Proceso de fabricación de ácido láctico.

Proceso para la preparación de ácido láctico que incluye los pasos de:

a) proporcionar un medio acuoso que comprende lactato de magnesio;

b) añadir al medio acuoso que comprende lactato de magnesio una base monovalente para formar un medio acuoso que comprende una sal de lactato monovalente soluble en agua y una base de magnesio sólido;

c) separar la base de magnesio del medio acuoso que comprende la sal de lactato monovalente soluble en agua;

d) ajustar la concentración de la sal de lactato monovalente en el medio acuoso a un valor de entre 10 y 30 % en peso,

e) someter al medio acuoso que la comprende sal de lactato monovalente a electrodiálisis de separación de agua, para producir una primera solución que comprende una base monovalente y una segunda solución que comprende ácido láctico y sal de lactato monovalente, realizando la electrodiálisis a una conversión parcial de 40 a 98 % de mol;

f) separar la segunda solución que comprende ácido láctico y sal de lactato monovalente en ácido láctico y una solución que comprende la sal de lactato monovalente mediante separación vapor-líquido;

g) reciclar la solución del paso f) que comprende la sal de lactato monovalente al paso d).

Proceso de fabricación de ácido láctico [0001] La presente invención pertenece a un proceso de fabricación de ácido láctico de alta pureza de una manera económica.

El ácido láctico se fabrica frecuentemente a través de la fermentación de carbohidratos por microorganismos. Una característica común a todos los procesos de fermentación es la necesidad de neutralizar los ácidos excretados por los microorganismos. Una caída del pH por debajo de un valor crítico, dependiendo del microorganismo usado en el proceso, podría dañar el proceso metabólico del microorganismo y llevar el proceso de fermentación a una paralización. Por lo tanto, es una práctica común añadir una base en los medios de fermentación para controlar el pH. Esto resulta en que el ácido láctico se produzca estando presente en los medios de fermentación en forma de sal de lactato.

A pesar de la práctica antigua para producir ácido láctico a través de la fermentación, uno de los desafíos en la producción de ácido láctico sigue siendo obtener el ácido de una forma relativamente pura mientras al mismo tiempo se realiza el proceso de una manera económica en una escala que sea comercialmente atractiva.

La electrodiálisis es uno de los procesos de purificación que se pueden utilizar en la producción de ácido láctico a través de la fermentación. La electrodiálisis de separación de agua permite en particular la conversión directa de sal de lactato en ácido láctico y base. En este tipo de electrodiálisis se usan generalmente membranas bipolares para dividir agua en H+ y OH respectivamente, que combinan con el anión y catión de sal de lactato respectivamente, dando como resultado la producción de solucionesseparadas de ácido láctico y base.

El documento WO 99/19290 revela técnicas para procesar mezclas de ácido láctico/sal de lactato. Las mezclas preferidas para el procesamiento se obtienen de caldos de fermentación, preferiblemente de procesos de fermentación realizados a un pH de 4, 8 o inferior. Las técnicas generalmente afectan a la provisión de ácido láctico y corrientes de lactato independientes a partir de las mezclas.

El documento WO 2005/123647 describe un proceso para la producción de ácido láctico a partir de un medio de compresión de lactato de magnesio que se puede proporcionar a través de la fermentación. El lactato de magnesio se reacciona con un hidróxido de sodio, calcio y/o amonio para formar hidróxido de magnesio y la correspondiente monovalente y/o bivalente sal de lactato. Como medio para convertir sal de lactato en ácido láctico el documento sugiere la electrodiálisis bipolar o la adición de un ácido mineral fuerte. No obstante, tales conversiones no se incluyen en los procesos ejemplificados en este documento.

El documento US 5, 766, 439 describe un proceso para la producción de ácido láctico que incluye los pasos de producción de ácido láctico mediante fermentación, añadiendo una base de calcio para convertir el ácido láctico en lactato cálcico y sometiendo la solución de lactato cálcico a una reacción con iones de amonio para producir lactato de amonio. Este documento revela además que el lactato de amonio se puede tratar mediante electrodiálisis de separación de sal (es decirde separación de agua) para formar amoníaco y ácido láctico.No obstante, el documento se refiere a la pérdida de rendimiento y al consumo de energía como dos de los mayores inconvenientes de la electrodiálisis de separación de sal, y los procesos ejemplificados en este documento no comprenden el uso de electrodiálisis.

El documento EP 0 393 818 describe un proceso para la producción y purificación de ácido láctico que comprende los pasos de producción de sal de lactato a través de la fermentación, sometiendo el caldo de fermentación a un proceso de electrodiálisis de desalación para recuperar la sal de lactato como una solución de sal de lactato concentrado y sometiendo la solución salina a la electrodiálisis de separación de agua para formar una base y ácido láctico.El producto de ácido láctico es tratado después con un intercambiador iónico fuertemente ácido en la forma ácida para eliminar cualquier catión de sodio u otros cationes seguido de un intercambiador iónico básico débil en la forma de base libre para eliminar cualesquiera iones de sulfato o ácido sulfúrico y para obtener un producto altamente purificado de ácido láctico. La desventaja de usar intercambiadores de iones es la necesidad de regenerar las resinas de intercambio iónico, lo que genera productos residuales. Este documento no sugiere someter la sal de lactato obtenida a través de fermentación a una reacción de intercambio de sal.

El uso de la electrodiálisis de separación de agua en medios acuosos proporcionados por la fermentación, en particular para la producción de ácidos orgánicos, ha sido limitado por la necesidad de eliminar productos derivados de la fermentación de la alimentación (por ejemplo azúcar, proteína y aminoácidos) . Tal material derivado de la fermentación interfiere negativamente en el proceso de electrodiálisis de separación de agua, por ejemplo, contaminandolas membranas permeables a los iones y aumentando el consumo de energía.

Por ejemplo, el documento WO 96/41021 hace referencia a métodos y equipos para reducir la contaminación de membranas selectivas de iones usadas en la purificación electrodialítica de ácidos orgánicos. En particular, al uso de nanofiltración y agentes quelantes para la eliminación de impurezas de un material de alimentación orgánico que contiene ácido.Según este documento, los alimentos adecuados para la electrodiálisis de separación de agua tienen una concentración de azúcar inferior a 0, 03 % en peso aproximadamente, un contenido de material proteináceo inferior al 0, 05 % en peso aproximadamente y una concentración de compuesto polivalente inferior al 0, 01 % en peso aproximadamente.

Existe todavía una necesidad de un proceso de producción de ácido láctico que proporcione ácido láctico de alta pureza y que se pueda realizar de una manera económica con un consumo de energía bajo, sin producir cantidades sustanciales de componentes no reutilizables (es decir productos residuales) y sin pérdida de rendimiento sustancial.

La presente invención proporciona tal proceso, es decir el proceso tal y como se define en la reivindicación 1. En este proceso el lactato, el lactato de magnesio proporcionado por la fermentación, es tratado mediante intercambio de sal para proporcionar una solución acuosa de una sal de lactato monovalente que es especialmente adecuada para la electrodiálisis de separación de agua. El ácido láctico de alta pureza se produce luego usando electrodiálisis de separación de agua con conversión parcial del lactato al ácido, separando el ácido láctico de la sal de lactato mediante la separación vapor-líquido y reciclando la sal de lactato al ajuste de concentración previo al proceso de electrodiálisis.

Por consiguiente, la presente invención pertenece a un proceso para la preparación de ácido láctico que comprende los pasos de:

a) proporcionar un medio acuoso que comprenda lactato de magnesio; b) añadir al medio acuoso que comprende lactato de magnesio una base monovalente para formar un medio acuoso que comprenda una sal de lactato monovalente soluble en agua y una base sólida de magnesio; c) separar la base sólida de magnesio del medio acuoso que comprende la sal de lactato monovalente soluble en agua; d) ajustar la concentración de la sal de lactato monovalente en el medio acuoso a un valor de entre el 10 y 30 % en peso; e) someter el medio acuoso que comprende la sal de lactato monovalente a electrodiálisis de separación de agua, para producir una primera solución que comprende una base monovalente y una segunda solución que comprende ácido láctico y sal de lactato monovalente, realizando la electrodiálisis a una conversión parcial de 40 a 98 % de mol; f) separar la segunda solución que comprende ácido láctico y sal de lactato monovalente en ácido láctico y una solución que comprende sal de lactato monovalente por la separación vapor-líquido; g) reciclarla solución del paso f) que comprende sal de lactato monovalente al paso d) .

La realización de la electrodiálisis de separación de agua a una conversión parcial del 40 a 98 % de mol y posteriormente el reciclado de la sal de lactato restante al paso de electrodiálisis resulta ventajosamente en un proceso óptimo con un consumo de energía bajo y ninguna pérdida sustancial de rendimiento.

Además, el proceso como se describe por la presente no produce prácticamente productos residuales, debido a que todos compuestos formados... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la preparación de ácido láctico que incluye los pasos de:

a) proporcionar un medio acuoso que comprende lactato de magnesio; b) añadir al medio acuoso que comprende lactato de magnesio una base monovalente para formar un medio acuoso que comprende una sal de lactatomonovalente soluble en agua y una base de magnesio sólido; c) separar la base de magnesio delmedio acuoso que comprende la sal de lactatomonovalente soluble en agua; d) ajustar la concentración de la sal de lactato monovalente en el medio acuoso a un valor de entre 10 y 30 % en peso, e) someter al medio acuoso que la comprende sal de lactato monovalente a electrodiálisis de separación de agua, para producir una primera solución que comprende una base monovalente y una segunda solución que comprende ácido láctico ysal de lactato monovalente, realizando la electrodiálisis a una conversión parcial de 40 a 98 % de mol; f) separar la segunda solución que comprende ácido láctico y sal de lactato monovalente en ácido láctico y una solución que comprende la sal de lactatomonovalente mediante separación vapor-líquido; g) reciclar la solución del paso f) que comprende la sal de lactato monovalente al paso d) .

2. Proceso según la reivindicación 1, donde la separación vapor-líquido comprende destilación.

3. Proceso según la reivindicación 1 o 2, donde la electrodiálisis se realiza hasta obtener una conversión parcial de 40 a 95 % de mol.

4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la electrodiálisis se realiza hasta obtener una conversión parcial de 80 a 90 % de mol.

5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la concentración de la sal de lactato monovalente en elmedio acuoso de d) se ajusta a un valor entre 20 y 25 % en peso.

6. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la primera solución que comprende la base monovalente producida por la electrodiálisis de separación de agua del paso e) se recicla al paso b) .

7. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la electrodiálisis de separación de agua se realiza en un equipo de electrodiálisis provisto de una membrana de intercambiadora de cationes y una membrana bipolar.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el medio acuoso que comprende el lactato de magnesio se proporciona mediante fermentación, donde se fermenta una fuente de carbohidrato mediante un microorganismo para formar ácido láctico, se añade una base de magnesio como agente neutralizador durante la fermentación para proporcionar lactato de magnesio.

9. Proceso según la reivindicación 8, donde la base de magnesio es hidróxido de magnesio.

10. Proceso según la reivindicación 8 o 9, donde el medio acuoso que comprende el lactato de magnesio es sometido a un paso de separación para eliminar materia de célula microbiana antes del paso b) .

11. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la base monovalente en el paso b) comprende un catión que es un catión de sodio, potasio, litio, amonio, monoalquilamonio, dialquilamonio, trialquilamonio o tetraalquilamonio.

12. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el ácido láctico obtenido después del paso de separación f) comprende al menos un 95 % en peso de ácido láctico.

13. Proceso para la preparación de lactida y/o ácido poliláctico, que comprende la preparación de ácido láctico usando el proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes y reaccionando el ácido láctico para formar lactida y/o ácido poliláctico.