Краткие теоретические сведения по промышленному получению лимонной кислоты.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

О продукте. Лимонная кислота (С₆Н₈О₇) -- кристаллическое вещество белого цвета, температура плавления 153 °C, хорошо растворима в воде, растворима в этиловом спирте, мало растворима в диэтиловом эфире. Слабая трёхосновная кислота. Соли и эфиры лимонной кислоты называются цитратами. Впервые лимонная кислота была выделена в 1784 году из сока недозрелых лимонов шведским аптекарем Карлом Шееле.

В природе это вещество встречается довольно часто, главным образом в незрелых плодах цитрусовых, ананасов, груш, инжира, брусники, клюквы и др. Лимоны и апельсины были главными источниками естественной (растительной) лимонной кислоты, которую производили преимущественно в Италии, где в середине XIX в. начали действовать первые заводы по производству кристаллической лимонной кислоты. Затем аналогичные заводы начали действовать в Калифорнии (США), на Гавайских островах и в Вест-Индии.

Для получения лимонной кислоты путем микробного синтеза в лабораторных условиях использовали микромицеты (Aspergillus clavatus, Penicillium luteum, P. citricum, Mucor piriformis, Ustina vulgaris и др.), но для промышленного биосинтеза наиболее подходящим оказался Aspergillus niger. Впоследствии из него было селекционировано множество производственных штаммов для биосинтеза лимонной кислоты из сахарозы. Многие органические вещества сбраживаются микромицетами и могут быть трансформированы в лимонную кислоту, но максимальный выход получается при биосинтезе из сахарозы или фруктозы. В последнее время успешно завершены эксперименты по биосинтезу лимонной кислоты дрожжами (Candida lipolytica и др.) из парафинов и низших спиртов (этанола) с высоким выходом (80--140%).

Лимонная кислота по объему производства является одним из главных продуктов микробного синтеза. Ее общий выпуск в различных странах достигает 400 тыс. т в год. Лимонную кислоту получают в основном из мелассы. Заводы небольшой или средней мощности производят лимонную кислоту поверхностным методом культивирования. Глубинный метод экономически выгоден тогда, когда мощность завода превышает 2500 т лимонной кислоты в год.

Лимонную кислоту широко используют в кулинарии и в пищевой промышленности для приготовления безалкогольных напитков, мармелада, вафель, пастилы и др. Лимонная кислота включена в рецептуры некоторых сортов колбас и сыра, ее применяют в виноделии, для рафинирования растительных масел, для производства сгущенного молока. С помощью лимонной кислоты сохраняются естественные вкус и аромат при длительном хранении в замороженном состоянии мяса и рыбы.

При умеренном употреблении лимонная кислота стимулирует деятельность поджелудочной железы, возбуждает аппетит, способствует усвоению пищи.

Натриевые соли лимонной кислоты стимулируют вспенивание и механическую устойчивость пен, поэтому лимонную кислоту ценят кулинары, ее также применяют для изготовления шампуней и моющих средств. Последнее имеет важное экологическое значение, так как лимонная кислота и ее соли легко поддаются микробиологической деградации при очистке канализационных вод.

Лимонная кислота должна соответствовать показателям, предусмотренным ГОСТ 908 - 2004 (взамен ГОСТ 908 - 79). Это должны быть бесцветные кристаллы или белый порошок, без комков, для кислоты I сорта допускается желтоватый оттенок, вкус кислый, без постороннего привкуса, 2%-ный раствор кислоты в дистиллированной воде должен не иметь запаха, быть прозрачным и не содержать механических примесей, структура - сыпучая, сухая, на ощупь не липкая, без посторонних примесей.

Лимонная кислота выпускается только в упакованном виде: реализуемая через розничную сеть - в мелкой фасовке массой нетто 10 - 100 г; предназначенная для предприятий пищевой и других отраслей промышленности - в крупной фасовке массой нетто 10 - 40 кг. При фасовке допускаются отклонения по массе нетто, не превышающие при массе до 50 г ± 4%, от 50 до 110 г ± 3%. При упаковки кислоты в ящики и мешки допускаются отклонения, не превышающие ± 0, 5%.

Технологическая схема производства включает процессы:

Приготовление питательной среды. В состав питательных сред, используемых для ферментации, входят растворы мелассы и минеральных веществ. Все компоненты питательных сред стерилизуют. Приготовление мелассных сред различной концентрации заключается в растворении мелассы в воде. Затем величину рН полученного раствора доводят до 6, 8…7, 2 путем добавления серной кислоты или раствора карбоната натрия, после обработки раствор кипятят. Для удаления ионов тяжёлых металлов в мелассную среду вносят растворы гексациано-(2)-феррата калия и трилона Б. Далее добавляют растворы солей (, ) и стерильную воду для доведения концентрации среды до необходимой величины.

Получение посевного материала. Посевной материал для глубинной и поверхностной ферментации готовят централизованно. Посевной материал представляет собой конидии A.niger производственного штамма, обладающие высокими всхожестью и продуктивностью, не содержащие посторонней микрофлоры. Посевной материал получают размножением конидий на сусло-агаровых средах в стерильных условиях.

Ферментация. Способ глубинной ферментации включает выращивание мицелия и основную ферментацию. Мицелий выращивают в посевном ферментаторе, объем которого составляет 10% объема основного ферментатора. Ферментатор представляет собой стальной вертикальный цилиндрический сосуд, снабженный водяной рубашкой, устройством для подачи воздуха и перемешивания культуральной жидкости. К 3%-й мелассной питательной среде температурой 35…36 добавляют суспензию конидий, которую готовят предварительно за 5…6ч, смешивая сухие конидии с мелассной средой и выдерживая в термостате при 32. Мицелий выращивают при температуре 34…35, непрерывном перемешивании и аэрации среды. Количество воздуха, подаваемое для аэрации среды, увеличивают в процессе роста мицелия, после 24..30ч и до окончания кулитивирования подают 90…100 /ч. В процессе выращивания периодически осуществляют контроль чистоты культуры. Продолжительность выращивания мицелия 18..28 или 28…36ч.

Основную ферментацию проводят в ферментаторах вместимостью 50 или 100. Готовят стерильную мелассную питательную среду 3%-й концентрации температурой 342…33, из посевного ферментатора поступает проросший мицелий. В течение первых суток мицелий разрастается, начинается интенсивное брожение, что приводит к снижению содержания сахара в среде. Когда содержание сахара составит 0, 4…0, 8%, в ферментатор подливают концентративную мелассную среду, содержащую 20..25% сахара. Обычно в процессе ферментации делают 3…4 подлива. Суммарную концентрацию сахара в исходном объеме среды доводят до 12…13%.

В процессе глубинной ферментации большое внимание уделяется аэрации культуральной жидкости, так как грибы нуждаются в постоянном поступлении кислорода. В ферментаторе вместимостью 100 в течение первых суток увеличивают подачу воздуха со 100…150 до 200/ч и поддерживают на данном уровне до окончания ферментации. Температуру среды в процессе ферментации поддерживают в пределах 31…32.

О завершении процесса брожения судят по изменению величины титруемой кислотности культуральной жидкости. Если титруемая кислотность почти не изменяется в течение 4…8ч, то брожение заканчивают. При этом культуральную жидкость в ферментаторе нагревают паром до 65…70, а затем перекачивают в сборник.

Съем лимонной кислоты, т.е. количество, полученное с 1 объема ферментатора за сутки, составляет 8…10кг. Мицелий отделяют и промывают на вакуум-фильтрах. После отделения культуральной жидкости мицелий промывают горячей водой температурой около 100. Содержание кислоты в отмытом мицелии не должно превышать 0, 2%.

Получение цитрата кальция. Культуральная жидкость содержит лимонную, глюконовую и щавелевую кислоты. Содержание лимонной кислоты от общего содержания кислот составляет 80..85%.

В процессе выделения из культуральной жидкости лимонную кислоту осаждают в виде малорастворимого цитрата кальция. Культуральную жидкость обрабатывают известковым молоком, обеспечивающим её избыток в растворе, т.е.5…10 г/л. При этом происходит экзотермическая реакция разложения цитрата кальция с образованием лимонной кислоты и осадка сульфата кальция, температура реакционной смеси возрастает примерно до 90.

При поддержании таких условий процесса оксалат кальция остается в осадке, так как для его разложения требуется большой избыток серной кислоты. После разложения цитрата кальция в реактор добавляют 10%-й раствор гексациано-(2)-феррата калия или кальция для осаждения ионов трехвалентного железа, в результате чего образуется осадок берлинской лазури. Для осветления раствора лимонной кислоты вносят активный уголь. Осаждение тяжёлых металлов и мышьяка проводят сульфидом бария.

Очистка и выпаривание лимонной кислоты. Осадок отделяют на вакуум-фильтрах, промывают его водой температурой около 90 до содержания лимонной кислоты в промывной жидкости не более 0, 1%. Промывную воду смешивают с фильтратом, среднее содержание лимонной кислоты в смеси должно быть не ниже 16%.

Полученный раствор лимонной кислоты выпаривают в вакуум-аппарате при остаточном давлении 80 кПа, что позволяет уменьшить цветность раствора. Конечная плотность раствора составляет 1, 26-1, 28 г/. В процессе выпаривания раствора выпадает осадок сульфата цинка. После выпаривания раствор лимонной кислоты осветляют активным углем в количестве 1, 5-2% к массе лимонной кислоты в растворе. Активный уголь и сульфат цинка отделяют фильтрованием.

Осветленный раствор лимонной кислоты поступает на второе выпаривание при остаточном давлении около 80 кПа. Раствор концентрируют до плотности 1, 37-1, 38 г/, при этом содержание кислоты в растворе составит 69-71%. Концентрированный раствор фильтруют и подают в кристаллизатор.

Кристаллизация лимонной кислоты. Охлаждение горячего раствора происходит в кристаллизаторе при непрерывном перемешивании. Пересыщение, необходимое для образования центров кристаллизации, достигается при снижении температуры концентрированного раствора. При температуре около 37 вносят затравку кристаллов лимонной кислоты в количестве 0, 05% к массе раствора. Образование и рост кристаллов происходят при снижении температуры до 8. При этой температуре утфель, который представляет собой смесь кристаллов и маточного раствора, выдерживают в течение 30 мин.

Отделение кристаллов кислоты. Кристаллы отделяют от маточного раствора на центрифугах. Полученные кристаллы пробеливают - опрыскивают водой температурой не выше 35 для удаления пленки маточного раствора на их поверхности. После центрифугирования влажность кристаллов лимонной кислоты составляет 2-3%.

Сушка кристаллов. Кристаллы лимонной кислоты сушат в условиях, обеспечивающих удаление поверхностной влаги и сохранение кристаллизационной воды, для чего используют барабанные или ленточные пневматические сушилки, в которых кристаллы высушивают при температуре 35.

Упаковывание и хранение лимонной кислоты. После сушки кристаллы кислоты охлаждают, просеивают и упаковывают. Лимонную кислоту выпускают в упакованном виде, для реализации через розничную торговлю кислоту фасуют по 10…100г в пакеты из полиэтиленовой пленки или этикетировочной бумаги, ламинированной полиэтиленом, или пачки из бумаги с вкладышем.

Для поставок на предприятия кислоту фасуют в льно-джуто-кенафные или льняные продуктовые мешки вместимостью до 40 кг с вкладышем из полиэтиленовой пленки.

Лимонную кислоту хранят в закрытых помещениях при относительной влажности воздуха не выше 70%. Срок хранения лимонной кислоты 6 месяцев со дня изготовления.

Контрольные вопросы:

1. Назовите контрольные критические точки схемы технологического процесса производства лимонной кислоты.

2. По какому виду погрешности назначены:

- класс точности I для термометра жидкостного стеклянного?

- класс точности 1, 5 для манометрa?

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒