料用于從吸附劑上回收提取物，較快的交換速率能減少去除提取成份時所需要的解吸材料的數(shù)量并且降低了工藝的運行費用。由于交換速率較快，用量低的解吸劑必須由泵抽送入工藝中，并從提取液流中分離出來再用于工藝中。
測定分析兩種組份系統(tǒng)的分離程度，能幫助定量分析用于實際分離過程的吸附劑、解吸劑及反應(yīng)條件具體結(jié)合后的效果。本申請的分析是限定在兩個波峰中心之間的距離，中心點是在后面所描述的脈沖試驗曲線圖上，取1/2峰高度的平均峰寬而確定的。用于計算分離度的等式如下等式3R= (L2-L1)/(1/2(W1+W2))其中，L1和L2是相對參照點的距離，例如零到波峰中心的距離，單位ml，而W1和W2是指1/2峰高處的波峰的寬度。
用動態(tài)試驗裝置試驗各種吸附劑，具體進(jìn)料混合液和解吸劑一定時，測定吸附劑的吸附能力、選擇性和交換速度性質(zhì)。裝置由吸附劑室組成，包括約70cc體積的垂直立柱，吸附室兩端帶有進(jìn)口和出口。吸附室被裝入溫度控制裝置內(nèi)，另外，還裝有壓力控制儀以保證吸附室處于恒定的預(yù)定壓力下操作，吸附室的出料管道連接有定量和定性分析儀，如折光儀、旋光儀和色譜儀，用于定量或定性分析吸附室排放液流的一種或多種成份。在該步驟以及以下的一般工序中采用此裝置進(jìn)行脈沖試驗，用來測定各種吸附劑體系的選擇性及其它數(shù)據(jù)。將解吸材料通過吸附室使其內(nèi)吸附劑填充量與具體的解吸材料等同。在適當(dāng)?shù)臅r候，在幾分鐘脈沖時間內(nèi)注入一定量的原料;原料中包含已知濃度的示蹤物、提取成份或殘液成份或者二者都有，這些成份都被解料∈??；厥戰(zhàn)馕烈毫鰨咀儻鎩⑻崛〕煞莼蠆幸撼煞藎ɑ蚨叨加校┍幌賜眩幸 固色譜分析。可在操作過程中分析排放液，或者是定期收集排放液樣品，然后用分析儀分別進(jìn)行分析，并得出相應(yīng)成份波形掃描圖。
從吸附劑試驗中獲得的資料，能顯示出提取或殘液成份的空隙體積和保留體積，一種成份相對另一種成份的選擇性，解吸劑對提取物的解吸速率。提取物或殘液成份的保留體積可由提取物或殘液成份的峰形曲線中心與示蹤物峰形曲線中心或其它已知參照點之間的距離來確定。它表明了在峰形曲線之間距離所代表的時間間隔內(nèi)所抽入的解吸劑的體積(立方厘米)。提取物相對殘液成份的選擇性(B)可由這樣一個比值來確定，即提取物峰形曲線中心與示蹤物峰形曲線中心(或其它參照點)之間的距離與相應(yīng)的殘液成份峰形曲線中心和示蹤物峰形曲線中心距離之比。提取物對解吸劑的交換速率一般可由1/2強度處的峰形曲線的寬度來確定。峰寬越窄，解吸速率越快。解吸速率也可由示蹤物峰形曲線中心與剛被解吸的提取物的隱性中心之間的距離來確定。該距離又是該時間間隔內(nèi)抽入的解吸劑的體積。
進(jìn)一步評估有價值的吸附劑體系，欲將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于具體分離工藝則需要在連續(xù)逆流式液固接觸裝置中實際試驗最佳條件。該裝置的一般操作原則在布勞頓的US2，985，589中已描述。利用這些原則的專門實驗裝置在德羅思特等人(deRossetetal)的US3，706，812中已有描述。該裝置包括裝有大量液流管的多層吸附床，這些進(jìn)液管與吸附床內(nèi)的分配器連接并在其端部裝有回轉(zhuǎn)式分配閥。在給定的閥門位置，原料和解吸劑經(jīng)由兩根管道被輸入，而殘液和提取液流則從兩根或多根管道排出。其余的液流管是不工作的，當(dāng)有指令提升閥門時，可由一個吸附床推升所有工作管道的位置，這正是模擬吸附劑與液流反向運動條件。前面提到的非離子型吸附劑試驗裝置和吸附劑評估技術(shù)的具體內(nèi)容可參閱“吸附法分離C3芳香族化合物”(作者A.J.deRosset，R.W.Neuzil，D.J.Korous，和D.H.Rosback，美國化學(xué)會，Los Angeles，加利福尼亞，1971年3月28日至4月2日)。
一組用于本發(fā)明方法的吸附劑包括非離子、疏水、水不溶性交聯(lián)苯乙烯聚(乙烯)苯共聚物以及和聚(乙烯)苯以外的單乙烯類不飽和化合物或聚乙烯類不飽和單體聚合的共聚物，這些在古斯塔夫森的US3，531，463和3，663，467中已描述，這些專利作為本發(fā)明的對比文獻(xiàn)，但本發(fā)明不為這些專利所限制。US3，531，463中描述的聚合物可按US順序號749，526(申請日1958年7月18日)，現(xiàn)在的專利號4，221，871、4，224，415、4，256，840、4，297，220、4，382，124以及4，501，826(Meitzer等人)中所公開的技術(shù)制作，所有這些文獻(xiàn)都可作為本發(fā)明的對比文獻(xiàn)。上述吸附劑由Rohm和Haas公司制造，并以“Amberlite”商品名銷售。已知能有效地用于本發(fā)明的Amberlite聚合物的種類在Rohm和Haas公司的資料上稱為Amberlite吸附劑XAD-1、XAD-2、XAD-4、XAD-7和XAD-8，資料上稱它們?yōu)椤坝捕蝗艿母弑砻娣e球形多孔聚合物”。各種Amberlite聚合吸附劑的物理性能稍有所不同，如微孔體積百分?jǐn)?shù)，骨架密度和標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)，但在表面積、平均孔徑和偶極矩上相差多些。較好的吸附劑表面積應(yīng)為10-2000米2/克，更好的是100-1000米2/克。這些性質(zhì)列于下表表1Amberlite聚合吸附劑性能化學(xué)性質(zhì)XAD-1XAD-2XAD-4XAD-7XAD-8聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯丙烯酸酯丙烯酸酯孔隙容積(%)3742515552真濕密度(g/cc)1.021.021.021.051.09表面積(M2/g) 100 300 780 450 160平均孔徑( ) 200 90 50 90 225骨架密度(g/cc)1.071.071.081.241.23標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)20-5020-5020-5020-5020-50官能基團偶極矩0.30.30.31.81.8Rohm和Haas公司在產(chǎn)品資料上提出Amberlite聚合型吸附劑可用于紙漿廠漂白廢液脫色、染料廢液脫色和從廢液中去除農(nóng)藥。當(dāng)然，它并沒有暗示我們的這種發(fā)現(xiàn)，即用Amberlite聚合吸附劑從黑曲霉發(fā)酵液中有效地分離檸檬酸。
用于本發(fā)明的第二組吸附劑包括以交聯(lián)聚合物為基體如丙烯或苯乙烯的具有叔胺基或吡啶基的弱堿性陰離子交換樹脂。當(dāng)這類產(chǎn)品為珠狀、且孔隙均勻、孔隙度高、化學(xué)和物理性穩(wěn)定、以及有良好耐磨性時尤其適用(不同于大網(wǎng)絡(luò)樹脂)。上述吸附劑由Rohm和Haas公司制造，并以“Amberlite”商品名銷售。能有效地用于本發(fā)明方法的Amberlite聚合物種類在該公司資料上稱為XE-275(IRA-35)，IRA-68，資料上記載“不溶于所有普通溶劑，具有多孔結(jié)構(gòu)，能用于有效地吸附和解吸大分子，不會因有機污垢而喪失其能力”。BioRad制造的AG3-X4A和AG4-X4也是適用的，Dow化學(xué)公司出售類似樹脂，諸如Dowex66，Dow實驗樹脂可按US4，031，038和US4，098，867制取。
這幾組適用的不同種類的吸附劑在物理性質(zhì)上稍有不同，例如空隙體積百分?jǐn)?shù)，骨架密度和標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)，而在表面積、平均孔徑、偶極矩相差多些。優(yōu)選的吸附劑其表面積應(yīng)是10-2000米2/克，最好是100-1000米2/克。前面所列材料的詳細(xì)性能可在公司資料或技術(shù)付本上查閱，在此可參閱表2，其它常用類型的吸附劑是適用的。
表2吸附劑基體類型公司參考資料AF3-4A聚苯乙烯色譜儀電泳免役化學(xué)分子生物高效1987年4月(BioRad)液相色譜儀價格表M(BioRad)AG4-X4丙烯酸的色譜儀電泳免役化學(xué)分子生物高效1987年4月液相色譜儀價格表M(BioRad)Dow實驗樹脂聚苯乙烯US4，031，038;US4，098，867Dowex66聚苯乙烯材料安全資料增頁1987年2月17日重印(DowChemicalUSA)
表2(續(xù))吸附劑基體類型公司參考資料IRA-35丙烯酸的Amberlite離子交換樹脂(XE-275)(XE-275)Rohm和Haas公司.1975年IRA-68丙烯酸的Amberlite離子交換樹脂AmberliteIRA-68Rohm和Haas公司，1977年4月Rohm和Haas公司的資料提出Amberlite聚合吸附劑可用于紙漿廠漂白廢液脫色，染料廢液脫色和從廢液中去除農(nóng)藥。當(dāng)然，本人的意外發(fā)現(xiàn)未在資料上暗示，即采用Amberlite聚合吸附劑從黑曲霉發(fā)酵液中有效地分離檸檬酸。
用于本發(fā)明的第三類吸附劑包括以交聯(lián)聚合物為基體如二乙苯交聯(lián)丙烯或苯乙烯樹脂的具有季胺基強堿性陰離子交換樹脂。當(dāng)這類產(chǎn)品為珠狀，孔隙均勻、孔隙度高、化學(xué)和物理性穩(wěn)定時尤其適用。根據(jù)近期署名為Kunin和Hetherington的文章關(guān)于用大網(wǎng)絡(luò)離子交換樹脂從水中去除膠體的進(jìn)展報告(國際水會議論文，1969年10月，匹茲堡，由Rohm和Haas公司再版)，在極短的情況下，這些樹脂可以是膠粒(膠類)或“大網(wǎng)絡(luò)”。在近期吸附技術(shù)中，“微網(wǎng)狀一詞指的是膠體結(jié)構(gòu)本身，微孔尺寸是原子直徑并取決于膠體的膨脹性能”，同時，“大網(wǎng)絡(luò)孔隙和真實孔隙度是指這樣的結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中微孔直徑大于原子間距而且沒有凝膠體結(jié)構(gòu)部分，周圍環(huán)境的改變，如由滲透后變化而引起的改變，對它們的尺寸和形狀沒有大的影響。”在“常規(guī)吸附”中，“微孔和大孔通常分別是指小于20 和大于200 的孔。孔徑在20 ～200 之間的微孔被稱作過渡孔。”本文作者用“大網(wǎng)絡(luò)”一詞指的就是本發(fā)明使用的新的離子交換樹脂，這種樹脂“兼有大網(wǎng)絡(luò)和微網(wǎng)狀孔兩種結(jié)構(gòu)。前者指的是膨脹膠體結(jié)構(gòu)的鏈和交聯(lián)鍵之間的距離，后者指的孔不是實際化學(xué)結(jié)構(gòu)部分。結(jié)構(gòu)的大網(wǎng)絡(luò)部分實際可以包括微、大和過渡孔，過渡孔取決于孔尺寸分配情況?！?引自Kunin等人文章的第一頁)。大網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的吸附劑也具有良好的耐磨性(不同于常規(guī)大網(wǎng)絡(luò)樹脂)。因此，在本申請中，所用“大網(wǎng)絡(luò)”指的都是前述的由Kunin和Hethesing定義的具有兩種孔隙的吸附劑類型?！澳z體”和“凝膠體類”用的是常規(guī)概念。
縱觀本發(fā)明使用的季胺基離子交換樹脂，季胺基有陽離子並能與硫酸根離子形成離子鍵。由季胺基陰離子交換樹脂形成的硫酸鹽具弱堿性，換句話，能通過酸堿內(nèi)聚反應(yīng)吸附檸檬酸。
其中，P＝樹脂部分R＝低烷基 C1-8C.A.＝檸檬酸根離子上述吸附劑由Rohm和Haas公司制造并以Amberlite商品名銷售。已知能有效用于本發(fā)明的Amberlite聚合物的種類在Rohm和Haas公司資料上稱為IR400和900系列吸附劑。資料上這樣描敘“不溶于常規(guī)溶劑，多孔結(jié)構(gòu)，能有效吸附和解吸大分子而不致因有機污垢喪失能力?！盉ioRad制造的AG1、AG2和AGMP-1樹脂、由Dow化學(xué)公司出品的類似樹脂如Dowex1，2，11，MSA-1和MSA-2等也是適用的。被稱為中間基的離子交換樹脂是強和弱堿性交換樹脂的混合物這種樹脂也適用。這里是指下列可商購樹脂Bio-Rex5(Bio-Rad1);AmberliteIRA-47和DuoliteA-340(都是Rohm和Hass公司的產(chǎn)品)，例如當(dāng)需要的堿性離子交換樹脂不要象強堿性樹脂堿性那樣強，或需要堿性大于弱堿性樹脂時，上述產(chǎn)品是適用的。
這些適用種類的不同聚合吸附劑的物理性質(zhì)稍有不同，如孔隙容積百分?jǐn)?shù)，骨架密度和標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)，而表面積，平均孔徑，偶極矩相差大些。優(yōu)選的吸附劑表面積為10-2000米2/克，最好是100-1000米2/克。前面所列材料的詳細(xì)性能可在公司資料和技術(shù)副本上查閱，在此可參閱表3。
吸附劑可緊密地裝入固定床，該固定床能與進(jìn)料混合物和解吸劑材料交替接觸。在本發(fā)明的最簡單實施方式中，僅將吸附劑裝入單個固定床。在這種情況下，該方法僅僅是半連續(xù)的。在另一種實施方式中，可將兩個或更多個床用于固定床，該固定床與適當(dāng)?shù)拈y門連接，因此，在該裝置中進(jìn)料混合物可以流經(jīng)一個或多個吸附床。而同時，解吸材料可通過另外一個或多個床。進(jìn)料混合物和解吸材料可順流亦可逆流通過解吸劑。在此，能用于液體-固體接觸固定床的任何常規(guī)設(shè)備均可采用。
但是逆流移動床或模擬的移動床逆向流動體系比固定床體系的分離效果好得多，因此被優(yōu)先選用。在移動床或模擬移動床方法中，吸附和解吸操作是連續(xù)進(jìn)行的，并能使殘液流和提取液流連續(xù)地產(chǎn)生以及連續(xù)地提供進(jìn)料和解吸劑液流。本方法的一個優(yōu)選實施方式是利用在現(xiàn)有技術(shù)上已知的模擬移動床逆流系統(tǒng)。這種流動體系的操作原則和次序在US2，985，589中已有描述，在此作參考并結(jié)合使用，在該系統(tǒng)中，正是多層液流管逐漸向吸附室的下方移動模擬出吸附室內(nèi)的吸附劑向上移動。在任何一個時刻，僅僅有四條液流管是工作著的，即原料進(jìn)口液流，解吸劑入口液流、殘液出口液流和提取液出口液流的液流管。與固定吸附劑模擬向上移動的同時，即是吸附劑填充床空隙容積內(nèi)所充滿的液體的移動。為了保持逆流接觸，可通過泵使液體向吸附室下方流動。隨著一根工作著的液管進(jìn)口點移動一周，即從室的頂端到末端，室循環(huán)泵就移過需要不同流速的不同區(qū)域，裝置上可以安裝程序流動控制器來調(diào)節(jié)這些流速。
工作著的液流管進(jìn)出口點能有效地將吸附室分成多個分離區(qū)域。每個區(qū)域都有不同的功能。在本發(fā)明的這個實施方式中，為了使該方法實現(xiàn)，一般需要存在三個分離操作區(qū)域，但在一些例子中也可以使用任選的第四個區(qū)域。
吸附區(qū)，區(qū)1是由處入進(jìn)料進(jìn)口液流和殘液出口液流之間的吸附劑來確定的，在該區(qū)，原料同吸附劑接觸，提取成份被吸附，并排出殘液，液體在區(qū)1的流動是從進(jìn)料液流流入該區(qū)到殘液排出該區(qū)，從原料進(jìn)入到殘液排出的流動方向，該區(qū)域內(nèi)的流動被認(rèn)為是順流方向的。
相對于區(qū)1的流體流動方向，其上游緊接是凈化區(qū)，即區(qū)2。凈化區(qū)域是由處于提取物出口液流和原料進(jìn)口液流之間的吸附劑而確定的。區(qū)域2中進(jìn)行的基本操作是通過吸附劑改變了區(qū)域，而將進(jìn)入該區(qū)的殘液成份從吸附劑的無選擇性空隙內(nèi)置換出來，并且解吸出吸附在吸附劑選擇性孔隙內(nèi)的或吸附劑顆粒表面上的殘液成份。通過區(qū)3的部分提取液從區(qū)2的上游界面引入?yún)^(qū)2，提取物料排出液流能置換殘液成份，從而達(dá)到凈化。區(qū)2內(nèi)的液體流動是順流方向，即從提取液的出口到進(jìn)料液的進(jìn)口。
相對于區(qū)2內(nèi)流體流動方向，其上游緊接著的是解吸區(qū)即區(qū)3。解吸區(qū)是由處于解吸劑進(jìn)口液流和提取液出口液流之間的吸附劑而確定的。解吸區(qū)域的作用是使解吸材料進(jìn)入這個區(qū)域，以置換吸附劑上所吸附的提取成份。即在循環(huán)初始操作中，區(qū)1內(nèi)同進(jìn)料接觸的吸附劑上的提取成份。區(qū)3中液體的流動方向?qū)嶋H上與區(qū)1和區(qū)2相同。
在某些情況下，可有緩沖區(qū)，即區(qū)4。也可沒有。該區(qū)由處于殘液出口液流和解吸劑進(jìn)口液流之間吸附劑而確定。如果采用該區(qū)，該區(qū)應(yīng)緊接區(qū)域3的上游?？衫脜^(qū)4來保存用于解吸過程的一定量解吸劑，因為可將從區(qū)1排出的一部分殘液通入?yún)^(qū)4以置換該區(qū)內(nèi)的解吸材料，再將置換出的解吸材料排出該區(qū)送入解吸區(qū)。區(qū)域應(yīng)裝有足夠多的吸附劑，這樣可以防止來自區(qū)1并進(jìn)入?yún)^(qū)4的殘液中的殘液成份進(jìn)入?yún)^(qū)3從而污染由區(qū)3排出的提取液。在有些實施中不必采用第4個操作區(qū)，因為從區(qū)1通入?yún)^(qū)4的殘液必須要小心控制，只要當(dāng)從區(qū)1通入?yún)^(qū)3的殘液中殘液成份的量明顯多了，能直接停止區(qū)1至區(qū)3的液體流動，就不會造成提取物排出液的污染。
進(jìn)料液流和排出液流經(jīng)固定吸附床的一個循環(huán)過程是借助導(dǎo)管系統(tǒng)完成的，該系統(tǒng)中，導(dǎo)管上的閥門按順序操作以改變進(jìn)料液流和排出液流，由此而使液體相對于固體逆向流動。另一種方法也能使流體相對于固體吸附劑而逆流，該方法包括利用一個旋盤閥，使進(jìn)料液和排出液通過該閥，還有若干根進(jìn)料液、提取物排出液、解吸劑進(jìn)料液、殘液排出液管道，這些管道以相同的方向通過吸附床。導(dǎo)管排列和盤閥兩種方法都是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。在這個操作中專門使用的旋盤閥能在US3，040，777和3，422，848中找到。上述兩篇專利介紹了旋轉(zhuǎn)類型的連接閥，利用這些閥，可以毫不困難地將一定來源的各種輸入和輸出流體適當(dāng)?shù)赝七M(jìn)。
在許多情況下，一個操作區(qū)域可含有比其它諸操作區(qū)域多得多的吸附劑。例如，在某些操作中，緩沖區(qū)域和吸附區(qū)或凈化區(qū)域就需要的吸附劑相比，緩沖區(qū)需要吸附劑的量少些。在一些情況下還可以看出，其中使用的解吸劑能容易地從吸附劑中解吸出提取液材料，那么這個解吸區(qū)所需要的吸附劑的量相對緩沖區(qū)或吸附區(qū)或凈化區(qū)或所有這些區(qū)所需的吸附劑要相對少些。由于不要求將吸附劑裝入一個柱內(nèi)，因此，在本發(fā)明范圍內(nèi)就使用多室或系列柱。
同時利用所有的進(jìn)液流或排出液流是不必要的。事實上，在許多情況下，可將流體之一切斷，而其它的進(jìn)行輸入或輸出物料。為實現(xiàn)本發(fā)明的方法而使用的設(shè)備還可包括一系列單獨的床，這些床與聯(lián)通管相聯(lián)，在導(dǎo)管上有能使各種進(jìn)、出口液流接通的進(jìn)、出口開關(guān)，并且能有選擇性地和周期性地變化以達(dá)到連續(xù)的操作。在某些情況下，聯(lián)通導(dǎo)管能同輸送開關(guān)相連接，在正常的操作期間，輸送開關(guān)沒有作用，僅作為導(dǎo)管使物料流入或排出工藝過程。
可以考慮將至少一部分提取物排出液通入分離裝置中，在這里，至少有一部分解吸材料能被分離，并得到含有已降低了解吸劑濃度的提取產(chǎn)物。在工藝操作中最好但不是必須的將至少一部分殘液排出液通入分離裝置，在此，至少一部分的解吸劑材料能被分離，得到了能再次用于工藝流程的解吸劑液流以及含有已降低了解吸劑濃度的殘液產(chǎn)物。典型的分離裝置是一個分級柱，其設(shè)計和操作在分離技術(shù)中是已知的。
參考US2，985，589(D.B.Broughton)和題名為“連續(xù)吸附工藝-一種新型分離技術(shù)”的論文，該論文作者D.B.Broughton，發(fā)表于第34屆化學(xué)工程師協(xié)會年會(日本、東京，1969年4月2日召開)，本發(fā)明參考了上述兩篇文獻(xiàn)，以進(jìn)一步解釋模擬移動床逆流工藝流程方案。
盡管在許多吸附分離方法中，能使用液相和蒸汽相兩種操作方式，但在本方法中最好采用液相操作，因為采用液相操作需要的溫度低，而且提取物的比率比采用蒸汽相的高。吸附條件包括溫度大約為20-200℃，最好是大約65℃～100℃，壓力范圍從大約常壓～500磅/吋2表壓(3450KPa表壓)，在這些條件下能很好地保證液相。解吸條件包括同吸附條件相同范圍的溫度和壓力。
本發(fā)明方法所用的設(shè)備的尺寸可以變化，從小規(guī)模試驗工廠的尺寸到商購規(guī)模的尺寸(在此請參見受讓人的US3，706，812號專利)，流速可以小到1小時幾立方厘米大到每小時幾千加侖。
下面的實施例將說明能使本發(fā)明方法得以實現(xiàn)的選擇關(guān)系，這些實施例絕不是對本發(fā)明權(quán)利要求書實質(zhì)和范圍進(jìn)行限制。
實施例1在本實施例中，用中性苯乙烯二乙烯苯聚合吸附劑(XAD-4，由Rohm和Haas公司制造)作了三個脈沖試驗，以測定吸附劑在不同PH值下從發(fā)酵混合液中分離檸檬酸的能力，該發(fā)酵混合液含有檸檬酸、碳水化合物(DP1、DP2、DP3、包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、棉子糖)、各類鹽離子，這些鹽離子包括Na+、K+、Mg++、Ca++、Fe+++、Cl-、So二]、Po三4、No-3，和氨基酸以及蛋白質(zhì)。第一個試驗在45℃和PH值為2.4時進(jìn)行，其它兩個試驗在PH值為1.7和0.9時進(jìn)行，檸檬酸用水解吸，進(jìn)料發(fā)酵混合液具有下列成份進(jìn)料成份數(shù)量檸檬酸12.9%鹽(K+、Na+、Ca++、Mg++、Fe+++) 0.60%(6000ppm)碳水化合物(糖類)1%其它(So二4、Cl一、Po三4、No-3、 5%蛋白質(zhì)、氨基酸)水81.5%利用前面已討論過的脈沖試驗設(shè)備和方法可獲得保留體積和分離度。更詳細(xì)地說，吸附劑填裝在一個70CC直柱中，根據(jù)下列操作順序進(jìn)行脈沖試驗。解吸材料以大約為1.0的正常液時空速(LHSV)向上連續(xù)地通過含有吸附劑的柱。通過觀察充滿干燥填充柱所需要的解吸劑體積來測定空隙體積。在適當(dāng)?shù)臅r候，停止解吸材料的流入，通過一個樣品環(huán)管將10CC進(jìn)料混合液樣品注入柱中并且重新使解吸材料流入。樣品排放液自動地收集在樣品自動收集器內(nèi)，用色譜分析法對收集的樣品中的鹽和檸檬酸進(jìn)行分析。對某些收集的樣品還要分析碳水化合物類，但是由于樣品以近似于碳水化合物的速度被洗提，因此在這些實施例中，就不分析碳水化合物了，對其它儲量較少的成份，氨基酸和蛋白質(zhì)也是如此。通過對這些樣品分析，可繪出進(jìn)料混合液成份對濃度的峰值曲線。通過測量鹽曲線的凈保留體積的中點(以此點為參考點)和檸檬酸的中點之間的距離可以計算出檸檬酸的保留體積。用開始給出的公式3來計算分離度R，保留并按前述方法計算分離因子B。
在下面的表4中，列出了這些脈沖試驗的結(jié)果。
表4試驗APH值2.4成份凈保留體積半高峰寬分離度(半高)鹽014.41.39檸檬酸44.449.5參照試驗BPH值1.7成份凈保留體積半高峰寬分離度(半高)鹽011.61.49檸檬酸42.245.1參照表4(續(xù))試驗CPH值0.9成份凈保留體積半高峰寬分離度(半高)鹽013.31.4檸檬酸40.945.1參照在圖3A中，也給出了該結(jié)果。從中可以清楚地看出當(dāng)檸檬酸比其它成份被更強地吸附的同時，還是有些未被吸附的檸檬酸，隨鹽和碳水化合物(未畫出)排出而損失掉了。圖3B所示的結(jié)果是好的，圖3C的結(jié)果是最佳的，以這些方法分離檸檬酸結(jié)果是令人滿意的。
在PH值為1.7或更低時，顯然本方法將是行得通的?？墒?，在PH值為2.4(圖3A)時，值得注意的是，可將大量的檸檬酸以檸檬酸鹽H2CA-1的形式，即隨鹽和碳水化合物的殘液加以回收。從這點來說，證實了前面所解釋的，即保持進(jìn)料液較低的PH值可以降低離子化的可溶性成份，因此，反應(yīng)式1的平衡向左進(jìn)行。
實施例2本實施例給出了用中性交聯(lián)苯乙烯二乙烯苯(XAD-4)和中性交聯(lián)聚丙烯酸酯共聚物(XAD-8)對實施例1的進(jìn)料混合液在不同PH值下進(jìn)行同樣的分離所得到結(jié)果，以便進(jìn)一步證實當(dāng)PH值為2.4或更高，或高于檸檬酸的第一繢氤Ｊ齈Ka1＝3.13時有不好的分離效果。此例分離過程所用的方法和設(shè)備同實施例1，但溫度為60℃，進(jìn)料混合液為5ml。
圖4A、4B、4C是PH值分別為2.4、1.7和0.9時，用XAD-4進(jìn)行脈沖試驗所得結(jié)果的圖示。圖4A表明檸檬酸與鹽(碳水化合物)一起“穿透”了。這個問題通過降低PH值到1.7能得到部分解決如圖4B。如將PH值進(jìn)一步降低到0.9就能獲得顯著的分離效果。如圖4C所示，這再次清楚地說明通過調(diào)節(jié)PH值這種分離方法具有商業(yè)實用性。
圖4D和4E是在與上兩相同的條件下，用XAD-8在PH值為2.8和1.4，溫度為65℃時進(jìn)行脈沖試驗所得結(jié)果的圖示。PH值為2.8時的圖4D，表明未分離，開始如同鹽、碳水化合物和檸檬酸一起被洗提，在大約67毫升之后，在大部分碳水化合物和鹽以及一些檸檬酸被回收之后，能得到一些相對純的檸檬酸，但回收率是低的。圖4E是PH值為1.4的情況，表明在檸檬酸和碳水化合物及鹽之間的選擇性，能得到滿意的分離結(jié)果和檸檬酸回收率。
實施例3本實施例給出了用中性交聯(lián)苯乙烯二乙烯苯(XAD-4)在兩個不同的PH值下，對實施例1的進(jìn)料混合液進(jìn)行同樣的分離結(jié)果。結(jié)果證明PH值為2.4或更高時，分離效果不好。圖5A和圖5B中，除溫度為93℃，進(jìn)料混合液的量是10ml以外，所用設(shè)備和方法同實施例1。
圖5A和5B是在PH值分別為2.8和1.4時，用XAD-4進(jìn)行脈沖試驗的結(jié)果的圖示。圖5A表明檸檬酸與鹽和碳水化合物一起“穿透”了。這個問題通過將PH值降到1.4就可以避免，如圖5B所示。這又一次清楚地說明通過調(diào)節(jié)PH值，這種分離方法是有商業(yè)實用性的。實施例4將實施例1所描述的方法和設(shè)備用于本實施例的樣品。溫度為60℃，進(jìn)料混合液為5ml。除進(jìn)料混合液中的檸檬酸濃度為40%之外，進(jìn)料成份類似于前面所使用的，如此能看到濃度對PH值的影響。在圖6A中，即便溫度為60℃時，PH值為1.9還是太高了，以致不能分離40%濃度的檸檬酸。如圖6B和6C所示，通過調(diào)節(jié)PH值，降低至PH值1.13和0.5時，檸檬酸被優(yōu)先吸附并且獲得很好的分離效果。在此未對每個樣品中的碳水化合物進(jìn)行分析，但是可以假設(shè)在分離過程中碳水化合物緊隨鹽在一起的。
實施例5將實施例1所描述的方法和設(shè)備用于本實施例的3個樣品，溫度為93℃，進(jìn)料混合液用量為5ml，進(jìn)料成份與前面所用相類似，但進(jìn)料混合液中檸檬酸濃度為40%，以便進(jìn)一步證明濃度對PH值的影響，如圖7A所示，在溫度為93℃時，即使PH值為1.8還是太高了，以致不能將檸檬酸濃度為40%的進(jìn)料中的檸檬酸分離出來，通過調(diào)節(jié)降低PH值，如圖7B和7C所示，檸檬酸被優(yōu)先吸附，并能達(dá)到顯著的分離效果。在此同樣，未對碳水化合物進(jìn)行分析，但可以假設(shè)在分離過程中它們是緊隨鹽在一起的。
實施例6重復(fù)實施例1的脈沖試驗，在此所用吸附劑為XAD-4，樣品是兩個檸檬酸濃度為50%的樣品，兩種情況下，解吸劑均為水，除檸檬酸濃度為50%外，進(jìn)料混合液的成份與實施例1的是相同的。對第1個樣品，溫度為93℃，PH值為1.5，如圖8A所示，檸檬酸未被分離，當(dāng)降低PH值至1.0時，第2個樣品中的檸檬酸很容易地被分離了，如圖8B所示。在此同樣未對碳水化合物進(jìn)行分析，但可以假定它們是緊隨著鹽在一起的?？梢哉J(rèn)為圖8B所示的分離效果是好的。
實施例7圖7B和7C所代表分離實例由于從XAD-4吸附劑上解吸檸檬酸很困難，因此需要高溫，例如93℃，以達(dá)到分離濃度為40%檸檬酸的目的。高溫對于吸附劑的壽命及操作成本是不利的，在本實施例中，采用10%(重量)丙酮和90%水的混合解吸劑即能使溫度降低在45℃下很容易地分離。參見圖9，將包括40%(重量)的檸檬酸，4%碳水化合物和2%的含有K+、Na+、Mg++、Fe+++、Ca++元素的鹽以及蛋白質(zhì)和氨基酸的進(jìn)料液引入如前所述的脈沖試驗設(shè)備中，除溫度為45℃之外，按前述方法進(jìn)行試驗。在本項試驗中，保持PH值為0.5，但解吸劑中含有上述的丙酮，檸檬酸的保留體積為10.7ml，分離度為0.61，因此，很容易地進(jìn)行分離。
實施例8在本實施例中，作了四個脈沖試驗，所用兩種吸附劑是以具有叔胺基與硫酸根氫鍵鍵合的交聯(lián)凝膠類丙烯酸樹脂為基體(AG4-X4由BioRadLaboratories制造，Richmond，加利福尼亞)和以交聯(lián)丙烯酸樹脂為基體的叔胺基與硫酸根氫鍵鍵合的弱堿性陰離子樹脂，以測定在PH值為1.6時吸附劑從發(fā)酵混合液中分離檸檬酸的能力，在此含檸檬酸的發(fā)酵混合液含有碳水化合物(DP1、DP2、DP3，包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和棉子糖)和包括Na+、K+、Mg++、Ca++、Fe+++、Cl一、SO二4、PO三4和NO-3的鹽離子以及氨基酸和蛋白質(zhì)。第一個試驗是在溫度為75℃時進(jìn)行，其余的試驗在溫度為60℃時進(jìn)行，在脈沖試驗1中(圖10)用水解吸檸檬酸，脈沖試驗2和3用濃度分別為0.05N和0.25N的硫酸解吸檸檬酸。脈沖試驗4類似于脈沖試驗2，但所用吸附劑已用了24柱床體積進(jìn)料。進(jìn)料發(fā)酵混合液有下列成份進(jìn)料成份百分率檸檬酸40%鹽(K+、Na+、Ca++、Mg++、Fe+++) 1.5%碳水化合物4%其它(SO二4、Cl一、PO三4、NO-3， 5%蛋白質(zhì)和氨基酸)水49.5%除使用5CC樣品外，采用實施例1所描述的脈沖試驗設(shè)備和方法來獲得保留體積和分離因子(B)，通過測定鹽峰值曲線中點(以此為參照點)和檸檬酸峰值曲線中點之間的距離來計算出檸檬酸的凈保留體積(NRV)。用被分離成份的保留體積和第一鹽成份(即鹽1)的保留體積之比來計算分離因子B。
1)的保留體積之比來計算分離因子B。
在下表5中給出了這些脈沖試驗的結(jié)果。
表5脈沖試驗樹脂/解吸劑進(jìn)料成份NRVB1AG4-X4/水鹽11.634.25檸檬酸54.8參比未知物A0示蹤物未知物B6.68.30鹽254.61.002AG4-X4/0.05N鹽3.211.87H2SO4檸檬酸 38.0 參比未知物A0示蹤物未知物B2.714.073AG4-X4/0.25N未知物A0示蹤物H2SO4檸檬酸 26.9 參比鹽2.311.70未知物B7.63.544AG4-X4/0.05N未知物A0示蹤物H2SO4檸檬酸 38.0 參比鹽2.415.8未知物B7.25.28脈沖試驗2～4的結(jié)果類似于圖10，從表5中可以清楚地知道，在本方法中用水解吸劑檸檬酸的分離效果是令人滿意的，且純度較高，同時根據(jù)較大的凈保留體積還證明用水解吸比用稀硫酸來得慢些。在吸附劑用了24柱床體積進(jìn)料老化之后，正如從圖13中所觀察到的吸附劑沒有失活跡象。其實際上和圖11(相同條件下采用新鮮吸附劑)相同。
實施例9除溫度為65℃外，采用相同的方法和設(shè)備重復(fù)實施例8的第一個脈沖試驗。解吸劑是水，本實施例給出了采用具有交聯(lián)聚苯乙烯基體的弱堿性大孔陰離子交換樹脂(Dowex66)，在前兩個脈沖試驗中，PH值分別為7.0和3.5時，對與實施例8相同的進(jìn)料混合液(40%檸檬酸)進(jìn)行同樣分離后的結(jié)果(分別如圖11A和11B所示)。結(jié)果證明當(dāng)PH值超過檸檬酸的第一電離常數(shù)(PKa1＝3.13時，尤其是兩個樣品中，檸檬酸的濃度是40%，則PH值超過1.7時，就不能完成要求的分離。在本實施例的第三個試驗(如圖11C)，將進(jìn)料稀釋到檸檬酸濃度為13%，并降低PH值到2.4。證明分離得到了改善，同時很明顯還須進(jìn)一步降低PH值和/或濃度，以防止檸檬酸的“穿透”，例如，在13%濃度時，估計PH值必須低至大約1.6～2.2。
圖11A和11B分別是PH值為7.0和3.5時，使用Dowex66進(jìn)行脈沖試驗所得結(jié)果的圖示。圖11A和11B表示在較高PH值時，檸檬酸與鹽(和碳水化合物)一起“穿透”了，這個問題通過降低濃度到13%和降低PH值到2.4能部分地得到解決，如圖11C所示。其中，僅有少量的檸檬酸未被吸附，“穿透”進(jìn)入殘液，而大部分被吸附在吸附劑樹脂上(但在該圖中未示出)，通過調(diào)節(jié)PH值和濃度到最適水平，顯然這種分離是有商業(yè)實用性的。實施例10在與實施例8相同的條件下(除另有注明外)，對具有同樣進(jìn)料成份的檸檬酸樣品進(jìn)行另外三項脈沖試驗，但使用兩種不同的吸附劑。對前二個樣品解吸劑是0.05N H2SO4(圖12和圖13A)。而對第三個樣品使用水(圖13B)。所用進(jìn)料成份與實施例8相同。溫度是60℃，PH值是1.6。在第一個試驗中，吸附劑＃1是有下列結(jié)構(gòu)的帶有吡啶基團的大孔二乙烯苯交聯(lián)樹脂
其中，P是形成樹脂的聚苯乙烯部分。在第二和第三個樣品中使用的第二種吸附劑＃2是一種叔胺，也具有吡啶基團，有下列結(jié)構(gòu)
其中，P如上所述。這兩種樹脂都是與二乙烯苯交聯(lián)的，在某些情況下，水是一種具有優(yōu)良分離性的有效的解吸劑，但不是以迅速地回收被吸附了的檸檬酸而使該方法具有強烈的商業(yè)吸引力。見圖13B，其中條件同上所述，使用＃2吸附劑，水是解吸劑。在這種情況時，直到大約95ml的解吸劑通過吸附劑，檸檬酸才被洗脫下來。因此，稀硫酸是優(yōu)選的解吸劑，這從圖12和13A所示的結(jié)果就可明顯地看出，從圖12、13A和13B還可以看出，可獲得顯著的檸檬酸分離效果。
實施例11利用實施例8所述的方法、條件和設(shè)備來分離四個檸檬酸樣品(具有相同進(jìn)料成份)，所用的兩類不同樹脂的吸附劑與實施例8相同，(除第一和第四個樣品，柱溫是50℃，解吸劑是0.05NH2SO4，第二和第三個樣品PH值是2.2，解吸劑是濃度為0.15N稀硫酸之外)，兩個樹脂，購自Rohm和Haas公司(IRA-68和IRA-35)均有一個胺基并有下列結(jié)構(gòu)
其中，P是聚丙烯酸基體，R′和R″是CH3;Amberlite IRA-68(樣品1、2、3號)是凝膠類樹脂，IRA-35(樣品4號)是大網(wǎng)絡(luò)型樹脂。除了吸附劑在前已被用過分離69柱床體積的進(jìn)料之外，樣品3和樣品2相同，樣品1和2在PH值為1.6～2.2時，從發(fā)酵液中分離檸檬酸是兩個優(yōu)秀的吸附劑，樣品3在吸附劑已用過69柱床體積的進(jìn)料老化之后，證明在該分離過程中的樹脂的穩(wěn)定性僅有一點兒或根本沒有發(fā)生失活)。在下表6給出了凈保留體積(NRV)和選擇性(B)
表6樣品號樹脂成份NRVB1Amberlite鹽5.58.24IRA-68檸檬酸45.3參比未知物A0示蹤物未知物B9.34.872Amberlite鹽2.312.61IRA-68檸檬酸29.0參比未知物A0示蹤物未知物B6.54.463Amberlite鹽2.8510.32IRA-68檸檬酸29.4參比未知物A0示蹤物未知物B7.04.24Amberlite鹽1.327.38IRA-35檸檬酸36.9參比未知物A0示蹤物未知物B5.96.25為了進(jìn)一步將實施例1至7所用的吸附劑與實施例8至9中所使用的吸附劑進(jìn)行比較，對幾個提取物樣品作易碳化雜質(zhì)(RCS)(食品和化學(xué)法規(guī)(FCC)專著3＃)和鉀的量分析。用下列方法測定RCS1克提取液樣品(測定實際檸檬酸濃度)在90℃下用10ml95%H2SO4碳化。用帶有直徑為0.5英吋的管的2Cm測定池于500nm下在分光光度計上測定碳化物，對50%檸檬酸溶液計算RCS的量。所得值與將這種方法用于前述FCC試驗的鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液所得值進(jìn)行比較。通過原子吸收光譜儀來測定鉀，為了比較，對進(jìn)料的樣品進(jìn)行相同的分析測定，所用吸附劑為XAD-4、AG4-X4和實施例3中的吸附劑1＃和2＃，對50%的檸檬酸計算RCS。結(jié)果列于表7。
表7脈沖試驗所得提取物質(zhì)量(RCS/鉀)吸附劑解吸劑計算RCSppm鉀檸檬酸凈保留體積(對50%檸檬酸)XAD-4 H2O 6.86，8.98 59，137 13.0AG4-X4 0.05NH2SO41.77，1.42 24，81 34.8＃2(實施例10) 0.05NH2SO43.17，3.33 24，54 30.8＃1(實施例10) 0.05NH2SO42.17 62 31.0以上數(shù)據(jù)說明弱堿性樹脂與中性樹脂相比RCS和鉀兩個量均降低了。在所有樣品中，RCS降低至少50%，在兩個樣品中，鉀降低50%以上，從凈保留體積可以觀察到，兩種類型的吸附劑均有好的分離度，但是強堿吸附劑經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)稍有增加。使用高濃度的硫酸，例如直到0.2N，最好在0.1～0.2N范圍，能降低循環(huán)次數(shù)。
在另一種實施方式中，在解吸之前，可將吸附劑上所吸附的檸檬酸就地轉(zhuǎn)化成檸檬酸鹽。例如，與堿土金屬或堿金屬的氫氧化物或氫氧化銨反應(yīng)，然后立即用金屬氫氧化物，氫氧化銨或水作為水解吸劑洗脫。但是，也可能會因未知雜質(zhì)造成吸附劑失活，該吸附劑及時用較強解吸劑沖洗可以再生。例如，用比解吸劑濃度高的硫酸、堿金屬氫氧化物或NH4OH或者有機溶劑如丙酮或乙醇。
實施例12在本實施例中，用前面第21頁所提到的結(jié)構(gòu)式1的具有三個甲基取代基的凝膠型強堿陰離子交換樹脂(由Rohm和Haas公司制造的IRA458)進(jìn)行了兩項脈沖試驗，以測定吸附劑在PH值為2.2時，從發(fā)酵混合液中分離檸檬酸的能力，該含檸檬酸的發(fā)酵混合液包括碳水化合物(DP1、DP2、DP3包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、棉子糖)和包括Na+、K+、Mg++、Ca++、Fe+++、Cl一、SO二4、PO三4和NO一3的鹽離子以及氨基酸和蛋白質(zhì)。P是與二乙烯苯交聯(lián)的丙烯酸，脈沖實驗樣品1是在溫度為50℃時進(jìn)行的，脈沖實驗樣品2是在溫度為60℃時進(jìn)行的，吸附床是用過33柱床體積進(jìn)料已老化之后的，進(jìn)一步試驗直至62柱床體積，沒有吸附劑失活跡象。兩個樣品均用0.1N的硫酸溶液來解吸出檸檬酸，進(jìn)料發(fā)酵混合液具有下列成份進(jìn)料成份百分率(%)檸檬酸40鹽(K+、Na+、Ca++、Mg++、Fe+++) 1.5碳水化合物(糖類)4其它(SO二4、Cl一PO三4、NO-35蛋白質(zhì)和氨基酸)水49.5
用實施例1所描述的脈沖試驗設(shè)備和方法能得到保留體積和分離因子。
這些脈沖試驗結(jié)果在表8中給出表8樣品號樹脂進(jìn)料成份NRVB1IRA-458鹽1.038.9檸檬酸38.9參比未知物A0示蹤物未知物B6.65.892IRA-458鹽0.943.3檸檬酸39.0參比未知物A0示蹤物未知物B7.15.49很顯然在這個方法中，檸檬酸被滿意地分離出。在吸附劑用過了33柱床體積進(jìn)料老化之后，吸附劑未顯出失活跡象，與在相同條件使用新鮮吸附劑所得結(jié)果基本上相同。
實施例13以交聯(lián)的二乙烯苯的丙烯酸樹脂為基體的具有季胺基的強堿性大孔陰離子交換樹脂吸附劑IRA-958，對相同進(jìn)料的檸檬酸樣品重復(fù)實施例12的脈沖試驗。解吸劑是0.05N硫酸，進(jìn)料成份與實施例12所用的相同。溫度是60℃，PH值是1.6，在這項試驗中，吸附劑是第19頁上結(jié)構(gòu)式(1)的樹脂，其中R是甲基，該樹脂來自于Rohm和Haas公司。
正如圖14所示，在45ml的解吸劑通過吸附劑之后，檸檬酸開始洗脫，并能有效地從發(fā)酵混合液中分離出來，其純度高，回收率甚佳。
實施例14采用類似結(jié)構(gòu)式(2)(第19頁)的以季胺基交聯(lián)聚苯乙烯凝膠類樹脂為基體的強堿性陰離子交換樹脂吸附劑(其中R為甲基)AG2-X8(由BioRad公司制造)，對相同進(jìn)料的檸檬酸樣品重復(fù)實施例12的脈沖試驗。解吸劑是0.15N硫酸，進(jìn)料成份同實施例11所用的相同，溫度為50℃，PH值為2.2。
如圖15所示，在約43ml的解吸劑通過吸附劑后，檸檬酸開始洗脫，并能從發(fā)酵混合液中分離出來，且純度高，回收率也極高。
進(jìn)一步地將實施例1至7所用的吸附劑與實施例12至14所用的吸附劑進(jìn)行比較，對數(shù)個樣品提取液作易碳化雜質(zhì)(RCS)(食品和化學(xué)法規(guī)(FCC)專著3＃)和鉀量分析，對每個吸附劑XAD-4，IRA-458、IRA-959和AG2-X4與對應(yīng)的解吸劑所得結(jié)果在下表9中列出
表9脈沖試驗得到的提取物質(zhì)量吸附劑解吸劑RCS(單位)(對50%PPm鉀(對50%檸檬酸凈檸檬酸的計算)檸檬酸的計算)保留體積XAD-4水6.86，8.9859，13713.0IRA-4580.1N硫酸1.58037.9IRA-9580.05N硫酸2.738232AG2-X40.15N硫酸5.313143將強堿性樹脂與中性樹脂相比較，上述數(shù)據(jù)說明RCS和鉀兩個值均減少了，是有改進(jìn)的。在所有樣品中，RCS降低40～85%，鉀降低0～20%。從實施例12、13、14(圖14)中可以注意到，這兩種類型的吸附劑具有好的分離性。但是，此處吸附劑經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)稍有增加。采用高濃度的硫酸，例如直到0.2N，最好在0.1～0.2N之間的硫酸能減少循環(huán)次數(shù)。
在另一種實施方式中，在解吸之前，可將吸附在吸附劑上的檸檬酸就地轉(zhuǎn)變成檸檬酸鹽，例如，與堿土金屬氫氧化物或堿金屬氫氧化物或氫氧化銨反應(yīng)，然后立即用金屬氫氧化物、氫氧化銨或水作為解吸劑洗脫。但是可能會因未知雜質(zhì)引起吸附劑失活，可以及時用強解吸劑沖洗使之再生，如用比解吸劑濃度高的硫酸、堿金屬氫氧化物或氫氧化銨或者有機溶劑如丙酮或乙醇。
權(quán)利要求
1.一種從含有檸檬酸的發(fā)酵液進(jìn)料混合物中分離檸檬酸的方法，包括使所說的混合物與聚合吸附劑接觸，所說的聚合吸附劑選擇于下組物質(zhì)中性交聯(lián)聚苯乙烯聚合物、非離子疏水聚丙烯酸酯聚合物、具有叔胺基或吡啶基的弱堿性陰離子交換樹脂和具有季胺基的強堿性陰離子交換樹脂以及它們的混合物，在吸附條件下選擇其中的吸附劑以選擇性吸附所說的檸檬酸，然后在解吸條件下用解吸劑從吸附劑上回收檸檬酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所說的吸附和解吸條件包括溫度為大約20℃～200℃，壓力為大約常壓至大約500磅/吋2表壓(3450千巴表壓)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所說的解吸是用水或一種有機酸或酮或它們的混合物在液相中完成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所說的進(jìn)料混合物的PH值低于檸檬酸的第1電離常數(shù)
。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所說的吸附劑具有一個載于包括交聯(lián)丙烯酸樹脂基體上的叔胺基。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所說的吸附劑具有一個載于包括交聯(lián)聚苯乙烯樹脂基體上的吡啶基。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所說的吸附劑具有一個載于包括交聯(lián)丙烯酸樹脂基體上的季胺基。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所說的吸附劑具有一個載于包括交聯(lián)聚苯乙烯樹脂基體上的季胺基。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何之一的方法，其特征在于它包括步驟(a)維持凈液流單向通過所說的吸附劑填充柱，該柱至少包括三個進(jìn)行分離操作的區(qū)域，所說柱的區(qū)域以端部依次相互聯(lián)接，以提供連續(xù)性區(qū)域;(b)在所說柱內(nèi)，提供一吸附區(qū)，所說的吸附區(qū)由處于該區(qū)上游界面原料進(jìn)口液流和下游界面吸附后殘液出口液流之間的吸附劑確定;(c)在所說的吸附區(qū)上游緊接提供一凈化區(qū)，所說的凈化區(qū)由處于該區(qū)上游界面提取物出口液流和下游界面原料進(jìn)口液流之間的吸附劑確定;(d)在所說的凈化區(qū)上游緊接提供一解吸區(qū)，所說的解吸區(qū)由處于該區(qū)上游界面解吸劑進(jìn)口液流和下游界面提取物出口液流之間的吸附劑確定;(e)使所說的原料混合物在吸附條件下通過吸附區(qū)，由吸附區(qū)中的吸附劑選擇性地吸附檸檬酸，并從吸附區(qū)排出包括發(fā)酵液中未被吸附成份的殘液;(f)在解吸條件下使解吸材料通過解吸區(qū)以從所說解吸區(qū)中的吸附劑上解吸出檸檬酸;(g)從解吸區(qū)排出包括檸檬酸和解吸材料的提取物流出液;(h)至少將一部分提取物流出液送入分離裝置，在分離條件下，此裝置至少將一部分解吸材料分離;(i)按流體在吸附區(qū)流動的逆流方向，定期使原料出口液流，吸附后殘液排出液流，解吸劑進(jìn)口液流、提取物排出液流通過所說的吸附柱而達(dá)到柱內(nèi)區(qū)域的改變，并得到提取液排出產(chǎn)物和殘液排出產(chǎn)物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于在所說的解吸區(qū)上游緊接提供一緩沖區(qū)，所說的緩沖區(qū)由處于該區(qū)下游界面解吸劑進(jìn)口液流和上游界面殘液出口之間的吸附劑確定。
全文摘要
利用水不溶性聚合吸附劑從發(fā)酵液中分離出檸檬酸，所用吸附劑選擇于下組物質(zhì)中性交聯(lián)聚苯乙烯聚合物，非離子疏水聚丙燃酸酯聚合物，具有叔胺基或吡啶基的弱堿性陰離子交換樹脂，具有季胺基的強堿性陰離子交換樹脂和它們的混合物，解吸劑包括水或一種有機酸或酮或它們的混合物，為了維持選擇性，最好將進(jìn)料的pH值調(diào)節(jié)并維持低于檸檬酸的第1電離常數(shù)(pKa
文檔編號C12P7/48GK1034392SQ8810097
公開日1989年8月2日 申請日期1988年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1986年12月18日
發(fā)明者山蒂·庫爾普拉菲彭扎 申請人:環(huán)球油品公司