柠檬酸提取方法的研究进展

《柠檬酸提取方法的研究进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柠檬酸提取方法的研究进展（4页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、柠檬酸提取方法的研究进展 柠檬酸提取方法的研究进展 摘 要柠檬酸是当今利用微生物生产的一种极为重要的有机酸，广泛应用于食品、饮料、医药、化工、冶金等领域。以柠檬酸除菌过滤清液为原料经色谱法工艺生产柠檬酸的工艺不仅具有工艺简单、自动化程度高、本钱低的特点，柠檬酸收率提高10%左右，而且生产柠檬酸过程不产生二氧化碳和硫酸钙，解决了原工艺中存在的温室气体和废渣排放问题，具有明显的经济效益和社会效益和环境效益。 关键词柠檬酸； 钙盐法； 离子交换吸附法 中图分类号：TQ 920 文献标识码：A 文章编号：1009-914X20-0063-02 前言：柠檬酸是发酵法生产的最重要的有机酸之一，广泛的应用在

2、食品、医药、化工等领域。它在水中的溶解度极高，能被生物体直接吸收代谢。它的许多特殊的优点使它得到了广泛的应用。柠檬酸本身也是化学合成中间体，成为化学合成的根底原料。它的盐类、酯类和衍生物也各具特点，用途极为广泛而有良好的开展前景。随着科技的进步，柠檬酸的应用领域也在不断的开拓。 目前国内生产柠檬酸厂家大多采用钙盐法生产柠檬酸，该工艺主要有以下缺点：工序多，工人劳动强度大；生产收率低，目前只有85%左右；产生大量的硫酸钙废弃物，对环境污染大。 本文详细研究了色谱法连续离交提取柠檬酸的新工艺，该工艺主要有以下优点：工序较少，通过离交直接别离柠檬酸；生产收率较高，整个生产收率90%以上；不产生硫酸钙

3、固体废弃物。该工艺不仅具有工艺简单、自动化程度高、本钱低的特点，而且生产柠檬酸过程不产生二氧化碳和硫酸钙，解决了原工艺中存在的温室气体和废渣排放问题，生产柠檬酸钠过程中不产生二氧化碳，每吨柠檬酸钠最多产生40公斤硫酸钙，较传统工艺1400公斤硫酸钙，具有明显的经济效益和社会效益。同时柠檬酸收率提高7%左右，降低生产本钱的同时降低了废水环保处理费用。 1 钙盐法提取工艺 钙盐法是一种传统的从发酵液中提取柠檬酸的方法。该工艺是利用柠檬酸钙不溶于水、但能溶于酸的特点，来进行别离提取。 1、根本化学原理 钙盐法主要的化学反响步骤有两步：中和与酸解。其中，中和又可以采用两种方法： 中和： 2C6H8O7

4、H2O+3CaCO3Ca324H2O+3CO2+H2O 2C6H8O7H2O+3Ca2Ca324H2O+4H2O 酸解：Ca324H2O+3H2SO4+H2O2C6H8O7H2O+3CaSO4H2O 2、钙盐法的工艺流程 目前，在发酵液中柠檬酸的提取方面，国内普遍采用的是钙盐离交法工艺流程，流程图见图1-1。 成熟发酵液经加热过滤除去菌丝体等固体残渣后，在中和釜内与碳酸钙浆液中和，生成难溶的柠檬酸钙沉淀。经过滤后，将柠檬酸钙沉淀用热水充分洗涤，洗去残糖以及可溶杂质。然后柠檬酸钙沉淀在酸解釜内被硫酸酸解，生成柠檬酸与石膏，过滤后将滤液脱色，经离子交换，可以除去杂质阴、阳离子。最后，经浓缩、结晶、

5、离心别离、枯燥等工序即可得到柠檬酸产品。 3、钙盐法的优缺点以及改良 钙盐法是一种传统的从发酵液中提取柠檬酸的方法，它具有工艺成熟、原材料易得、操作方便、产品质量稳定等优点。但随之暴露出的缺点也不少，主要有以下几方面：提取过程中单元操作多，损失大，总收率低即使每一步都能标准操作，总收率也很难高于85%，国内厂家一般在8085%，超过85%的很少【1】；提取过程中柠檬酸经过屡次相变，不仅消耗大量的化工原材料，而且用于固液别离的能耗也大；提取过程中产生大量的废水、废渣，严重污染了环境，同时加大了工人的劳动强度。此种工艺提取收率一般为小于85%，吨产品消耗碳酸钙、硫酸约0.9吨，80热水20立方，产

6、生约2吨固体废弃物硫酸钙和30立方废水。 近年来，为了使该工艺更环保、更节能，也为了改善工人的工作环境，人们对这一传统方法提出了一些改良措施。例如，用Ca2代替CaCO3中和，大大减少了气体CO2的排放量，改善了劳动环境，而且产品质量稳定2，3。用柠檬酸代替硫酸进行柠檬酸钙的酸解，不产生硫酸钙废渣，节省了硫酸，减少了环境污染【4】。另外，将柠檬酸母液用浓硫酸净化处理后直接返回酸解工序，可以有效地除去易碳化物，降低原材料消耗【5】。另外，2006年丰原生物化学股份对传统钙盐法进行了改良，将钙盐法提取工艺收率提高到90%以上，柠檬酸酸解液浓度提高到45%左右，吨产品消耗碳酸钙、硫酸约0.56吨，6

7、0热水约4立方，产生约1.2吨固体废弃物硫酸钙和13立方废水 2离子交换吸附法 上世纪七、八十年代，离子交换吸附法开始应用于发酵液中柠檬酸的提取别离过程。它是利用特定的有机高分子树脂的高选择吸附性，通过寻找使用适当的树脂，直接从过滤后的发酵液中提取柠檬酸或其盐类。 1、根本化学原理 离子交换吸附法理论上可以分为三步完成： 1吸附： 3ROH+C6H8O7R3C6H5O7+3H2O 2洗脱： R3C6H5O7+3NaOHNa3C6H5O7+3ROH R3C6H5O7+3NH3H2O3C6H5O7+3ROH 3转型： Na3C6H5O7+3RSO3H3RSO3Na+C6H8O7 3C6H5O7+3

8、RSO3H3RSO3+C6H8O7 2、离子交换法的工艺流程 国内一般的流程是发酵液经过滤后用离子交换柱交换提取，氨水洗脱后过阳离子交换柱转型，经活性炭脱色、除杂后浓缩、结晶。我国目前有代表性的流程是张洪勋【6】等提出的流程，见图1-2。 柠檬酸发酵液过滤后经活性炭脱色，过弱碱阴离子交换柱吸附和交换柠檬酸，再用柠檬酸和柠檬酸铵缓冲液洗脱易碳化合物。接着，用氨水或NaOH解析，得到的稀柠檬酸氨再经H型阳离子树脂转型，洗脱后的柠檬酸分别用732型阳离子交换树脂和315型阴离子交换树脂除去正负杂质离子。最后，将得到的柠檬酸液浓缩、结晶，制成产品，总的收率大于85%. 用于提取柠檬酸的主要是阴离子交换

9、树脂，常用的有M型、D301型、717型，大多是具有叔胺和吡啶官能团的弱碱型树脂6，7，但也有带季铵官能团的强碱型树脂和中性【8】阴离子树脂，如交联的聚苯乙烯聚合物和非离子疏水性聚丙烯酸脂聚合物。 3、离子交换法的优缺点及改良 离子交换吸附法工艺简单，与钙盐法相比，由于减少了柠檬酸的相变过程，能耗大大降低；生产过程中不产生大量的石膏废渣，大大降低了工人的劳动强度，也改善了周围环境；重要的是柠檬酸的收率由8085%提高到90%以上。当然，该工艺也存在一些缺点，例如，离子交换树脂在使用中需要频繁再生，会产生大量废液；再之，离子交换树脂具有一定的寿命，也需要经常更换，会产生大量的固体废弃物。因此，寻

10、求或研制高效、寿命长、易回收利用的离子交换树脂，就成为该工艺得以工业化推广的关键。 3 色谱法工艺经济效益估算 3.1 估算依据 经过一年的柠檬酸新工艺的试生产，将色谱法生产柠檬酸生产工艺与钙盐法生产工艺进行比照。 3.2 柠檬酸提取精制本钱比照 根据2007年3月份原材料的价格为基准计算生产本钱。分别对传统钙盐沉淀法和柠檬酸色谱别离工艺，与现有钙盐法生产工艺对照并加以比拟，两种工艺方法所需辅料本钱如表4-1所示： ISEP提取柠檬酸工艺与钙盐法提取柠檬酸工艺原辅材料消耗对照见下表： 4 结论 由上可见，与传统的中和沉淀法相比，采用色谱法工艺生产柠檬酸，每吨产品可降低辅料本钱310元以上；提取

11、、精制收率由92%提高到98.5%以上；另外，节约了固体废弃物硫酸钙的处理费用，与传统的钙盐沉淀法比拟产生的经济效益和社会效益非常明 参考文献 【1】 王传怀，张国宝，吕希化，等.电渗析提取柠檬酸技术J.膜科学与技术1992，12：44-48. 【2】 曹海星.我国柠檬酸生产概况及开展趋势J.湖北化工，1988，：34-36. 【3】 彭跃莲，姚仕仲，纪树兰，等.从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的方法J.北京工业大学学报，2002，28：46-51. 【4】 蔡永峰.我国柠檬酸工业的现状及进展J.应用微生物，1989，：1-5. 【5】曹海星，喻宗沅，张红敏.柠檬酸母液净化处理工艺P.中国专利；CN87102195A，1992-04-01. 【6】张洪勋，刘德明，薛茂杰，等.柠檬酸提取新工艺P.中国专利；CN1153821A，1997-07-09. 【7】 高年发，杨 枫，李颖宪.别离提纯柠檬酸工艺P.中国专利；CN1156183A，1997-08-06. 【8】 王志华，高自立，孙思修，等.伯胺N1923萃取柠檬酸的研究J.高等学校化学学报，1992，13：1153-1156.