温州市科信轻工机械有限公司

一、液化处理阶段
1、流程：玉米→粉碎→调浆拌料→喷射液化→发酵罐。
1）采用风选除去原料中多余的石块杂质以避免对粉碎机的损害。
2）采用实罐灭菌，主要考虑设备的投资，采用该法后设备固定无需再投资。
2、 工艺参数的选择和论证
1）粉碎粒度：采用锤式粉碎机，其结构简单，占地少，生产能力大，操作弹性大。根据粉碎要求，采用60目筛网，同时也要根据液化法的要求。贮存玉米的仓库为钢板仓，附有鼓风系统，定期鼓风。首先经刮板、提升等设备输入至粉碎机进行粉碎，加工成60目以上的细颗粒，通过引风机引风将粉碎过的玉米提升至玉米粉刮板机，然后进入调浆槽。粉碎机采用布袋除尘器。
2）配水比
配水比一般采用3.0～4.0，因实罐灭菌会产生冷凝水（由蒸汽而来），使溶液稀释，可根据生产能力计算配水比。
3）氯化钙与淀粉酶的添加：
（1）氯化钙：取1g/L。氯化钙的添加主要为保护酶活性（钙离子的保护作用），因为温度的升高使酶活力损失加快，添加钙离子提高了酶的最适作用温度与稳定性。
（2）α-淀粉酶：取8～10单位/g（淀粉），此处采用8单位/g。
淀粉酶与氯化钙添加时需要用温水溶化均匀再添加，以便更好的发挥其效力。
4）液化工艺参数
（1）最佳温度：90～115℃，取105℃。
（2）时间：35～45min，取40min。
液化时间在实际操作中应用0.1﹪碘液检测，不显蓝色或微淡蓝色为准。
5、所用主要设备：配料罐，液化罐，调配罐，发酵罐。
二、菌种的扩大培养[9]
1、采用Co827发酵菌种。
2、工艺参数的选择与论证：
1）一级斜面培养：
（1）培养基：采用米曲汁琼脂培养基：一份米曲加四份重量水于55℃糖化3～4h后煮沸过滤，加水调至100BX°调pH至6.0，加琼脂20g/L。
（2）管20×200mm，装液量1/4管长，0.1MPa（表压）条件下灭菌30min。
（3）培养温度：32℃。
（4）培养时间：菌种保藏3～4d，直接使用5～6d。
2）二级培养：
（1）茄子瓶500ml，装液量80ml，0.1MPa（表压）条件下灭菌30min，斜面放置，32℃培养一天，无污染方可使用。
（2）接种培养：32±1℃，6～7d。
3）三级培养：
（1）培养基：麸曲培养基。
（2）三角瓶1000ml，装50g湿麸皮，八层纱布封口，0.1MPa（表压）条件下灭菌40min，35℃培养一天，无污染可用。
（3）接种培养：30～32℃，14～16h翻曲一次，再经6～8h翻曲一次，再经数小时扣瓶，培养3～4d可用。
4、主要用设备为菌种培养罐，种子罐，微生物培养罐，微生物灭菌罐。
三、柠檬酸的发酵
1.灭菌工艺参数：
1）玻璃器及胶管：121℃，0.1MPa（表压）饱和蒸汽水，1h。
2）斜面培养基：121℃ ，0.1MPa，30min。
3）麸面培养基：121 ℃，0.1MPa，30min。
4）种子罐：121℃，30min；
5）发酵罐： 121℃，30min；
6）接种管道、料管：2.5～3.0kgf/cm2，121℃，20min。
7）总空气管道：120～150℃，2.5～3.0kgf/cm2，1h，每月一次。
8）无菌室：每周甲醛消毒一次，每天药物消毒一次，每次使用前用紫外灯消毒20min。
9）注意随时用漂白粉或其他药物维持环境不污染。
2、种子罐：
1）温度控制：35±1℃。
2）(NH4)2SO4：添加量：5kg/m3。
3）接种量104个/mL：接种量过大，则球体微小，发酵速度快，产酸活力高，但形成菌体多；接入孢子偏少，产酸活性差。
4）通风控制：0～6h，36～40m3/h；7～11h，渐增至72m3/h；12～15h，渐增至144m3/h；16～19h，180m3/h；20～24h，280～288m3/h：24h后，360m3/h；加大风量，可使产酸速率加快，但菌体呼吸强度和杂菌生成量可能增加。
5）培养时间：18～28h。
6）搅拌速率：100r/min。
7）种子培养液的要求：
a．显微镜检：菌丝生成健壮，结成菌花形小球，球直径不超过100μm，每含菌个数在1～2万，无异味，无染菌现象。
b．pH：2～2.5。
c．酸度：1.5～2﹪。
d．种龄：20～30h；对培养成熟不能及时接入发酵罐的培养液，可降温至20～25℃，维持罐压50～100KPa。
3、发酵罐：
1）温度：35±1℃。
2）接种量：1:10(每100m3发酵罐对应10m3种子罐)。
3）罐压：0.1MPa(表压)。
4）风量控制：0～18h，0.08v.v.m；18～30h，0.1v.v.m；30h，0.12v.v.m。
5）搅拌转速：85r/min。
6）pH控制：长菌期：pH2.5～4.0；产酸期：pH≤3.0。
7）发酵周期：80h。
8）放罐条件：酸不再增加或糖不再降低。
9）发酵过程控制：发酵后半小时测总糖一次，以后每班测残糖和酸度一次，最后每2h测一次。
4、需要注意的事项：
1）温度：低温长菌，产酸缓慢，而高温导致菌种和杂菌形成量过多，呼吸作用加强，影响产酸，故温度控制在35℃左右。
2）pH值：黑曲霉发育温度pH在1.5～11之间，但3～7最适宜，起始pH过低会影响其发育。
3）维持一定的风压力可防止染菌。
4）通风与搅拌：此二参数不仅影响溶氧水平，而且影响发酵体系传质和菌体的形态。通风量的增加导致溶氧水平的增加，但对于易起泡的液体会导致泡沫增多，当机械消泡不凑效时，需要使用消泡剂，这会降低溶氧速率，因而通风量的增加是有限的。
5）停电事故：这意味着通氧的中断，菌体产酸活力遭到不可逆的破坏，此时应加大通风量。若供气系统故障，应减少各罐风量，降低发酵速度。
四、柠檬酸的提取
1、缪液的预处理
将缪液加热至80～90℃，其作用：杀死菌丝体和杂菌，终止发酵，防止柠檬酸代谢分解；使蛋白质等胶体物质变性凝固，降低发酵液的粘度，有利于过滤；使菌体中的柠檬酸释放，提高收率。
2、过滤
1）原理是利用过滤介质两侧的压力差，让液相透过介质而与固相分离。过滤用涤纶滤布。
2）过滤介质：硅藻土。
3）过滤温度：温度对过滤影响较大，温度高会降低粘度，提高过滤速度，但温度过高，菌体可能裂解，反而增大粘度或使料液发生一些副反应，从而影响过滤。
4）助滤剂的使用可使虑饼疏松，从而降低过滤阻力。
3、中和
1）钙盐提取法就是现将柠檬酸转变成柠檬酸钙，再进行提取操作，常用的中和剂有碳酸钙粉或石灰乳，反应如下：
2C6H8O7·H2O+3CaCO3→Ca3(C6H5O7)2·4H2O↓+3 CO2+ H2O
Ca3(C6H5O7)2·4H2O+3H2SO4+4H2O→2C6H8O7·H2O +3CaSO4·2H2O
另外发酵液中还存在杂酸和葡萄糖酸，他们中和时可能形成钙盐：
草酸C2H2O4 +Ca2+→Ca2C2O4
葡萄糖2C6H12O7+ Ca2+→Ca(C6H11O7)2
在热的中和液中，草酸钙可以在pH3以下沉淀析出，从而先得到分离，葡萄糖钙的溶解度很大，一直处于溶解状态，不混合到柠檬酸钙沉淀中。
2）工艺条件与论证
（1）中和剂：轻质碳酸钙
添加量：71.5kg CaCO3/100kg C6H8O7·H2O。
（2）pH=6～6.8，中和操作pH很大程度地影响着柠檬酸钙的质量。
由表可见，pH在酸度高时沉淀纯度高，沉淀率较低，综合考虑，pH确定在6～6.8之间。

（3）温度
pH6.1的条件下，60～90℃范围内，柠檬酸钙的溶解度相差不大，所以，本工艺操作初温为70℃，加完中和剂后，于85～90℃保温20～30min，使沉淀成熟。虽然在50℃下完成的钙盐沉淀需要20min，沉淀细粒对酸解有利，但考虑到柠檬酸的溶解度，工业上一般采用70℃的初温。

表2-2：pH5.0时温度对柠檬酸钙沉淀的影响
碳酸钙加入时的温度

（4）搅拌速度：60r/min。
（5）洗涤：考虑到温度升高，钙盐溶解度降低，故用85℃以上的热水洗涤6～10次，直至残糖洗尽，检验残糖洗尽与否可用高锰酸钾法检验。
4、酸解
1）柠檬酸钙用硫酸酸解的反应如下：
Ca3(C6H5O7)2·4H2O+4H2O+3H2SO4→3CaSO4·4H2O+2C6H8O7·H2O
硫酸用量为酸解过程的关键，一般硫酸不能过量0.2﹪，否则草酸钙溶解而转入溶液中。
2）工艺参数的确定与论证
（1）硫酸添加量：980g H2SO4/1000g CaCO3。
（2）酸解温度：85℃。
（3）搅拌速度：60r/min。
（4）终点检测：pH=2时，采用双管法检测终点。
酸解时形成硫酸钙有三种：CaSO4·2H2O， CaSO4·1/2H2O，无水 CaSO4。这三种形式取决于溶液的过饱和度和温度，过饱和度过高，易形成无水物，在80℃以下，形成CaSO4·2H2O，在80～90℃范围内CaSO4·2H2O和 CaSO4·1/2H2O可以共存，90～100℃形成CaSO4·1/2H2O，40℃以上形成无水 CaSO4。酸浓度升高和温度升高，都使溶解度降低，减少无水 CaSO4的溶存量。
5、净化[10]
酸解夜中含有色素和胶体物质，还有多种金属阴离子和阳离子。净化的目的就是要除去这些杂质，使最终成品的质量符合标准。本工艺采用先经活性炭吸附脱色，然后再离交处理，以达到净化的目的。
1）离子交换脱盐的原理：
阳离子交换：RSO3－·H++M+＝RSO32－·M++H+
阴离子交换：RN(CH3)3+OH－ +Cl－＝RN(CH3)3+Cl－+OH-－
2）工艺条件的选择与论证：
（1）脱色柱：采用GH-15活性炭，再生流程如下：
脱色柱→用至失效→水洗涤→NaOH洗脱色素
↑ ↓
水洗至PH5～6←HCl处理←水洗至PH=8
其中NaOH：1.0mol/L，HCl：1.0mol/L。
（2）离交柱：采用国产732型强酸型离交树脂，再生流程如下：
离交柱→用至失效→水洗涤
↑ ↓
水洗至PH4～4.5←HCl再生
新树脂使用前采用2mol/L盐酸转型，再生时仍用2mol/L盐酸。
以上主要使用酸解罐、酶解罐、脱色罐。
五、柠檬酸的精制
1、浓缩
1）酸解净化后的柠檬酸液的浓度只有20～25﹪（W/W），浓缩至70﹪以上才能进行结晶。其真空度为650mmHg，温度不超过60℃。
2）工艺条件的论证：
（1）柠檬酸浓缩时温度不能过高，否则柠檬酸会发生分解。
（2）为使浓缩过程中温度不能过高，需维持较高的真空度。蒸发压力不能超过14KPa（110mmHg），加热蒸汽不能超过100KPa（表压）。
2、结晶
1）工艺条件的选取：
温度：36.6℃以下；时间：约10h；搅拌速度：25～30r/min。
2）条件论证：
① 55℃时柠檬酸的饱和浓度为73％（质量），而在生产上将柠檬酸净制液在55℃时浓缩到近81％（质量）的浓度，没有结晶析出。再将过饱和溶液快速冷却到40℃（l～2h）C点，还是没有结晶析出。再慢慢降温（每小时降温2～3℃），当冷却到D时，溶就立即自发生成大量晶核，同时浓度随之降低，一直降到E点，使溶液达到饱和浓度为止。从起晶到育晶结束是在折点温度36.6℃以下进行，故所得的晶体是带有一个结晶水的柠檬酸水化物结晶。
②粘度与结晶速度成正比，因而要使粘度小些[11]。
3、干燥和包装
1）参数：干燥温度控制在36.6℃以下；适当地提高干燥速度
2）条件论证：经过离心洗涤与母液分离后柠檬酸晶体表面附有少量水分（2～3﹪），为除去这部分水（4﹪以下）需干燥。