專利名稱：一種檸檬酸的分離方法
技術領域：
本發明涉及一種檸檬酸的分離方法。
背景技術：
檸檬酸是一種廣泛應用于飲料、食品及醫藥等行業的有機酸。我國是檸檬酸的生產大國，國內擁有20余家生產廠，年產量已超過70萬噸。檸檬酸主要通過發酵法制備，將檸檬酸發酵液進行固液分離是檸檬酸生產過程中的重要環節，如果不能將檸檬酸發酵液中的菌體進行有效分離，則清液質量不高，會導致最終產品的質量不合格。目前，行業中發酵液的固液分離。大多是直接采用板框的多次過濾、 膜過濾等固液分離方法將發酵液進行固液分離。由于采用板框過濾的技術方法進行固液分離，最終得到的檸檬酸清液的質量較差。此外，上述板框過濾設備的占地面積較大，自動化程度低、勞動強度較大，因此，生產效率較低；而膜分離設備較昂貴，過程能耗較大，因此，生產成本較高。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術檸檬酸發酵液的提純方法無法將檸檬酸發酵液中的部分雜質充分分離，生產效率較低，生產成本較高的缺陷，而提供一種能將檸檬酸發酵液中的部分雜質進行充分分離、生產效率較高，成本較低的檸檬酸發酵液的分離方法。本發明提供了一種檸檬酸的分離方法，其中，該方法包括下述步驟1)將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合，靜置分層，形成上層檸檬酸清液和下層菌體液；2)將上層檸檬酸清液排出并進行過濾，將下層菌體液進行固液分離；所述絮凝劑為能夠使檸檬酸發酵液中的菌體絮凝和/或沉降的物質。本發明通過將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合對發酵液中的檸檬酸菌體進行絮凝，使菌體自然沉降，從而使檸檬酸菌體與檸檬酸清液自然分離，然后直接上排上層檸檬酸清液，并進行過濾，使之進入后序工藝，并將下層菌體液進行固液分離。與現有技術相比，本發明提供的方法具有下述優點1)水、電、蒸汽消耗明顯降低，自動化程度提高，人員較少。采用本發明的方法同現有的板框過濾工藝相比在產能相同的情況下，可減少原有板框量的2/3，每生產一噸檸檬酸可降低成本約50元。2)檸檬酸清液的質量明顯提高采用現有的板框過濾工藝得到的檸檬酸清液的濁度為10-15NTU，采用本發明的方法得到的檸檬酸清液的濁度可達到3-8NTU，可以顯著提高后續檸檬酸成品的質量。3)菌體水分低，收率高。由于菌體絮凝后易于分離，因此在后續分離過程中，菌體水分較低，比現有工藝菌體水分低2-3%，收率提高的同時，也降低了后續烘干成本。4)新工藝設備投資低，易于維護。原有工藝板框本身占地面積較大，自動化程度低、勞動強度較大，而且在工藝過程中，檸檬酸清液質量較差。
圖1為本發明提供的檸檬酸的分離方法的流程圖。
具體實施例方式按照本發明，所述檸檬酸的分離方法包括下述步驟1)將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合，靜置分層，形成上層檸檬酸清液和下層菌體液；2)將上層檸檬酸清液排出并進行過濾，將下層菌體液進行固液分離；所述絮凝劑為能夠使檸檬酸發酵液中的菌體絮凝和/或沉降的物質。本發明的發明人發現，將絮凝劑以絮凝劑溶液的形式與檸檬酸發酵液混合，能夠使之與檸檬酸發酵液混合的更均勻，使該發酵液中的菌體沉降的更完全。按照本發明，所述絮凝劑溶液中的溶劑可以是各種可與絮凝劑形成溶液的溶劑， 通常情況下，所述絮凝劑溶液中的溶劑為水。所述絮凝劑可以是各種能夠將檸檬酸發酵液中的菌體沉降，并使其從發酵液中有效分離的絮凝劑，優選情況下，所述絮凝劑可以選自聚丙烯酰胺和/或聚丙烯酸鈉。更優選情況下，所述聚丙烯酰胺為陰離子型聚丙烯酰胺，所述陰離子型聚丙烯酰胺的數均分子量可以為500萬-1500萬，優選為800萬-1000萬。所述聚丙烯酸鈉的數均分子量可以為20萬-80萬，優選為40萬-60萬。在本發明中，絮凝劑與水可以互溶，因此，所述絮凝劑溶液中絮凝劑的濃度的可調節范圍較寬，出于成本和效果的綜合考慮，所述絮凝劑溶液中絮凝劑的質量體積濃度優選為 0. 1-0. 5% (m/v)。按照本發明的方法，所述絮凝劑溶液的用量的可調節范圍較寬，例如，可以根據檸檬酸發酵液中菌體的量的多少來調節絮凝劑溶液的用量，優選情況下，以每立方米檸檬酸發酵液為基準，所述絮凝劑溶液的用量可以為20-200ppm，出于成本和效果的綜合考慮，所述絮凝劑溶液的用量更優選為30-80ppm。所述檸檬酸發酵液中菌體的質量體積濃度一般為1-2% (m/v)。上述m/v指質量體積濃度，具體含義包括每升絮凝劑溶液中絮凝劑的質量或每升檸檬酸發酵液中菌體的質量。按照本發明，在步驟1)中，將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合，靜置分層的條件的可選擇范圍較寬，所述混合和靜置只要能夠保證將與絮凝劑溶液混合后的檸檬酸發酵液形成上層檸檬酸清液和下層菌體液即可。為了使檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合的更均勻，所述檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液的混合優選在攪拌下進行，所述攪拌混合的時間可以為1-30分鐘，更優選為3-10分鐘；將得到的混合物靜置的時間可以為1-60分鐘，更優選為 10-30分鐘。按照本發明，將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合的方式沒有特別限定，例如，可以是靜態混合，也可以是動態混合，亦或者是兩種混合方式的結合。其中，所述靜態混合可以為將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液在容器，如靜置設備中混合并靜置；所述動態混合可以為將來自不同輸送管道的檸檬酸發酵液和絮凝劑溶液在另一輸送管道中匯合并在流動過程中混合，并將該混合物輸送至靜置設備中進行靜置。按照本發明，該方法還包括在將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合之前將發酵液滅菌的步驟，所述滅菌的條件可以為本領域技術人員所公知的常規的滅菌條件，例如，所述滅菌條件可以包括滅菌的溫度和滅菌的時間，所述滅菌的溫度可以為65-70°C，所述滅菌的時間可以為10-20分鐘。按照本發明，將上層檸檬酸清液排出，并進行過濾的方法可以采用本領域常規的各種過濾方法，過濾的方法和條件只要使得過濾后得到的清液濁度達到10NTU以下即可。 由于在進行該過濾步驟之前，已經通過加入絮凝劑溶液將檸檬酸發酵清液中的菌體進行了充分沉淀，因此，在將上層檸檬酸清液排出后，采用常規的過濾方法和條件即可以使清液的濁度達到10NTU以下。例如，在本發明的具體實施方式
中可以采用預涂有硅藻土的板框壓濾機進行過濾，硅藻土的厚度可以為10-50微米，板框壓濾機的過濾面積可以為20-40平方米，板框工作壓力可以為14-18Mpa。按照本發明，將下層菌體液進行固液分離的方法可以采用本領域常規的各種固液分離方法，例如，過濾或者離心的方法，所述固液分離的方法和條件只要使得過濾后得到的濾液的濁度為10NTU以下即可。例如，在本發明的具體實施方式
中可以采用預涂有硅藻土的板框壓濾機進行過濾，硅藻土的厚度可以為10-50微米，板框壓濾機的過濾面積可以為 20-40平方米，板框工作壓力可以為14-18Mpa。此外，由于下層菌體液的粘度相對上層清液要大，采用離心的方式進行固液分離可以更方便，例如，可以將菌體液通過臥螺離心機進行固液分離。其具體操作方法和條件為本領域技術人員所公知，在這里不再贅述。按照本發明，該方法還包括將下層菌體液進行固液分離后，將得到的固相進行干燥的步驟。所述干燥的方法和條件均可以采用本領域公知的方法和條件進行。例如，干燥的方式可以為自然干燥，鼓風干燥，真空干燥等各種常規的干燥方式。所述干燥的條件可以包括干燥的溫度為50-100°C，干燥的時間可以為1-5小時。在本發明中，將上層清液排出的方法包括用抽吸裝置將上層清液抽出，或者通過打開自身排出管道將上層清液排出。在本發明中，可以將得到的上層清液(或者還可以為上層清液與將下層菌體液進行固液分離后得到的濾液的混合物)直接進入后續的工序，例如，中和工序，中和的方法和條件可以為本領域技術人員公知的常規的方法和條件，通常采用碳酸鈣進行中和。按照本發明，所述檸檬酸發酵液中的檸檬酸的質量體積濃度一般為11-14%。所述質量體積濃度指每升檸檬酸發酵液中檸檬酸的質量。本發明的方法可以適用于發酵液中各種菌體的分離，特別適用于發酵液中谷氨酸菌體的分離。下面將通過具體實施例對本發明進行進一步的詳細描述，以下實施例僅用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。下述實施例中，所述板框壓濾機的過濾面積為30平方米，并在表面涂敷硅藻土涂層，涂層厚度為10微米，板框最大工作壓力為15Mpa。所述濁度測試方法為采用濁度儀(WGZ-200濁度儀)進行檢測。按照GB/ T12087-2008 (烘箱干燥法)對濾餅水分含量進行測定。實施例1
本實施例用于說明本發明提供的檸檬酸發酵液的分離方法。(1)將250L檸檬酸發酵液(檸檬酸質量體積濃度為13%，菌體的濃度為(m/ ν))置于反應罐中，將該發酵液升溫至65°C，并保溫10分鐘，進行加熱滅菌。(2)將數均分子量為1000萬的聚丙烯酰胺絮凝劑溶于水中，制得質量百分比濃度為0. 2%的溶液；并將滅菌后的發酵液中加入所述絮凝劑水溶液，以每立方米檸檬酸發酵液為基準，所述絮凝劑的加入量為lOOppm，攪拌混合5分鐘，并靜置20分鐘，使菌體自然沉降，形成上層檸檬酸發酵清液和下層菌體液。(3)將上層檸檬酸發酵清液排出，并用離心泵將步驟( 得到的上層檸檬酸發酵清液打入板框壓濾機中進行精濾，該清液的流量為60L/h，直到發酵液進完為止。(4)進水(進水量為2體積％上清液量)沖洗濾餅，然后用空氣吹干。(5)用臥螺離心機將步驟(2)得到的下層菌體液進行固液分離，將清液按照步驟 (3)的條件直接進行精濾，將濾餅在80°C下烘干2小時。實驗結果為絮凝后固液比為1 1. 8 ；濾餅水分60% (m/m)，其中殘檸檬酸酸含量0.2% (m/m)；濾液濁度為4.8NTU。每平方板框過濾體積為4000L，濾液質量符合要求。實施例2本實施例用于說明本發明提供的檸檬酸發酵液的分離方法。(1)將250L檸檬酸發酵液(檸檬酸質量體積濃度為13. 5%，菌體的濃度為1. 5% (m/v))置于反應罐中，將該發酵液升溫至70°C，并保溫20分鐘，進行加熱滅菌。(2)將數均分子量為800萬的聚丙烯酰胺絮凝劑溶于水中，制得質量百分比濃度為0. 2%的溶液；并將滅菌后的發酵液中加入所述絮凝劑水溶液，以每立方米發酵液為基準，所述絮凝劑的加入量為30ppm，攪拌混合5分鐘，并靜置30分鐘，使菌體自然沉降，形成上層檸檬酸發酵清液和下層菌體液。(3)將上層檸檬酸發酵清液排出，并用離心泵將步驟( 得到的上層檸檬酸發酵清液打入板框壓濾機中進行精濾，該清液的流量為60L/h，直到發酵液進完為止。(4)進水(進水量為2%體積％上清液量)沖洗濾餅，然后用空氣吹干。(5)用臥螺離心機將步驟(2)得到的下層菌體液進行固液分離，將清液按照步驟 (3)的條件直接進行精濾，將濾餅在60°C下烘干4小時。實驗結果為絮凝后固液比為1 2;濾餅水分61% (m/m)，其中殘檸檬酸酸含量 0. 23% (m/m)；濾液濁度4. ONTU。每平方板框過濾體積為4000L，濾液質量符合要求。實施例3本實施例用于說明本發明提供的檸檬酸發酵液的分離方法。(1)將250L檸檬酸發酵液(檸檬酸質量體積濃度為13%，菌體的濃度為2% (m/ ν))置于反應罐中，將該發酵液升溫至65°C，并保溫15分鐘，進行加熱滅菌。(2)將數均分子量為800萬的聚丙烯酰胺絮凝劑溶于水中，制得質量百分比濃度為0. 2%的溶液；并將滅菌后的發酵液中加入所述絮凝劑水溶液，以每立方米發酵液為基準，所述絮凝劑的加入量為50ppm，攪拌混合5分鐘，并靜置30分鐘，使菌體自然沉降，形成上層檸檬酸發酵清液和下層菌體液。(3)將上層檸檬酸發酵清液排出，并用離心泵將步驟( 得到的上層檸檬酸發酵清液打入板框壓濾機中進行精濾，該清液的流量為60L/h，直到發酵液進完為止。
(4)進水(進水量為2%體積上清液量)沖洗濾餅，然后用空氣吹干。(5)用臥螺離心機將步驟(2)得到的下層菌體液進行固液分離，將清液按照步驟 (3)的條件直接進行精濾，將濾餅在90溫度下烘干1. 5小時。實驗結果為絮凝后固液比為1 2 ；濾餅水分59% (m/m)，其中殘檸檬酸酸含量 0.2% (m/m)；濾液濁度4.5NTU。每平方板框過濾體積為4000L，濾液質量符合要求。實施例4本實施例用于說明本發明提供的檸檬酸的分離方法。按照實施例1的方法對檸檬酸發酵液進行分離，不同的是，將檸檬酸發酵液與絮凝劑混合的方式為，將來自不同輸送管道的檸檬酸發酵液和絮凝劑水溶液在另一輸送管道中匯合并在流動過程中混合，并將該混合物輸送至靜置設備中進行靜置。實驗結果為絮凝后固液比為1 1. 5 ；濾餅水分60% (m/m)，其中殘檸檬酸酸含量0.15% (m/m)；濾液濁度5NTU。每平方板框過濾體積為4000L，濾液質量符合要求。實施例5本實施例用于說明本發明提供的檸檬酸的分離方法。按照實施例1的方法對檸檬酸發酵液進行分離，不同的是，在步驟O)中，將數均分子量為50萬的聚丙烯酸鈉絮凝劑溶于水中，制得質量百分比濃度為0. 5%的溶液；并將滅菌后的發酵液中加入所述絮凝劑水溶液，以每立方米發酵液為基準，所述絮凝劑的加入量為40ppm，攪拌混合5分鐘，并靜置30分鐘，使菌體自然沉降，形成上層檸檬酸發酵清液和下層菌體液。實驗結果為絮凝后固液比為1 2;濾餅水分61% (m/m)，其中殘檸檬酸酸含量 0. 17% (m/m)；濾液濁度6. 2NTU。每平方板框過濾體積為4000L，濾液質量符合要求。對比例1本對比例用于說明現有技術的檸檬酸的分離方法。按照實施例1的方法對檸檬酸發酵液進行分離，不同的是，不向發酵液中加入絮凝劑溶液，而是通過自然沉降的方式靜置。實驗結果為固液比為2 1;濾餅水分64% (m/m)，其中殘檸檬酸酸含量0.23% (m/m)，濾液濁度25NTU。每平方板框過濾體積為1500L，濾液質量不符合要求。對比上述兩種工藝可以看出，采用本發明提供的方法得到的檸檬酸清液的雜質較低、色澤較好，且收率高，此外，該方法簡單實用，水、電、蒸汽消耗低；設備投資低，自動化程度尚。
權利要求
1.一種檸檬酸的分離方法，其特征在于，該方法包括下述步驟1)將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合，靜置分層，形成上層檸檬酸清液和下層菌體液；2)將上層檸檬酸清液排出并進行過濾，將下層菌體液進行固液分離；所述絮凝劑為能夠使檸檬酸發酵液中的菌體絮凝和/或沉降的物質。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述絮凝劑溶液為絮凝劑的水溶液，所述絮凝劑選自聚丙烯酰胺和/或聚丙烯酸鈉。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述聚丙烯酰胺為陰離子型聚丙烯酰胺，所述陰離子型聚丙烯酰胺的數均分子量為500萬-1500萬；聚丙烯酸鈉的數均分子量為20萬-80 萬。
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，以每立方米檸檬酸發酵液為基準， 所述檸檬酸發酵液中絮凝劑的量為20-200ppm，絮凝劑溶液的質量體積濃度為0. 1-0. 5% ； 檸檬酸發酵液中菌體的質量體積濃度為1_2%。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，在步驟1)中，所述檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液的混合在攪拌下進行，所述混合的時間為1-30分鐘；靜置的時間為1-60分鐘。
6.根據權利要求1或5所述的方法，其中，所述檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液的混合方式為靜態混合和/或動態混合。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括在將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合之前將發酵液滅菌的步驟，所述滅菌的條件包括滅菌的溫度為65-70°C，滅菌的時間為 10-20分鐘。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，將上層檸檬酸清液進行過濾的方法和條件使過濾后的濾液的濁度為10NTU以下；將下層菌體液進行固液分離的方法和條件使得到的濾液的濁度在10NTU以下。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括將下層菌體液進行固液分離后，將得到的固相進行干燥的步驟。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述干燥的條件包括干燥的溫度為50-100°C， 干燥的時間為1-5小時。
全文摘要
一種檸檬酸的分離方法，其中，該方法包括下述步驟1)將檸檬酸發酵液與絮凝劑溶液混合，靜置分層，形成上層檸檬酸清液和下層菌體液；2)將上層檸檬酸清液排出并進行過濾，將下層菌體液進行固液分離；所述絮凝劑為能夠使檸檬酸發酵液中的菌體絮凝和/或沉降的物質。與現有技術相比，采用本發明提供的方法得到的檸檬酸清液的雜質較低、色澤較好，且收率高，此外，該方法簡單實用，水、電、蒸汽消耗低；設備投資低，自動化程度高。
文檔編號C07C51/42GK102260164SQ20101018347
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者周永生, 滿云, 熊結青, 陳影, 顧宗池 申請人:安徽豐原生物化學股份有限公司