【doc】液膜法提取发酵液中的柠檬酸—分离原理及膜配方

【doc】液膜法提取发酵液中的柠檬酸—分离原理及膜配方 液膜法提取发酵液中的柠檬酸—分离原理 及膜配方 第2B巷第5期 20OO年10月 承处理搜来 TECHN0L0GYOF宵AfERTREAT~NT V0I.2eNo.5 Oct..2000 —— 分离原理及膜配方 _zlf/ 朱亦仁,张仲华,普敏莉 (1.阜阳师范学院化学系,阜阳236032~2.湖北省广播电视大学,武设430074I 3?天津大学材料学皖,天津3.0071一厂弓 摘要;泰文提出了一种从发酵液中提取柠檬酸的新方法一乳状液膜分离法,讨论了试方 法的基本原理及传递过程,其机理为I型促进迁移.考察1表面活性剂,载体和内棚试荆浓度 对提取率的影响,确定j合适的膜配方,在该体系和一定的操砟条件下,柠檬酸的提取率可达 到 . o 瑚.状液膜分离柠檬嘲;摸组成什嬖,赢酉毒夜梢乖.关键词:乳状液膜}分离}柠檬酸;膜组成长口姻,K)r:)- 中圉分类号:TQO28.8文献标识码}A文章编号:i000—3770(2000)05—0277一b4 柠檬酸是一种重要的有机酸,广泛应用于食品,医药,化工等许多工业领域,目前柠 檬酸的 提取多采用传统的钙盐沉淀一硫酸酸解工艺,其过程复杂,产品收率低并产生大量的废渣 (CaSO),对环境产生污染.本文提出利用液膜技术提取柠檬酸的新方法.探讨了分离原理,膜 配方及处理过程.与传统工艺相比具有提取率高,过程简单,成本低,不产生污染等优点. l基本原理 当藏膜不含流动载体时,其分离的选择性取决于被提取物在膜中的溶解度.溶解度越大, 选择性越好.柠檬酸易溶于水而难溶于煤油等有机溶剂,故不适于用不含载体的膜体系进行分 离.但它易被有机胺类(如三辛胺)所萃取.使其从水相转入有机相与胺类物质反应生成能溶 于有机相的胺盐在油膜内定向移动并进一步为碱性物质反萃取.从而提高了分离过程的选择 性和传质速率,因此本实验选用有流动载体的液膜分离过程[1]. 实验采用正三辛胺(TOA)为载体,表面活性剂Span一8O为乳化稳定剂.Na:COs为反萃荆 组成液膜体系,该膜体系提取柠檬酸过程如下t 外相(发醇清液)中的柠檬酸在外相与膜相的界面与TOA(N)作用形成胺盐. 6R3N+2C'H日O———2(RsNH)sC5H5Of 由于内相pH值很高,所形成的胺盐在膜相内向水相转移并在膜相与内相界面处由 NaCO反萃取形成柠檬酸钠; 0收稿日期:1998—07—14酱改日期:199B一09-10 安徽省教委白嚣科学科研资助珥茸(.ILogo) 酸 檬 柠 的 中 液 酵 发 取 提 法 膜 液 @ 278水处理技术第26卷第4期 2(R3NH)3C6HsO7+3Na2CO3—2C6HsO7Na3+3(R3NH)2CO3 反应产物(R3NH)zCO向膜相与外相界面处转移,并在界面上发生下述反应: 3(R3NH){CO3+2C6H日O—2(R3NH)3C6H5O,+3CO.十+3HO 该过程就这样反复进行使外相中的柠檬酸不断地被提取到内相中以cHONa的形式 存在而被浓缩和分离. 该分离过程是通过流动载体与被迁移物之间选择性可逆反应,在膜内两个界面之间传递 被迁移物质,其机理为I型促进迁移. 2买验部分 2.1试剂与仪器 发酵清液来自阜阳市某厂柠檬酸车间l表面活性剂失水山梨醇单油酸酯(Spart80,化学 :正三辛胺(TOA,分析纯);膜溶剂;煤油CI:业品);内相试剂:NaCO(分析纯);纯)}载体 其余 试剂均为分析纯试剂 DS一1型组织捣碎机(上海标本模型厂)}pHS一2C型酸度计(上海雷磁仪厂);提取器(自 制),破乳装置(自制);723型分光光度计(上海第三分析仪器厂). 2.2实验方法 2.2.1乳液制备 将表面活性剂,膜溶剂,载体按设计配比均匀混合后以一定的油内比R加入内相溶液,然 后将上述混合物液在组织捣碎机内以5000r/min的搅拌速度调整搅拌3rain即可得稳定的 w/O型乳液. 2.2.2柠檬酸提取 提取实验在自制的装置中进行,先加入一定量的发酵液在搅拌中按一定的乳水比R缓 慢加入乳液.定时分析外水相中柠檬酸浓度.cH.O的测定采用酸度法.cHO,的测定采用 醋酸一吡啶比色珐,提取率按下式计算: E=E(c.一c)/co]×100% Co:开始时外相中柠檬酸的浓度(W/W);C:t分钟后外相中柠檬酸的浓度(W/W); E:提取率() 2.2.3破乳及油相回用 提取结束后将外相与乳液澄清分离.分离出的乳液采用低电压破乳,破乳后的油相重复 使用,水相进一步处理得到浓缩的柠檬酸钠. 3结果与讨论 本研究在一定的工艺条件下(另文讨论)对膜的配方进行了探讨,结果表明表面活性剂,载 律,内相试剂的浓度对提取率均产生一定的影响. 3.1寰面活性荆浓度的影响 Span一80具有形成的乳液易破乳且无毒价廉的优点0].故本实验采用它作为膜稳定剂.表 面活性剂的浓度对提取率的影响如图1所示.当其用量从3,5增至7时,提取率呈上升 趋势,因增大其用量提高了膜的稳定性,有利于提取率的提高.由图可见,表面活性荆浓度的增 加对提取率的影响并不显着,且过高的表面活性剂用量会导致乳渡溶胀的加剧,故本实验确定 朱亦仁等,液膜法提取发酵液中的柠檬酸——分离原理及膜配方279 Span-80用量为5. 3.2戢体浓度的影响 在膜相内加入适当的载体可提高萃取 的速率和选择性,TOA是一种胺类萃取 剂,可萃取有机酸并形成相应的胺盐,由萃 取反应式可知,提高TOA的浓度有利于胺 盐的形成从而增大了提高率,这一点已被 我们的实验所证实(图2).但使用胺类萃取 剂不能过大,过大则对膜的稳定性有破坏 作用.因为所形成的胺盐属离子型化合物, 有较高的HLB值,是水包油(O/w)型表 面活性剂,对形成油包水(w/O)型液膜不 利,从而影响分离效果,本实验TOA的用 量确定为6g/100mL煤油. 3.3内相Na:CO浓度对提取率的影响 圈l表面活性剂浓度对提取率的影响 Span一80:1.7g{2.Sg{3.3g}煤油100mL}TOA4g 内相Na.CO浓度对提取率的影响如图3所示,当Na.COs浓度由lO增加到2O时,则 可明显提高外水相中柠檬酸的提取率,但当Na.COs浓度由l5增加到zoN时,提取率增加 不多,考虑到更高的内相Na2CO浓度可能会导致膜的稳定性下降,故本体系选择NaCO浓 度为2O. 圉2TOA浓度对提取率的影响 煤油100mL~Span一8O5g TOAIl,6g{2,4g{3?2g 图3内相NaCO浓度对提取率的影响 TOA4gtSpan一8O5g;煤油100mL NCOs:1.20{2.15F3,10 4最佳膜配方时的提取结果 根据以上实验结果,我们确定适宜的膜配方为t工业煤油100mL,Span-805g,TOA6g,内 相试剂Na2CO3浓度为2o%(W/W).在R=1,2,R:=l1,搅拌速度为350r/min的操作 条件下,lh后提取结果如表1所示: 280水处理技术第26卷第4期 表1提取前后发酵液的组成 成分()柠檬酸残糖pH值提取率 原发酵藏lO.O50.353.40 I提取后发酵藏1.470.325.8785.4 由表可见,在本实验中,柠檬酸的提取率可达85左右,远高于钙盐法提取率(6., 70),残糖基本不进入内相,达到预期的分离效果. 本实验所得的液膜较为稳定,室温条件下放置一个月未见有明显分层. 5绪话 采用含流动载体的液膜体系可直接从发酵液中分离柠檬酸,传递机理为I型促进迁移. 在本实验所选定的膜体系中,当膜组成为:煤油lOOm[,Span一 8O5g,TOA6g,Na.COa浓 度为2o%(w/w)时,在一定的操作条件下柠檬酸提取率可达85左右,具有较好的分 离效 果. 致谢:本5-作得到阜阳制药厂束隽白高扳I程师的支持和帮助,特此致谢 参考文献 [1]张瑞华.{馥膜分离技术[M].江西人民出版社,1984.42--62 [2]潘碌亭,朱亦仁_J].中国环境科学t1996,16(6):470--473. [3:万印华,等.1J].化工进展,1998,(5):12--15- EXTRACnoNOFTHECITRICACIDINTHEFERMENTATIoNLIQUoR BYTHELIQUIDMEMBRANEMETHOD--SEPARATIONPRINCIPLE ANDMEMBRANECoMPoSITIoN ZHUYi.ten,ZHANGZhong.hua,PUmin—li (1.ChemistryDeparmeneofFuyangNormalColhge-Fuyang236032} 2.日"BrodcastingandTelevisionUniversity,W"^口430074} 3.丁inUniversity,Tian300071-China) Abstract:Anewmethodofemulsionliquiedmembraneseparationforextractingthecitric acidinthefermentation1iquorwasintroducedinthispaper.Thebasicprincipleandthe transferprocesswerediscussed.ItwasfoundthatthemechanismisthetypeIpromoting migration.TheinfluonciesoftheBurfactantconcentratien,carriercancentractionandthe concentrationofinnerphasereagentontheextractionratewerestudied.Thepropermem— brancecompositionWaSdetermined.Itwasfoundthattheextractionrateofcitricacid reached85undergivenconditions. Keyword:emulsionliquidmembrane;separation;citricacid;membrancecomposition