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檸檬酸的生產(chǎn)工藝
菌種的培養(yǎng)
在檸檬酸的工業(yè)生產(chǎn)中都采用微生物發(fā)酵法,而有價(jià)值的只有幾種曲霉菌和酵母菌,其中黑曲霉菌是工業(yè)中具有競爭力的菌種,酵母中競爭力強(qiáng)的有解脂假絲酵母和季也蒙赤酵母等。 [7]
黑曲霉是在瓊脂上培養(yǎng)的,在瓊脂上成局限菌落,在室溫下培養(yǎng)10~14天,成為豐富密集的孢子梗,菌落為黑色,有時(shí)也為深褐黑色??紤]到檸檬酸生產(chǎn)菌應(yīng)具有產(chǎn)酸能力強(qiáng)和耐檸檬酸濃度高的特點(diǎn),可采用酸性濾紙法、變色圈法和單孢子移植法將黑曲霉分離出來,以避免其他雜菌干擾,使其成為生產(chǎn)檸檬酸用黑曲霉。 [7]
酵母的培養(yǎng)可用于檸檬酸生產(chǎn)的酵母有解脂假絲酵母和季也蒙假絲酵母2種。前者有很強(qiáng)的分解脂肪的能力,較好的炭源是正烷烴。后者可由烷烴發(fā)酵生成檸檬酸,也可由糖類發(fā)酵生成檸檬酸,酵母發(fā)酵pH值為3.5~4.0。 [7]
發(fā)酵
1940年,H.A.克雷伯斯提出三羧循環(huán)學(xué)說以來,檸檬酸的發(fā)酵機(jī)理逐漸被人們所認(rèn)識。已經(jīng)證明,糖質(zhì)原料生成檸檬酸的生化過程中,由糖變成丙酮酸的過程與酒精發(fā)酵相同,亦即通過E-M途徑(二磷酸己糖途徑)進(jìn)行酵解。然后丙酮酸進(jìn)一步氧化脫羧生成乙酰輔酶A,乙酰輔酶A和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸縮合成為檸檬酸并進(jìn)入三羧循環(huán)途徑。 [8]
三羧酸循環(huán)
三羧酸循環(huán)
檸檬酸是代謝過程中的中間產(chǎn)物。在發(fā)酵過程中,當(dāng)微生物體內(nèi)的烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶活性很低、而檸檬酸合成酶活性很高時(shí),才有利于檸檬酸的大量積累。 [8]
發(fā)酵工藝分表面發(fā)酵和固體發(fā)酵,按不同工藝制備不同原料的培養(yǎng)基,然后進(jìn)行蒸料。蒸料的目的是將淀粉糊化,并進(jìn)行滅菌。蒸料時(shí)要使物料受熱均勻,蒸汽通暢,邊蒸邊加料,把料加在冒汽的地方,逐層加入。蒸好的物料要揚(yáng)散攤涼,當(dāng)溫度降至37℃以下,即可補(bǔ)水接種,裝盤發(fā)酵,發(fā)酵終點(diǎn)以酸度來決定,定期測定酸度,保證在酸度最高時(shí)出料,以免檸檬酸被細(xì)菌分解。 [7]
提取
發(fā)酵結(jié)束后,要對發(fā)酵醛進(jìn)行處理。表面發(fā)酵要即時(shí)把菌蓋和發(fā)酵液分開,再用少量水洗滌菌蓋和淺盤,發(fā)酵液和洗水合并;固體發(fā)酵中的檸檬酸要用水浸出,水溫80℃,浸出2~3次,浸水合并。發(fā)酵酸用壓濾機(jī)過濾,濾液和洗水合并,打入濾液槽。檸檬酸與鈣鹽和鈣堿反應(yīng)生成檸檬酸鈣從液相中沉淀出來,與可溶性雜質(zhì)分開。酸液中若含草酸多,則可在熱的中和液中,于pH值3以下沉淀析出,從而使草酸鹽先分離出來。中和終點(diǎn)用精密試紙測試,保持pH值在6.0~6.8。在85℃左右攪拌30分鐘,使硫酸鈣充分析出,過濾。檸檬酸鈣用硫酸酸解,按溶液中檸檬酸含量確定硫酸的用量,一般硫酸過量不超過0.2%。酸解后,酸液進(jìn)行過濾。檸檬酸溶液的凈化通過吸附脫色和離子交換除去溶液中的色素、膠體和鐵離子、鈣離子、銅離子、鎂離子等金屬陽離子以及硫酸根離子等陰離子雜質(zhì)。 [7]
凈化多在色譜柱上進(jìn)行,脫色炭是GH-15顆粒炭,離子樹脂是陰、陽樹脂。檸檬酸凈化液的濃度僅20%~25%,只有濃縮到70%以上才能進(jìn)行結(jié)晶。濃縮時(shí)溫度不能過高,以免檸檬酸分解,凈化液的濃縮可在負(fù)壓下進(jìn)行,為了節(jié)能,可采用雙效或三效蒸發(fā)器。濃縮分2段進(jìn)行,第1次濃縮后,放入沉降槽中保溫沉降,再除去大部分石膏;第2次濃縮液含檸檬酸約80%,及時(shí)放料結(jié)晶。第2次濃縮可用升降式或括板式蒸發(fā)器,以減少料液和熱媒的接觸時(shí)間,可提高產(chǎn)品質(zhì)量。結(jié)晶方式不同可得不同產(chǎn)品,一水檸檬酸的結(jié)晶是將80%溶液,溫度在55℃時(shí),在結(jié)晶器中攪拌下自然冷卻,當(dāng)溫度降至40℃時(shí),加入晶種,開始結(jié)晶,控制溫度不超過36℃,此時(shí)產(chǎn)品為一水檸檬酸;如果溶液在60℃條件下濃縮到83%,冷卻至46℃加入晶種,維持溫度在40~60℃慢慢結(jié)晶,最終降到38℃,產(chǎn)品為無水檸檬酸。晶膏分密離心得結(jié)晶狀的商品檸檬酸。 [7]
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