Способ получения лимонной кислоты

 

Изобретение относится к способу получения лимонной кислоты ферментативным брожением с использованием гриба Asp. niger и может быть использовано в виде новых технологий на действующих установках по производству лимонной кислоты. Согласно способу очистку растворов лимонной кислоты осуществляют их обработкой озоно-воздушной смесью при 40 70°С, расходе смеси 2-4 м³/м³ ч раствора при концентрации озона 10 16 мг/л в течение 40 60 мин. При обработке раствора и маточника озон разрушает комплексы лимонной кислоты с соединениями железа, за счет чего выход лимонной кислоты возрастает суммарно в пределах 8 14% Обработку растворов осуществляют в аппарате колонного типа. Способ позволяет повысить качество продукции, сократить потери и значительно упростить процесс за счет упразднения операций угольной очистки и фильтрации. 3 табл.

Изобретение относится к способам получения лимонной кислоты, в частности, к способу получения лимонной кислоты ферментативным брожением с использованием гриба Aspergielus niger и может быть использовано для реконструкции действующих и проектирования новых установок данного типа.

Известны способы получения лимонной кислоты ферментативным брожением мелассного раствора культурой гриба Aspergielus niger, отличающиеся характером химических добавок, вводимых для повышения продуктивности процесса [1,2] Однако предлагаемые сильнодействующие антисептики [2] такие как производные дихлоруксусной кислоты не отличаются избирательностью действия в отношении микрофлоры. Поэтому их стимулирующий эффект незначителен. Процесс с их использованием характеризуется повышенным расходом минерального сырья. Применение поли-(1,2,4-триоксифенилена) [3] на стадии подращивания мицелия обеспечивает незначительное повышение выхода лимонной кислоты. Однако основные потери лимонной кислоты наблюдаются на стадии выделения и очистки готового продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предложенному является способ получения лимонной кислоты глубинным культивированием штамма-продуцента Aspergielus niger, предусматривающий приготовление мелассного питательного раствора, его стерилизацию, ферментацию, отделение биомассы фильтрованием, выделение лимонной кислоты из фильтрата культуральной жидкости путем осаждения ее в виде цитрата кальция карбонатом кальция, обработку полученного осадка желтой кровяной солью (ЭКС) и серной кислотой, отделение берлинской лазури и гипса фильтрацией, концентрирование лимонной кислоты упариванием, очистку упаренного раствора и доведение его до насыщенного состояния выпариванием под вакуумом с последующей кристаллизацией лимонной кислоты, отделение кристаллов лимонной кислоты от маточника и его возврат в процесс [4] Применяемая технология позволяет удалить на стадии выделения значительное количество солей железа с помощью ЖКС и красящих веществ на стадии адсорбционной очистки. Однако этот способ имеет ряд существенных недостатков: вводимая ЖКС способна разрушить далеко не все хелатные связи комплексов солей железа с лимонной кислотой. Потери лимонной кислоты в виде растворимого комплекса с железом, уходящего в маточник, достигает 8-10% На стадии очистки раствора лимонной кислоты также наблюдаются значительные потери. Очистку и обесцвечивание сиропа и маточника производства лимонной кислоты в известном способе осуществляют различными сорбентами и, главным образом, дорогостоящим активным углем. Этим приемом удается достигнуть значительной степени осветления раствора для последующей кристаллизации. Однако уголь является весьма дорогим реагентом, не поддается регенерации и сравнительно малоэффективен для густых сред из-за малой скорости диффузии. Поэтому он не обеспечивает необходимой степени очистки густого сиропа. Процесс фильтрации от сорбента является весьма сложным и приводит к механической потере лимонной кислоты на сорбенте до 3-4% Эти стадии в значительной мере осложняют процесс, делают его громоздким с высоким процентом физического труда. На этих стадиях происходят основные потери продукта. После адсорбционной очистки при выпаривании до насыщения концентрация оставшихся красящих веществ повышается, и раствор снова окрашивается в темный цвет, что снижает потребительские характеристики лимонной кислоты.

Цель предлагаемого изобретения повышение выхода и качества лимонной кислоты и упрощение процесса путем полного разрушения хелатных комплексов лимонной кислоты с солями железа и изменение технологии очистки растворов.

Поставленная цель достигается тем, что адсорбционная очистка раствора лимонной кислоты заменяется очисткой раствора озоно-воздушной смесью с содержанием озона 10-16 г/м³ в аппарате барботажного типа при 40-70^оС при расходе озоно-воздушной смеси 2-4 м³/м³ч раствора лимонной кислоты. Маточник, полученный после отделения кристаллической лимонной кислоты, дополнительно обрабатывается озоно-воздушной смесью при условиях, указанных выше. При этом отпадает необходимость в использовании сорбента и операции фильтрации раствора от сорбента, устраняются потери лимонной кислоты с сорбентом, а степень очистки повышается с 55-60% на угле до 70-90% с использованием озоно-воздушной смеси, повышается выход лимонной кислоты на 4-10% за счет исчерпывающего разрушения озоном комплексов лимонной кислоты с железом. Маточник после отделения кристаллов лимонной кислоты дополнительно обрабатывают озоно-воздушной смесью с целью исчерпывающего разрушения комплексов и его осветления, после чего его возвращают на стадию разложения цитрата лимонной кислоты для связывания выделившихся соединений железа.

Способ осуществляют следующим образом.

Питательный раствор, подпитывающий раствор и посевной материал готовят по регламенту в соответствии с технологическими нормами действующего предприятия. В процессе используют мелассу с содержанием 46% сахара в качестве источника углерода, источники азота и фосфора и другие минеральные соли. Лимонную кислоту получают сбраживанием мелассного питательного раствора культурой гриба Aspergiеlus niger, шташ Л-4. После ферментации раствор лимонной кислоты отделяют от биомассы фильтрацией. Лимонную кислоту выделяют из культуральной жидкости в виде цитрата кальция карбонатом кальция, обрабатывают полученный осадок ЖСК и серной кислотой. Полученный раствор лимонной кислоты фильтруют от берлинской лазури и гипса и упаривают. Упаренный раствор лимонной кислоты обрабатывают озоно-воздушной смесью в колонне барботажного типа из нержавеющей стали. Работа колонны может осуществляться в периодическом или непрерывном режиме в соответствии с организацией работы всей установки. Раствор лимонной кислоты поступает в колонну через верхний патрубок. Воздух с содержанием озона 10-16 г/м³ поступает в нижнюю часть колонны, проходит рассекатель и барботирует через слой раствора лимонной кислоты. Контакт двух фаз осуществляют при 40-70^оС в течение 40-60 мин в зависимости от качества исходного раствора и требуемой степени очистки. Расход озоно-воздушной смеси варьируется в пределах 2-4 м³/м³ч раствора лимонной кислоты, также в зависимости от требуемой степени очистки. Аналогичным образом обработке озоно-воздушной смесью с целью очистки, осветления и разрушения хелатных связей железосодержащих комплексов лимонной кислоты могут быть подвергнуты любые концентрированные и разбавленные растворы лимонной кислоты и маточники после первой и второй стадии упаривания. В частности, маточник после отделения кристаллов лимонной кислоты из насыщенного раствора подвергают обработке озоно-воздушной смесью при 40-70^оС, концентрации озона 10-16 г/м³ и расходе 2-4 м³/м³ч раствора. При этом полностью разрушаются железосодержащие комплексы лимонной кислоты и устраняются потери с сорбентом. Выход лимонной кислоты возрастает суммарно в пределах 8-14% Предлагаемый способ иллюстрируется следующим образом.

П р и м е р 1. Результаты эксперимента по предлагаемому способу получены на базе действующего предприятия.

Питательный раствор, подпитывающий раствор, посевной материал готовили по регламенту в соответствии с технологическими нормами. Использовали мелассу с содержанием 46% сахара в качестве источника углерода, калий железосинеродистый, калий фосфорнокислый в качестве источников азота и фосфора, посевной материал споры гриба Aspergielus niger при следующих расходных нормах в тоннах на одну тонну полученной лимонной кислоты соответственно: 3,3; 0,026; 0,0035; 3,0.

Биомасса отделялась от раствора лимонной кислоты на фильтре из бельтинговой ткани. Раствор обрабатывали карбонатом кальция. Цитрат кальция после отделения жидкой фазы обрабатывали ЖКС и серной кислотой, отделяли гипс и берлинскую лазурь. Раствор лимонной кислоты подвергали первой упарке.

Раствор лимонной кислоты после первой стадии упарки обрабатывали озоно-воздушной смесью. Концентрация лимонной кислоты 70 г/100 мл. Аппарат из нержавеющей стали заполнен раствором лимонной кислоты. Общая загрузка раствором 2 л. Массу нагревали до 50^оС, расход озоно-воздушной смеси 2 м³/м³ч раствора. Концентрация озона 16 мг О₃/л, длительность обработки 1 ч. Для сравнения эффективности осветления растворов лимонной кислоты озоно-воздушной смесью использовали данные заводской очистки растворов активным углем. Цветность очищенных растворов лимонной кислоты с помощью угля и озоно-воздушной смесью оценивали фотометрическим методом. На основании показаний фотометрических анализов рассчитывали степень обесцвечивания растворов в по отношению к исходному.

Содержание лимонной кислоты в растворе или маточном растворе после очистки углем и озоно-воздушной смесью оценивали стандартными заводскими методами и пересчитывали на объем исходного раствора, принимая ее содержание в исходном на 100% Было исследовано влияние различных параметров на степень осветления растворов лимонной кислоты и ее выход. Результаты влияния различных параметров представлены в примерах 1-23 табл.1.

Аналогично примерам 1-23 проведены опыты по очистке сиропа лимонной кислоты после разложения цитратной массы (табл. 2, примеры 24-33), а также опыты по обесцвечиванию маточного раствора после кристаллизации и центрифугирования утфеля основного раствора (табл.3, примеры 1-11).

Аппаратура, методика эксперимента, методы оценки эффективности аналогичны описанию в примере 1.

Анализ результатов, приведенных в табл. 1-3 показал, что на процесс очистки растворов лимонной кислоты положительное влияние оказывает повышение температуры. Однако при температуре 70^оС и выше становится заметным разложение озона, и эффект очистки снижается. Эффект очистки зависит от времени контакта, концентрации озона в озоно-воздушной смеси и ее удельного расхода. Все три фактора указывают на кинетическую зависимость скорости реакции от концентрации озона.

Из приведенных примеров следует, что интервал температуры 40-70^оС, концентрация озона 10-16 мг/л, расход озоно-воздушной смеси 2-4 л/л ч, время процесса 40-60 мин являются оптимальными, и дальнейшее ужесточение режима процесса очистки приводит к незначительному повышению эффекта осветления.

Таким образом, очистка растворов лимонной кислоты с использованием озона позволяет повысить качество и выход лимонной кислоты, упростить процесс за счет исключения трудоемких и энергоемких операций угольной очистки.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ, предусматривающий глубинное культивирование штамма-продуцента Aspergillus niger в условиях аэрации на жидкой питательной среде, содержащей мелассу, отделение биомассы фильтрованием и выделение лимонной кислоты из фильтрата культуральной жидкости путем осаждения ее в виде цитрата кальция карбонатом кальция, обработку полученного осадка желтой кровяной солью и серной кислотой, отделение берлинской лазури и гипса фильтрацией, концентрирование лимонной кислоты упариванием, очистку упаренного раствора и доведение его до насыщенного состояния выпариванием под вакуумом с последующей кристаллизацией лимонной кислоты, отделение кристаллов лимонной кислоты от маточника и его возврат в процесс, отличающийся тем, что очистку упаренного раствора лимонной кислоты ведут обработкой его озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 10 16 г/м³ при расходе ее 2 4 м³/м³ ч раствора при температуре 40 70^oС в течение 40 60 мин, а маточник возвращают на стадию обработки желтой кровяной солью, причем перед возвратом его дополнительно очищают обработкой озоно-воздушной смесью при условиях, указанных выше.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3