專利名稱:非結(jié)晶法乳酸生產(chǎn)工藝的制作方法
本發(fā)明涉及一種乳酸生產(chǎn)新工藝-非結(jié)晶法乳酸生產(chǎn)工藝。
生產(chǎn)乳酸主要是以含淀粉的物質(zhì)為原料經(jīng)過(guò)糖化酶解轉(zhuǎn)化為單糖(葡萄糖、麥芽糖)進(jìn)而在乳酸桿菌作用下生成乳酸，再進(jìn)一步濃縮提取。
現(xiàn)有乳酸生產(chǎn)工藝流程如下調(diào)漿→糖化發(fā)酵→前處理→后處理，其中前處理過(guò)程是除去發(fā)酵后的蛋白質(zhì)、殘?zhí)恰⒅?、纖維素等雜質(zhì)，其具體步驟如下加熱→沉淀→蒸發(fā)→結(jié)晶→洗滌溶化。
上述工藝存在著以下不足(1)生產(chǎn)周期長(zhǎng)，僅前處理過(guò)程就需7天～10天;
(2)由于洗滌溶化過(guò)程中損失率較高，所以收率低;
(3)結(jié)晶步驟雜質(zhì)分離效果差，成品色度較高;
(4)需要設(shè)備繁多，僅沉淀步驟就需要沉淀池和沉淀槽(二次沉淀)結(jié)晶步驟需要結(jié)晶桶;洗滌溶化步驟需要離心機(jī)、打晶機(jī)、洗滌槽;由此而帶來(lái)了繁重的體力勞動(dòng);
(5)能耗大。
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單可行的乳酸生產(chǎn)工藝，特別對(duì)原乳酸生產(chǎn)工藝的前處理過(guò)程加以改進(jìn)，采用非結(jié)晶法生產(chǎn)工藝，從而可克服原有乳酸生產(chǎn)工藝存在的不足。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的非結(jié)晶法乳酸生產(chǎn)工藝流程為調(diào)漿糊化→糖化發(fā)酵→前處理→后處理，其中(1)調(diào)漿糊化過(guò)程包括原料粉碎、調(diào)漿、糊化等步驟;
(2)糖化發(fā)酵過(guò)程包括糖化發(fā)酵、過(guò)濾、加熱等步驟;
(3)前處理過(guò)程包括邁德拉反應(yīng)(羥胺反應(yīng))、一次吸咐、敏化絮凝、二次吸咐沉降等步驟;
(4)后處理過(guò)程包括蒸發(fā)、復(fù)分解、濃縮、抽濾、離子交換、再濃縮、再抽濾、成品包裝等步驟。
(1)調(diào)漿糊化過(guò)程把玉米、薯干等原料用粉碎機(jī)粉碎，然后按水∶原料＝4∶1、原料∶糠+麩皮(發(fā)酵培養(yǎng)基)＝9∶1、α淀粉酶10r(淀粉酶活力單位)/克(干原料)的比例攪拌均勻，調(diào)成漿狀，即可進(jìn)行糊化。在壓力為0.5kg/cm2條件下加熱到溫度至85℃～90℃(加熱時(shí)間約10分鐘左右)，然后降壓至零;約1小時(shí)左右后，繼續(xù)升壓至壓力為1～1.5kg/cm2條件下加熱至溫度100℃(加熱時(shí)間約30分鐘左右)。
糊化過(guò)程主要是淀粉受淀粉酶作用的水解過(guò)程，其主要產(chǎn)物是糖(含單糖和多元糖)，余量為蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪等。
(2)糖化發(fā)酵過(guò)程為了使淀粉酶進(jìn)一步完全轉(zhuǎn)化，并使多元糖轉(zhuǎn)化為單糖。在糖化發(fā)酵步驟中按水∶糊化料＝10∶1、糖化酶120r/g、糊化料∶菌種(德式乳酸桿菌)＝9∶1的比例調(diào)均勻，在PH值為5.5～6，溫度為50℃±1℃的條件下發(fā)酵，在這一過(guò)程中，需要不斷地加入CaCO3作為中和劑，以中和發(fā)酵步驟中糖類轉(zhuǎn)化生成的乳酸，使生成乳酸鈣。這一過(guò)程的主要化學(xué)反應(yīng)為
中和2C3H6O3+CaCO3+5H2O Ca(C3H6O3)2·5H2O+CO2+H2O發(fā)酵后進(jìn)行板框過(guò)濾，對(duì)一些纖維素和CaCO3進(jìn)行一次粗分離，并在加熱至70℃條件下往過(guò)濾液中以發(fā)酵糊化料∶氧化鈣＝90～95%∶5～10%的比例，加入氧化鈣，其目的在于殺菌并徹底中和乳酸，使進(jìn)一步完全生成乳酸鈣，然后將過(guò)濾液(PH值為12)加熱至沸騰(溫度約100℃左右)。
(3)前處理過(guò)程前處理過(guò)程包括了邁德拉反應(yīng)(羥胺反應(yīng))、一次吸咐、敏化絮凝、二次吸咐沉降等步驟，各個(gè)步驟是在一定催化劑條件或者溫度條件或者PH值條件或攪拌條件或其它條件下進(jìn)行，整個(gè)前處理過(guò)程在溫度低于100℃、PH值大于7的條件下進(jìn)行。
邁德拉反應(yīng)主要是溶液中蛋白質(zhì)與殘余的糖進(jìn)行反應(yīng)生成羥胺復(fù)合物，呈膠體狀態(tài)。這一步驟是在有催化劑作用下進(jìn)行的。通過(guò)邁德拉反應(yīng)，未完全轉(zhuǎn)化為乳酸的殘?zhí)呛偷鞍踪|(zhì)在催化劑作用下變成難溶于水的膠體狀大分子有機(jī)物，便于在敏化絮凝步驟中易于除去。在邁德拉反該步驟中選用堿土金屬鹽作催化劑。其一是加快邁德拉反應(yīng);其二是使蛋白質(zhì)鹽析轉(zhuǎn)化，以在下一步敏化絮凝步驟吸咐沉淀過(guò)程中除去。堿土金屬鹽的用量小于5%(重量百分比)，在這個(gè)范圍內(nèi)，均可起到催化作用。
一次吸咐步驟選用活性炭作吸咐劑，在邁德拉反應(yīng)中，雜質(zhì)形成了大小不同的分子，在溶液中有膠體微粒也有懸浮物(多為脂肪類)，加入活性炭以吸附分子半徑較小的膠體顆粒。反應(yīng)在溫度低于100℃條件下進(jìn)行，吸附劑用量在1%(重量百分比)以下均可實(shí)施。
敏化絮凝步驟(敏化絮凝概念源于高分子化學(xué)和膠體化學(xué)。可起到絮凝劑作用的高分子，由于其“架橋作用而導(dǎo)致粒子聚集的過(guò)程稱絮凝作用，如在分散體系中同時(shí)投加高分子和電解質(zhì)，這時(shí)出現(xiàn)的特殊絮凝過(guò)程則取名為敏化作用，該步驟基于此理論故稱之為敏化絮凝步驟)以鎂鹽和氧化鈣形成絮狀物沉淀，以利吸咐未被活性炭吸咐的雜質(zhì)和已吸咐有雜質(zhì)的活性炭及懸浮物，我們把鎂鹽和氧化鈣稱為敏化絮凝劑，以硫酸鎂為例其化學(xué)反應(yīng)如下
所以在敏化絮凝步驟中，由于敏化作用首先形成大小半徑不同的Mg(OH)2膠體顆粒，然后膠體顆粒之間相互粘合為絮狀物并具有大小不同孔徑，呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得膠體顆粒具有較大的比表面，這些絮狀物具有以下作用①能吸咐邁德拉反應(yīng)中所形成的大小不同的膠體顆粒;
②由于其具有較大的比表面，可增加分子間的結(jié)合能力，擴(kuò)大吸咐范圍;
③由于絮凝產(chǎn)生的膠體具有不同電荷，使得異性電荷的膠體顆粒相吸，有利于微粒之間的粘合;
④起過(guò)濾作用，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)絮凝物恰似濾網(wǎng)，使難溶于水的有機(jī)物雜質(zhì)粘在濾網(wǎng)上并帶下沉，易于除去。
在敏化絮凝步驟中敏化絮凝劑用量為鎂鹽∶氧化鈣＝2∶1。攪拌速度的高低對(duì)敏化絮凝作用也有一定影響，本發(fā)明該步驟攪拌速度為小于200轉(zhuǎn)/分為佳。
二次吸咐沉降步驟就是二次沉降分離步驟，這一步驟中，在溶液中加適量助沉劑，以便使絮凝步驟中生成的網(wǎng)狀絮凝物相互粘聚為一體，起到徹底吸附自然沉降分離雜質(zhì)的作用。這一步驟進(jìn)行后，溶液中出現(xiàn)分層，雜質(zhì)隨絮凝物下沉。上層為透明乳酸鈣溶液，棄去雜質(zhì)，即可對(duì)溶液進(jìn)行后處理過(guò)程。助沉劑是溶于水后呈粘稠狀液體的高分子化合物，主要起架橋作用，靠分子結(jié)構(gòu)支鏈以及極性使網(wǎng)狀絮凝物聯(lián)為一體，最后自然下沉，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，助沉劑的用量在50PPm以下均可達(dá)到使絮凝物自然下沉以利于分離的目的。
整個(gè)前處理過(guò)程在同一個(gè)反應(yīng)罐中進(jìn)行，不需要更換設(shè)備和容器，而且僅用6小時(shí)～8小時(shí)即可完成。
(4)后處理過(guò)程和原有乳酸生產(chǎn)工藝基本相同，即包括蒸發(fā)、復(fù)分解、濃縮、抽濾、離子交換、成品包裝等步驟。
蒸發(fā)是在600mmHg條件下進(jìn)行，蒸發(fā)至溶液濃度為14Bc°～18Bc°。然后加熱至沸騰，加H2SO4攪拌，即進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)式如下
同時(shí)，加入適量活性炭進(jìn)行脫色處理。在壓力為600mmHg，溫度80℃左右條件下加熱濃縮，繼續(xù)加少量活性炭脫色，然后進(jìn)行抽濾，除去沉淀物。再分別用陽(yáng)離子樹(shù)脂和陰離子樹(shù)脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)，以除去無(wú)機(jī)物雜質(zhì)。再濃縮、抽濾，即可得到濃度為80%的乳酸產(chǎn)品，可裝桶包裝。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是①縮短了生產(chǎn)周期，由原來(lái)的15天左右，縮短到6天～7天;
②提高了收率，由原工藝的50%左右，提高到75%左右;
③由于采用了二次吸咐，擴(kuò)大了吸咐范圍，提高了雜質(zhì)分離效果、減少了色素，該工藝生產(chǎn)的乳酸色號(hào)由原來(lái)10以上降低到了5號(hào)以下;
④減少了工藝設(shè)備，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了工藝流程;
⑤降低了能源消耗。
以下是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例溫度條件對(duì)邁德拉反應(yīng)的影響溫度 殘?zhí)橇? 蛋白質(zhì)量 結(jié)果120℃ 0.5% 0.1% 反應(yīng)速度較快100℃ 0.15% 0.001% 最佳條件50℃ 1.1% 0.5% 反應(yīng)速度下降30℃ 1.8% 0.9% 反應(yīng)速度較慢20℃ 3.5% 1.5% 緩慢進(jìn)行催化劑對(duì)邁德拉反應(yīng)的影響在100℃條件下，進(jìn)行了加入催化劑(我們選用的鎂鹽是MgSO4)和不加入催化劑對(duì)反應(yīng)速度的影響，經(jīng)過(guò)3小時(shí)，進(jìn)行糖、蛋白質(zhì)殘量的測(cè)定，含量分別在加催化劑 糖殘量0.05% 蛋白質(zhì)殘量0.001%沒(méi)加催化劑 糖殘量0.2% 蛋白質(zhì)殘量0.08%同時(shí)，對(duì)催化劑用量所作的實(shí)驗(yàn)證明，催化劑用量在2%時(shí)效果最佳。關(guān)于鎂鹽的選擇，MgCL2、MgO的效果也和MgSO4差不多。
PH值的影響(絮凝步驟)實(shí)驗(yàn)證明，在PH值為12時(shí)，絮凝狀物大小孔眼分布均勻，分子間聯(lián)結(jié)成長(zhǎng)鏈?zhǔn)剐纬删鶆虻木W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
攪拌速度的影響1500轉(zhuǎn)/分 溶液無(wú)分層500轉(zhuǎn)/分 同上
300轉(zhuǎn)/分 少有分層，不明顯100轉(zhuǎn)/分 分層較好30轉(zhuǎn)/分 分層明顯，透明度好20轉(zhuǎn)/分 同上10轉(zhuǎn)/分 同上本實(shí)施例選用PAA作助沉劑。
權(quán)利要求
1.一種非結(jié)晶法乳酸生產(chǎn)工藝，其工藝流程為調(diào)漿糊化→糖化發(fā)酵→前處理→后處理，其特征在于前處理過(guò)程分為邁德拉反應(yīng)→一次吸咐→敏化絮凝→二次吸咐沉降等步驟，各步驟在一定催化劑條件或溫度條件或pH值條件或攪拌條件或其它條件下進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的乳酸生產(chǎn)工藝，其特征在于前處理過(guò)程在溫度低于100℃、PH值大于7的條件下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的乳酸生產(chǎn)工藝，其特征在于邁德拉反應(yīng)步驟在催化劑作用下進(jìn)行，所用催化劑為堿土金屬鹽，其用量小于5%(重量百分比)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的乳酸生產(chǎn)工藝，其特征在于一次吸咐步驟所用吸咐劑是活性炭，其用量小于1%(重量百分比)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的乳酸生產(chǎn)工藝，其特征在于敏化絮凝步驟所用敏化絮凝劑為鎂鹽和氧化鈣，其用量為鎂鹽∶氧化鈣＝2∶1，攪拌速度在200轉(zhuǎn)/分以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的乳酸生產(chǎn)工藝，其特征在于二次吸咐沉降步驟用適量助沉劑進(jìn)行吸咐沉降。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的乳酸生產(chǎn)工藝，其特征在于助沉劑用量在50PPm以下均可。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種乳酸生產(chǎn)新工藝——非結(jié)晶法乳酸生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的工藝流程為調(diào)漿糊化→糖化發(fā)酵→前處理→后處理，其中前處理過(guò)程對(duì)原有乳酸生產(chǎn)工藝的結(jié)晶，洗滌等步驟加以改進(jìn)，采用了邁德拉反應(yīng)→一次吸咐→敏化絮凝→二次吸咐沉降的步驟，使縮短了生產(chǎn)周期提高了收率和產(chǎn)品質(zhì)量，簡(jiǎn)化了工藝流程，減少了設(shè)備和降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C12P7/56GK87107162SQ87107162
公開(kāi)日1988年5月18日 申請(qǐng)日期1987年10月24日
發(fā)明者王然明, 張鵬, 師先峰, 孫耀章, 張明琴, 史文爭(zhēng), 王學(xué)舉 申請(qǐng)人:河南省鄲城縣生物化工廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan