柠檬酸又名枸橼酸,它存在于天然果实中。薯干原料深层发酵生产柠檬酸,原料丰富、工艺简单,发酵水平较高,在很多地方都有生产柠檬酸的工厂。柠檬酸为五色透明结晶体或白色粉末,有一种诱人的酸味,它是食品、化工、制药、纺织等工业的重要原料。
(1)工艺流程
培菌→糊化发酵→中和→酸解→浓缩结晶。
(2)工艺操作要点
①培菌生产柠檬酸所用的菌种为黑曲霉。培菌的过程也是用试管、三角瓶、种母罐等逐步扩大培养。按照酒精生产中所介绍的方法,用米曲汁或麦芽汁,再在其中加2%的琼脂配成培养基,分盛于试管中,每管5~10毫升,经灭菌处理后,斜置使其成斜面。将在土壤中分离的或生产中留用的合格菌种,用无菌操作接入试管培养基中。在32~34℃的温度下培养5~6天待繁殖旺盛,检验合格后,用无菌水将孢子完全洗下,即为孢子悬浮液。
将浓度为12%~14%的红薯淀粉浆液,放在灭过菌的种母罐中,通入1千克/平方厘米的蒸汽蒸煮糊化15~20分钟,待冷至33℃,接入合格的孢子悬浮液,保持32~34℃的温度,通入无菌空气,并用搅拌机搅拌进行发酵每12小时取样检查,经5~6天即可发酵完全。检验合格后即可投入发酵罐中使用。
②糊化发酵红薯干经粉碎过筛后,送入拌料桶,加水配成浓度为12%~14%的淀粉浆液,用输送泵打人发酵罐,通入1千克/平方厘米的蒸汽蒸煮糊化15~20分钟。将糊化醪冷至33℃时,按接种量为5%~7%接入种母罐中培养好的种母醪,在32~34℃温度下搅拌,通入无菌空气发酵,每隔一定时间取样检查,发酵过程中控制pH值为2.5~3,经5~6天即可完成发酵。糖化的最适pH值约为2.5~3.0,生成柠檬酸的pH值为2.0~2.5。
③中和发酵后的物料,生产上叫发酵醪。发酵醪出料后,真空抽滤即为含柠檬酸的发酵液。先将发酵液用泵打入中和桶,加热到60℃左右,再加入碳酸钙粉末或石灰乳。碳酸钙用量可按下式计算:
碳酸钙用量一柠檬酸总量×0.714
柠檬酸总量=发酵液体积×滴定酸度×氢氧化钠浓度×0.07
将中和后的料液加热煮沸,使其他有机酸的钙盐溶解,而柠檬酸钙不溶。在过滤桶中抽滤,滤液除去。沉淀用90℃以上的热水洗去糖分。检查的方法是用1%~2%的高锰酸钾溶液1滴加到洗涤水中,3分钟内不变色,说明糖分已洗净。
④将洗涤后的柠檬酸钙沉淀放人稀释桶中,加水打成浆状,用泵将浆液打入酸解桶,在搅拌下缓缓加入浓硫酸分解。酸解终点的控制方法是:取甲、乙两支试管,甲管中放入1毫升15%~20%硫酸,乙管中放入1毫升15%~20%氯化钙溶液(其浓度必须和甲管中硫酸的浓度相同),各试管中分别加入1毫升过滤后的酸解液,在水浴上加热至沸,冷却后均不发生混浊,再分别加入95%的乙醇。加乙醇后,甲管略呈浑浊,表示已达酸解终点。如果加乙醇前,甲管就已浑浊,表示酸解液中酸量不足;加乙醇后,乙管浑浊,表示酸解液中硫酸过量。
假如硫酸过量,在酸解液中可稍加一些柠檬酸溶液进行调节。在工厂实际操作中,硫酸的加入量一般为碳酸钙用量的92%~95%加完硫酸后,把酸解液加热到80~85℃,保持30分钟,即可使反应完全,又能促进硫酸钙结晶的形成,以利分离。根据硫酸钙在水中的溶解度与温度的关系,酸解液在80℃左右进行热抽滤较为适宜。滤饼硫酸钙用热水洗涤后弃去,滤液和洗涤液合并在贮液桶中,即为稀柠檬酸溶液。稀柠檬酸溶液流经盛有脱色树脂或活性炭的脱色柱进行脱色后,再流经装有强酸性阳离子交换树脂(如732型离子交换树脂)的交换柱,以除去钙、铁等阳离子杂质。
⑤浓缩结晶从离子交换柱流岀的稀柠檬酸溶液,利用真空抽入真空浓缩锅,在真空度为600~700毫米汞柱,50~60℃温度下蒸发浓缩,使柠檬酸溶液的相对密度由1.07左右提高到1.34~1.35采用减压浓缩。浓缩后的柠檬酸溶液趁热岀料,利用真空抽人高位槽,再由高位槽放入结晶锅中,缓慢搅拌,开夹套冷却水将溶液冷至30~35℃,撒入少量晶种(如果此时已有结晶可不加晶种)据待温度继续下降到20℃以下(夏天需用冷冻盐水降温)出料。在离心机下进行甩滤,滤液可进一步浓缩、结晶,也可送至稀释桶,作为硫酸酸解前柠檬酸钙打浆用水。滤液还可送至碳酸钙中和工序,使它转变成柠檬酸钙,以便回收其中的柠檬酸。滤饼(即柠檬酸结晶)用20℃C以下的冷水洗涤后,离心分去水分,再送烘房进行真空干燥(温度控制在35℃以下),即得成品柠檬酸。
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