CN101294169B - 钠盐发酵电渗析提取乳酸新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钠盐发酵电渗析提取乳酸新工艺，它采用一种全新的中和剂进行发酵，在发酵的过程中可调节pH值，乳酸在自动控制系统作用下得到中和，生成乳酸钠，经膜过滤，除杂净化，再经双极膜电渗析装置产生乳酸和氢氧化钠，氢氧化钠返回发酵循环利用，利用淀粉质原料或其它含葡萄糖原料经粉碎、调浆，搅拌，浸泡，加淀粉酶后喷射液化，将喷射液化的液体糖化后立即过滤、调pH值，灭菌，调温度后糖化，搅拌均匀，进入发酵工序；灭菌后接入耐高渗L-乳酸菌种培养液，接种，发酵，搅拌均匀，发酵，超滤，过滤后的乳酸钠溶液进入下道工序，经过滤后的乳酸钠溶液，进入双析膜层进行电渗析，乳酸经浓缩制成所需浓度的产品。
Description
技术领域：
本发明涉及一种乳酸生产的新方法，尤其涉及一种有别于钙盐法的中和剂中和发酵过程产生乳酸的钠盐发酵电渗析提取乳酸新工艺，该方法采用一定浓度的氢氧化钠作中和剂，并采用流加方式对发酵过程进行控制，根据发酵过程对PH值进行精确控制，可以完全进行自动化操作的发酵新工艺。
背景技术：
目前乳酸发酵公开使用的发酵中和剂，主要是采用碳酸钙，也有一些研究机构采用氢氧化钙作为中和剂，用这种生产方式生产乳酸具有劳动强度大，有大量的粉尘污染，无法对发酵PH值进行精确控制，无法实现生产自动化、生产成本高、发酵过程容易染菌及产品收率低、后提取过程产生大量的工业“三废”的缺点。
发明内容：
本发明的目的是针对上述生产工艺的缺点，而提供一种钠盐发酵电渗析提取乳酸新工艺，该发明采用一种全新的中和剂进行发酵，在发酵的过程中可调节PH值，乳酸在自动控制系统作用下得到中和，生成乳酸钠，经膜过滤，除杂净化，再经双极膜电渗析装置产生乳酸和氢氧化钠，氢氧化钠返回发酵循环利用；本发明不仅解决了困扰乳酸发酵行业多年的劳动强度大、粉尘污染严重、无法精确控制发酵PH值的缺点，而且大大的提高了生产自动化水平，使原材料的使用处于可操控水平，为工业上的精细化操作提供了可能。
本发明是这样实现的：
第一步、利用淀粉质原料或其它含葡萄糖原料，粉碎、调浆(水料比：1∶4，控制PH值在5.5-6.5)，在充分搅拌的情况下，浸泡30分钟，加淀粉酶在温度为105℃-110℃条件下喷射液化30分钟，碘试显本色、DE值为25％-35％，立即过滤、将滤液调PH值为4.0-4.5，调温度60℃糖化(也可以先液化，然后在发酵过程中边发酵，边糖化，调节发酵PH值为5-5.5)，时间为15-25个小时，立即降温，配制糖水葡萄糖含量在13％-16％，添加1％-2％的玉米浆、0.5％-1％的酵母膏、0.02％-0.05％乳酸镁、0.005％-0.01％磷酸氢二钠，制为发酵营养液，发酵营养液灭菌在105℃-115℃温度下灭菌30分钟，急剧降温、调节料液温度为55℃-65℃，搅拌均匀，进入发酵工序；
第二步、发酵营养液接入耐高渗L-乳酸菌种培养液，接种量为8％-15％，发酵温度为49℃-51℃，搅拌均匀，先静止培养7-9小时，然后利用配制好的浓度在15％-25％之间的氢氧化钠，流加控制发酵液的PH值，维持发酵营养液的PH值在5.2-6.3之间，制得乳酸钠溶液，发酵结束可以使发酵残留的还原糖在0.1％视为发酵终点；
第三步、发酵完成后的乳酸钠溶液，经过超滤分离出的菌体和大分子蛋白及纳滤分离出残留的还原糖、色素、高价离子等，并返回到预发酵罐内，达到营养综合利用、再利用的目的，精滤后的乳酸钠溶液进入下道工序；一般运行3天洗膜一次，用水量每吨乳酸0.3吨水，洗膜水外排(COD≤600mg/L、BOD≤400mg/L)；
第四步、经过滤后的乳酸钠溶液，进入电渗析装置，在电场推动下，使用选择性透过的离子交换膜替代传统的钙盐法酸解工艺，乳酸钠中的钠离子可透过阳离子交换膜运动，直到双极膜阴离子交换膜时被截留，反之，阴离子交换膜可以让乳酸根阴离子进行交换和穿过，直到被双极膜的阳离子交换膜截留，乳酸根离子、钠离子分别通过多级阴膜、阳膜组成的膜堆，其他离子相对截留，再进入多级电渗析膜系统的双析膜层，双极膜阴阳复合膜位于电渗析膜的两侧，双极膜靠电解提供氢氧根离子和氢离子，这样一个膜堆就形成三个料液通道，乳酸钠料液从中间进入，在电场的作用下，使氢离子与乳酸根离子结合成乳酸；氢氧根离子与钠离子结合成氢氧化钠，分别从左右两个通道流出，从而达到了乳酸提取精制和氢氧化钠的回用，最后，乳酸经浓缩制成所需浓度的产品。
本发明可以是这样实现的：所述的淀粉质原料可以采用大米、玉米、小麦、薯干、土豆、木薯或精制葡萄糖。
本发明还可以是这样实现的：淀粉质原料的粉碎粒度为80-100目。
本发明还可以是这样实现的：加淀粉酶在温度为108℃条件下喷射液化30分钟，调节料液温度为60℃。
本发明还可以是这样实现的：发酵营养液的灭菌温度在110℃。
本发明还可以是这样实现的：发酵营养液接入耐高渗L-乳酸菌种培养液，接种量为10％，发酵营养液的发酵温度为50℃，接种后保持接种液静止放置8小时，OD600至少为2。
本发明还可以是这样实现的：氢氧化钠的浓度为20％，流加控制发酵营养液的PH值，维持发酵营养液的PH值为6.0。
本发明还可以是这样实现的：发酵营养液残糖0.1％为发酵终点。
本发明的积极效果是：
1、本发明具有自动化程度高、污染小、生产成本低、不易染菌和可精确控制发酵PH值及设备利用率高的优点。
2、本发明大大降低了劳动强度，提高了劳动生产效率，减少环境污染。
3、本发明能提升乳酸生产技术水平，推动了发酵行业的技术革命。
4、氢氧化钠的回用补充了发酵过程中的中和剂，节约了成本，且整个提取乳酸过程为闭路循环，基本达到了零排放，保护了环境。
具体实施方式：
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例一：
第一步、利用淀粉质原料玉米，粉碎粒度为90目、调浆(水料比：1∶4，控制PH值在5.5-6.5)，在充分搅拌的情况下，浸泡30分钟，加淀粉酶在温度为108℃条件下喷射液化30分钟，碘试显本色、DE值为30％，立即过滤、将滤液调PH值为4.5，调温度60℃糖化(也可以先液化，然后在发酵过程中边发酵，边糖化，调节发酵PH值为5.0)，时间为20个小时，立即降温，配制糖水葡萄糖含量在16％，添加1.5％的玉米浆、0.5％的酵母膏、0.02％的乳酸镁、0.005％的磷酸氢二钠，在110℃温度下灭菌30分钟，急剧降温、调节料液温度为60℃，搅拌均匀，进入发酵工序；
第二步、发酵营养液接入耐高渗L-乳酸菌种培养液，接种量为10％，发酵温度为50℃，搅拌均匀，先静止培养8小时，然后利用配制好的浓度在20％之间的氢氧化钠，流加控制发酵液的PH值，维持发酵液的PH值在6.0，制得乳酸钠溶液，发酵结束可以使发酵残糖在0.1％视为发酵终点；
第三步、发酵完成后的乳酸钠溶液，经过超滤分离出的菌体和大分子蛋白及纳滤分离出残留的还原糖、色素、高价离子等，并返回到预发酵罐内，达到营养综合利用、再利用的目的；精滤后的乳酸钠溶液进入下道工序；一般运行3天洗膜一次，用水量每吨乳酸0.3吨水，洗膜水外排(COD≤600mg/L、BOD≤400mg/L)；
第四步、经过滤后的乳酸钠溶液，进入电渗析装置；在电场推动下，使用选择性透过的离子交换膜替代传统的钙盐法酸解工艺，乳酸钠中的钠离子可透过阳离子交换膜运动，直到双极膜阴离子交换膜时被截留；反之，阴离子交换膜可以让乳酸根阴离子进行交换和穿过，直到被双极膜的阳离子交换膜截留；乳酸根离子、钠离子分别通过多级阴膜、阳膜组成的膜堆，其他离子相对截留；再进入多级电渗析膜系统的双析膜层，双极膜阴阳复合膜位于电渗析膜的两侧，双极膜靠电解提供氢氧根离子和氢离子，这样一个膜堆就形成三个料液通道，乳酸钠料液从中间进入，在电场的作用下，使氢离子与乳酸根离子结合成乳酸；氢氧根离子与钠离子结合成氢氧化钠，分别从左右两个通道流出，从而达到了乳酸提取精制和氢氧化钠的回用，最后，乳酸经浓缩制成所需浓度的产品。
Claims (2)
1.一种钠盐发酵电渗析提取乳酸新工艺，其特征在于：
第一步、利用粉碎粒度为80-100目的淀粉质原料或其它含葡萄糖原料，粉碎、调浆，水料比：1∶4，控制PH值在5.5-6.5；在充分搅拌的情况下，浸泡30分钟，加淀粉酶在温度为108℃条件下喷射液化30分钟，碘试显本色、DE值为30％，立即过滤、将滤液调PH值为4.5，调温度60℃糖化或者先液化，然后在发酵过程中边发酵，边糖化，调节发酵PH值为5；糖化时间为20个小时，立即降温，配制糖水葡萄糖含量在16％，添加1.5％的玉米浆、0.5％的酵母膏、0.02％乳酸镁、0.005％磷酸氢二钠，制为发酵营养液，发酵营养液灭菌在110℃温度下灭菌30分钟，急剧降温、调节料液温度为60℃，搅拌均匀，进入发酵工序；
第二步、发酵营养液接入耐高渗L-乳酸菌种培养液，接种量为10％，发酵营养液的发酵温度为50℃，搅拌均匀，接种后保持接种液静止放置8小时，OD600至少为2，然后利用配制好的浓度在20％之间的氢氧化钠，流加控制发酵液的PH值，维持发酵液的PH值在6.0之间，制得乳酸钠溶液，发酵结束使发酵残留的还原糖在0.1％视为发酵终点；
第三步、发酵完成后的乳酸钠溶液，经过超滤分离出的菌体和大分子蛋白及纳滤分离出残留的还原糖、色素、高价离子，并返回到前述第一步所述发酵的预发酵罐内，达到营养综合利用、再利用的目的，精滤后的乳酸钠溶液进入下道工序；一般运行3天洗膜一次，用水量每吨乳酸0.3吨水，洗膜水外排标准为COD≤600mg/L、BOD≤400mg/L；
第四步、经过滤后的乳酸钠溶液，进入电渗析装置，在电场推动下，使用选择性透过的离子交换膜替代传统的钙盐法酸解工艺，乳酸钠中的钠离子可透过阳离子交换膜运动，直到双极膜阴离子交换膜时被截留，反之，阴离子交换膜可以让乳酸根阴离子进行交换和穿过，直到被双极膜的阳离子交换膜截留，乳酸根离子、钠离子分别通过多级阴膜、阳膜组成的膜堆，其他离子相对截留，再进入多级电渗析膜系统的双析膜层，双极膜阴阳复合膜位于电渗析膜的两侧，双极膜靠电解提供氢氧根离子和氢离子，这样一个膜堆就形成三个料液通道，乳酸钠料液从中间进入，在电场的作用下，使氢离子与乳酸根离子结合成乳酸；氢氧根离子与钠离子结合成氢氧化钠，分别从左右两个通道流出，从而达到了乳酸提取精制和氢氧化钠的回用，最后，乳酸经浓缩制成所需浓度的产品。
2.根据权利要求1所述的钠盐发酵电渗析提取乳酸新工艺，其特征在于：所述的淀粉质原料可以采用大米、玉米、小麦、薯干、土豆、木薯或精制葡萄糖。
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