RU2129612C1

RU2129612C1 - Method of producing citric acid

Info

Publication number: RU2129612C1
Application number: RU96114341/13A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Макагонова; Т.М. Черпалова; А.В. Галкин; Ю.В. Курочкина
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1999-04-27

Abstract

FIELD: purification and discoloration of fermentation media during directed biosynthesis of citric acid. SUBSTANCE: on completion of fermentation, mineral sorbent such as activated bentonite (2-5 g/cu.dm) is added to fermentation solution. Solution is then filtered through layer or zeolite. Biocon agent is simultaneously added together with bentonite. This increases flocculating property of bentonite. EFFECT: simpler and cheaper cleansing of citric acid solution and more effective removal of impurities. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается очистки и обесцвечивания ферментированных сред при направленном биосинтезе лимонной кислоты из углеводсодержащего сырья. The invention relates to the microbiological industry and for the cleaning and bleaching of fermented media in the directed biosynthesis of citric acid from carbohydrate-containing raw materials.

С ростом потребности в лимонной кислоте для пищевой промышленности актуальной является задача получения высококачественной, но менее дорогостоящей жидкой лимонной кислоты. В связи с этим возникает проблема эффективной очистки ферментированных растворов. With the growing need for citric acid for the food industry, the urgent task is to obtain high-quality, but less expensive liquid citric acid. In this regard, the problem arises of the effective purification of fermented solutions.

Известны способы получения лимонной кислоты, включающие ферментацию углеводсодержащего сырья грибом-продуцентом Aspergillus niger, выделение лимонной кислоты из ферментированных растворов цитратным методом, сгущение растворов и кристаллизацию. При этом очистка растворов лимонной кислоты происходит многоступенчато: на стадии осаждения цитрата кальция, разложения серной кислотой и фильтрация гипсовой суспензии, путем добавления активированного угля в раствор лимонной кислоты, а также на стадии кристаллизации лимонной кислоты [1, 2]. Данный процесс требует больших энергетических и материальных затрат, что является существенным недостатком указанных технологий. Known methods for producing citric acid, including the fermentation of carbohydrate-containing raw materials by Aspergillus niger-producing fungus, the isolation of citric acid from fermented solutions by the citrate method, the thickening of solutions and crystallization. In this case, the cleaning of citric acid solutions occurs in several stages: at the stage of precipitation of calcium citrate, decomposition with sulfuric acid and filtration of gypsum suspension, by adding activated carbon to a solution of citric acid, as well as at the stage of crystallization of citric acid [1, 2]. This process requires high energy and material costs, which is a significant drawback of these technologies.

Кроме того, при концентрировании раствора происходит нарастание цветности и, следовательно, увеличение количества активированного угля, необходимого для обесцвечивания. In addition, when the solution is concentrated, an increase in color occurs and, consequently, an increase in the amount of activated carbon necessary for bleaching.

Цель изобретения - создать технологию получения высококачественной жидкой лимонной кислоты за счет эффективной очистки сброженных растворов при сокращении стоимости и энергоемкости процесса. The purpose of the invention is to create a technology for producing high-quality liquid citric acid by efficiently cleaning fermented solutions while reducing the cost and energy intensity of the process.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе получения лимонной кислоты, включающем ферментацию углеводсодержащего сырья, очистку ферментированного раствора минеральными сорбентами и его обесцвечивание, в качестве минерального сорбента используют суспензию активированного бентонита, которую вводят в ферментированный раствор непосредственно после завершения процесса ферментации и отделения мицелия в количестве 2-5 г/дм³ в пересчете на сухой бентонит. Раствор выдерживают не менее 40 мин, отделяют осадок, а затем фильтруют через слой цеолита.This goal is achieved by the fact that in the known method for producing citric acid, including fermentation of a carbohydrate-containing raw material, purification of the fermented solution with mineral sorbents and its discoloration, a suspension of activated bentonite is used as a mineral sorbent, which is introduced into the fermented solution immediately after the fermentation process and separation of the mycelium into the amount of 2-5 g / DM ³ in terms of dry bentonite. The solution was held for at least 40 minutes, the precipitate was separated, and then filtered through a zeolite layer.

При этом в качестве минерального сорбента может быть использована суспензия активированного бентонита, в которую дополнительно вводят препарат силикатных бактерий "Биокон" в количестве 0,01% к массе бентонита. При необходимости полученную таким образом лимонную кислоту упаривают до требуемой концентрации. At the same time, a suspension of activated bentonite can be used as a mineral sorbent, in which Biocon, a preparation of silicate bacteria, is added in an amount of 0.01% by weight of bentonite. If necessary, the citric acid thus obtained is evaporated to the desired concentration.

В отличие от известного, в предлагаемом способе в сброженный раствор вносятся предварительно подготовленная водная суспензия бентонита. По сравнению с сухим бентонитом его водная суспензия обладает лучшими сорбирующими свойствами. Таким образом, за счет предварительной подготовки суспензии усиливается активность бентонита в процессе адсорбции суспендированных загрязнений в ферментированном растворе, что повышает качество очистки и является существенным преимуществом представленного способа. Оптимальная дозировка - 2-5 г бентонита на 1 л (против 8 г на 1 л в прототипе) позволяет снизить вероятность засорения продукта посторонними микроорганизмами, а ввод в приготовленную суспензию силикатных бактерий "Биокон" дополнительно повышает флокулирующие способности бентонита, что позволяет еще более сократить его расход. In contrast to the known, in the proposed method, a pre-prepared aqueous suspension of bentonite is introduced into the fermented solution. Compared to dry bentonite, its aqueous suspension has better sorbing properties. Thus, due to the preliminary preparation of the suspension, the activity of bentonite in the process of adsorption of suspended impurities in a fermented solution is enhanced, which improves the quality of purification and is a significant advantage of the presented method. The optimal dosage is 2-5 g of bentonite per 1 liter (against 8 g per 1 liter in the prototype) reduces the likelihood of contamination of the product by foreign microorganisms, and the introduction of Biocon into the prepared suspension of silicate bacteria further increases the flocculating ability of bentonite, which further reduces its expense.

При реализации предлагаемого способа происходит существенное снижение цветности раствора без дополнительных затрат дорогостоящего активированного угля, одновременно уменьшается и вероятность привнесения вместе с ним нежелательных примесей, что в конечном итоге ведет к упрощению и удешевлению процесса получения лимонной кислоты. When implementing the proposed method, there is a significant decrease in the color of the solution without the additional cost of expensive activated carbon, while the likelihood of introducing unwanted impurities along with it also decreases, which ultimately leads to a simplification and cheapening of the process of producing citric acid.

Ввод бентонитовой суспензии в ферментированный раствор непосредственно после завершения ферментации и отделения мицелия позволяет сократить затраты электроэнергии, необходимой на этапе сгущения ферментированного раствора в известном способе (прототипе) и при этом не требуются дополнительные затраты на оборудование. The introduction of a bentonite suspension into the fermented solution immediately after the completion of the fermentation and separation of the mycelium allows to reduce the cost of electricity needed at the stage of thickening the fermented solution in the known method (prototype) and it does not require additional equipment costs.

Кроме того, улучшается фильтруемость раствора по сравнению с прототипом, где нагревание ведет к увеличению цветности и вязкости, и, следовательно, затруднению фильтрации. In addition, the filterability of the solution is improved compared to the prototype, where heating leads to an increase in color and viscosity, and, consequently, difficulty in filtering.

Очистка раствора лимонной кислоты путем пропускания его через слой цеолита позволила достигнуть ряда существенных преимуществ, таких как упрощение технологии и ее значительное удешевление за счет использования цеолита, который относится к дешевым материалам. В то же время на этой стадии получения лимонной кислоты в способе-прототипе применяются дорогостоящие сорбент - активированный уголь и ионообменник. Purification of a citric acid solution by passing it through a zeolite layer allowed to achieve a number of significant advantages, such as simplification of the technology and its significant reduction in cost due to the use of zeolite, which is a cheap material. At the same time, at this stage of obtaining citric acid in the prototype method, expensive sorbent — activated carbon and ion exchanger — are used.

В конечном итоге комплексное применение минеральных сорбентов в предлагаемой последовательности и дозировке позволило добиться получения очищенных растворов лимонной кислоты эффективным способом при существенной экономии материальных затрат. Ultimately, the integrated use of mineral sorbents in the proposed sequence and dosage made it possible to obtain purified citric acid solutions in an effective way with significant material cost savings.

Сущность способа поясняется следующими примерами. The essence of the method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Проводят ферментацию сахарозо-минеральной среды плесневым грибом Aspergillus niger глубинным методом. Example 1. Fermentation of the sucrose-mineral medium by mold fungus Aspergillus niger by the deep method.

После отделения грубой фракции мицелия титруемая кислотность раствора составила 12,8%. After separation of the coarse fraction of mycelium, the titratable acidity of the solution was 12.8%.

Проводят активацию бентонита, а затем для получения рабочей суспензии бентонитовую пасту разбавляют водой. Bentonite is activated, and then, to obtain a working suspension, the bentonite paste is diluted with water.

В ферментированный раствор добавляют 2 г/дм³ активированной бентонитовой суспензии с концентрацией бентонита 10% и выдерживают 40 мин, после чего осадок отделяют. Далее полученный раствор лимонной кислоты пропускают через фильтр, заполненный цеолитом.In the fermented solution add 2 g / DM ³ activated bentonite suspension with a concentration of bentonite 10% and incubated for 40 minutes, after which the precipitate is separated. Next, the resulting citric acid solution is passed through a filter filled with zeolite.

В результате очистки сброженного раствора предлагаемым способом существенно повышается качество лимонной кислоты: снижение полуторных окислов на этапе очистки с помощью бентонитовой суспензии достигает 50%, на заключительном этапе - 75%; содержание SiO₂ снижается на 40%, а MgO - на 20%, на 30% уменьшается содержание зольных веществ в целом, и в том числе CaO, после обработки бентонитом и на 50% после фильтрации через цеолит (cм. таблицу). Содержание остаточных сахаров в очищенном растворе лимонной кислоты по сравнению с исходным уменьшается с 2,320 до 2,168 г/100 г лимонной кислоты, а содержание белка (по общему азоту) с 0,611 до 0,516 г на 100 г лимонной кислоты, при этом уровень содержания лимонной кислоты в растворе не изменяется.As a result of purification of the fermented solution by the proposed method, the quality of citric acid is significantly improved: the reduction of one and a half oxides at the stage of purification using a bentonite suspension reaches 50%, at the final stage - 75%; the content of SiO ₂ decreases by 40%, and MgO - by 20%, the ash content in general, including CaO, decreases by 30% after treatment with bentonite and by 50% after filtration through zeolite (see table). The content of residual sugars in the purified citric acid solution compared to the original decreases from 2.320 to 2.168 g / 100 g of citric acid, and the protein content (in total nitrogen) from 0.611 to 0.516 g per 100 g of citric acid, while the level of citric acid in the solution does not change.

Увеличение поверхностного натяжения очищенного раствора до 53,0 мН/м по сравнению с исходным - 48,7 мН/м, определенное методом отрыва кольца на тензиометре Дю-Нуи свидетельствует об адсорбции на частицах глины молекул поверхностно-активных веществ и соответственно о чистоте полученного раствора. An increase in the surface tension of the purified solution to 53.0 mN / m as compared to the initial one - 48.7 mN / m, determined by the ring separation method on a Du Nui tensiometer indicates the adsorption of surfactant molecules on clay particles and, accordingly, the purity of the resulting solution .

Пример 2. Ферментацию сахарозо-минеральной среды и подготовку рабочей суспензии активированного бентонита проводят аналогично примеру 1. Example 2. Fermentation of a sucrose-mineral medium and preparation of a working suspension of activated bentonite is carried out analogously to example 1.

После завершения ферментации и отделения грубой фракции добавляют 5 г/дм³ суспензии активированного бентонита с концентрацией минерала 10%, выдерживают 60 мин, затем отделяют осадок. Полученный раствор пропускают через слой цеолита, получая конечный продукт - очищенную лимонную кислоту.After completion of the fermentation and separation of the coarse fraction, 5 g / dm ^{3 of a} suspension of activated bentonite with a mineral concentration of 10% are added, incubated for 60 minutes, then the precipitate is separated. The resulting solution is passed through a layer of zeolite, obtaining the final product is purified citric acid.

Показатели качества раствора лимонной кислоты соответствуют данным таблицы, при этом цветность раствора после обработки бентонитом снизилась на 50% по сравнению с исходной, что подтверждается данными фиг. 1 (Д - оптическая плотность растворов при λ = 364 нм и толщине кюветы 10 мм). The quality indicators of a citric acid solution correspond to the table, while the color of the solution after treatment with bentonite decreased by 50% compared to the original, which is confirmed by the data of FIG. 1 (D is the optical density of solutions at λ = 364 nm and a cell thickness of 10 mm).

Пример 3. Ферментацию сахарозо-минеральной среды проводят известным способом аналогично примеру 1. Example 3. Fermentation of a sucrose-mineral medium is carried out in a known manner analogously to example 1.

После активации бентонита и разбавления бентонитовой пасты водой, в полученную бентонитовую суспензию добавляют препарат силикатных бактерий "Биокон" в количестве 0,01% к бентониту и выдерживают 5 суток. After activation of bentonite and dilution of the bentonite paste with water, the Biocon preparation of silicate bacteria in the amount of 0.01% to bentonite is added to the resulting bentonite suspension and incubated for 5 days.

В ферментированный раствор добавляют 1 г бентонитовой суспензии с концентрацией бентонита 10%, выдерживают 40 мин, отделяют осадок и фильтруют через слой цеолита. 1 g of a bentonite suspension with a bentonite concentration of 10% was added to the fermented solution, held for 40 minutes, the precipitate was separated and filtered through a zeolite layer.

Применение препарата силикатных бактерий увеличило эффективность осаждения коллоидов и позволило сократить расход бентонита, о чем свидетельствуют данные фиг. 2. The use of a silicate bacteria preparation increased the colloid deposition efficiency and reduced the consumption of bentonite, as evidenced by the data in FIG. 2.

Данные фиг. 2 позволяют сделать вывод о нецелесообразности увеличения дозировки препарата бактерий: при ее увеличении до 0,01% и 0,1% эффекта не наблюдается - уровень осаждения коллоидов не изменяется (кривая 1). The data of FIG. 2 allow us to conclude that it is inappropriate to increase the dosage of the bacterial preparation: when it is increased to 0.01% and 0.1%, the effect is not observed - the level of colloid deposition does not change (curve 1).

Кривая 2 показывает эффективность осаждения коллоидов в ферментированном растворе лимонной кислоты бентонитом без обработки силикатными бактериями. Curve 2 shows the efficiency of colloid deposition in a fermented citric acid solution with bentonite without treatment with silicate bacteria.

Время выдержки ферментированного раствора на этапе очистки с помощью бентонита (40 мин) - это минимальное время, необходимое для завершения процесса флокуляции. The exposure time of the fermented solution at the stage of purification using bentonite (40 min) is the minimum time required to complete the flocculation process.

Выбор дозировки бентонитовой суспензии обусловлен тем, что при добавлении в ферментированный раствор менее 2 г/дм³ суспензии ожидаемый эффект очистки не достигается, так как в растворе остаются различного рода неадсорбированные загрязнения, а добавление более 5 г/дм³ нецелесообразно также и с экономической точки зрения.The choice of dosage of a bentonite suspension is due to the fact that when adding less than 2 g / dm ^{3 of} suspension to the fermented solution, the expected cleaning effect is not achieved, since non-adsorbed contaminants of various kinds remain in the solution, and adding more than 5 g / dm ^{3 is} also impractical from an economic point of view view.

Таким образом, предлагаемые параметры процесса получения очищенной лимонной кислоты являются оптимальными. Thus, the proposed process parameters for obtaining purified citric acid are optimal.

Источники информации
1. Технологическая инструкция по производству пищевой лимонной кислоты. - Л.: 1981.Sources of information
1. Technological instructions for the production of food citric acid. - L .: 1981.

2. Авторское свидетельство СССР, N 510508, кл. C 12 D 1/04, 1976. 2. Copyright certificate of the USSR, N 510508, cl. C 12 D 1/04, 1976.

3. Патент Польши N 128527, кл. C 07 C 59/205, C 12 P 7/48, опубл. 1985. 3. Patent of Poland N 128527, cl. C 07 C 59/205, C 12 P 7/48, publ. 1985.

4. Патент Польши N 147841, кл. C 12 P 7/48, опубл. 1989. 4. Polish patent N 147841, cl. C 12 P 7/48, publ. 1989.

Claims

1. A method for producing citric acid, including fermentation of a carbohydrate-containing raw material, purification of the fermented solution with mineral sorbents and its discoloration, characterized in that a suspension of activated bentonite is used as a mineral sorbent, which is introduced into the fermented solution immediately after completion of the fermentation process and separation of mycelium in an amount of 2 - 5 g / dm ³ in terms of dry bentonite, the solution is maintained for at least 40 minutes, the precipitate is separated and filtered through a layer of zeolite.

2. The method according to p. 1, characterized in that the suspension of activated bentonite is additionally injected with a preparation of silicate bacteria "Biocon" in an amount of 0.01%.