Influence of the sugars present in grass silage model solution on lactic acid recovery through nanofiltration process

Abstract

Angesichts der zunehmenden Sorge um die Umweltsicherheit, die rasante wirtschaftliche Entwicklung, die endliche Reserven fossiler Brennstoffe und die schwankenden Ölpreise wächst das Interesse an der Herstellung von Kraftstoffen und Industriechemikalien aus erneuerbaren Ressourcen und Biomasse. Der Biomasse-Rohstoff wird in einer Bioraffinerie in Biokraftstoffe und biobasierte Chemikalien wie Milchsäure (LA) umgewandelt.Milchsäure wird in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie in großem Umfang eingesetzt. LA wird entweder durch Fermentation von Biomasse oder durch chemische Synthese hergestellt. Das Fermentationsverfahren ist attraktiv, da es die Vorteile der Verwendung erneuerbarer Kohlenhydrate und der Herstellung optisch reiner Milchsäure bietet. Die größte Herausforderung bei der biobasierten Milchsäureproduktion ist jedoch das Vorhandensein von Verunreinigungen wie Glukose, Fruktose, Salzen und anderen organischen Säuren. Für die Rückgewinnung der Milchsäure aus diesen Verunreinigungen hat sich die Membrantechnologie etabliert.Die Optimierung der Milchsäuregewinnung aus der Grassilage-Modelllösung unter Verwendung des Nanofiltrationsmembranverfahrens wurde untersucht. Darüber hinaus wurde die Auswirkung von Restglukose und -fruktose in dieser Silage-Modelllösung untersucht. Vier kommerzielle Nonofiltrations (NF) -Membranen (Alfa Laval, NF-Toray, NF 270 und SELRO MPF-36) wurden bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen (Temperatur und pH-Wert) getestet. Alle Versuche wurden in einer Membrananlage im Labormaßstab durchgeführt. Die Leistung der einzelnen Membranen in Bezug auf das Ausschlussrate von Milchsäure, Essigsäure und Zuckern wurde gemessen.Alfa Laval erreicht die höchste LA-Gewinnung bei Raumtemperatur und einem pH-Wert um 2,8. Glukose und Fruktose haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Ausschussrate von LA; dieser Effekt kann je nach Membranmaterial und MWCO (Molecular weight cut-off) positiv oder negativ sein. Im Allgemeinen verringert das Vorhandensein von Fruktose in der Modelllösung die LA-Abstoßung, während Glukose einen negativen Effekt hat, da sie die LA-Abstoßung erhöht.

With growing worries about environmental safety, fast economic development, finite fossil fuel reserves, and fluctuating oil prices, the interest in producing fuel and industrial chemicals from renewable resources and biomass is expanding. The biomass feedstock is converted into biofuels, and bio-based chemicals like lactic acid (LA), in a biorefinery.LA has been widely utilized in the food, cosmetic, and pharmaceutical industries. LA is manufactured either by biomass fermentation or chemical synthesis. The fermentation process is attractive because of its advantages of using renewable carbohydrates and producing optically pure LA. However, the primary challenge associated with bio-based lactic acid production is the presence of impurities like glucose, fructose, salts, and other organic acids. Membrane technology has been established for lactic acid purification from those impurities.The optimization of lactic acid recovery from the grass silage model solution using the nanofiltration membrane process was investigated. In addition, the effect of residual glucose and fructose in this silage model solution was studied. Four commercial nanofiltrations (NF) membranes (Alfa Laval, NF-Toray, NF 270, and SELRO MPF-36) were tested at different operating conditions of temperature and pH. All experiments were conducted in a lab-scale membrane unit. The performance of each membrane regarding the rejection of lactic acid, Acetic acid, and sugars was measured.Alfa Laval achieved the highest lactic acid recovery at room temperature and pH around 2,8. Glucose and fructose have different impacts on the rejection of LA; this effect can be positive or negative depending on the membrane material and Molecular weight cut-off (MWCO). In general, the presence of fructose in the model solution decreases the LA rejection, and in contrast, glucose has a negative effect as it increases LA rejection.