CN1072210A

CN1072210A - 不结晶离交法生产乳酸的新工艺

Info

Publication number: CN1072210A
Application number: CN 92107105
Authority: CN
Inventors: 李绍诚
Original assignee: CHANGSHA FOOD ADDITIVE PLANT
Current assignee: CHANGSHA FOOD ADDITIVE PLANT
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1993-05-19

Abstract

本发明是属于乳酸生产的一种新工艺——不结晶离子交换法。本发明是将原料通过预处理，经过糊化、发酵、中和、压滤、脱色工序，而后通过阳离子交换树脂的交换，使生成乳酸。其工艺特点是摈弃了乳酸钙结晶过程，从而大大减轻劳动强度，同时有效地解决了产品色素问题，去除蛋白质问题，去除糖分问题，使产品质量达到和超过英国药典的标准。本发明生产乳酸，成本低、回收率高，能有效地减轻工人劳动强度，保护环境，经济效益和社会效益好。

Description

本发明是用于生产乳酸的一种新工艺-不结晶离子交换法，简称不结晶离交法。

乳酸是食品中酸味的主要来源之一，它无毒，可作食品的酸味剂，酸味纯正清凉。乳酸又是防腐剂，作为食品添加剂应用日趋广泛。乳酸也是医药、皮革、纺织、造等工业的重要原料。传统工艺生产乳酸是以淀粉（大米、红薯粉、木薯粉、玉米等）为原料，加水糊化，通过微生物（德氏乳酸杆菌）发酵，经中和获得乳酸钙。经压滤后在乳酸钙溶液中加入氯化，使蛋白质凝聚沉淀除去部分未凝聚除去的通过结晶分离点掉。浓缩乳酸钙溶液使乳酸钙结晶排去，经离心分离后，使结晶溶解，再加硫酸酸解获得乳酸。乳酸溶液经浓缩、脱色过滤、离交，再经浓缩、脱色过滤几个工序而制成成品乳酸。其工艺流程示意于附图2。

传统工艺存在的弱点是流程长、收率低（40%）左右、劳动强度大、环境恶劣、三废污染严重。

传统工艺是通过结晶方法把发酵液中存在的糖、蛋白质、色素等物质从母液水及洗水中除去。

（一）由于乳酸钙的溶解度大，母液水及洗水中含量高，损失严重。这样，乳酸的回收率（以淀粉计）在40%左右，生产最好的厂家也只达到48%。因此，原料消耗大，带来成本高，生产难以维持下去。

（二）采用结晶法，由于乳酸钙的结晶要求特殊，必须分小桶静置自然冷却结晶，结晶物硬度大，这就难于实现机械化操作，工人劳动强度大。

（三）传统结晶法还需要在压滤后的发酵液中加入0.3%的氯化镁溶液来沉淀蛋白质。这样沉淀设备庞大，能源消耗大，原料消耗高，同时给后续的离交工序加重负担。

（四）传统结晶法还存在一个问题，即产品含有一定杂质，颜色较深，多属低档产品。而且产品放置过久还有颜色变深的现象。这使其在国际市场上销售受到影响，价格被压低。

（五）传统结晶法还排弃大量带酸、带活性碳的硫酸钙渣。按常规生产1吨乳酸有近4吨带水的渣产生。按年产500吨乳酸计，排出的渣就达2000吨。这种渣目前没有开发出新的用途，只是排弃。这就需要有堆放的场地，且运输较困难，同时腐蚀车辆，污染环境。

为了解决上述问题，就要寻求去除糖、蛋白质、色素等杂质提高乳酸回收率的新途径。本发明-不结晶离交法生产乳酸的新工艺-采取了一系列新的措施，有效地解决了这些问题。

本发明目的之一是解决色素问题。从大生产中我们了解乳酸杆菌在发酵过程中并不产生色素。色素来源于：（1）原料（红薯、木薯等）中带来的;（2）糊化、浓缩过程中产生的焦糖色及糖与蛋白质反应生成的黑色素。本发明采取对原料进行予处理的方法即用水浸泡。这样，大部分薯皮浮于水面，色素溶解在水中。通过过滤即可轻易地除去这些杂质。原料予处理，浸泡效果十分明显。见下表：

原料	未浸泡后的发酵液	经过浸泡后的发酵液
			红薯粉木薯粉	棕色棕色	淡黄色淡黄色

经过予处理后的发酵液的颜色，与传统方法结晶溶解颜色一样。这就可以说明不要通过结晶而只需要经过原料予处理就可以达到同样效果。

本发明目的之二是解决残余糖问题。乳酸中残余糖的来源是原料中带来的，残余糖为不能被乳酸杆菌发酵的果糖等。而这些不能发酵的糖大部分是可以水溶的。通过对原料予处理水浸泡即能除去。采取的方法是一份原料加三份水。经测试：

原料	浸泡液中含糖
		红薯粉木薯粉	0.1%0.05%

将浸泡水滤去，可将糖排除。

对因淀粉发酵转化率不高而带来的残糖问题，本发明采取筛选、优化乳酸杆菌的措施，提高淀粉转化率，使转化率接近100%，而解决残糖问题。有对比表如下：

菌种	转化率
		洛阳市某菌种	～95％
上海某菌种	～93％
		苏州某菌种	～96％
本发明菌种	99.3～99.9％

本发明目的之三是解决去除蛋白质问题。在淀粉发酵过程中，微生物需要氮，因此发酵过程中要达到一定的C/N比，发酵才能正常进行。这样，在发酵过程前需加入米糠等物质。当发酵终止后，发酵物中存在的蛋白质必须除去。传统结晶法是在发酵溶液中加入氯化镁溶液使蛋白质凝聚，也可以通过后阶段结晶工序分离除去。本发明采取不加入氯化镁溶液的方法，而是在工艺过程中调整溶液PH值，控制蛋白质变性的等电点，使蛋白质变性除去。经测试，请情况如下表：

本发明目的之四是换弃乳酸钙结晶工序。本发明采用阳离子交换树脂交换发酵液中乳酸钙中的钙离子，而不用硫酸酸解的方法以生成硫酸钙残渣，使生产中劳动强度大大降低，使生产在更为合理的工艺条件下进行。

本发明-不结晶离交法生产乳酸的新工艺-是这样进行的。

原料首先通过予处理池用水浸泡，将其表皮、色素等除去。接着将原料糊化、发酵，而后采用石灰粉与发酵液中和，乳酸钙溶液经压滤、脱色、再压滤，而后通过阳离子交换树脂交换乳酸钙中的钙离子使变成乳酸。乳酸溶液经过浓缩、脱色、压滤，分别经过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进一步去除杂质，而后将溶液再浓缩、脱色、压滤，即可获得纯净的乳酸成品。

本发明-不结晶离交法生产乳酸新工艺-有如下优点：

（一）生产成本低，乳酸回收率高（大于70%）。据生产实践测算，本发明较传统工艺生产每1吨可节约成本600元。因本发明提高了乳酸回收率，年产500吨乳酸生产装置实际可生产800吨，这样既节约了投资，又可多创效益50万元。

（二）本发明采用不结晶法，摈弃乳酸钙结晶过程，从而大大减轻工人劳动强度。

（三）本发明采用不结晶离交法，也就去除了酸解工序，无硫酸钙废渣生成，这样解决了废渣排放、运输、堆置等问题。

（四）产品质量显著提高。本发明采用不结晶法去除蛋白质，比通过加氯化镁溶液及结晶分离方法更完善，产品没有颜色加深现象。从而解决了乳酸产品普遍存在的放置一段时后颜色加深的现象，产品质量显著提高。

下面根据附图进一步闸述本发明-不结晶离交法生产乳酸的全部工艺过程。

一、原料预处理：

将原料（红薯或木薯）倾入予处理池，加入三至四倍量的水，搅拌，进行浸泡。浸泡沉渣时间4～6小时，反复加水浸泡2～3次。目的是除去原料本身带来的色素和水溶性糖，去掉浮皮。待浸泡完毕，再将混合物过滤，获得色泽稍白的原料。

二、糊化：

将上述原料在蒸煮锅中蒸煮，使原料（淀粉）糊化。糊化操作条件是：升温到90℃，加淀粉酶，保温20～30分钟。煮沸20分钟，降温至90℃，加淀粉酶，保温20分钟。再加温到气压1.5kg/cm²，温度110～120℃，保持30分钟，即完成糊化。

三、发酵：

将糊化后的原料送至发酵罐，加入乳酸杆菌，搅拌，使其发酵，生成乳酸，并加石灰粉可控制酸度进行发酵。其操作条件：

温度：48℃±1

时间：72小时。

四、中和：

在发酵后的母液中加入石灰粉，搅拌，使乳酸与石灰反应生成乳酸钙。

2CH₃CHOHCOOH+Ca（OH）₂→2H₂O+（CH₃CHOHCOO）₂Ca

乳酸乳酸钙

并调整PH值，进行如下操作：

第一步：时间：30～40分钟

pH值：6.0～7.0

温度：60～80℃

第二步：时间：20～30分钟

pH值：11～12

温度：70～90℃

使蛋白质变性沉淀。

五、压滤：

在装有尼龙滤布的压滤器中压滤中和后的溶液，使未反应的残渣留在滤布上，获得纯净的乳酸钙溶液。

六、脱色：

在乳酸钙溶液中加入粗制乳酸调整酸度，加入活性碳，以脱去溶液中的杂质颜色。

七、压滤：

第二次压滤是将加入了活性碳的混合溶液进行压滤，以滤去活性碳获得纯净的乳酸钙溶液。

八、阳离交：

将纯净的乳酸钙溶液通过装有阳离子交换树脂的离子交换柱，利用阳离子交换树脂带有的阳离子交换乳酸钙中钙离子Ca⁺²从而达到制取乳酸的目的。

乳酸钙阳离子树脂乳酸

阳离子交换树脂交换上的钙离子Ca⁺²达到饱和后，再以稀盐酸再生，生成的氮化钙从水中排出。

从下列实验数据，可以看出采用离交法，乳酸的回收率平均在97%左右。

编发酵液发酵液发酵液离交液离交液离交

体积乳酸钙乳酸含乳酸浓乳酸总回收率

号 (mL) 浓度(%) 量(克) 度(%) 量(克) (%)

1 5300 8.00 350.00 5.28 340.30 97.12

2 4817 8.06 388.26 4.46 387.10 99.70

3 4535 8.30 376.39 5.35 367.06 97.52

4 4430 7.93 351.22 5.41 343.64 97.81

大生产控制洗水排放速度，使乳酸回收率达到95%左右是可能的，当阳离子交换树脂饱和后，即用稀盐酸溶液再生阳离子交换树脂。再生盐酸高于1%含量，进行重复使用。离交洗水含1%的CaCL₂是可以作发酵用水，用泵送到第三工序中去，乳酸的回收率还可以进一步提高。

九、浓缩：

把获得的乳酸溶液在浓缩锅中浓缩以去除水份。

十、脱色压滤：

第三次压滤进一步去除杂质，在压滤前加入活性碳，同时脱色。

十一、阳阴离交：

把经第三次压滤的纯净乳酸溶液通过阳离子交换树脂和阳离子交换树脂，其目的进一步去除杂质，使得到更加纯净的乳酸溶液。

十二、浓缩：

把经过阳阴离子交换后的乳酸溶液浓缩，去除水份。

十三、脱色压滤：

把浓缩的乳酸溶液进行第四次压滤，在压滤前加入活性碳，同时脱色。

十四、成品：

经压滤后的乳酸溶液即为成品。

本发明-不结晶离交法-与结晶酸解法产品质量对比如下：

用Bp80（英国药典）标准检查：

本发明-不结晶离交法生产乳酸新工艺-的实施使乳酸的回收率由40%提高的70%。在劳动强度、操作环境、防止三废污染等方面进一步改进，可以实现生产自动化。

Claims

1、不结晶离交法生产乳酸新工艺，是将原料经过糊化、发酵、压滤、浓缩、阳阴离交过程，其特征为含有：

(1)将原料进行予处理，即用水浸泡2～3次，并将浸泡水排掉；

(2)在发酵液中加入石灰粉，进行中和，并调整溶液pH值，掌握操作温度，控制蛋白质变性的等要点，使蛋白质变性除去；

(3)把经过压滤的乳酸钙溶液通过阳离子交换树脂，使进行阳离子交换，获得乳酸。

2、根据权利要求1所述的不结晶离交法生产乳酸新工艺，其特征还包括：

（1）在进行压滤时的溶液中加入活性碳，以进一步除去杂质，脱去色素;

（2）第三、第四次压滤后的活性碳汇集起来送至第六个工序，重复使用。

3、根据权利要求1所述的不结晶离交法生产乳酸新工艺，其特征是：在发酵液中加入石灰粉进行中和，并调整PH值，进行如下操作：

第一步：时间：30～40分钟;

PH值：6.0～7.0

温度：60～80℃

第二步：时间：20～30分钟;

PH值：11～12

温度：70～90℃

使蛋白质变性沉淀。