第七章柠檬酸提取工艺概要

➢ 全离子交换法提取工艺：柠檬酸是α-羟基三羧 酸，在水中很容易解离成H+和H2Ci-、HCi2-、 Ci3-离子，故可利用阴离子交换树脂从柠檬酸发 酵醪中吸交柠檬酸根离子，然后用碱（NaOH 或NH4OH）解析得柠檬酸钠（或柠檬酸铵）液。 或用强酸或热水洗脱（解析）获得柠檬酸液。
➢ 电渗析提取工艺：电渗析是一种膜技术。它是 在离子交换树脂基础上发展起来的新技术，可 用于从柠檬酸发酵醪中提取柠檬酸，但所得柠 檬酸产品易炭化物含量较高，其质量仅符合工 业级标准。
第一节 概பைடு நூலகம்述
成熟的柠檬酸发酵醪中，除含有主产物柠 檬酸之外，还含有纤维、菌体、有机杂酸、 糖、蛋白类胶体物质、色素、矿物质及其他 代谢产物等杂质，它们或来自发酵原料、或 在发酵过程中生产，它们或溶存或悬浮于发 酵醪中。通过各种理化方法，清除这些杂质， 得到符合各级质量标准的柠檬酸产品的全过 程，即为柠檬酸生产的下游工程。它是一个 确保产物“丰收”，提高企业效益的生产系 统工程。
➢ 连续离子交换法提取工艺
即料液和树脂都处于流动状态，一般作对 向流动，整个操作完全连续，故称连续离子交 换法。
基本原理是，固体吸附剂依次经历一个由 特定步骤组成的循环过程，在这些步骤中，固 体吸附剂均与一种流体相接触，通过改变流体 相的性质和组成，吸附剂在一个步骤（吸附） 中将吸附一种被吸附物 ，而在下一个通常称 为再生或洗脱的步骤中，吸附剂把被吸附物释 放出来。
下游提取工艺有：
➢钙盐离子交换工艺：是将离子交换树脂脱盐 工艺引入钙盐法提取柠檬酸的工艺。此法总收 率可达到80%～90%，且操作简单，易掌握。
➢液-液萃取工艺：用有机溶剂做萃取剂，将水 溶液中的主要产物萃取到有机相中富集，其他 杂质留存于萃余相中被弃去，然后用纯水从有 机相中将主要产物反萃取到水相中富集，从而 得到较纯的产物，这一工艺称为液-液萃取工 艺。
4.过滤机的生产能力
过滤机的生产能力，通常以每单位过 滤面积（m2）,在每单位时间（h）内所 能得到的产物量〔滤液（ m3）或滤饼 （kg）〕来表示。
d、从发酵液中总酸算起，总收率可达85%~90%。
靠这些方法将柠檬酸从体积大、杂 质多的发酵醪中提取出来，再经过 脱色、过滤、除盐、浓缩、结晶、 干燥等，进一步精制而获得成品柠 檬酸。
在当前世界柠檬酸工业中最广泛 采用的工艺是钙盐离子交换法。
第二节 钙盐离子交换工艺
发酵醪 预处理
90℃水
过滤
调浆
（1）温度过高和受热时间过长，会使菌体破 裂而自溶，释放出蛋白质，反而使料液粘 度增加，颜色褐变，不利于净化。
（2）过长时间的直接蒸汽加热，会增加料液 稀释度，有损于收率（最好间接加热）。
（二）发酵醪过滤
1.工序的主要目标 ➢ 彻底除去发酵醪中的悬浮物； ➢ 除去发酵醪中的草酸； ➢ 尽可能减少滤液的稀释度； ➢ 把柠檬酸的损失减少到最低限度。
2.工序的技术参数
➢ 一次滤液
柠檬酸（CAM）≥9.0g/dL 悬浮物≤ 0.1g/dL
➢ 滤饼
含水量≤55%~70%
柠檬酸 ≤2.5%
➢ 复滤液
柠檬酸≥9.0g/dL
悬浮物≤ 5mg/L
草 酸0
3.过滤的基本概念
过滤：使固、液两相分离常用的有 效方法。
其基本原理：是利用一种有很多毛 细孔的物体做过滤介质，利用过滤介 质两侧的压力差为推动力，使被过滤 的液体由介质的小孔通过以得到澄清 的滤液，悬浮物被截留而积聚在介质 表面形成滤饼。
➢ 2、发酵醪预处理 目标:为柠檬酸的提取工作创造一个好的条件。 操作:将发酵醪加热至75~90℃，时间易短不宜长。
作用:
a、杀灭柠檬酸产生菌和杂菌，终止发酵 ，防止柠檬酸被代谢分解。
b、使蛋白质变性而絮凝，破坏胶体，降 低料液粘度，有利于过滤。
c、使菌体中的柠檬酸部分释放出来。
➢ 热处理要注意以下两个问题：
➢ 色谱分离（ILCS）工艺 该工艺由中科院生态环境中心研究成功，目
前仍处于实验性生产阶段。主要特点是：
a、采用对柠檬酸分子具有高效分离特性的离子交 换树脂作分离材料，从发酵液中分离出柠檬酸；
b、强化了发酵过滤液的预处理工作，除去非柠檬 酸杂质，使成品中易炭化物含量达标；
c、提取液中柠檬酸浓度可达20%~40%，减少蒸发 能耗；
滤饼的厚度达到一定程度时，则变成 真正的过滤介质。所以在过滤开始时， 往往出现浑浊滤液，这是因为滤浆中 的固体颗粒大小不一，细小者易穿过 介质的孔隙而未被截留，当介质表面 积有滤饼时，滤液变清，这就表示滤 饼的毛细孔道较过滤介质小，或者是 滤饼在过滤介质的孔道中起有广泛的 架桥作用。
使用任何一种过滤设备，都有一个适 当的滤饼厚度的要求，这就取决于过 滤速度和滤饼的洗涤速率。过滤速度 决定于推动力和阻力，当推动力一定 时，过滤速度随过程的进行而逐渐降 低。如果要求速度不变，则必须加大 过程的推动力，但达到一定限度时， 再进行下去，是不经济的所以必须除 去滤饼，而重新开始过滤。
滤饼中的微孔错综复杂，滤液充满在这 些微孔中，由于表面张力和粘着力而不 能自动流出，为提高滤出物的收率，应 加清洗液将这些清洗液排出。
一般要大体洗涤干净，只需消耗少量 的清洗液，如果要完全洗涤干净，则要 消耗大量的洗涤液，但因而增加了滤液 的稀释度，在生产中要权衡利弊，利用 适当两的洗涤液，达到较佳的效果。
H2S04
酸解
阴离子交换柱 净化液
70℃水
过滤
精滤 等外品
湿晶 干燥 筛分
复滤
复滤
预热
筒仓
滤液
CaCO3
中和
过滤
90℃水
洗钙
粗柠檬酸液
蒸发
包装
活性炭粒 阳离子交换柱
结晶 离心
洗晶水 母液
入库 成品
菌渣 浓有机废水淡有机废水 湿石膏渣
（一）发酵醪的预处理
➢ 1、薯干原料产物的组分： 柠檬酸、草酸、葡萄糖酸、其他杂酸、残总糖、 蛋白质、纤维及菌体。
过滤的阻力为介质和滤饼之和。起主要 作用的是滤饼的厚度和特性，而其特性 又取决于滤饼的可压缩性和不可压缩性。 前者为无定形的颗粒所组成，粒与粒之 间的孔道随压强的增加而变小，因此对 滤液的流动产生了阻力，而后者为不可 变颗粒所组成，粒与粒之间的孔道不随 压强变化。柠檬酸发酵醪中的颗粒形成 的滤饼，属于可压缩性滤饼。