工业上大规模生产酒石酸的工艺流程设计

工业上大规模生产酒石酸的工艺需兼顾原料成本、产物纯度及生产效率，目前主流采用生物发酵法（针对L-酒石酸）和化学合成法（针对DL-酒石酸），其中生物发酵法因产物纯度高、符合绿色生产理念，更适用于食品、医药级产品。以下以生物发酵法为例，详细阐述大规模生产的工艺流程：

一、原料预处理

以葡萄糖或蔗糖为碳源（成本低且易获取），辅以玉米浆（提供氮源和维生素）、磷酸二氢钾（无机磷源）等组成发酵培养基。

原料粉碎：将固体葡萄糖粉碎至80-100目，确保溶解均匀；

培养基配制：按葡萄糖5%-8%、玉米浆2%-3%、磷酸二氢钾0.1%-0.2%的比例溶于去离子水，搅拌至完全溶解；

灭菌：采用连续灭菌法（121℃、30分钟），杀灭培养基中的杂菌，避免污染发酵体系。

二、种子培养与发酵

核心是利用高产L-酒石酸的菌株（如Gluconobacter oxydans突变株）进行代谢转化。

种子培养：

接种：将保存的菌种（斜面或冻干菌）接入种子培养基（成分与发酵培养基相似，碳源浓度略低至 3%-5%）；

培养条件：30-32℃、摇床转速200-250rpm、通气量1:0.5（v/v・min），培养18-24小时，至菌液OD600 达到1.0-1.2（对数生长期），作为种子液。

发酵生产：

接种：将种子液按5%-10%的体积比接入发酵罐（50-500m3），发酵培养基总体积为罐容的70%-80%；

发酵参数控制：

温度：30℃±1℃（维持菌株代谢活性）；

pH：通过自动流加20% NaOH溶液维持 pH6.0-6.5（避免酸性过强抑制菌体生长）；

通气与搅拌：通气量1:1.0-1.5（v/v・min），搅拌转速150-200rpm（保证溶氧≥30%）；

补料：发酵至24小时后，流加 50% 葡萄糖溶液，维持发酵液中碳源浓度≥3%，避免底物限制；

发酵周期：48-60小时，当酒石酸浓度达到80-100g/L 时终止发酵。

三、发酵液预处理

发酵结束后，发酵液中含酒石酸、少量菌体、残留培养基及代谢副产物（如乳酸、琥珀酸），需先预处理去除杂质：

除菌过滤：采用板框过滤或陶瓷膜过滤（孔径0.2μm），去除菌体和细胞碎片，获得澄清滤液；

脱色脱盐：

脱色：将滤液泵入活性炭柱（活性炭用量为滤液体积的1%-2%），吸附色素和部分有机杂质，流速控制在1-2BV/h（床体积/小时）；

脱盐：通过阳离子交换树脂（如 732 型）去除金属离子（Na⁺、K⁺），再经阴离子交换树脂（如717型）吸附残留有机酸杂质，流出液 pH 控制在 3.0-3.5。

四、浓缩结晶与纯化

浓缩：将脱盐后的滤液送入三效蒸发器，在真空度 0.08-0.09 MPa、温度60-70℃下浓缩，至酒石酸浓度达到 150-180 g/L（避免高温导致酒石酸分解）；

结晶：将浓缩液泵入结晶罐，降温速率控制在1-2℃/h，从60℃缓慢降至20-25℃，保温养晶12-16小时，使酒石酸结晶析出；

离心分离：用卧式螺旋离心机分离晶体与母液，母液可返回蒸发器重新浓缩，提高收率；

重结晶：若需医药级纯度（≥99.5%），将粗晶体用去离子水溶解（固液比 1:3），重复脱色、浓缩、结晶步骤1-2次，去除微量杂质。

五、干燥与包装

干燥：将结晶后的酒石酸晶体送入真空干燥箱，在60-70℃、真空度0.09MPa下干燥4-6小时，至水分含量≤0.5%；

筛分：通过振动筛（筛网孔径80-100目）筛选均匀颗粒；

包装：用食品级聚乙烯袋真空包装，外层套纸板桶，每桶25kg，储存于阴凉干燥处。

六、工艺特点与控制要点

绿色高效：生物发酵法以可再生原料为底物，避免化学合成的高温高压条件，降低能耗；

纯度控制：通过离子交换和重结晶，可使产品纯度达到99.5%以上，满足医药级标准；

收率提升：母液循环利用可使总收率从70%提升至85%以上；

质量监控：关键节点（如发酵终点、结晶前浓度）需通过高效液相色谱（HPLC）检测酒石酸含量，确保产品质量稳定。

该流程适用于大规模生产，若需生产DL-酒石酸，可将化学合成法（马来酸酐氧化）的粗产物接入后续预处理、结晶工序，但其纯度和环保性略低于生物发酵法。

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