专利名称:非结晶法乳酸生产工艺的制作方法
本发明涉及一种乳酸生产新工艺-非结晶法乳酸生产工艺。
生产乳酸主要是以含淀粉的物质为原料经过糖化酶解转化为单糖(葡萄糖、麦芽糖)进而在乳酸杆菌作用下生成乳酸，再进一步浓缩提取。
现有乳酸生产工艺流程如下调浆→糖化发酵→前处理→后处理，其中前处理过程是除去发酵后的蛋白质、残糖、脂肪、纤维素等杂质，其具体步骤如下加热→沉淀→蒸发→结晶→洗涤溶化。
上述工艺存在着以下不足(1)生产周期长，仅前处理过程就需7天～10天;
(2)由于洗涤溶化过程中损失率较高，所以收率低;
(3)结晶步骤杂质分离效果差，成品色度较高;
(4)需要设备繁多，仅沉淀步骤就需要沉淀池和沉淀槽(二次沉淀)结晶步骤需要结晶桶;洗涤溶化步骤需要离心机、打晶机、洗涤槽;由此而带来了繁重的体力劳动;
(5)能耗大。
本发明的目的在于提供一种简单可行的乳酸生产工艺，特别对原乳酸生产工艺的前处理过程加以改进，采用非结晶法生产工艺，从而可克服原有乳酸生产工艺存在的不足。
本发明是这样实现的非结晶法乳酸生产工艺流程为调浆糊化→糖化发酵→前处理→后处理，其中(1)调浆糊化过程包括原料粉碎、调浆、糊化等步骤;
(2)糖化发酵过程包括糖化发酵、过滤、加热等步骤;
(3)前处理过程包括迈德拉反应(羟胺反应)、一次吸咐、敏化絮凝、二次吸咐沉降等步骤;
(4)后处理过程包括蒸发、复分解、浓缩、抽滤、离子交换、再浓缩、再抽滤、成品包装等步骤。
(1)调浆糊化过程把玉米、薯干等原料用粉碎机粉碎，然后按水∶原料＝4∶1、原料∶糠+麸皮(发酵培养基)＝9∶1、α淀粉酶10r(淀粉酶活力单位)/克(干原料)的比例搅拌均匀，调成浆状，即可进行糊化。在压力为0.5kg/cm2条件下加热到温度至85℃～90℃(加热时间约10分钟左右)，然后降压至零;约1小时左右后，继续升压至压力为1～1.5kg/cm2条件下加热至温度100℃(加热时间约30分钟左右)。
糊化过程主要是淀粉受淀粉酶作用的水解过程，其主要产物是糖(含单糖和多元糖)，余量为蛋白质、纤维素、脂肪等。
(2)糖化发酵过程为了使淀粉酶进一步完全转化，并使多元糖转化为单糖。在糖化发酵步骤中按水∶糊化料＝10∶1、糖化酶120r/g、糊化料∶菌种(德式乳酸杆菌)＝9∶1的比例调均匀，在PH值为5.5～6，温度为50℃±1℃的条件下发酵，在这一过程中，需要不断地加入CaCO3作为中和剂，以中和发酵步骤中糖类转化生成的乳酸，使生成乳酸钙。这一过程的主要化学反应为
中和2C3H6O3+CaCO3+5H2O Ca(C3H6O3)2·5H2O+CO2+H2O发酵后进行板框过滤，对一些纤维素和CaCO3进行一次粗分离，并在加热至70℃条件下往过滤液中以发酵糊化料∶氧化钙＝90～95%∶5～10%的比例，加入氧化钙，其目的在于杀菌并彻底中和乳酸，使进一步完全生成乳酸钙，然后将过滤液(PH值为12)加热至沸腾(温度约100℃左右)。
(3)前处理过程前处理过程包括了迈德拉反应(羟胺反应)、一次吸咐、敏化絮凝、二次吸咐沉降等步骤，各个步骤是在一定催化剂条件或者温度条件或者PH值条件或搅拌条件或其它条件下进行，整个前处理过程在温度低于100℃、PH值大于7的条件下进行。
迈德拉反应主要是溶液中蛋白质与残余的糖进行反应生成羟胺复合物，呈胶体状态。这一步骤是在有催化剂作用下进行的。通过迈德拉反应，未完全转化为乳酸的残糖和蛋白质在催化剂作用下变成难溶于水的胶体状大分子有机物，便于在敏化絮凝步骤中易于除去。在迈德拉反该步骤中选用碱土金属盐作催化剂。其一是加快迈德拉反应;其二是使蛋白质盐析转化，以在下一步敏化絮凝步骤吸咐沉淀过程中除去。碱土金属盐的用量小于5%(重量百分比)，在这个范围内，均可起到催化作用。
一次吸咐步骤选用活性炭作吸咐剂，在迈德拉反应中，杂质形成了大小不同的分子，在溶液中有胶体微粒也有悬浮物(多为脂肪类)，加入活性炭以吸附分子半径较小的胶体颗粒。反应在温度低于100℃条件下进行，吸附剂用量在1%(重量百分比)以下均可实施。
敏化絮凝步骤(敏化絮凝概念源于高分子化学和胶体化学。可起到絮凝剂作用的高分子，由于其“架桥作用而导致粒子聚集的过程称絮凝作用，如在分散体系中同时投加高分子和电解质，这时出现的特殊絮凝过程则取名为敏化作用，该步骤基于此理论故称之为敏化絮凝步骤)以镁盐和氧化钙形成絮状物沉淀，以利吸咐未被活性炭吸咐的杂质和已吸咐有杂质的活性炭及悬浮物，我们把镁盐和氧化钙称为敏化絮凝剂，以硫酸镁为例其化学反应如下
所以在敏化絮凝步骤中，由于敏化作用首先形成大小半径不同的Mg(OH)2胶体颗粒，然后胶体颗粒之间相互粘合为絮状物并具有大小不同孔径，呈网状结构，使得胶体颗粒具有较大的比表面，这些絮状物具有以下作用①能吸咐迈德拉反应中所形成的大小不同的胶体颗粒;
②由于其具有较大的比表面，可增加分子间的结合能力，扩大吸咐范围;
③由于絮凝产生的胶体具有不同电荷，使得异性电荷的胶体颗粒相吸，有利于微粒之间的粘合;
④起过滤作用，网状结构絮凝物恰似滤网，使难溶于水的有机物杂质粘在滤网上并带下沉，易于除去。
在敏化絮凝步骤中敏化絮凝剂用量为镁盐∶氧化钙＝2∶1。搅拌速度的高低对敏化絮凝作用也有一定影响，本发明该步骤搅拌速度为小于200转/分为佳。
二次吸咐沉降步骤就是二次沉降分离步骤，这一步骤中，在溶液中加适量助沉剂，以便使絮凝步骤中生成的网状絮凝物相互粘聚为一体，起到彻底吸附自然沉降分离杂质的作用。这一步骤进行后，溶液中出现分层，杂质随絮凝物下沉。上层为透明乳酸钙溶液，弃去杂质，即可对溶液进行后处理过程。助沉剂是溶于水后呈粘稠状液体的高分子化合物，主要起架桥作用，靠分子结构支链以及极性使网状絮凝物联为一体，最后自然下沉，经实验证明，助沉剂的用量在50PPm以下均可达到使絮凝物自然下沉以利于分离的目的。
整个前处理过程在同一个反应罐中进行，不需要更换设备和容器，而且仅用6小时～8小时即可完成。
(4)后处理过程和原有乳酸生产工艺基本相同，即包括蒸发、复分解、浓缩、抽滤、离子交换、成品包装等步骤。
蒸发是在600mmHg条件下进行，蒸发至溶液浓度为14Bc°～18Bc°。然后加热至沸腾，加H2SO4搅拌，即进行复分解反应，反应式如下
同时，加入适量活性炭进行脱色处理。在压力为600mmHg，温度80℃左右条件下加热浓缩，继续加少量活性炭脱色，然后进行抽滤，除去沉淀物。再分别用阳离子树脂和阴离子树脂进行离子交换反应，以除去无机物杂质。再浓缩、抽滤，即可得到浓度为80%的乳酸产品，可装桶包装。
本发明的优点是①缩短了生产周期，由原来的15天左右，缩短到6天～7天;
②提高了收率，由原工艺的50%左右，提高到75%左右;
③由于采用了二次吸咐，扩大了吸咐范围，提高了杂质分离效果、减少了色素，该工艺生产的乳酸色号由原来10以上降低到了5号以下;
④减少了工艺设备，降低了劳动强度，简化了工艺流程;
⑤降低了能源消耗。
以下是本发明的一个实施例温度条件对迈德拉反应的影响温度 残糖量 蛋白质量 结果120℃ 0.5% 0.1% 反应速度较快100℃ 0.15% 0.001% 最佳条件50℃ 1.1% 0.5% 反应速度下降30℃ 1.8% 0.9% 反应速度较慢20℃ 3.5% 1.5% 缓慢进行催化剂对迈德拉反应的影响在100℃条件下，进行了加入催化剂(我们选用的镁盐是MgSO4)和不加入催化剂对反应速度的影响，经过3小时，进行糖、蛋白质残量的测定，含量分别在加催化剂 糖残量0.05% 蛋白质残量0.001%没加催化剂 糖残量0.2% 蛋白质残量0.08%同时，对催化剂用量所作的实验证明，催化剂用量在2%时效果最佳。关于镁盐的选择，MgCL2、MgO的效果也和MgSO4差不多。
PH值的影响(絮凝步骤)实验证明，在PH值为12时，絮凝状物大小孔眼分布均匀，分子间联结成长链使形成均匀的网状结构。
搅拌速度的影响1500转/分 溶液无分层500转/分 同上
300转/分 少有分层，不明显100转/分 分层较好30转/分 分层明显，透明度好20转/分 同上10转/分 同上本实施例选用PAA作助沉剂。
权利要求
1.一种非结晶法乳酸生产工艺，其工艺流程为调浆糊化→糖化发酵→前处理→后处理，其特征在于前处理过程分为迈德拉反应→一次吸咐→敏化絮凝→二次吸咐沉降等步骤，各步骤在一定催化剂条件或温度条件或pH值条件或搅拌条件或其它条件下进行。
2.根据权利要求
1所述的乳酸生产工艺，其特征在于前处理过程在温度低于100℃、PH值大于7的条件下进行。
3.根据权利要求
1所述的乳酸生产工艺，其特征在于迈德拉反应步骤在催化剂作用下进行，所用催化剂为碱土金属盐，其用量小于5%(重量百分比)。
4.根据权利要求
1所述的乳酸生产工艺，其特征在于一次吸咐步骤所用吸咐剂是活性炭，其用量小于1%(重量百分比)。
5.根据权利要求
1或2所述的乳酸生产工艺，其特征在于敏化絮凝步骤所用敏化絮凝剂为镁盐和氧化钙，其用量为镁盐∶氧化钙＝2∶1，搅拌速度在200转/分以下。
6.根据权利要求
1所述的乳酸生产工艺，其特征在于二次吸咐沉降步骤用适量助沉剂进行吸咐沉降。
7.根据权利要求
6所述的乳酸生产工艺，其特征在于助沉剂用量在50PPm以下均可。
专利摘要
本发明提供了一种乳酸生产新工艺——非结晶法乳酸生产工艺。本发明的工艺流程为调浆糊化→糖化发酵→前处理→后处理，其中前处理过程对原有乳酸生产工艺的结晶，洗涤等步骤加以改进，采用了迈德拉反应→一次吸咐→敏化絮凝→二次吸咐沉降的步骤，使缩短了生产周期提高了收率和产品质量，简化了工艺流程，减少了设备和降低了劳动强度。
文档编号C12P7/56GK87107162SQ87107162
公开日1988年5月18日 申请日期1987年10月24日
发明者王然明, 张鹏, 师先峰, 孙耀章, 张明琴, 史文争, 王学举 申请人:河南省郸城县生物化工厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan