檸檬酸提取工藝ppt課件

1、 楊楊 花花 概概 述述傳統(tǒng)提取方法傳統(tǒng)提取方法新型提取方法新型提取方法展展 望望3FRIENDS 成熟的檸檬酸發(fā)酵液中，除含有主產(chǎn)物檸檬酸之外，還含有纖維、菌體、有機雜酸、糖、蛋白類膠體物質(zhì)、色素、礦物質(zhì)及其他代謝產(chǎn)物等雜質(zhì)，它們或來自發(fā)酵原料、或在發(fā)酵過程中生產(chǎn)，或溶存或懸浮于發(fā)酵液中。通過各種理化方法，清除這些雜質(zhì)，得到符合各級質(zhì)量標準的檸檬酸產(chǎn)品的全過程，即為檸檬酸生產(chǎn)的下檸檬酸生產(chǎn)的下游工程游工程。它是一個確保產(chǎn)物“豐收”，提高企業(yè)效益的生產(chǎn)系統(tǒng)工程。概 述4FRIENDS 要制備結(jié)晶檸檬酸必須設(shè)法除去這些雜質(zhì)，因此用發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸都需經(jīng)過反復(fù)分離純化才能得到結(jié)晶成品，這些過程包括

2、：u過濾除去發(fā)酵液中菌絲體，原料殘渣及其他各種固形物質(zhì)；u用化學(xué)或物理或兩者結(jié)合的方法除去檸檬酸以外的其他雜質(zhì)初步純化檸檬酸；u精制得到結(jié)晶檸檬酸；5FRIENDS1水果中檸檬酸的提取水果中檸檬酸的提取4傳統(tǒng)鈣鹽法提取檸檬酸傳統(tǒng)鈣鹽法提取檸檬酸2溶劑萃取法提取檸檬酸溶劑萃取法提取檸檬酸3離子交換法提取檸檬酸離子交換法提取檸檬酸 傳統(tǒng)的檸檬酸提取方法6FRIENDSu 在水果中提取檸檬酸尤其在未成熟的杏、蘋果或李子和柑橘等含檸檬在水果中提取檸檬酸尤其在未成熟的杏、蘋果或李子和柑橘等含檸檬酸較高的水果中提取可用水或乙醇作提取劑經(jīng)過加熱、濃縮和結(jié)晶后得到酸較高的水果中提取可用水或乙醇作提取劑經(jīng)過加熱

3、、濃縮和結(jié)晶后得到的檸檬酸可以直接應(yīng)用于食品添加劑等。的檸檬酸可以直接應(yīng)用于食品添加劑等。u 但從水果中提取檸檬酸，生產(chǎn)成本比較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。但從水果中提取檸檬酸，生產(chǎn)成本比較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。水果中檸檬酸的提取水果中檸檬酸的提取7FRIENDSl萃取法提取檸檬酸的優(yōu)點是化工原料和能源消耗較低，收得率較高，成本可望較大萃取法提取檸檬酸的優(yōu)點是化工原料和能源消耗較低，收得率較高，成本可望較大幅度下降。幅度下降。l影響萃取法在生產(chǎn)上大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要原因有兩個影響萃取法在生產(chǎn)上大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要原因有兩個溶劑萃取法提取檸檬酸溶劑萃取法提取檸檬酸8FRIENDS萃取法的預(yù)處理要求高，

4、否則在萃取過程中易產(chǎn)生乳化而影響水相和有機相萃取法的預(yù)處理要求高，否則在萃取過程中易產(chǎn)生乳化而影響水相和有機相的分層和分離。的分層和分離。毒性問題的爭議和心理因素阻礙了產(chǎn)品在食品和醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用。即以美毒性問題的爭議和心理因素阻礙了產(chǎn)品在食品和醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用。即以美國邁爾斯公司而言，該公司由萃取法生產(chǎn)的檸檬酸成品已經(jīng)過多年的急性、國邁爾斯公司而言，該公司由萃取法生產(chǎn)的檸檬酸成品已經(jīng)過多年的急性、亞急性和慢性毒性試驗，并已被美國食品和藥物管理局所認可。但仍以工業(yè)亞急性和慢性毒性試驗，并已被美國食品和藥物管理局所認可。但仍以工業(yè)應(yīng)用為主。應(yīng)用為主。9FRIENDSl離子交換法工藝簡單，采用強酸

5、型陽離子樹脂轉(zhuǎn)型直接可得純檸檬酸清液，提取離子交換法工藝簡單，采用強酸型陽離子樹脂轉(zhuǎn)型直接可得純檸檬酸清液，提取率可由舊工藝的率可由舊工藝的7070提高到提高到9O9O以上。隨著與檸檬酸工藝相匹配的離子交換樹脂以上。隨著與檸檬酸工藝相匹配的離子交換樹脂的改進與提高。該方法將會得到進一步的推廣和應(yīng)用。的改進與提高。該方法將會得到進一步的推廣和應(yīng)用。l目前該法在高效離子交換柱方面的研究還不多，另外廢棄物的處理及堿液再生也目前該法在高效離子交換柱方面的研究還不多，另外廢棄物的處理及堿液再生也是一個值得考慮的問題。離子交換法在國內(nèi)曾建立過中試裝置。但由于在產(chǎn)品質(zhì)是一個值得考慮的問題。離子交換法在國內(nèi)曾

6、建立過中試裝置。但由于在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本上還存在一些問題，一時還難以得到推廣。量和生產(chǎn)成本上還存在一些問題，一時還難以得到推廣。離子交換法提取檸檬酸10FRIENDS離子交換法提取檸檬酸近年來倍受國內(nèi)外關(guān)注其工藝流程離子交換法提取檸檬酸近年來倍受國內(nèi)外關(guān)注其工藝流程檸檬酸發(fā)酵液預(yù)處理檸檬酸發(fā)酵液預(yù)處理陰離子交換陰離子交換洗脫洗脫轉(zhuǎn)型、除雜轉(zhuǎn)型、除雜脫色、離子交換脫色、離子交換 殘渣及菌體母液廢液殘渣及菌體母液廢液NaOH或或NH4OH 母液母液 濃縮濃縮結(jié)晶結(jié)晶離心分離離心分離干燥干燥成品成品 11FRIENDS 鈣鹽法是一種傳統(tǒng)的從發(fā)酵液中提取有機酸的方法鈣鹽法是一種傳統(tǒng)的從發(fā)酵液中提取有

7、機酸的方法, ,目前普遍使用的目前普遍使用的是鈣鹽加離子交換的提取方法。是鈣鹽加離子交換的提取方法。傳統(tǒng)鈣鹽法提取檸檬酸傳統(tǒng)鈣鹽法提取檸檬酸12FRIENDS提取工藝提取工藝13FRIENDS 預(yù)處理是指待發(fā)酵液加熱至預(yù)處理是指待發(fā)酵液加熱至75-9075-90，可以及時殺死檸檬酸產(chǎn)生菌及，可以及時殺死檸檬酸產(chǎn)生菌及其他雜菌，終止發(fā)酵作用，同時使發(fā)酵液中部分蛋白質(zhì)變性、絮凝、降低酵其他雜菌，終止發(fā)酵作用，同時使發(fā)酵液中部分蛋白質(zhì)變性、絮凝、降低酵液濃度利于過濾。此外也可能使菌體內(nèi)部分檸檬酸釋放出來。預(yù)處理加熱時液濃度利于過濾。此外也可能使菌體內(nèi)部分檸檬酸釋放出來。預(yù)處理加熱時間不能太長，若破壞

8、菌絲球則影響過濾。間不能太長，若破壞菌絲球則影響過濾。1.發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液預(yù)處理14FRIENDS過濾的目的是除去發(fā)酵液中各種懸浮的固形物質(zhì)。過濾的目的是除去發(fā)酵液中各種懸浮的固形物質(zhì)。 我國采用薯干粗原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，發(fā)酵液中除含菌絲外，還含有大量的原料殘我國采用薯干粗原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，發(fā)酵液中除含菌絲外，還含有大量的原料殘渣，團形物雜質(zhì)較多，因此不宜采用各種離心或固液分離設(shè)備，而應(yīng)采用能容納較渣，團形物雜質(zhì)較多，因此不宜采用各種離心或固液分離設(shè)備，而應(yīng)采用能容納較多濾渣的過濾設(shè)備多濾渣的過濾設(shè)備；2.2.過濾過濾15FRIENDS目前最常用的是各種板框壓濾和真空帶式過濾機，對正常發(fā)酵

9、的酵液，目前最常用的是各種板框壓濾和真空帶式過濾機，對正常發(fā)酵的酵液，只要過濾介質(zhì)只要過濾介質(zhì)( (濾布濾布) )選擇合適，可不必添加助濾劑就能順利地進行過濾。選擇合適，可不必添加助濾劑就能順利地進行過濾。板框過濾時開始階段不必加壓，待濾餅形成、濾速減慢時可適當(dāng)加壓。板框過濾時開始階段不必加壓，待濾餅形成、濾速減慢時可適當(dāng)加壓。為了提高過濾收率，完成過濾后用熱水再進行一次復(fù)濾，或者從過濾機為了提高過濾收率，完成過濾后用熱水再進行一次復(fù)濾，或者從過濾機中取出濾渣加水打成漿后再濾一次。中取出濾渣加水打成漿后再濾一次。16FRIENDS Ca2+ 在一定溫度和在一定溫度和pH條件下可與檸檬酸作用生成

10、檸檬酸鈣。條件下可與檸檬酸作用生成檸檬酸鈣。 形成的形成的Ca3(C6H5O7)24H2O在水中的溶解度極小，因而能形成沉在水中的溶解度極小，因而能形成沉淀面與其他雜質(zhì)，如糖、可溶性蛋白等分離。淀面與其他雜質(zhì)，如糖、可溶性蛋白等分離。 生石灰生石灰(CaO)、熟石灰、熟石灰Ca(OH)2 、氯化鈣、氯化鈣(CaCl2)以及碳酸鈣等均可以及碳酸鈣等均可作為中和劑，但最常用的是碳酸鈣。中和劑的用量可依據(jù)反應(yīng)式和中和作為中和劑，但最常用的是碳酸鈣。中和劑的用量可依據(jù)反應(yīng)式和中和劑的純度計算得出。劑的純度計算得出。3.3.中和中和17FRIENDS酸解是指檸檬酸鈣與硫酸等強酸作用酸解是指檸檬酸鈣與硫酸

11、等強酸作用,在強酸作用下使檸檬酸鈣轉(zhuǎn)變在強酸作用下使檸檬酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)闄幒怂嵊坞x出來，同時形成硫酸鈣為檸核酸游離出來，同時形成硫酸鈣(石膏石膏)。由于后者的溶解度極小，。由于后者的溶解度極小，難溶于水而形成沉淀，從而達到進一步的分離純化作用。酸解是一難溶于水而形成沉淀，從而達到進一步的分離純化作用。酸解是一個復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：個復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：4.4.酸解酸解Ca3(C6H5O7)24H2O+3H2SO4+4H2O 2C6H8O7H2O+3CaSO42H2O 18FRIENDS 酸解停止加酸后仍要繼續(xù)作用一段時間、使硫酸鈣結(jié)晶成熟，然后真空抽濾。酸解停止加酸后仍要繼續(xù)作用一段時間

12、、使硫酸鈣結(jié)晶成熟，然后真空抽濾。為了提高收率，濾渣需用為了提高收率，濾渣需用70-8070-80水洗滌。水洗滌。19FRIENDSu凈化工藝包括脫色和離子交換樹脂除去雜質(zhì)離子。凈化工藝包括脫色和離子交換樹脂除去雜質(zhì)離子。u 粗檸檬酸液粗檸檬酸液-炭柱炭柱-陽離子柱陽離子柱-陰離子柱陰離子柱-精液精液u 酸解液中含有色素物質(zhì)，可用活性炭脫色去酸解液中含有色素物質(zhì)，可用活性炭脫色去 除。若用粉末活性炭，可直除。若用粉末活性炭，可直接加到酸解液中，用量為檸檬酸的接加到酸解液中，用量為檸檬酸的1一一3，然后隨抽濾時除去活性炭。但，然后隨抽濾時除去活性炭。但是目前多數(shù)工廠都用顆粒活性炭柱進行脫色，炭柱

13、可再生重復(fù)使用。是目前多數(shù)工廠都用顆?；钚蕴恐M行脫色，炭柱可再生重復(fù)使用。5.凈化凈化20FRIENDS 離子交換樹脂是用來去除檸檬酸液中各種雜質(zhì)離子的。通過陽離于交離子交換樹脂是用來去除檸檬酸液中各種雜質(zhì)離子的。通過陽離于交換柱可除去換柱可除去Ca2+、Fe2+等陽離子，最常用的陽離子交換樹脂是等陽離子，最常用的陽離子交換樹脂是732樹脂，樹脂，檸檬酸被進入陽離子交換往后應(yīng)控制一定流速并定時用黃血鹽和酒精分別檸檬酸被進入陽離子交換往后應(yīng)控制一定流速并定時用黃血鹽和酒精分別檢測流出液中有無檢測流出液中有無Fe2+和和Ca2+ ，若出現(xiàn)，若出現(xiàn)Fe2+或或Ca2+則應(yīng)立即停止進料。則應(yīng)立即停止

14、進料。如果檸檬酸液中含有較多的陰離于，可用陰離子交換樹脂除去，用如果檸檬酸液中含有較多的陰離于，可用陰離子交換樹脂除去，用AgN03試劑檢測流出液的試劑檢測流出液的Cl-作為陰離子交換柱進料的控制終點。作為陰離子交換柱進料的控制終點。21FRIENDS將凈化后的檸檬酸液加熱蒸發(fā)除去一定水分，使檸檬酸濃度提高至定值，將凈化后的檸檬酸液加熱蒸發(fā)除去一定水分，使檸檬酸濃度提高至定值，為結(jié)晶檸核酸創(chuàng)造條件。過去采用牽效的真空濃縮設(shè)備耗用蒸汽大，目前為結(jié)晶檸核酸創(chuàng)造條件。過去采用牽效的真空濃縮設(shè)備耗用蒸汽大，目前采用雙效或三效蒸發(fā)濃縮設(shè)備。采用雙效或三效蒸發(fā)濃縮設(shè)備。雙效蒸發(fā)時料溫一效為雙效蒸發(fā)時料溫一

15、效為88，二效小于，二效小于60。最終液中檸檬酸濃度為。最終液中檸檬酸濃度為75一一82，相對密度為，相對密度為1.3421.350(60)。6蒸發(fā)濃縮蒸發(fā)濃縮22FRIENDS 蒸發(fā)濃縮至規(guī)定濃度的檸檬酸液可進行結(jié)晶。一水檸檬酸與無蒸發(fā)濃縮至規(guī)定濃度的檸檬酸液可進行結(jié)晶。一水檸檬酸與無水檸檬酸結(jié)晶的臨界溫度為水檸檬酸結(jié)晶的臨界溫度為36.6。低于。低于36.6時結(jié)晶得到的是一時結(jié)晶得到的是一水檸檬酸，高于水檸檬酸，高于36.6結(jié)晶得到的是無水檸檬酸。可根據(jù)需要控制結(jié)晶得到的是無水檸檬酸。可根據(jù)需要控制結(jié)晶溫度。結(jié)晶溫度。 蒸發(fā)濃縮至一定濃度的溶液進入結(jié)晶罐后降低溫度就出現(xiàn)結(jié)晶。蒸發(fā)濃縮至一定

16、濃度的溶液進入結(jié)晶罐后降低溫度就出現(xiàn)結(jié)晶。一水檸檬酸的結(jié)晶溫度控制在一水檸檬酸的結(jié)晶溫度控制在10左右，無水檸檬酸的結(jié)晶溫度左右，無水檸檬酸的結(jié)晶溫度為為40；7.結(jié)晶結(jié)晶23FRIENDSl結(jié)晶后的晶體需離心機甩水。除去結(jié)晶母液。然后把結(jié)晶放入流結(jié)晶后的晶體需離心機甩水。除去結(jié)晶母液。然后把結(jié)晶放入流化床進行氣流干燥。氣流溫度要注意，對有水檸檬酸。溫度太高有化床進行氣流干燥。氣流溫度要注意，對有水檸檬酸。溫度太高有可能導(dǎo)致失去結(jié)晶水，所以干燥品溫度在可能導(dǎo)致失去結(jié)晶水，所以干燥品溫度在36 以下，而無水檸檬以下，而無水檸檬酸結(jié)晶的干燥品溫度則應(yīng)在酸結(jié)晶的干燥品溫度則應(yīng)在40以上；以上；l干燥

17、后應(yīng)進行過篩；干燥后應(yīng)進行過篩；l除去巨大顆粒和細小顆粒。取符合成品要求的部分包裝、入庫；除去巨大顆粒和細小顆粒。取符合成品要求的部分包裝、入庫；8干燥、篩分、包裝干燥、篩分、包裝24FRIENDS 鈣鹽法雖然原理比較簡單，工藝成熟，但是勞動強度極大，使用了強酸鈣鹽法雖然原理比較簡單，工藝成熟，但是勞動強度極大，使用了強酸且有廢棄物的排出，無論是對操作者還是對環(huán)境都造成了極大的危害，同時且有廢棄物的排出，無論是對操作者還是對環(huán)境都造成了極大的危害，同時此方法得到的檸檬酸收率也不高。一般只能達到此方法得到的檸檬酸收率也不高。一般只能達到70左右?？紤]到這種方法左右?？紤]到這種方法的不適性，許多研

18、究者將目光投向了尋找低能耗、少投入、無污染、低勞動的不適性，許多研究者將目光投向了尋找低能耗、少投入、無污染、低勞動強度及高收益的提取工藝上。強度及高收益的提取工藝上。25FRIENDS1吸交法提取檸檬酸吸交法提取檸檬酸3電滲析法提取檸檬酸電滲析法提取檸檬酸2超慮法提取檸檬酸超慮法提取檸檬酸 新型的檸檬酸提取方法26FRIENDS吸交法是采用一種交換吸附能力大、抗污染能力強的樹脂（普遍為陰離子樹脂）對吸交法是采用一種交換吸附能力大、抗污染能力強的樹脂（普遍為陰離子樹脂）對檸檬酸發(fā)酵液中的檸檬酸進行吸附交換，使之與其它雜質(zhì)分離，然后再用洗脫劑將檸檬酸發(fā)酵液中的檸檬酸進行吸附交換，使之與其它雜質(zhì)分

19、離，然后再用洗脫劑將檸檬酸洗脫下來實現(xiàn)檸檬酸的分離與提純。傳統(tǒng)的鈣鹽法生產(chǎn)檸檬酸過程，伴隨著檸檬酸洗脫下來實現(xiàn)檸檬酸的分離與提純。傳統(tǒng)的鈣鹽法生產(chǎn)檸檬酸過程，伴隨著硫酸鈣廢渣的生成和硫酸鈣廢渣的生成和CO2排放，而吸交法避免了硫酸鈣廢渣和高排放，而吸交法避免了硫酸鈣廢渣和高COD的廢水對環(huán)境的廢水對環(huán)境造成的污染，產(chǎn)生的廢液經(jīng)處理后，可綜合利用。生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物流體用泵造成的污染，產(chǎn)生的廢液經(jīng)處理后，可綜合利用。生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物流體用泵傳送即可。不僅節(jié)約了能源，降低了成本，還最大限度分離去除可溶性蛋白質(zhì)，糖傳送即可。不僅節(jié)約了能源，降低了成本，還最大限度分離去除可溶性蛋白質(zhì)，糖等有機雜

20、質(zhì)，基本實現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)。等有機雜質(zhì)，基本實現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)。吸交法吸交法27FRIENDSu膜分離技術(shù)是一種高科技領(lǐng)域內(nèi)的新興技術(shù)，它具有高效、污染小、膜分離技術(shù)是一種高科技領(lǐng)域內(nèi)的新興技術(shù)，它具有高效、污染小、節(jié)能、快速、適用范圍廣等優(yōu)點。節(jié)能、快速、適用范圍廣等優(yōu)點。u固體膜、液體膜分離技術(shù)用于發(fā)酵有機酸提取。固體膜分離法主要固體膜、液體膜分離技術(shù)用于發(fā)酵有機酸提取。固體膜分離法主要有超濾法和電滲析法。有超濾法和電滲析法。28FRIENDSl超濾法作為檸檬酸分離提取的預(yù)處理技術(shù)之一，是近幾年才出現(xiàn)的一種新方法。超濾法作為檸檬酸分離提取的預(yù)處理技術(shù)之一，是近幾年才出現(xiàn)的一種新方法。是一種簡單

21、的物理篩分過程。用來除去和分離濾液中的蛋白質(zhì)、糖類、色素等雜質(zhì)是一種簡單的物理篩分過程。用來除去和分離濾液中的蛋白質(zhì)、糖類、色素等雜質(zhì)。此方法的關(guān)鍵在于選擇抗氧化性、耐酸性較好的超濾膜，如聚礬類膜。此方法的關(guān)鍵在于選擇抗氧化性、耐酸性較好的超濾膜，如聚礬類膜。l超濾法提取檸檬酸的工藝流程超濾法提取檸檬酸的工藝流程檸檬酸發(fā)酵液預(yù)處理檸檬酸發(fā)酵液預(yù)處理超濾超濾結(jié)晶結(jié)晶離心分離的母液離心分離的母液干燥干燥成品。成品。超濾法超濾法29FRIENDS 采用該提取方法，不使用任何有害物質(zhì)，無廢棄物產(chǎn)生，而且實施簡采用該提取方法，不使用任何有害物質(zhì)，無廢棄物產(chǎn)生，而且實施簡便，容易實現(xiàn)自動化，應(yīng)該說實現(xiàn)了檸檬酸的清潔化生產(chǎn)。便，容易實現(xiàn)自動化，應(yīng)該說實現(xiàn)了檸檬酸的清潔化生產(chǎn)。 但是，該方法要求檸檬酸發(fā)酵液殘?zhí)呛康?，該方法要求檸檬酸發(fā)酵液殘?zhí)呛? g1 gL L，檸檬酸產(chǎn)率與殘，檸檬酸產(chǎn)率與殘?zhí)呛恐忍呛恐?2751275，方能得到較好的效果。，方能得到較好的效果。30FRIENDSl電滲析也是一種高效的膜分離技術(shù)，它是在電場力的作用下分別將發(fā)酵液中的陰陽離電滲析也是一種高效的膜分離技術(shù)，它是在電場力的作用下分別將發(fā)酵液中的陰陽離子通過