一種利用納濾膜從檸檬酸發(fā)酵液中提取檸檬酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于檸檬酸提取領(lǐng)域。具體涉及一種利用納濾膜技術(shù)從檸檬酸發(fā)酵液中提取檸檬酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]檸檬酸(2-羥基丙三羧酸)是一種重要的有機酸、廣泛應(yīng)用于食品、化工、紡織、電子、建筑、鑄造等行業(yè)。每年需要幾十萬噸。多年來，世界檸檬酸的年消耗增長速度一直在7.5%左右。過去檸檬酸主要是從檸檬、柑橘、菠蘿等果實中提取。現(xiàn)在生產(chǎn)檸檬酸的方法大致有兩種:一種是化學(xué)合成法，另一種是生物發(fā)酵法。其中化學(xué)合成法由于原料、產(chǎn)率、污染、經(jīng)濟等問題無法與發(fā)酵法相比，發(fā)酵法則由于原材料豐富、產(chǎn)量高、成本低而倍受青睞，所以現(xiàn)在以發(fā)酵法生產(chǎn)為主。檸檬酸是目前世界上以生物化學(xué)方法生產(chǎn)產(chǎn)量最大的有機酸，全球年產(chǎn)量約50?60萬t。
[0003]檸檬酸發(fā)酵液成分復(fù)雜，并且因原料和發(fā)酵工藝不同而各不相同.除檸檬酸外，還包括菌體、殘?zhí)?、蛋白質(zhì)、色素、膠體、有機雜酸、無機鹽等多種雜質(zhì)，總的來說，它們來源于原材料、未消耗的營養(yǎng)鹽或發(fā)酵的中間副產(chǎn)物.所以從檸檬酸發(fā)酵液中提取檸檬酸是比較困難的。我國獨創(chuàng)的薯粉直接深層發(fā)酵法工藝處于世界先進水平，且自行開發(fā)的黑曲霉菌產(chǎn)酸效率與國外接近，但在提取率、機械化程度和勞動生產(chǎn)率等方面比較落后，因而在國內(nèi)研究從發(fā)酵液中高效、低能耗地提取檸檬酸是一個極有意義的課題。傳統(tǒng)的鈣鹽法工藝負責(zé)，收率低，能耗消耗大，且產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣。
[0004]鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種利用納濾膜對檸檬酸發(fā)酵液中檸檬酸的提取的方法，該方法包含如下步驟:
[0006]步驟(I):將檸檬酸發(fā)酵液采用孔徑為50?SOnm的陶瓷膜進行過濾，得濾液，備用；
[0007]步驟(2):將所述濾液采用截留分子量為200?250D的納濾膜進行二次過濾，得二次濾液；
[0008]步驟(3):將所述二次濾液真空濃縮、結(jié)晶、干燥，即得。
[0009]本發(fā)明所述檸檬酸發(fā)酵液，優(yōu)選酸度為12?15%。檸檬酸發(fā)酵液酸度過高或者過低，都將影響檸檬酸的提取率以及純度。檸檬酸發(fā)酵液預(yù)先經(jīng)過離心機離心處理，轉(zhuǎn)速為8000?lOOOOr/min。該離心處理步驟可以講發(fā)酵液中的固體酸渣分離出來，以利于后續(xù)步驟的進一步純化。
[0010]實驗證明:本發(fā)明步驟(I)采用陶瓷膜進行過濾，可以將檸檬酸發(fā)酵液中含有的蛋白、菌絲體、大分子色素和大分子雜質(zhì)等除去，純化檸檬酸發(fā)酵液；步驟(2)采用納濾膜可以將檸檬酸發(fā)酵液中的殘留的糖份、小分子雜質(zhì)和小分子色素等出去，從而進一步純化朽1檬酸發(fā)酵液。
[0011]本發(fā)明步驟(I)中所述陶瓷膜過濾條件為:溫度為60?70°C，進膜壓力為0.2?0.3MPa，進出膜壓力差為0.1?0.15MPa ;優(yōu)選溫度為65°C，進膜壓力為0.28MPa，進出膜壓力差為0.12MPa。
[0012]本發(fā)明對于經(jīng)過陶瓷膜的檸檬酸發(fā)酵液來說，進膜壓力要大于出膜壓力。大量實驗證明進膜壓力為0.2?0.3MPa，進出膜壓力差為0.1?0.15MPa的選擇，既可以將可以將檸檬酸發(fā)酵液中含有的蛋白、菌絲體、大分子色素和大分子雜質(zhì)等除去，又可以保持陶瓷膜的正常使用。
[0013]本發(fā)明步驟(2)中所述納濾膜截留分子量為200?250D，優(yōu)選200?220D，更優(yōu)選 200D。
[0014]本發(fā)明步驟(2)中二次過濾條件為:溫度為40?50°C，進膜壓力為1.5?2.0MPa,出膜壓力為1.4?1.9MPa，優(yōu)選溫度為45°C，進膜壓力為1.8MPa，出膜壓力為1.7MPa。
[0015]本發(fā)明所述納濾膜構(gòu)型為卷式，操作壓力為15?30bar，膜通量為9?12L/m2h。
[0016]本發(fā)明對于納濾膜來說，進膜壓力要大于出膜壓力。實驗證明:本發(fā)明采用卷式納濾膜，且在操作壓力為15?30bar，膜通量為9?12L/m2h的條件下，既能保持過濾的效率，又能保持納濾膜的正常使用。
[0017]本發(fā)明所述真空濃縮為將所述陶瓷膜濾液真空濃縮至干物質(zhì)質(zhì)量含量為50?80%。
[0018]本發(fā)明步驟(3)中所述結(jié)晶條件為:將濃縮后的濾液以2?3°C /h的降溫速度降溫，同時以200?210r/min的攪拌速度攪拌至溫度為35?40°C，然后以100?110r/min的速度攪拌至溫度為20?25°C，至晶體大量析出，得晶漿液。
[0019]本發(fā)明通過降溫以及控制不同攪拌速度的選擇，可以有效促進晶體的生成，本發(fā)明一次性結(jié)晶率可高達55%以上，將母液繼續(xù)進行二次、三次結(jié)晶后，結(jié)晶總收率可高達99%以上。
[0020]本發(fā)明將所述晶漿液進行離心固液分離，得一水檸檬酸濕晶體，在溫度45?55°C條件下烘干2?4h，即得。
[0021]作為一個整體的方案，本發(fā)明具體包含以下步驟:
[0022]步驟(I):將所述檸檬酸發(fā)酵液預(yù)先經(jīng)過離心機以8000?10000r/min的轉(zhuǎn)速離心處理；
[0023]步驟(2):將檸檬酸發(fā)酵液在溫度60?70°C下，采用孔徑為50?SOnm的陶瓷膜進行過濾，進膜壓力為0.2?0.3MPa，進出膜壓力差為0.1?0.15MPa，得濾液，備用；
[0024]步驟(3):將所述濾液采用截留分子量為200?250D的納濾膜在溫度40?50°C下進行二次過濾，進膜壓力為1.5?2.0MPa,出膜壓力為1.4?1.9MPa，得二次濾液；所述納濾膜構(gòu)型為卷式，操作壓力為15?30bar，膜通量為9?12L/m2h ;
[0025]步驟(4):將所述二次濾液真空濃縮至干物質(zhì)質(zhì)量含量為70?80% ;
[0026]步驟(5):將濃縮后的濾液以2?3°C /h的降溫速度降溫，同時以200?210r/min的攪拌速度攪拌至溫度為35?40°C，然后以100?110r/min的速度攪拌至溫度為20?25 °C，至晶體大量析出，得晶漿液。
[0027]步驟￠):將所述晶漿液進行分離，得一水檸檬酸濕晶體，在溫度45?55°C條件下供干2?4h，即得。
[0028]本發(fā)明的方法采用的是納濾膜技術(shù)對檸檬酸發(fā)酵液進行純化處理，截留發(fā)酵液中未發(fā)酵的原料顆粒、糖、蛋白質(zhì)等大分子有機物，達到提純的目的。該方法具有提取率高、產(chǎn)品純度高、無副產(chǎn)物生成等優(yōu)點，對環(huán)境污染小，操作簡單，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0029]目前由于膜技術(shù)水平的提高，采用全膜法提取檸檬酸技術(shù)可以方便的制備到質(zhì)量優(yōu)良的檸檬酸，該發(fā)明是通過壓力驅(qū)動膜能截留發(fā)酵液中未發(fā)酵的原料顆粒、糖、蛋白質(zhì)等大分子有機物，減輕了后續(xù)的離子交換樹脂的污染。全膜法比起鈣鹽法具有操作簡單、所得產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、環(huán)境污染小、沒有副產(chǎn)物等優(yōu)點。但是對膜的選擇和操作條件有嚴格的要求。
[0030]本發(fā)明除特別說明外，濃度皆為質(zhì)量濃度，用量皆為質(zhì)量用量，含量皆為質(zhì)量含量。
【具體實施方式】
[0031]以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0032]實施例1
[0033]本實施例提供了一種利用納濾膜對檸檬酸發(fā)酵液中檸檬酸的提取的方法，包含以下步驟:
[0034]步驟(I):將50L酸度為15%的檸檬酸發(fā)酵液預(yù)先經(jīng)過離心機以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心處理；
[0035]步驟(2):將檸檬酸發(fā)酵液在溫度63°C下，采用孔徑為50nm的陶瓷膜進行過濾，陶瓷膜進膜壓力為0.3MPa，進出膜壓力差為0.08MPa，得濾液，備用；
[0036]步驟(3):將所述濾液采用截留分子量為250D的納濾膜在溫度48.3°C下進行二次過濾，進膜壓力1.9MPa，出膜壓力1.8MPa，得二次濾液；所述納濾膜構(gòu)型為卷式，操作壓力為20bar，膜通量為llL/m2h ;檸檬酸透過率為55 %，納濾膜濾液易碳倍數(shù)為30.61，酸度為
7.2%，納濾膜運行時間為12h，濃縮倍數(shù)為20.08 ;
[0037]步驟(4):將所述二次濾液真空減壓濃縮，正常操作壓力為25?40bar，操作溫度為45°C，濃縮至檸檬酸干物含量為74% ;
[0038]步驟(5):將濃縮后的濾液以2°C /h的降溫速度降溫，同時以200r/min的攪拌速度攪拌至溫度為40 °C，然后以100?110r/min的攪拌速度攪拌至溫度為20 °C，至晶體大量析出，得晶楽■液；
[0039]步驟￠):將所得的晶漿液用高速離心機進行固液分離，得到一水檸檬酸濕晶體，采用真空鼓風(fēng)干燥機在溫度50°C條件下烘干3h，即得。
[0040]本實施例所制得檸檬酸晶體重量為4.427kg，晶體水分3.08%。檸檬酸晶體一次結(jié)晶率到56.6%。
[0041]本實施例例從檸檬酸發(fā)酵液中提取的檸檬酸提取收率為90.7%，純度為99.13%。
[0042]實施例2
[0043