Курсовая работа - Производство молочной кислоты - файл n1.docx

Курсовая работа - Производство молочной кислоты
Скачать все файлы (576.7 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.docx577kb.12.01.2014 16:01скачать

n1.docx

  1   2
Министерство образования и науки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

Кафедра Пищевой биотехнологии


Курсовая работа на тему:

«Производство молочной кислоты»


Выполнил:

студент группы 628311

факультета пищевой инженерии и биотехнологии

заочной формы обучения

Дмитриев Александр Валерианович

Шифр 628183
Принял

преподаватель

кафедры: _______________ ________
Казань

2013

СОДЕРЖАНИЕ.

1.Введение.

2.Теоретическая часть.

2.1.Применение пищевых кислот.

2.2.Молочнокислое брожение.

2.3.Кинетика молочнокислого брожения.

3.Описание технологической схемы производства молочной кислоты.

4.Требования к готовой продукции.

5.Отходы и их использование.

6. Использованная литература.

1.ВВЕДЕНИЕ.
Кисломолочные продукты человек использует в питании с древнейших времен. После того как в XVIII в. шведский химик и фармацевт Карл Вильгельм Шесле открыл в лимонах, осадке вина (винном камне) и скисшем молоке соответственно лимонную, винную и молочную кислоты, а позже было создано промышленное производство их, эти кислоты стали вводить в пищу для придания ей кислого вкуса. Таким образом, практика добавления кислот в пищевые продукты исходит из существования натуральных кислых продуктов, а сами тривиальные названия кислот этимологически связаны с ними.

Пищевая молочная кислота представляет собой водный раствор молочной кислоты, который получают ферментацией углеводсодержащего сырья молочнокислыми бактериями Lactobacillus delbrueckii.

Молочная кислота принадлежит к классу ациклических оксикислот, т.е. соединений, содержащих одновременно спиртовый гидроксил и карбоксильную группу. Её можно рассматривать как гидроксильную производную карбоновой кислоты. Так, при замещении водорода в радикале пропионовой кислоты спиртовым гидроксилом получается оксипропионовая, или молочная кислота:

CH3-CH2-COOH->CH3-CH*(OH)-COOH.

Кисломолочное брожение известно с незапамятных времен. Этот вид брожения впервые изучил Л. Пастер в 1857г.

Сырьем для производства молочной кислоты служит смесь тростникового сахара-сырца, рафинадной патоки и свекловичной мелассы.

В России в промышленных масштабах молочную кислоту впервые получили в 1923 году на московском химико-фармацевтическом заводе им. Л. Я. Карпова по ферментативному способу, предложенному В. Н. Шапошниковым и А. Я. Мантейфель. В 1928 г. организовано производство также в Москве на Хамовническом заводе «Пищепродукт».

Молочную кислоту используют в качестве добавки к безалкогольным напиткам, эссенциям, фруктовым сокам, джемам и сиропам, для декальцификации кож в дубильной промышленности, а также при производстве пластмасс, когда L(+)-форму полимеризуют в полилактат, применяемый для производства пластиковых оберток. Соли молочной кислоты используются в медицине.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
2.1. ПРИМЕНЕНИЕ ПИЩЕВЫХ КИСЛОТ.

Роль молочной и других оксикислот в питании человека недостаточно ясна, хотя и признана их полезность для организма. Введение этих кислот с фруктами, кисломолочными продуктами, безалкогольными напитками и др. стимулирует секреторные функции поджелудочной железы, усиливая выделение желудочного сока, повышая аппетит и способствуя лучшему усвоению пищи. Кислоты после всасывания из кишечника полностью сгорают.

Молочная кислота вездесуща, она присутствует везде, где есть жизнь и, возможно, появилась на земле раньше, чем кислород в атмосфере. В организме животного и человека она образуется из глюкозы или гликогена в результате гликолиза (гликогенолиза). При достаточном снабжении организма кислородом образования молочной кислоты не происходит. Молочная кислота накапливается в мышцах при интенсивной работе и понижении их энергетических запасов. Она подвергается дальнейшему окислению, выделяясь с мочой и потом, или используется печенью для ресинтеза гликогена.

Человек постоянно вводит в свой организм молочную кислоту со сметаной, творогом, простоквашей, кефиром, ацидофилином, айраном, кумысом, сыром, ржаным хлебом, квасом, квашеной капустой, солеными огурцами и многими другими продуктами. Следовательно, она не чужда нашему организму. Традиционное употребление кисломолочных продуктов объясняется влиянием молочнокислых бактерий — антагонистов гнилостной микрофлоры кишечника — уменьшением образования токсичных для организма продуктов разложения органических веществ и улучшением усвояемости животного белка.

Молочная кислота используются в разнообразных продуктах питания, в различных отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и медицине. Чтобы составить некоторое представление о чрезвычайном разнообразии и роли этой кислоты в народном хозяйстве, целесообразнее исходить из проявления ими следующих свойств: 1) подкисления и регулирования рН; 2) бактериостатичности действия; 3) образования комплексов с металлами; 4) пластифицирования белков и эмульгирования.

- Подкисление и регулирование рН.

Молочная кислота по сравнению с неорганическими - слабая кислота. Она обладает более кислым вкусом, чем можно было бы ожидать, исходя только из констант электролитической диссоциации. Кислый вкус зависит от общей (титруемой) кислотности, а не от величины рН, поэтому при одном и том же рН он будет тем сильнее, чем менее диссоциирована кислота. Порог ощущения при данном рН все же увеличивается с уменьшением константы электролитической диссоциации этой кислоты и составляет для молочной кислоты 38—40мг/л. Молочная кислота — умеренный подкислитель, вызывающий слабое ощущение, которое держится долго.

Молочная кислота за рубежом завоевала признание, как пищевая, сравнительно недавно—около 35 лет тому назад; до этого она находила лишь техническое применение (в кожевенной промышленности).

Она во многих продуктах должна заменить уксусную с сохранением ее лишь в некоторых традиционных продуктах со специфическим вкусом. Уксусная кислота задерживает в организме окисление конечных продуктов, вызывает денатурацию белка, впитываясь в кровеносную систему, вызывает гемолиз, эмболию и симптомы ацидоза, в больших количествах — катар кишок, тошноту, понос, анемию, воспаление почек, тогда как молочная кислота не имеет противопоказаний и разрешена в диете при различных заболеваниях почек, желчного пузыря и поджелудочной железы.

Молочную кислоту добавляют в затор или сырцовый солод в пивоварении, для снижения жесткости воды и рН до величины, близкой к оптимальной для действия амилолитических и протеолитических ферментов. При этом увеличивается выход экстрактивных веществ из солода, улучшается физиологическое состояние дрожжей, устраняется опасность инфицирования и повышается качество готового пива. Молочную кислоту применяют в производстве хлебопекарных дрожжей для очистки засевных дрожжей от посторонней микрофлоры, в том числе и от лактобацилл, а также для очистки мелассы, стимулируя размножение дрожжей. Подкисление мелассной среды в спиртовом производстве, с дальнейшим использованием спиртовых дрожжей в качестве хлебопекарных приводит к повышению активности, выхода дрожжей и улучшению качества выпеченного на них хлеба.

- Бактериостатическое действие.

Молочной кислоте часто приписывают свойство консерванта, но она не обладает каким-либо специфическим бактериостатическим действием, кроме действия, обусловленного кислотностью, и в этом отношении уступает уксусной кислоте. Подкисление предотвращает рост микроорганизмов, и, так как жизнь их не продолжительна, то при прекращении размножения они погибают.

Молочная кислота сдерживает развитие только гнилостных бактерий (0,2%-ная кислота полностью подавляет бактерии группы мезентерикус, 0,3%-ная—бактерии коли), не действует на микроскопические грибы, на дрожжи или даже стимулирует их развитие на чем основано применение ее в производствах, основанных на дрожжевом брожении. Тепловую стерилизацию в присутствии молочной кислоты можно вести при более низкой температуре.

Умеренно кислый вкус молочной кислоты при относительно высокой кислотности делает ее употребление, наряду с уксусом, предпочтительным в производстве таких продуктов, как консервированная рыба в кислом соке, маринованные столовая свекла, цветная капуста, огурцы, оливы, лук, в производстве майонеза и майонезных приправ. Молочную кислоту добавляют в тесто главным образом в летний период для предотвращения развития в хлебе картофельной палочки (очень чувствительной к кислотности).

Эту кислоту издавна используют в ветеринарии для подавления вредных кишечных микробов у поросят, только что отнятых от материнского молока, при воспалении желудка и кишечника, при гинекологических заболеваниях, язвенных поражениях кожи.

- Пластификация белков и эмульгирование.

Хорошо известно, что при забое животных мясо получается вкуснее, если они находятся в спокойном и неизнуренном состоянии. Это объясняется тем, что в мышцах животных содержится больше гликогена, который после смерти диссимилирует в молочную кислоту, пластифицируя белок.

Известно также, что при изготовлении хлеба молочную кислоту добавляют или получают при брожении теста, воздействуя на клейковину.

Молочную кислоту можно использовать для ускорения получения молочно-белкового сгустка при производстве творога.

Сказанным выше не ограничиваются возможные пути использования оксикислот в различных отраслях народного хозяйства. С углублением наших знаний о свойствах этих кислот и их производных следует ожидать новых достижений в данной области.
2.2.МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ.
В 1857 году Л. Пастер впервые изучил и объяснил биологическую природу молочнокислого брожения.

Гомоферментативное молочнокислое брожение выражается следующей суммарной химической реакцией:


В действительности оно происходит сложнее. Вначале в результате гликолиза из одной молекулы моносахарида образуются две молекулы пировиноградной кислоты и две молекулы НАД.Н2 . Пировиноградная кислота в анаэробных условиях не превращается в уксусный альдегид, как при спиртовом брожении, так как молочнокислые бактерии лишены фермента пируваткарбоксилазы. Поэтому не уксусный альдегид, а сама пировиноградная кислота принимает водород от восстановленной формы НАД.Н2 и превращается в молочную кислоту



Реакция катализируется ферментом лактатдегидрогеназой. Гомоферментативное молочнокислое брожение может вызываться микроорганизмами различных таксономических групп, но главным образом бактериями и микроскопическими грибами. Среди последних известны некоторые виды ризопуса и мукора. Оптическая активность образующейся молочной кислоты зависит от стереоспецифичности лактатдегидрогеназы, а также от того, обладает ли микроорганизм лактатрацемазой.

Чаще применяют гомоферментативные бактерии, образующие до 98 % молочной кислоты. Наилучшим источником углерода для них является глюкоза. Молочнокислые бактерии характеризуются ярко выраженной специфичностью по отношению к сахарам: бактерии, развивающиеся на растительных объектах (Lactobacillus), предпочитают мальтозу; развивающиеся на молоке и молочных продуктах (Streptococcus), — лактозу. L. delbruckii ассимилирует также фруктозу, галактозу и сахарозу, не ассимилирует лактозу, раффинозу и полисахариды. Для конструктивного и энергетического обмена может использовать лимонную, яблочную, пировиноградную и другие кислоты. Лимонная и уксусная кислота стимулируют рост бактерий. Молочнокислые бактерии малочувствительны к содержанию в среде меланоидинов. Палочковые формы дают больший выход молочной кислоты.

Возбудителем молочнокислого брожения в производстве молочной кислоты является Thermobacterium cereale — термофильная зерносусловая бактерия. Она была открыта Лейхманом еще в 1896 г. и названа им в честь известного микробиолога М. Дельбрюка Bacillus derbruckii. Родовое название этих бактерий по существу ошибочное, так как все молочнокислые бактерии, за редким исключением (к которому не принадлежит и L. delbruckii), не образуют спор. Однако это название рода так укоренилось, что оно осталось и в современной номенклатуре бактерий.

Молочнокислые бактерии положительно окрашены по Граму, неподвижные факультативные анаэробы. Палочки крупные, длиной 7—8 мкм, толщиной 0,5—0,8 мкм, образующие, как правило, короткие цепочки из 2—4 клеток. Особенностью их конструктивного метаболизма являются слаборазвитые биосинтетические способности и, как следствие, сильная зависимость роста от наличия готовых органических веществ (аминокислот, витаминов группы В, компонентов нуклеиновых кислот). Это свидетельствует о примитивности их конструктивного метаболизма и о появлении данных бактерий на ранних стадиях развития жизни на Земле. Культивирование молочнокислых бактерий на синтетических средах не удается; это — типичная сусловая культура.

L.delbruckii требовательны к азотному питанию. Набор необходимых аминокислот тщательно не изучен, но, как и большинству молочнокислых бактерий, им необходим аргинин, цистеин, глютаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин и лизин, а, возможно, еще и некоторые другие (L.casei, например, требуется 16 аминокислот). Из витаминов необходимы рибофлавин, никотиновая или фолиевая кислота; тиамин ингибирует образование молочной кислоты. Потребность в витаминах зависит от температуры культивирования, рН.

Для молочнокислый бактерий нужны натрий, калий, фосфор, медь, железо, сера, магний и особенно марганец. Цинк ускоряет рост бактерий, но подавляет образование молочной кислоты.

К сахарсодержащим средам предложено добавлять: сухие ростки (корешки) ячменного, ржаного и пшеничного солода, солодовый экстракт, осадочные винные и спиртовые дрожжи, дрожжевой автолизат, пшеничные зародыши, молоко, сухой порошок хлореллы и т. д. Обычно пользуются сухими ячменными ростками.

Солодовые ростки содержат до 30% азотистых веществ, около половины которых растворяется в воде. Из свободных аминокислот в ростках найдены: аспарагиновая и глютаминовая кислоты, аргинин, гистидин, лизин, серин, треонин, аланин, валин, метионин, лейцин, изолейцин, р-фенилаланин, пролин. Амиды представлены главным образом аспарагином. Из углеводов, кроме клетчатки и целлюлозы, содержится около 20 % глюкозы и фруктозы, немного мальтозы, В ростках заключена основная масса витаминов и биостимуляторов проросшего зерна (рибофлавин, пиридоксин, цианокобаламин, никотиновая и пантотеновая кислоты, токоферол, инозит, биотин).

Недостатком солодовых ростков является сильное впитывание влаги и набухание, что повышает вязкость культуральной жидкости и ухудшает последующее отделение ростков фильтрованием. Ростки должны быть желтого или коричневого цвета, не подгоревшие, не заплесневевшие, с хлебно-солодовым запахом, горьковатые на вкус. По техническим условиям допускается содержание зерновой примеси 5—6 %, минеральной не более 0,5 %, влажность не выше 10 %.

Оптимальной температурой для развития L. delbruckii считается 48—50°. Достаточной чистоте брожения способствует также слабокислая реакция среды. Оптимальный рН находится около 5,5, несколько изменяясь от состава среды, ее концентрации, температуры сбраживания и штамма молочнокислых бактерий. При рН 4,5 развитие бактерий задерживается, при рН 3,0 — прекращается. Молочнокислые бактерии лучше развиваются при рН 5,8—6,0, но появляется опасность заражения посторонними бактериями. При рН 7 и выше питательная среда утрачивает защитные свойства и инфицируется.

Молочнокислые бактерии не имеют геминовой системы, водород переносится не на молекулярный кислород, как у аэробов, а на органические соединения, образующиеся в процессе брожения (пировиноградную кислоту, а, возможно, на 4-фосфоглицериновую кислоту).
2.3.КИНЕТИКА МОЛОЧНОКИСЛОГО БРОЖЕНИЯ.
Процесс брожения разделяется на две фазы, в первой оно идет в условиях размножения бактерий, во второй — без увеличения их общей численности за счет жизнеспособных клеток. Сколько делящихся, жизнеспособных и мертвых клеток присутствует в каждый момент, неизвестно. Кинетика брожения зависит от многих факторов,

В первом приближении можно считать скорость молочнокислого брожения, как и других ферментационных процессов, за реакцию первого порядка и кинетическую константу — независящей от начальной концентрации сахара.

На рис. 1 показано влияние количества добавленных солодовых ростков на скорость брожения сахарного раствора начальной концентрацией 10 % с 10 % по объему культуры молочнокислых бактерий. Видно, что размножение бактерий заканчивается в основном за 24 ч и плотность их популяции тем выше, чем больше внесено солодовых ростков по массе сахара. Интенсивное образование лактата также начинается в то время, когда в культуральной жидкости накапливается основная масса молочнокислых бактерий, но скорость накопления лактата отстает от скорости размножения бактерий.




Рис.1. Кинетика изменения плотности популяции молочнокислых бактерий (1-4) и лактата кальция(1’-2’) в зависимости от количества солодовых ростков на 100г сахара.

Брожение продолжается без изменения численности молочнокислых бактерий и даже при некотором их уменьшении за счет лизиса и автолиза. Отмечено, что к концу брожения содержание азота в культуральной жидкости несколько возрастает. При сбраживании среды, приготовленной в основном из сахара-сырца и рафинадной патоки оптимальная норма ростков 15—20% по массе сахара.

Влияние количества засевной культуры при брожении отъёмно-доливным способом изображено на рис. 2. Кривая имеет максимум, соответствующий 20—30 % ее.

Рис.2.Зависимость среднесуточного образования лактата кальция от количества засевной культуры молочнокислых бактерий при брожении отъёмно-доливным способом.

В зависимости от ряда условий числовое значение константы скорости брожения будет различным, но величина энергии активации, вычисленная с помощью уравнения Аррениуса для скорости химических реакций, останется примерно на уровне 4080 Дж . моль-1. Средний температурный коэффициент в интервале 40-50 оС равен 2,4.

Очень важно, чтобы оптимальная величина рН поддерживалась постоянной с помощью автоматической подачи мелового молока.

3.ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ.


http://bib.convdocs.org/docs/6/5686/conv_1/file1_html_m40066691.jpg

Рис. 3. Принципиальная схема промышленного производства молочной кислоты
РЕЖИМ СБРАЖИВАНИЯ.
Сбраживание проводят в аппаратах (чанах) цилиндрической формы со сферическими днищем и крышкой вместимостью 25-45 м3, изготовленных из алюминия или нержавеющей стали. Хотя молочнокислое брожение - экзотермический процесс, удельное тепловыделение небольшое. Чтобы поддерживать заданную довольно высокую для брожения температуру, культуральную жидкость подогревают через змеевики. Во время брожения в них лучше подавать не пар, а горячую воду, не вызывающую сильного нагрева теплообменной поверхности. Бродильный аппарат снабжен барботером для подачи воздуха при перемешивании.

При переработке сахарного сырья питательную среду готовят непосредственно в бродильном аппарате, поэтому мелассу и рафинадную патоку после взвешивания направляют в него по трубопроводу самотеком. Сахар-сырец и часть рафинадной патоки растворяют в выше расположенной емкости и также сливают в бродильный аппарат. К нему подведена коммуникация мелового молока (относительной плотностью 1,13—1,16), которое готовят в отдельной емкости. Кроме того, аппарат снабжен коммуникациями холодной воды и промывной воды от промывки меловых осадков и гипсового шлама. В нижней части бродильного аппарата установлены трубопроводы - для слива культуральной жидкости и канализационный.

Аппарат наполняют на 2/3 рабочей вместимости водопроводной водой или промывными жидкостями и в них растворяют мелассу и рафинадную патоку, исходя из необходимости получения концентрации сахара в растворе 3—4%. Раствор нагревают до 70°С и пастеризуют при этой температуре 1 ч. Затем раствор охлаждают до 48—50 °С, добавляют в него 15% солодовых ростков к суммарной массе вводимого сахара, 20 % по вместимости бродильного аппарата засевной культуры молочнокислых бактерий, отобранной на вторые-третьи сутки из хорошо бродящей питательной среды в предыдущем или другом бродильном аппарате. Аппарат, из которого проведен отъем, доливают свежим сахарным раствором и продолжают брожение. Так как величина отъема довольно значительна, то начинающееся вскоре размножение резко сокращает продолжительность лаг-фазы.

Через 6 ч питательную среду начинают размешивать периодическим барботированием воздуха. Когда кислотность достигнет 0,5—0,6 %, считая на молочную кислоту (примерно через 1 сутки), добавляют меловое молоко. Обычно при ручной дозировке мел подают каждые 1,5—2 ч небольшими порциями. Перед подачей в бродильный аппарат мел должен быть хорошо измельчен, отсеян от комков и стерилизован. Проще стерилизовать меловое молоко острым паром (кипячение 20 мин). Количество воды, которое вводят с меловым молоком, учитывают при приготовлении питательной среды.

При отсутствии на заводе мела нейтрализацию молочной кислоты можно вести известковым молоком, но при этом нужно строго контролировать кислотность, так как раствор легко подщелочить, тогда как при нейтрализации мелом рН раствора устанавливается в слабокислой области независимо от количества заданного мела. При расчете количества добавляемого мела учитывают его чистоту, которая составляет 60—65 %. В результате нейтрализации образуется 120% лактата кальция к массе сброженной гексозы, или 125% к массе сброженного дисахарида.

При нормальном брожении за 1 сутки сбраживается до 2 % сахара. Убыль его компенсируют добавлением в бродильный аппарат в несколько приемов 50%-ного раствора сахара-сырца или с добавкой в него рафинадной патоки, поддерживая концентрацию сахара в бродящей среде на уровне 3—4%. Вводят такое суммарное количество сахара, чтобы содержание лактата в культуральной жидкости в конце брожения было не более 15%, а содержание несброженного сахара 0,2—0,5 %, Брожение продолжается 6—8 суток.

По окончании брожения аппараты моют горячей водой со щеткой, хлорной известью натирают внутреннюю и наружную поверхность аппарата, тщательно моют змеевик, хорошо ополаскивают аппарат холодной водой (несколько раз), затем набирают в него воды, нагревают ее до кипения и оставляют с нагретой водой 2—3 ч, после чего воду спускают. Моют также и коммуникации.

Во время брожения контролируют все основные параметры процесса. Если температура в бродильном аппарате упадет ниже 45 °С, неминуемо разовьется посторонняя микрофлора. В этом случае культуральную жидкость нагревают до 75 °С, пастеризуют 1 ч, снижают температуру до 50 °С и снова задают в нее чистую культуру или отъем из другого бродильного аппарата. При кратковременном повышении температуры сверх 55 °С резко снизится активность молочнокислых бактерий, поэтому в бродящую жидкость необходимо внести дополнительное количество активной культуры.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА КУЛЬТУРАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ.
Культуральная жидкость содержит взвешенные частицы - мел, не вступивший в реакцию с молочной кислотой, нерастворимые примеси его, солодовые ростки и коллоиды. Отделить осадки, называемые в производстве меловыми, на фильтрующих аппаратах не удается из-за липкости шлама и небольшой скорости фильтрования. Поэтому культуральную жидкость в бродильном аппарате нагревают до 70 °С и нейтрализуют известковым молоком до слабо-розового окрашивания по фенолфталеину. При нейтрализации коагулируют белки, осаждается железо и разрушаются следы оставшегося сахара. Затем культуральную жидкость отстаивают 6—12 ч при температуре не ниже 48 °С и, не взмучивая осадка, по прогретой паром коммуникации направляют на фильтр пресс или вакуум-фильтр, также прогретые паром, а фильтрат - в кристаллизатор лактата.

Меловой осадок заливают горячей водой (1:3) и тщательно перемешивают. После трехчасового отстаивания, не взмучивая осадка, первую промывную жидкость отделяют и добавляют к первому лактатному маточному раствору, К осадку в отстойнике присоединяют гипсовый шлам и также заливают горячей водой. Хорошо перемешанную суспензию фильтруют. Осадок выбрасывают, а вторую промывную жидкость используют для приготовления сахарсодержащей среды.

Фильтрование отстоявшейся культуральной жидкости не полностью освобождает ее от взвешенных примесей. Поэтому сначала на фильтре нарабатывают слой гипсового шлама, а в конце фильтрования оставшийся в нем раствор лактата отмывают водой и вытесняют воздухом.
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЛАКТАТА КАЛЬЦИЯ.
Для очистки лактата кальция от примесей при получении молочной кислоты высшего сорта проводят кристаллизацию. Кристаллизация - мощный фактор очистки, поэтому во всех производствах, где она возможна, ею обязательно пользуются

В кристаллизаторе отфильтрованную культуральную жидкость доводят до температуры 30 оС и вносят затравку в виде кристаллов лактата кальция предыдущей кристаллизации в количестве 6…7% к массе раствора. В процессе образования центров кристаллизации и роста кристаллов смесь постепенно охлаждают. Конечная температура утфеля не должна превышать 10 оС. Продолжительность процесса кристаллизации 10…12ч. При получении молочной кислоты высшего сорта кристаллы лактата кальция обычно не пробеливают. Из маточного раствора после разложения лактата, отделения гипса и осветления раствора активным углем вырабатывают молочную кислоту второго сорта.
РАЗЛОЖЕНИЕ ЛАКТАТА КАЛЬЦИЯ И ОТДЕЛЕНИЕ ГИПСОВОГО ШЛАМА.
Лактат, выделенный из культуральной жидкости кристаллизацией или находящийся в ней в растворенном состоянии, разлагают серной кислотой. Разложение идет по реакции:


Сульфат кальция выделяется из раствора в виде бигидрата (гипса). С увеличением концентрации молочной кислоты растворимость гипса возрастает, при 10%-ной концентрации достигает максимума, затем снижается и при концентрации молочной кислоты около 40 % стабилизируется.

Для получения крупнокристаллического хорошо фильтрующего осадка гипса необходимы следующие условия: коэффициент пересыщения им раствора 1,30—1,40; концентрация лактата кальция не выше 18%, температура 80 °С, избыток серной кислоты 0,5%, созревание кристаллов гипса 1 ч. При увеличении концентрации лактата возрастает коэффициент пересыщения гипса, что приводит к возникновению многочисленных центров кристаллизации и получению мелких кристаллов, росту которых препятствует повышающаяся вязкость растворов. Повышение и понижение температуры уменьшает средний проектируемый радиус кристаллов гипса. Так как получающиеся в оптимальных условиях кристаллы гипса сравнительно крупны, то скорость фильтрования будет больше (в среднем в два раза), и вследствие меньшей удельной поверхности - меньше раствора молочной кислоты будет удерживаться осадком и снизится расход воды на промывку гипса на 40%. Избыток серной кислоты затем нейтрализуют.

Концентрация лактата кальция в растворе после расплавления его кристаллов в ванне паром с добавлением жидкости от промывки гипса составляет 20—25 %, Полноту разложения лактата кальция контролируют с помощью цветной реакции с 0,1%-ным раствором метилового фиолетового (при правильно проведенном разложении васильковое окрашивание, при избытке серной кислоты — зеленоватое, при избытке лактата — фиолетовое), Избыток серной кислоты или лактата устраняют добавлением соответственно лактата или серной кислоты.

После разложения лактата калия серной кислотой образуется растворимый сульфат калия, увеличивающий зольность молочной кислоты на 0,3—0,4%. Кроме того, сульфат калия имеет горький вкус и обладает послабляющим действием. Поэтому осаждение железа рекомендуется вести гексацианоферроатом кальция:



Как и в предыдущей реакции, в лактат связывается 12 молекул молочной кислоты, но образующийся после разложения лактата кальция гипс мало растворим и отделяется от раствора при фильтровании. Полноту осаждения ионов железа проверяют с помощью того же реактива, избыток гексацианоферроата — с хлоридом железа. Тяжелые металлы и мышьяк осаждают сульфидом бария.

При расщеплении лактата непосредственно в культуральной жидкости процесс ведут так же - гипсовый шлам отделяют и промывают на барабанных вакуум-фильтрах.
ОСВЕТЛЕНИЕ РАСТВОРА МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ.
Раствор молочной кислоты, полученный без кристаллизации лактата кальция, осветляют после отделения гипсового шлама или в его присутствии.

Если раствор осветляют после отделения гипсового шлама, то оптимальными являются следующие условия: температура 80 °С, продолжительность контакта раствора молочной кислоты с активным углем 30 мин. При отсутствии кристаллизации лактата оптимальной считается доза 3—4 % свежего угля к массе 40%-ной молочной кислоты.

При осветлении раствора молочной кислоты в присутствии гипса в конце разложения лактата в реактор добавляют весь активный уголь, частично отработавший на исправлении выпаренной молочной кислоты, и 0,5 % свежего активного угля (также к массе 40%-ной молочной кислоты). Уголь удаляют вместе с гипсовым шламом.

Цветность растворов молочной кислоты в основном зависит от цветности сырья, но в производстве во время выпаривания происходит и новообразование красящих веществ за счет протекания меланоидиновой реакции. Решающую роль при этом играет содержание азота (вид и количество аминокислоты). Растворы молочной кислоты, полученные из мелассных сред, осветляются хуже, чем из паточных. Еще хуже осветляются растворы молочной кислоты, выпаренные до 40% -ной концентрации.
ИОНИТОВАЯ ОЧИСТКА И ВЫПАРИВАНИЕ РАСТВОРА МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ.
Ионитовую очистку раствора молочной кислоты обычно применяют при отсутствии в схеме производства кристаллизации лактата, а также при получении кислоты, содержащей минимальную примесь минеральных веществ или их отдельных ионов. Для очистки молочной кислоты на отечественных заводах иониты были применены в 1950 г. При фильтрации через катионит в Н-форме и анионит в ОН-форме в результате ионообмена из раствора удаляются не только минеральные вещества, но частично молекулярно сорбируются красящие и азотистые вещества.

Ионирование растворов молочной кислоты и регенерацию ионитов в принципе ведут аналогично обработке растворов лимонной кислоты.

Растворы молочной кислоты концентрируют в горизонтальных вакуум-выпарных аппаратах. По-видимому, лучшим аппаратом: следует признать «Центрнтерм», который очень быстро (за несколько секунд) выпаривает молочную кислоту без увеличения ее цветности. В горизонтальных вакуум-аппаратах выпаривание ведут при разрежении не менее 80 кПа и избыточном давлении греющего пара в пределах 100—150 кПа. Выпаривают кислоту с подкачиванием раствора до концентрации, несколько большей 40%, в течение нескольких часов. При этом удаляется и значительная часть летучих кислот.
ИСПРАВЛЕНИЕ И РОЗЛИВ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ.
Качество выпаренной молочной кислоты корректируют. Если кристаллизацию лактата не проводят, процессы разложения лактата и осветления раствора молочной кислоты не разделяют, то при исправлении добавляют 5,5 % свежего активного угля по массе 40%-ной молочной кислоты. Уголь добавляют в горячую кислоту, продолжительность контакта — 30 мин. Если лактат кристаллизуют, уголь добавляют в раствор молочной кислоты, освобожденный от гипсового шлама, или в кислоту второго-сорта, и количество угля для осветления устанавливают с таким расчетом, чтобы обеспечить нормы цветности для каждого сорта молочной кислоты.

Молочную кислоту еще раз проверяют на полноту разложения: лактата, на содержание железа, тяжелых металлов и мышьяка. Затем кислоту фильтруют на фильтрпрессе с деревянными фильтрующими элементами, покрытыми пищевой резиной, на зарубежных заводах — с фильтрующими элементами, выполненными из высокомолекулярных полиолефинов, и на фаянсовых нутч-фильтрах.
  1   2
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации