专利名称：一种柠檬酸的分离方法
技术领域：
本发明涉及一种柠檬酸的分离方法。
背景技术：
柠檬酸是一种广泛应用于饮料、食品及医药等行业的有机酸。我国是柠檬酸的生产大国，国内拥有20余家生产厂，年产量已超过70万吨。柠檬酸主要通过发酵法制备，将柠檬酸发酵液进行固液分离是柠檬酸生产过程中的重要环节，如果不能将柠檬酸发酵液中的菌体进行有效分离，则清液质量不高，会导致最终产品的质量不合格。目前，行业中发酵液的固液分离。大多是直接采用板框的多次过滤、 膜过滤等固液分离方法将发酵液进行固液分离。由于采用板框过滤的技术方法进行固液分离，最终得到的柠檬酸清液的质量较差。此外，上述板框过滤设备的占地面积较大，自动化程度低、劳动强度较大，因此，生产效率较低；而膜分离设备较昂贵，过程能耗较大，因此，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术柠檬酸发酵液的提纯方法无法将柠檬酸发酵液中的部分杂质充分分离，生产效率较低，生产成本较高的缺陷，而提供一种能将柠檬酸发酵液中的部分杂质进行充分分离、生产效率较高，成本较低的柠檬酸发酵液的分离方法。本发明提供了一种柠檬酸的分离方法，其中，该方法包括下述步骤1)将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合，静置分层，形成上层柠檬酸清液和下层菌体液；2)将上层柠檬酸清液排出并进行过滤，将下层菌体液进行固液分离；所述絮凝剂为能够使柠檬酸发酵液中的菌体絮凝和/或沉降的物质。本发明通过将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合对发酵液中的柠檬酸菌体进行絮凝，使菌体自然沉降，从而使柠檬酸菌体与柠檬酸清液自然分离，然后直接上排上层柠檬酸清液，并进行过滤，使之进入后序工艺，并将下层菌体液进行固液分离。与现有技术相比，本发明提供的方法具有下述优点1)水、电、蒸汽消耗明显降低，自动化程度提高，人员较少。采用本发明的方法同现有的板框过滤工艺相比在产能相同的情况下，可减少原有板框量的2/3，每生产一吨柠檬酸可降低成本约50元。2)柠檬酸清液的质量明显提高采用现有的板框过滤工艺得到的柠檬酸清液的浊度为10-15NTU，采用本发明的方法得到的柠檬酸清液的浊度可达到3-8NTU，可以显著提高后续柠檬酸成品的质量。3)菌体水分低，收率高。由于菌体絮凝后易于分离，因此在后续分离过程中，菌体水分较低，比现有工艺菌体水分低2-3%，收率提高的同时，也降低了后续烘干成本。4)新工艺设备投资低，易于维护。原有工艺板框本身占地面积较大，自动化程度低、劳动强度较大，而且在工艺过程中，柠檬酸清液质量较差。
图1为本发明提供的柠檬酸的分离方法的流程图。
具体实施例方式按照本发明，所述柠檬酸的分离方法包括下述步骤1)将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合，静置分层，形成上层柠檬酸清液和下层菌体液；2)将上层柠檬酸清液排出并进行过滤，将下层菌体液进行固液分离；所述絮凝剂为能够使柠檬酸发酵液中的菌体絮凝和/或沉降的物质。本发明的发明人发现，将絮凝剂以絮凝剂溶液的形式与柠檬酸发酵液混合，能够使之与柠檬酸发酵液混合的更均勻，使该发酵液中的菌体沉降的更完全。按照本发明，所述絮凝剂溶液中的溶剂可以是各种可与絮凝剂形成溶液的溶剂， 通常情况下，所述絮凝剂溶液中的溶剂为水。所述絮凝剂可以是各种能够将柠檬酸发酵液中的菌体沉降，并使其从发酵液中有效分离的絮凝剂，优选情况下，所述絮凝剂可以选自聚丙烯酰胺和/或聚丙烯酸钠。更优选情况下，所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，所述阴离子型聚丙烯酰胺的数均分子量可以为500万-1500万，优选为800万-1000万。所述聚丙烯酸钠的数均分子量可以为20万-80万，优选为40万-60万。在本发明中，絮凝剂与水可以互溶，因此，所述絮凝剂溶液中絮凝剂的浓度的可调节范围较宽，出于成本和效果的综合考虑，所述絮凝剂溶液中絮凝剂的质量体积浓度优选为 0. 1-0. 5% (m/v)。按照本发明的方法，所述絮凝剂溶液的用量的可调节范围较宽，例如，可以根据柠檬酸发酵液中菌体的量的多少来调节絮凝剂溶液的用量，优选情况下，以每立方米柠檬酸发酵液为基准，所述絮凝剂溶液的用量可以为20-200ppm，出于成本和效果的综合考虑，所述絮凝剂溶液的用量更优选为30-80ppm。所述柠檬酸发酵液中菌体的质量体积浓度一般为1-2% (m/v)。上述m/v指质量体积浓度，具体含义包括每升絮凝剂溶液中絮凝剂的质量或每升柠檬酸发酵液中菌体的质量。按照本发明，在步骤1)中，将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合，静置分层的条件的可选择范围较宽，所述混合和静置只要能够保证将与絮凝剂溶液混合后的柠檬酸发酵液形成上层柠檬酸清液和下层菌体液即可。为了使柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合的更均勻，所述柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液的混合优选在搅拌下进行，所述搅拌混合的时间可以为1-30分钟，更优选为3-10分钟；将得到的混合物静置的时间可以为1-60分钟，更优选为 10-30分钟。按照本发明，将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合的方式没有特别限定，例如，可以是静态混合，也可以是动态混合，亦或者是两种混合方式的结合。其中，所述静态混合可以为将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液在容器，如静置设备中混合并静置；所述动态混合可以为将来自不同输送管道的柠檬酸发酵液和絮凝剂溶液在另一输送管道中汇合并在流动过程中混合，并将该混合物输送至静置设备中进行静置。按照本发明，该方法还包括在将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合之前将发酵液灭菌的步骤，所述灭菌的条件可以为本领域技术人员所公知的常规的灭菌条件，例如，所述灭菌条件可以包括灭菌的温度和灭菌的时间，所述灭菌的温度可以为65-70°C，所述灭菌的时间可以为10-20分钟。按照本发明，将上层柠檬酸清液排出，并进行过滤的方法可以采用本领域常规的各种过滤方法，过滤的方法和条件只要使得过滤后得到的清液浊度达到10NTU以下即可。 由于在进行该过滤步骤之前，已经通过加入絮凝剂溶液将柠檬酸发酵清液中的菌体进行了充分沉淀，因此，在将上层柠檬酸清液排出后，采用常规的过滤方法和条件即可以使清液的浊度达到10NTU以下。例如，在本发明的具体实施方式
中可以采用预涂有硅藻土的板框压滤机进行过滤，硅藻土的厚度可以为10-50微米，板框压滤机的过滤面积可以为20-40平方米，板框工作压力可以为14-18Mpa。按照本发明，将下层菌体液进行固液分离的方法可以采用本领域常规的各种固液分离方法，例如，过滤或者离心的方法，所述固液分离的方法和条件只要使得过滤后得到的滤液的浊度为10NTU以下即可。例如，在本发明的具体实施方式
中可以采用预涂有硅藻土的板框压滤机进行过滤，硅藻土的厚度可以为10-50微米，板框压滤机的过滤面积可以为 20-40平方米，板框工作压力可以为14-18Mpa。此外，由于下层菌体液的粘度相对上层清液要大，采用离心的方式进行固液分离可以更方便，例如，可以将菌体液通过卧螺离心机进行固液分离。其具体操作方法和条件为本领域技术人员所公知，在这里不再赘述。按照本发明，该方法还包括将下层菌体液进行固液分离后，将得到的固相进行干燥的步骤。所述干燥的方法和条件均可以采用本领域公知的方法和条件进行。例如，干燥的方式可以为自然干燥，鼓风干燥，真空干燥等各种常规的干燥方式。所述干燥的条件可以包括干燥的温度为50-100°C，干燥的时间可以为1-5小时。在本发明中，将上层清液排出的方法包括用抽吸装置将上层清液抽出，或者通过打开自身排出管道将上层清液排出。在本发明中，可以将得到的上层清液(或者还可以为上层清液与将下层菌体液进行固液分离后得到的滤液的混合物)直接进入后续的工序，例如，中和工序，中和的方法和条件可以为本领域技术人员公知的常规的方法和条件，通常采用碳酸钙进行中和。按照本发明，所述柠檬酸发酵液中的柠檬酸的质量体积浓度一般为11-14%。所述质量体积浓度指每升柠檬酸发酵液中柠檬酸的质量。本发明的方法可以适用于发酵液中各种菌体的分离，特别适用于发酵液中谷氨酸菌体的分离。下面将通过具体实施例对本发明进行进一步的详细描述，以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。下述实施例中，所述板框压滤机的过滤面积为30平方米，并在表面涂敷硅藻土涂层，涂层厚度为10微米，板框最大工作压力为15Mpa。所述浊度测试方法为采用浊度仪(WGZ-200浊度仪)进行检测。按照GB/ T12087-2008 (烘箱干燥法)对滤饼水分含量进行测定。实施例1
本实施例用于说明本发明提供的柠檬酸发酵液的分离方法。(1)将250L柠檬酸发酵液(柠檬酸质量体积浓度为13%，菌体的浓度为(m/ ν))置于反应罐中，将该发酵液升温至65°C，并保温10分钟，进行加热灭菌。(2)将数均分子量为1000万的聚丙烯酰胺絮凝剂溶于水中，制得质量百分比浓度为0. 2%的溶液；并将灭菌后的发酵液中加入所述絮凝剂水溶液，以每立方米柠檬酸发酵液为基准，所述絮凝剂的加入量为lOOppm，搅拌混合5分钟，并静置20分钟，使菌体自然沉降，形成上层柠檬酸发酵清液和下层菌体液。(3)将上层柠檬酸发酵清液排出，并用离心泵将步骤( 得到的上层柠檬酸发酵清液打入板框压滤机中进行精滤，该清液的流量为60L/h，直到发酵液进完为止。(4)进水(进水量为2体积％上清液量)冲洗滤饼，然后用空气吹干。(5)用卧螺离心机将步骤(2)得到的下层菌体液进行固液分离，将清液按照步骤 (3)的条件直接进行精滤，将滤饼在80°C下烘干2小时。实验结果为絮凝后固液比为1 1. 8 ；滤饼水分60% (m/m)，其中残柠檬酸酸含量0.2% (m/m)；滤液浊度为4.8NTU。每平方板框过滤体积为4000L，滤液质量符合要求。实施例2本实施例用于说明本发明提供的柠檬酸发酵液的分离方法。(1)将250L柠檬酸发酵液(柠檬酸质量体积浓度为13. 5%，菌体的浓度为1. 5% (m/v))置于反应罐中，将该发酵液升温至70°C，并保温20分钟，进行加热灭菌。(2)将数均分子量为800万的聚丙烯酰胺絮凝剂溶于水中，制得质量百分比浓度为0. 2%的溶液；并将灭菌后的发酵液中加入所述絮凝剂水溶液，以每立方米发酵液为基准，所述絮凝剂的加入量为30ppm，搅拌混合5分钟，并静置30分钟，使菌体自然沉降，形成上层柠檬酸发酵清液和下层菌体液。(3)将上层柠檬酸发酵清液排出，并用离心泵将步骤( 得到的上层柠檬酸发酵清液打入板框压滤机中进行精滤，该清液的流量为60L/h，直到发酵液进完为止。(4)进水(进水量为2%体积％上清液量)冲洗滤饼，然后用空气吹干。(5)用卧螺离心机将步骤(2)得到的下层菌体液进行固液分离，将清液按照步骤 (3)的条件直接进行精滤，将滤饼在60°C下烘干4小时。实验结果为絮凝后固液比为1 2;滤饼水分61% (m/m)，其中残柠檬酸酸含量 0. 23% (m/m)；滤液浊度4. ONTU。每平方板框过滤体积为4000L，滤液质量符合要求。实施例3本实施例用于说明本发明提供的柠檬酸发酵液的分离方法。(1)将250L柠檬酸发酵液(柠檬酸质量体积浓度为13%，菌体的浓度为2% (m/ ν))置于反应罐中，将该发酵液升温至65°C，并保温15分钟，进行加热灭菌。(2)将数均分子量为800万的聚丙烯酰胺絮凝剂溶于水中，制得质量百分比浓度为0. 2%的溶液；并将灭菌后的发酵液中加入所述絮凝剂水溶液，以每立方米发酵液为基准，所述絮凝剂的加入量为50ppm，搅拌混合5分钟，并静置30分钟，使菌体自然沉降，形成上层柠檬酸发酵清液和下层菌体液。(3)将上层柠檬酸发酵清液排出，并用离心泵将步骤( 得到的上层柠檬酸发酵清液打入板框压滤机中进行精滤，该清液的流量为60L/h，直到发酵液进完为止。
(4)进水(进水量为2%体积上清液量)冲洗滤饼，然后用空气吹干。(5)用卧螺离心机将步骤(2)得到的下层菌体液进行固液分离，将清液按照步骤 (3)的条件直接进行精滤，将滤饼在90温度下烘干1. 5小时。实验结果为絮凝后固液比为1 2 ；滤饼水分59% (m/m)，其中残柠檬酸酸含量 0.2% (m/m)；滤液浊度4.5NTU。每平方板框过滤体积为4000L，滤液质量符合要求。实施例4本实施例用于说明本发明提供的柠檬酸的分离方法。按照实施例1的方法对柠檬酸发酵液进行分离，不同的是，将柠檬酸发酵液与絮凝剂混合的方式为，将来自不同输送管道的柠檬酸发酵液和絮凝剂水溶液在另一输送管道中汇合并在流动过程中混合，并将该混合物输送至静置设备中进行静置。实验结果为絮凝后固液比为1 1. 5 ；滤饼水分60% (m/m)，其中残柠檬酸酸含量0.15% (m/m)；滤液浊度5NTU。每平方板框过滤体积为4000L，滤液质量符合要求。实施例5本实施例用于说明本发明提供的柠檬酸的分离方法。按照实施例1的方法对柠檬酸发酵液进行分离，不同的是，在步骤O)中，将数均分子量为50万的聚丙烯酸钠絮凝剂溶于水中，制得质量百分比浓度为0. 5%的溶液；并将灭菌后的发酵液中加入所述絮凝剂水溶液，以每立方米发酵液为基准，所述絮凝剂的加入量为40ppm，搅拌混合5分钟，并静置30分钟，使菌体自然沉降，形成上层柠檬酸发酵清液和下层菌体液。实验结果为絮凝后固液比为1 2;滤饼水分61% (m/m)，其中残柠檬酸酸含量 0. 17% (m/m)；滤液浊度6. 2NTU。每平方板框过滤体积为4000L，滤液质量符合要求。对比例1本对比例用于说明现有技术的柠檬酸的分离方法。按照实施例1的方法对柠檬酸发酵液进行分离，不同的是，不向发酵液中加入絮凝剂溶液，而是通过自然沉降的方式静置。实验结果为固液比为2 1;滤饼水分64% (m/m)，其中残柠檬酸酸含量0.23% (m/m)，滤液浊度25NTU。每平方板框过滤体积为1500L，滤液质量不符合要求。对比上述两种工艺可以看出，采用本发明提供的方法得到的柠檬酸清液的杂质较低、色泽较好，且收率高，此外，该方法简单实用，水、电、蒸汽消耗低；设备投资低，自动化程度尚。
权利要求
1.一种柠檬酸的分离方法，其特征在于，该方法包括下述步骤1)将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合，静置分层，形成上层柠檬酸清液和下层菌体液；2)将上层柠檬酸清液排出并进行过滤，将下层菌体液进行固液分离；所述絮凝剂为能够使柠檬酸发酵液中的菌体絮凝和/或沉降的物质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述絮凝剂溶液为絮凝剂的水溶液，所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺和/或聚丙烯酸钠。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，所述阴离子型聚丙烯酰胺的数均分子量为500万-1500万；聚丙烯酸钠的数均分子量为20万-80 万。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，以每立方米柠檬酸发酵液为基准， 所述柠檬酸发酵液中絮凝剂的量为20-200ppm，絮凝剂溶液的质量体积浓度为0. 1-0. 5% ； 柠檬酸发酵液中菌体的质量体积浓度为1_2%。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤1)中，所述柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液的混合在搅拌下进行，所述混合的时间为1-30分钟；静置的时间为1-60分钟。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其中，所述柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液的混合方式为静态混合和/或动态混合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括在将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合之前将发酵液灭菌的步骤，所述灭菌的条件包括灭菌的温度为65-70°C，灭菌的时间为 10-20分钟。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，将上层柠檬酸清液进行过滤的方法和条件使过滤后的滤液的浊度为10NTU以下；将下层菌体液进行固液分离的方法和条件使得到的滤液的浊度在10NTU以下。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括将下层菌体液进行固液分离后，将得到的固相进行干燥的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述干燥的条件包括干燥的温度为50-100°C， 干燥的时间为1-5小时。
全文摘要
一种柠檬酸的分离方法，其中，该方法包括下述步骤1)将柠檬酸发酵液与絮凝剂溶液混合，静置分层，形成上层柠檬酸清液和下层菌体液；2)将上层柠檬酸清液排出并进行过滤，将下层菌体液进行固液分离；所述絮凝剂为能够使柠檬酸发酵液中的菌体絮凝和/或沉降的物质。与现有技术相比，采用本发明提供的方法得到的柠檬酸清液的杂质较低、色泽较好，且收率高，此外，该方法简单实用，水、电、蒸汽消耗低；设备投资低，自动化程度高。
文档编号C07C51/42GK102260164SQ20101018347
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者周永生, 满云, 熊结青, 陈影, 顾宗池 申请人:安徽丰原生物化学股份有限公司