CN110423193B - 发酵液分离葡萄糖酸的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于发酵液分离葡萄糖酸的方法，所述方法包括通过过滤系统对发酵液原液进行过滤处理；利用双极膜电渗析系统对所述过滤处理的发酵液进行分离处理，包括：通过多个交叉的、百叶窗结构的导流机构对所述发酵液进行导流，并调节所述发酵液在所述双极膜电渗析系统内的行程；在所述双极膜电渗析系统内对所述发酵液循环三次进行电渗析处理；回收所述双极膜电渗析系统内分离的氢氧化钠和葡萄糖酸。本发明可有效的增大发酵液进入到电渗析装置的宽度，增大发酵液电渗析的面积，提高效率；同时特殊结构的导流机构不但可加大发酵液的流程，使发酵液在更加分散的状态下进行电渗析，提高渗析分离效率，还可以缩短加工时间。

Description

发酵液分离葡萄糖酸的装置和方法

技术领域

本发明属于葡萄糖酸加工技术领域，特别涉及用于发酵液分离葡萄糖酸的装置和方法。

背景技术

葡萄糖酸是无色至淡黄色浆状液体，不易获得结晶，易溶于水，微溶于酒精，通常使用的为含量50％的葡萄糖酸溶液。葡萄糖酸水的酸味爽快，可用于清凉饮料、配制食醋的原料。葡萄糖酸常以内酯的形式存在，由于内酯的水解具有酸度缓释的特性，因此，葡萄糖酸还可作为内酯豆腐的凝固剂和饼干的膨胀剂；因而葡萄糖酸在生活中应用广泛。

现有的葡萄糖酸的分离方法大多采用双极膜电渗析装置进行分离，由于分离时发酵液直接被抽入到双极膜电渗析装置内，且双极膜电渗析装置容纳葡萄糖酸的体积有限，因而葡萄糖酸在进入到双极膜电渗析装置内很难分散，不能完全的实现电渗析，导致分离的效率低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了用于发酵液分离葡萄糖酸的装置和方法，具体技术方案如下：

一种用于发酵液分离葡萄糖酸的装置，所述装置包括：过滤系统和双极膜电渗析系统，所述过滤系统用于过滤发酵液原液内的污染物，且所述过滤系统通过输送管道连通所述双极膜电渗析系统；

所述双极膜电渗析系统包括箱体，所述箱体的内部设有阳极棒、第一双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜、阴极棒和第二双极膜；所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜形成的区域与所述输送管道连通，且所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜之间设有多个交错的、百叶窗结构的导流机构，所述导流机构用于导流发酵液、调节发酵液的行程；所述箱体的底端连接下料管道，且所述下料管道的侧部通过循环管道连通所述输送管道；所述循环管道上安装有循环泵，用于进行发酵液的循环处理。

进一步地，所述导流机构包括导流组件、外架、竖杆、支杆和气动杆，所述外架的表面转动连接有若干个所述导流组件，且所述导流组件的侧部均转动连接所述竖杆；所述竖杆的表面固定于所述支杆的一端，且所述支杆的另一端固定所述气动杆；所述气动杆的安装于所述外架的侧部。

进一步地，所述导流组件包括密封垫片、导流板、挡板和连接板，所述导流板的中心处转动连接所述外架，且所述导流板的一端设有所述密封垫板；所述导流板的另一端设有所述挡板，且所述密封垫片与所述挡板之间配合连接；所述导流板的侧面固定所述连接板，且所述连接板转动连接所述竖杆。

进一步地，所述循环管道、所述下料管道、所述输送管道上均安装有流量控制阀；所述流量控制阀用于控制发酵液进出的流量。

进一步地，所述箱体的顶部插入连接倾斜的挡水板，且所述挡水板位于所述输送管道与所述箱体连接处的一侧；所述挡水板配合所述导流组件用于调整所述发酵液下落的宽度。

进一步地，所述过滤系统包括相互连通的陶瓷膜过滤器和超滤器，且所述超滤器连通输送泵；所述输送泵通过所述输送管道与所述箱体连通。

一种发酵液分离葡萄糖酸的方法，应用上述分离葡萄糖酸装置的方法包括：

通过过滤系统对发酵液原液进行过滤处理；

利用双极膜电渗析系统对所述过滤处理的发酵液进行分离处理，包括：

通过多个交叉的、百叶窗结构的导流机构对所述发酵液进行导流，并调节所述发酵液在所述双极膜电渗析系统内的行程；

在所述双极膜电渗析系统内对所述发酵液循环三次进行电渗析处理；

回收所述双极膜电渗析系统内分离的氢氧化钠和葡萄糖酸。

进一步地，所述发酵液原液包括：18-25％的葡萄糖酸钠、12-20％的葡萄糖酸、60-70％的水。

进一步地，所述对发酵液原液进行过滤处理包括：

利用陶瓷膜过滤器对所述发酵液原液进行过滤处理；

利用超滤器对过滤处理后的所述发酵液进行超滤。

进一步地，所述方法还包括：控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的流量和宽度；其中：

利用流量控制阀控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的流量；

利用百叶窗结构的导流组件与挡水板之间的间距大小控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的宽度。

本发明的有益效果是：利用过滤系统对发酵液原液进行过滤，除去发酵液原液中的污染物，为后续的双极膜电渗析的操作提供便利，同时避免双极膜或离子膜出现堵塞；在双极膜电渗析处理时，采用特殊结构的导流机构与挡水板配合，可有效的增大发酵液进入到电渗析装置的宽度，增大发酵液电渗析的面积，提高效率；同时特殊结构的导流机构不但可加大发酵液的流程，使发酵液在更加分散的状态下进行电渗析，提高渗析分离效率，还可以缩短加工时间。

附图说明

图1示出了本发明实施例的用于发酵液分离葡萄糖酸的装置结构示意图；

图2示出了本发明实施例的导流机构的结构示意图。

图中所示：1、陶瓷膜过滤器，2、超滤器，3、输送泵，4、输送管道，5、箱体，6、阳极棒，7、第一双极膜，8、阴离子交换膜，9、挡水板，10、下料管道，11、导流机构，111、导流组件，1111、密封垫片，112、导流板，1113、挡板，1114、连接板，112、外架，113、竖杆，114、支杆，115、气动杆，12、阳离子交换膜，13、阴极棒，14、第二双极膜，15、循环管道，16、循环泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种发酵液分离葡萄糖酸的装置，所述装置包括：过滤系统和双极膜电渗析系统，

具体的，所述过滤系统用于过滤除去发酵液原液内的污染物，为后续的双极膜电渗析的操作提供便利，同时避免双极膜或离子膜出现堵塞；且所述过滤系统通过输送管道4连通所述双极膜电渗析系统；

所述双极膜电渗析系统包括：箱体5，所述箱体5的内部设有阳极棒6、第一双极膜7、阴离子交换膜8、阳离子交换膜12、阴极棒13和第二双极膜14；所述阴离子交换膜8与所述阳离子交换膜12形成的区域与所述输送管道4连通，且所述阴离子交换膜8与所述阳离子交换膜12之间设有多个交错的导流机构11，所述导流机构11用于导流发酵液、调节发酵液的行程，通过调节发酵液的行程提高电渗析的效率。

所述箱体5的底端连接下料管道10，且所述下料管道10的侧部通过循环管道15连通所述输送管道4；所述循环管道15上安装有循环泵16，用于进行发酵液的循环处理，提高电渗析效率。

具体的，所述导流机构11为百叶窗结构，且所述导流机构11包括导流组件111、外架112、竖杆113、支杆114和气动杆115，所述外架112的表面转动连接有若干个所述导流组件111，且所述导流组件111的侧部均转动连接所述竖杆113；所述竖杆113的表面固定于所述支杆114的一端，且所述支杆114的另一端固定所述气动杆115；所述气动杆115的安装于所述外架112的侧部；在使用时控制不同位置处的导流机构11上的导流组件111旋转打开，即可实现改变发酵液的行程，使发酵液分离的更加破散，更有利充分的进行电渗析。

具体的，所述导流组件111包括密封垫片1111、导流板1112、挡板1113和连接板1114，所述导流板1112的中心处转动连接所述外架112，且所述导流板1112的一端设有所述密封垫板1111；所述导流板1112的另一端设有所述挡板1113，且所述密封垫片1111与所述挡板1113之间配合连接；实现良好的密封性能；所述导流板1112的侧面固定所述连接板1114，且所述连接板1114转动连接所述竖杆113。

作为上述技术方案的改进，所述循环管道15、所述下料管道10、所述输送管道4上均安装有流量控制阀，通过流量控制阀控制发酵液的进出流量。

作为上述技术方案的改进，所述箱体5的顶部插入连接倾斜的挡水板9，且所述挡水板9位于所述输送管道4与所述箱体5连接处的一侧；所述挡水板9配合所述导流组件111用于调整所述发酵液下落的宽度，通过加大发酵液下落的宽度，实现加大发酵液电渗析的面积，提高电渗析效率。

具体的，所述过滤系统包括相互连通的陶瓷膜过滤器1和超滤器2，且所述超滤器2连通输送泵3；所述输送泵3通过所述输送管道4与所述箱体5连通。

图1示出了本发明实施例的整体结构示意图，示例性的，如图1所示，所述装置包括陶瓷膜过滤器1，陶瓷膜过滤器1通过管道连通超滤器2，超滤器2的输出端连接输送泵3，输送泵3通过输送管道4将过滤后的发酵液输送到双极膜电渗析装置内；其中的电渗析装置包括箱体5，箱体5的内部由左向右依次设有阳极棒6、第一双极膜7、阴离子交换膜8、阳离子交换膜12、第二双极膜14、阴极棒13；其中第一双极膜7与阴离子交换膜8之间形成的区域为酸室，阳离子交换膜12与第二双极膜14之间为碱室；阴离子交换膜8与阳离子交换膜12之间交叉设有多个倾斜、呈百叶窗结构的导流机构11；同时上一个导流机构11的底端置于下一个导流机构11的顶端，多个导流机构11由上而下依次如此排列；另外在箱体5的顶端插入连接有挡水板9，挡水板9的宽度与箱体5、导流机构11的宽度相同；挡水板9插入在输送管道4的底端；改变挡水板9插入的深度，进而可以调整挡水板9与导流机构11之间的间距，实现改变发酵液下落的宽度。

在箱体5的底端设有下料管道10，其中的下料管道10的顶端与阴离子交换膜8、阳离子交换膜12所围成的区域连通；所述下料管道10的侧部连通循环管道15，循环管道15上安装有循环泵16，循环管道15的另一端与输送管道4的输出端连通，实现循环的加工发酵液。

图2示出了本发明实施例的导流机构的结构示意图，示例性的，如图2所示，所述导流机构11采用百叶窗的结构，导流机构11包括外架112，外架112的一侧转动连接有多个导流组件111，导流组件111旋转可覆盖于外架112的表面，其中的导流组件111包括导流板1112，其中的导流板1112转动在外架112的内侧，且导流板1112的顶部延伸处设有密封垫片1111，导流板1112底端的延伸处为挡板1113；在导流板1112盖合时，上一个导流板1112的挡板1113与下一个导流板1112的密封垫片1111配合连接，实现良好的密封；驱动导流组件111运动的为气动杆115，且气动杆115的顶部连接支杆114，支杆114固定于竖杆113上，竖杆113上转动连接有多个所述导流组件111，在气动杆115启动时即可带动竖杆113上移或者下移，进而可实现带动导流组件111进行旋转。

一种发酵液分离葡萄糖酸的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：通过过滤系统对发酵液原液进行过滤处理；

具体的，所述发酵液原液包括：18-25％的葡萄糖酸钠、12-20％的葡萄糖酸、60-70％的水。

所述对发酵液原液进行过滤处理包括：

利用陶瓷膜过滤器1对所述发酵液原液进行过滤处理；

利用超滤器2对过滤处理后的所述发酵液进行超滤。

步骤二：利用双极膜电渗析系统对所述过滤处理的发酵液进行分离处理，包括：

通过多个交叉的导流机构11对所述发酵液进行导流，并调节所述发酵液在所述双极膜电渗析系统内的行程；

在所述双极膜电渗析系统内对所述发酵液循环三次进行电渗析处理；

回收所述双极膜电渗析系统内分离的氢氧化钠和葡萄糖酸。

作为上述技术方案的改进，所述方法还包括：控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的流量和宽度；其中：

利用流量控制阀控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的流量；

利用百叶窗结构的导流组件111与挡水板9之间的间距大小控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的宽度。

本发明实施例在实施时，首先制备发酵液原液，而后将制备的发酵液原液通入到陶瓷膜过滤器1中过滤去除发酵液原液中的悬浮物；而后再通入到超滤器2中，去除发酵液中的大分子污染物；而后将过滤后的发酵液通过输送泵3和输送管道4输送到箱体5内部，在发酵液下落前，改变挡水板9与最顶端的导流组件111之间的间距，使间距达到1-3cm，发酵液第一次进入时，使各个导流机构11的导流组件111均处于覆盖状态，即各个百叶窗均处于闭合状态；使阳极棒6和阴极棒13均接通电源。

发酵液进入后在最顶端的导流机构11和挡水板9的阻挡下，使发酵液由下落的圆形变为矩形，而后落入到第二个导流机构11上，此时发酵液的行程增加，提高了电渗析的效率；在加入的发酵液到达箱体5的底端时，关闭输送管道4上的流量控制阀，打开循环管道15上的流量控制阀，使经历过一次电渗析的发酵液循环进入到箱体5内，第二次进入时为了使发酵液更加分散、减少流经的行程，间隔的打开导流机构11上的导流组件111，被打开的导流机构11的数量为整体导流机构11的三分之一(即使三分之一的导流机构11上的百叶窗处于打开状态)；使被打开的导流机构11无法起到阻挡作用，进行一次电渗析；而后再次间隔的打开导流机构11上的导流组件111，被打开的导流机构11的数量为剩下的导流机构11的二分之一(即使剩下的二分之一的导流机构11的百叶窗结构被打开)；使被打开的导流组件111无法起到阻挡作用；再次进行一次电渗析；最后打开下料管道10上的流量控制阀排出废液，同时收集箱体5内碱室的氢氧化钠和酸室的葡萄糖酸，完成葡萄糖酸的分离。

示例性的，取食品级的葡萄糖粉末10000kg置于发酵池内，而后加入氧化剂，所述氧化剂选用氧气，但不限于氧气，所述氧气的添加量为30kg；并加入过氧化氢30kg、加入氢氧化钠5000kg、加入水3500kg。而后缓慢搅拌，在40℃下，使之反应25-35h；使葡萄糖粉末溶解，并反应生成含发酵液原液；在常温下通过HPLC检测发酵液原液中葡萄糖酸的含量，利用原子吸光光度计检测发酵液原液中钠含量，用库仑计卡尔费歇尔滴定法测定发酵液原液中水含量；检测的结果为发酵液原液内葡萄糖酸钠含量为18-25％，葡萄糖酸的含量为12-20％，水的含量的60-70％。

取一定量(示例性的300kg)的上述发酵液原液，将发酵液原液通过陶瓷膜过滤器1和超滤器2，实现对发酵液原液内的污染物进行去除，而后将过滤后的发酵液平均分为三部分，标记为A、B、C，分别进行三组实验。

1、对于现有的双极膜电渗析装置，接通电源后，将发酵液A通入到双极膜电渗析装置内，且循环三次，所耗费的时间为4分15秒，电渗析完成后检测碱室内碱液质量浓度为5-7％，酸室的葡萄糖酸质量浓度为25-35％。

2、利用本发明的双极膜电渗析装置，接通电源后，将发酵液B通入到双极膜电渗析装置内，在不改变导流机构11的状态下循环两次，所耗费的时间为4分32秒，电渗析完成后检测碱室内碱液质量浓度为9-11％，酸室的葡萄糖酸质量浓度为40-65％。

3、利用本发明的双极膜电渗析装置，接通电源后，将发酵液B通入到双极膜电渗析装置内，按照本发明所述的方法循环三次，所耗费的时间为4分28秒，电渗析完成后检测碱室内碱液质量浓度为10-13％，酸室的葡萄糖酸质量浓度为55-68％。

由此可以看出采用本发明的双极膜电渗析装置，利用本发明的方法进行电渗析操作，可有效的提高电渗析的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发酵液分离葡萄糖酸的装置，其特征在于，所述装置包括：过滤系统和双极膜电渗析系统，所述过滤系统用于过滤发酵液原液内的污染物，且所述过滤系统通过输送管道连通所述双极膜电渗析系统；

所述双极膜电渗析系统包括箱体，所述箱体的内部设有阳极棒、第一双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜、阴极棒和第二双极膜；所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜形成的区域与所述输送管道连通，且所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜之间设有多个交错的、百叶窗结构的导流机构，所述导流机构用于导流发酵液、调节发酵液的行程；所述箱体的底端连接下料管道，且所述下料管道的侧部通过循环管道连通所述输送管道；所述循环管道上安装有循环泵，用于进行发酵液的循环处理；

在实施时：在发酵液下落前，改变挡水板与最顶端的导流组件之间的间距，使间距达到1-3cm，发酵液第一次进入时，使各个导流机构的导流组件均处于覆盖状态，即各个百叶窗均处于闭合状态；使阳极棒和阴极棒均接通电源；

发酵液进入后在最顶端的导流机构和挡水板的阻挡下，使发酵液由下落的圆形变为矩形，而后落入到第二个导流机构上，此时发酵液的行程增加，提高了电渗析的效率；

在加入的发酵液到达箱体的底端时，关闭输送管道上的流量控制阀，打开循环管道上的流量控制阀，使经历过一次电渗析的发酵液循环进入到箱体内，第二次进入时为了使发酵液更加分散、减少流经的行程，间隔的打开导流机构上的导流组件，被打开的导流机构的数量为整体导流机构的三分之一，使三分之一的导流机构上的百叶窗处于打开状态；使被打开的导流机构无法起到阻挡作用，进行一次电渗析；而后再次间隔的打开导流机构上的导流组件，被打开的导流机构的数量为剩下的导流机构的二分之一，使剩下的二分之一的导流机构的百叶窗结构被打开，使被打开的导流组件无法起到阻挡作用，再次进行一次电渗析；

最后打开下料管道上的流量控制阀排出废液，同时收集箱体内碱室的氢氧化钠和酸室的葡萄糖酸，完成葡萄糖酸的分离。

2.根据权利要求1所述的发酵液分离葡萄糖酸的装置，其特征在于，所述导流机构包括导流组件、外架、竖杆、支杆和气动杆，所述外架的表面转动连接有若干个所述导流组件，且所述导流组件的侧部均转动连接所述竖杆；所述竖杆的表面固定于所述支杆的一端，且所述支杆的另一端固定所述气动杆；所述气动杆的安装于所述外架的侧部。

3.根据权利要求2所述的发酵液分离葡萄糖酸的装置，其特征在于，所述导流组件包括密封垫片、导流板、挡板和连接板，所述导流板的中心处转动连接所述外架，且所述导流板的一端设有所述密封垫片；所述导流板的另一端设有所述挡板，且所述密封垫片与所述挡板之间配合连接；所述导流板的侧面固定所述连接板，且所述连接板转动连接所述竖杆。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的发酵液分离葡萄糖酸的装置，其特征在于，所述循环管道、所述下料管道、所述输送管道上均安装有流量控制阀；所述流量控制阀用于控制发酵液进出的流量。

5.根据权利要求3所述的发酵液分离葡萄糖酸的装置，其特征在于，所述箱体的顶部插入连接倾斜的挡水板，且所述挡水板位于所述输送管道与所述箱体连接处的一侧；所述挡水板配合所述导流组件用于调整所述发酵液下落的宽度。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的发酵液分离葡萄糖酸的装置，其特征在于，所述过滤系统包括相互连通的陶瓷膜过滤器和超滤器，且所述超滤器连通输送泵；所述输送泵通过所述输送管道与所述箱体连通。

7.一种发酵液分离葡萄糖酸的方法，其特征在于，应用权利要求1-6任意一项所述的发酵液分离葡萄糖酸的装置，分离葡萄糖酸的方法包括：

通过过滤系统对发酵液原液进行过滤处理；

利用双极膜电渗析系统对所述过滤处理的发酵液进行分离处理，包括：

通过多个交叉的、百叶窗结构的导流机构对所述发酵液进行导流，并调节所述发酵液在所述双极膜电渗析系统内的行程；

在所述双极膜电渗析系统内对所述发酵液循环三次进行电渗析处理；

回收所述双极膜电渗析系统内分离的氢氧化钠和葡萄糖酸。

8.根据权利要求7所述的发酵液分离葡萄糖酸的方法，其特征在于，所述发酵液原液包括：18-25%的葡萄糖酸钠、12-20%的葡萄糖酸、60-70%的水。

9.根据权利要求7或8所述的发酵液分离葡萄糖酸的方法，其特征在于，所述对发酵液原液进行过滤处理包括：

利用陶瓷膜过滤器对所述发酵液原液进行过滤处理；

利用超滤器对过滤处理后的所述发酵液进行超滤。

10.根据权利要求7或8所述的发酵液分离葡萄糖酸的方法，其特征在于，所述方法还包括：控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的流量和宽度；其中：

利用流量控制阀控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的流量；

利用百叶窗结构的导流组件与挡水板之间的间距大小控制所述发酵液进入到所述双极膜电渗析系统的宽度。

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