Способ переработки мелассы при производстве лимонной кислоты Советский патент 1993 года по МПК C12P7/48 

качестве отходов производства лимонной кислоты для разведения меласс используют воды, полученные при промывке цитрата кальция.

Однако в этом способе не предусматривается утилиация цитратного фильтрата, содержащего много полезных компонентов, он по-прежнему идет в отход.

Известно использование цитратного фильтрата, как и отработавшего мицелия в качестве кормовой добавки для животных при восполнейий Нефицита протеина, а также для производства кормового витамина Вгг.

Однако цитратный фильтрат нельзя скармливать свиньям и птице из-за малого содержания белкового азота и наличия солей калия, т.к. при скармливании его скоту обнаружены побочные эффекты, а производство кормового витамина Bi2 требует сложного процесса/синтеза витамина в культуральной жидкости с метанообразую- щими бактериями в анаэробных условиях.

Известен способ выделения дигидрата цитрата натрия, при котором полученный упаренный цитратный фильтрат, смешанный с гидроокисью натрия и отделенный от цитрата натрия, применяют в качестве моющего десульфирующего средства.

Однако указанный способ приводит к значительному ухудшению качества лимонной кислоты, т.к. при рН 9-13 вместе с солями лимонной кислоты (цитратами) осаждаются и соли других органических кислот, сопутствующих лимонной кислоте в мелассных растворах (культуральной жидкости), а также примеси из известкового молока. При этом возможна пептизация коллоидов , ухудшающая фильтрацию и промывку цитрата кальция. Кроме того, способ использования цитратного фильтрата с его упариванием и дальнейшей обработкой гидроокисью с последующим отделением цитрата натрия трудоемок, сложен, требует дополнительного оборудования и материльных затрат.

Известно также использование выпаренного цитратного фильтрата в кожевенном производстве в качестве восстановителя солей шестивалентнсго хрома при получении жидких хромовых экстратов. а также в качестве одного из компонентов наполняющей смеси для жидких кож.

Однако практического применения указанные способы использования фильтрата в промышленности не нашли.

Таким образом, при переработке мелассы для получения лимонной кислоты образующиеся большие количества цитратного фильтрата со стадии нейтрализации хульту- ральной жидкости идут в настоящее время в отход и сбрасываются сп сточными водами

в канализацию, которая загрязняется органическими компонентами фильтрата. При этом мелассное сырье используется не полностью и богатый полезными компонентами

фильтрат по-прежнему остается наиболее обременительным отходом производства лимонной кислоты.

Наиболее близким по технической сущности и количеству совпадающих признаков

0 к заявляемому изобретению является способ переработки мелассы при производстве лимонной кислоты, который предусматривает переработку мелассы - отхода сахарного производства -для биосинтеза лимонной

5 кислоты путем ферментации глубинным способом сбраживания мелассного раствора плесневым грибом. Полезную культу- ральную жидкость отделяют от мицелия и нейтрализуют известковым молоком с обра0 зованием цитрата кальция, который отделяют от фильтрата. Фильтрат с этой стадии нейтрализации (цитратный фильтрат) идет в отход, а фильтрат кальция разлагают серной кислотой для получения лимонной кислоты.

5 При этом получается гипс, который идет в отход, а лимонная кислота остается в растворе, который упаривают, фильтруют и кристаллизуют. Полученную кристаллическую суспензию центрифугируют для отделения

0 кристаллов лимонной кислоты. При этом получают маточный раствор с различной концентрацией сухих веществ; при содержании их в маточнике менее 24% он направляется обратно в процесс на стадию

5 упаривания раствора лимонной кислоты, при содержании сухих веществ более 24% маточник направляется на стадию нейтрализации культуральной жидкости. Выход лимонной кислоты составляет 37% к мелас0 се или 75% к сахару мелассы. Количество . отхода - фильтрата со стадии нейтрализации составляет 39,3 м .

Способ позволяет получить из 6150 кг мелассы с содержанием 50% сахара 2,275

5 тонн полезной продукции в виде кристаллической лимонной кислоты.

Однако в известном способе переработки мелассы для получения лимонной кислоты не полностью используется мелассное

0 сырье, т.к. ряд полезных компонентов таких как белки, аминокислоты, протеин, сахара, микроэлементы, а также лимонная кислота безвозвратно теряются с отходом производства со стадии нейтрализации - цитрат5 ным фильтратом. Более того, этог отход необходимо направлять в канализацию со .сточными водами, которая загрязняется органическими компонентами фильтрата. Учитывая низкую концентрацию сухих веществ в фильтрате, его не утилизируют. Проблема

использования фильтрата практически не решается, и он является наиболее обреме- нител ьным отходом этого производства. Кроме того, маточный раствор с содержанием веществ более 24% (грязный маточник), возвращаемый в процесс настадию нейтрализации культуральной жидкости, ус- общий технологический процесс, т.к. маточники, получающиеся при кристаллизации растворов лимонной кислоты, не смешивают между собой и с основным раствором лимонной кислоты, а перерабатывают отдельно, чтобы не ухудшать качество готового продукта - лимонной кислоты. Поэтому: грязный маточник с содержанием сухих веществ более 24%, иногда до 35%, возвращаемый на стадию нейтрализации, требуит дополнительных количеств известкового молока и других затрат.

Цглью изобретения является рацио- нальнэе использование мелассного сырья

путем

утилизации отхода производства

цитра{гного фильтратра со стадии нейтрализации с образованием дополнительно ценного биологически активного продукта.

Э о достигается тем, что в способе пе- рерабэтки мелассы при производстве лимонной кислоты путем ферментации, отделения культуральной жидкости и ее нейтрализации с образованием цитрата кальция и отделения его от фильтрата, с .последующим разложением цитрата кальция и упариванием полученного раствора лимонной кислоты, кристаллизацией его и отделением кристаллов лимонной кислоты и цен- рифугированием с возвратом маточного раствора в технологический процесс, согласно изобретению после отделения кристг ллов лимонной кислоты центрифугированием маточный раствор с концентрацией сухих веществ 24-35% соединяют с фильтратом со стадии нейтрализации в соотношении 1:0,1-0,15 г. получением биоактивною продукта.

Мпточный раствор с содержанием сухих веществ 24-35%, так называемый грязный иаточник, как правило, не содержит сухих веществ более 35%, ввиду того, что содер сание сухих веществ в маточнике свыше 35% технологически недопустимо, т.к. превы иение сухого вещества приводит к возрастанию в маточнике минеральных и других компонентов до пределов, которые не по воляют подавав маточник даже на стадии) нейтрализации Мензе 24% уже считается чистым маточником, возвращаемым Е технологический цикл на стадию упари ания раствора лимонной кислоты, т.к. он не влияет на ее качество, а грязный

маточник требует дополнительной обработки, чтобы не ухудшить качество лимонной кислоты. Поэтому соединение его с фильтратом со стадии нейтрализации в одном тех- 5 нологическом потоке с лимонной кислотой позволяет не снижать общий выход основного готового продукта-лимонной кислоты, т.к. нет потерь лимонной кислоты при дальнейшем соединении грязного маточника с 0 фильтратом.

Состав фильтрата оо стадии нейтрализации (цитратный фильтрат) следующий: сухое вещество - 6%, в пересчете на сухое вещество, %:

5Органические вещества 80,6 Сырой протеин 24,0 Белок 2,0 Аминокислоты 4,9 Бетаин 11,0 0 Безазотистые вещества 56,6 Редуцирующие вещества 8,2 Инвертный сахар 6,3 Лимонная кислота 5,1 Зола 19,4 5 К20 9,2 СаО 3,7. Соединение маточного раствора с концентрацией сухих веществ 24-35% с фильтратом со стадии нейтрализации с 0 получением дополнительно биоактивного продукта в одном технологическом цикле с лимонной кислотой позволяет рационально использовать мелассное сырье за счет того, что полезные компоненты лимон но-кислот- 5 ной ферментации мелассы, находящиеся в цитратном фильтрате, не теряются с отходом, а входят в состав получаемого биоактивного продукта. При этом решается проблема-утилизации отхода производства 0 - фильтрата для получения нового полезного продукта, условно названного лимонит. Утилизация отхода способствует уменьшению количества сточных вод производства, облегчению их очистки, улучшению окружа- 5 ющей среды. Соотношение смешиваемого маточного раствора с фильтратом 1:0,1-0,15 является оптимальным, т.к. весь маточный раствор с концентрацией сухих веществ более 24%, так называемый грязный маточ- 0 ник, достаточно соединить с 0,1-0,15 количеством фильтрата, чтобы обеспечить получение лимонита требуемого качества. Меньшее количество фильтрата (0,1) приводит к снижению выхода лимонита, дела- 5 ет готовый биоактивный продукт густым с высокой плотностью, затрудняющей дальнейшее использование его, например в косметологии для приготовления мазей. Увеличение же количества фильтрата более 0,15 приводит к разжижению лимонита и

снижению его плотности, а также снижению количества лимонной кислоты, Сахаров и других полезных компонентов, предусмотренных техдокументацией и требованиями косметологии.

В настоящее время на новый биологически активный продукт лимонит составляются технические условия (опытная партия), Использование лимонита предполагается в косметологии как биологически активная добавка с кислыми свойствами лимонной кислоты.

Состав биоактивного продукта лимонита следующий, %:

Содержание лимонной

кислоты93 от общей кислотности

Глюконовая

кислота6-7 , Сахара 0,3-0,5

Кальций в пересчете

на СаО0.1-0,4

Железо0,03-0,10

Калий1,5-2,3

Лимонит представляет собой сиропооб- разную жидкость бежевато-коричневого цвета; плотностью 1,25-1,40 г/см3; рН 1,6-1.8.

Полезные свойства получаемого биоактивного продукта лимонита обусловлены всеми входящими в его состав компонентами, соединенными комплексом веществ из маточного раствора и фильтрата,

Таким образом, заявляемый способ переработки мелассы при производстве лимонной кислоты позволяет рационально использовать мелассное сырье путем утилизации отхода производства - фильтрата с получением дополнительно нового биологически активного ценного продукта.

Технология способа заключается в следующем,

1650 кг мелассы с содержанием 50% сахара разбавляют горячей водой, взятой в количестве 3300 кг, при соотношении 1:2 и перемешивают, доводя до кипения 100°С. В полученный раетвор добавляют щавелевокислый аммоний кристаллический (36 кг) при перемешивании в течение 5 минут до полного осаждения солей кальция. Проверку полноты осаждения проводят в лабораторных условиях. В полученную взвесь добавляют при кипении желтую кровяную соль (-V б кг) для осаждения солей железа. К полученной смеси добавляют питательные соли калия (3 кг) и магния (0,7 кг) в виде однозамещенного фосфорнокислого калия и сернокислого магния при перемешивании. Подготовленный оаствор чэрез холодильник подают в ферментатор емкостью 50 м3 и стерильной водой объем доводят до 27м3 при перемешивании. При этом концентрация питательного раствора по сахару составляет 3%, Раствор охлаждают до 36°С и в него добавляют подрощенный мицелий в количестве 3 м и 300 г сернокислого цинка. 5 Процесс ферментации длится 7 суток при температуре 32-33°С и аэрации воздуха 1200 м3/час. Через сутки вводят подкормку питательного раствора 4,5 т по мелассе (2200 кг по сахару). По окончании фермен0 тации проводят термообработку раствора при температуре 80°С в течение 0,5 часа и перемешивании. Полученный раствор - культуральную жидкость переводят в промежуточную емкость, а затем на фильтрацию от

5 мицелия на барабанном вакуум-фильтре. Мицелий в количестве 2 тонн влажностью 80% является отходом производства. Сброжен- ный и отделенный от мицелия раствор - куль- туральная жидкость поступает на химическую

0 переработку в 5 нейтрализаторов. Туда же добавляют известковое молоко (d 1,2 г/см до получения нейтральной реакции рН 7,0. Процесс идет при перемешивании и температуре 85°С в течение 30 минут. Суспензию

5 из нейтрализаторов направляют на фильтрацию через барабанный вакуум-фильтр, где отделяют образовавшийся цитрат кальция от фильтрата. Общий объем цитратного фильтрата со стадии нейтрализации состав0 ляет-- 30 м на 1 т готового продукта. Фильтрат представляет собой коричневый однородный раствор со специфическим запахом мелассы, который далее соединяют с маточником.

5 Полученный цитрат кальция (3000 кг, с влажностью 45% в виде густой пасты переводят в 2 реактора для разложения 93%-ой серной кислотой 2600 кг) при 85°С и перемешивании в течение 40 минут (рН 2,3). В

0 этих же реакторах при перемешивании и t 85°С в течение 40 мин идет осветление активированным углем (25 кг) и желтой кровяной солью (3 кг) для отделения железа, По окончании процесса реакционную массу

5 подают на ленточный вакуум-фильтр, где отделяют гипс, идущий в отход (4500 кг, с влажностью 60%, предварительно промытый водой до концентрации 0,1 % по лимонной кислоте. Гипс отделяют от раствора

0 лимонной кислоты (16% по лимонной кислоте с учетом промывных вод). Полученный раствор лимонной кислоты поочередно упаривают в две стадии с промежуточной фильтрацией на рамном фильтр-прессе.

5 Упаривание ведут при 70°С и 600 мм рт.ст. Упаренный до содержания по лимонной кислоте 1100 г/л раствор кристаллизуют в кристаллизаторе до конечной температуры 10-12°С в течение 10 час. при перемешива- нии. Полученная суспензия-утфель поступает в центриугу. где лимонную кислоту отделяют от маточника, промывают водой (10°С) и :ушат при 32°С. Выход кристаллической лимонной кислоты составляем37% к мелассе или 75% к сахару мелассы, что составляет 2,75 тонн.

Маточный раствор, полученный при центрифугировании, с содержанием сухих ве{ществ менее 24%, чистый маточник в количестве 2 тонны по лимонной кислоте или 3,5 м3 направляют на осветление активированным углем и присоединяют к фильтрату на фильтр-прессе и возвращают в пр оцесс на стадию упаривания раствора ли- мсиной кислоты. По мере накопления маточника сухими веществами до 24% и более дс 35% (1 раз в 3-4 загрузки) его выводят из процесса и направляют в бак для смешивайте цитратным фильтратом со стадии нейтрализации. Количество маточного раствора с содержанием сухих веществ 24-35% составляет 3,5 м3. Маточник соединяют с фильтратом в соотношении 1:0,1-0,15 с получением бюактивного продукта.

П р и м е р 1. По описанной выше технологии получили 3,5 м3 или 4550 кг маточного рг створа с содержанием сухих веществ 24%, который направили в вакуум-аппарат. Туда же подали активированный уголь в количестве 2% (91 кг) и полученную суспензию отфильтровали, после чего направили в сборник для соединения с фильтратом со стадии нейтрализации в количестве 455 кг при соотношении 1:0,1. Смесь тщательно перемешивали при комнатной температуре дс гомогенного состояния в течение 10-15 MI нут и полученную композицию направляли на расфасовку. При этом получили биоактивный продукт лимонит в количестве 5,005 тонн (табл.1). Состав полученного ли- мс нита представлен в табл.2. Продукт по качеству отвечает требованиям косметологи /I.

П р и м е р 2. По описанной выше техно- лсгии получения маточного раствора и фильтрата аналогично примеру 1 смешивали 4550 кг маточника с концентрацией сухих веществ 35% и 680 кг фильтрата при соот.- нс шении их 1:0,15. Получили 5230 кг лимонита1, отвечающего по качеству требованиям ТУ. Данные представлены в табл,1 и 2.

П р и м е р 3. Аналогично примерам 1 и 2 соединяли маточный раствор с концентрацией сухих веществ 28% в количестве 4550 кг (3,5 MJ при соотношении его к фильтрату 1:0,12, Количество фильтрата составляло 546 кг Получили биоактивный продукт, соответствующий требуемым условиям качества, в количестве 5096 кг. Продукт представляет собой сиропообразную жидкость бежевато-коричневого цвета с удельным весом 1.378 г/см3.

Данные представлены в табл.1 и 2. П р и м е р 4. Получали биоактивный продукт по технологии, описанной в примере 1. Количество маточного раствора с содержанием сухих веществ 24% составляло 4550 мг. Маточник соединяли с фильтратом со стадии нейтрализации в соотношении 1:0,17.

0 Количество фильтрата составляло 774 кг. Получили биоактивный продукт в количестве 5324 кг с удельным весом 1,220 г/см3. Однако в нем занижено содержание полезных компонентов , таких как лимонная кислота, сахара

5 и другие, что говорит о снижении косметической ценности продукта, т.е. не отвечает требованиям косметологии.

Данные представлены в табл.1 и 2.

П р и м е р 5. Аналогично примеру 1

0 соединяли 4550 кг маточного раствора с концентрацией сухих веществ 30% с фильтратом со стадии нейтрализации в соотношении 1:0,09, взяты в количестбе 410 кг. Получили биопродукт в количестве 4960 кг с

5 удельным весом 1,334 г/см . Продукт в виде густой сиропообраэной жидкости. Выход продукта недостаточен, количество используемого фильтрата также уменьшено. Данные представлены в табл.1 и 2.

0 Из данных таблиц следует, что по сравнению с прототипом (табл.1) мелассное сырье используется в предлагаемом способе полнее, т.к. общий выход полезной продукции благодаря получению биоактивного

5 продукта наряду с лимонной кислотой увеличивается более, чем в 3 раза (2,275 т по сравнению с 7,280-7,505 т), что составляет выход продукции на единицу исходного сырья также в 3 раза больше (37% в прото0 типе по сравнению с 118-122% в предлагаемом способе), кроме того, предлагаемый способ позволяет уменьшить количество отхода-фильтрата и использовать его полезные компоненты в составе лимонита.

5 Качество лимонита, как видно из табл.2, отвечает требованиям техдокументации и он может быть использован в косметологии в качестве биологической добавки в косметическую продукцию, T.JC, в нем содержится

0 лимонная кислота с примесью таких полез- . ных компонентов как сахара, глюконовая кислота, калий, железо, кальций.

Получение в одном технологическом потоке с лимонной кислотой дополнительно

5 ценного биоактивного продукта позволяет повысить практическую ценность всего производства по переработке мелассы, а также решить проблему использования фильтрата-отхода, являющегося в прототипе наибо- лее обременительным отходом производства.

Кроме того, утилизация фильтрата с получением ценного биопродукта позволяет снизить количество сточных вод, поступающих в канализацию, что способствует улучшению охраны окружающей среды, Следует отметить также, что возможность получать предлагаемым способом биоактивный продукт лимонит позволит заменить им лимонную кислоту в косметологии, используемую как буфер, при одновремен- ном улучшении качества косметической продукции, т.к. лимонит обладает полезными биоактивными свойствами. При этом высвободится около 30 тонн лимонной кис- .лоты, используемой в косметической про- мышленности, для нужд пищевой промышленности, например для производства безалкогольных напитков, кондитерских изделий и т.д.

Акт испытаний предлагаемого способа прилагается к материалам заявки.

Проект технических условий (ТУ) на олытную партию лимонита прилагается к материалам заявки.

Заключение Минздрава СССР по каче- ству и пригодности лимонита к дальнейшему использованию его в виде

биологически активной добавки в косметической продукции также прилагается к материалам заявки.

Таким образом, предлагаемый способ переработки мелассы при производстве лимонной кислоты практически пригоден к использованию в народном хозяйстве.

Формула изобретения Способ переработки мелассы при производстве лимонной кислоты, включающий ферментацию гриба-продуцента, отделение культуральной жидкости, ее нейтрализацию, фильтрацию для отделения цитрата кальция и его разложение с последующим фильтрованием и концентрированием полученного раствора лимонной кислоты от маточного раствора, отличающийся тем, что, с целью утилизации.отходов с получением дополнительно биологически активного «продукта, после отделения кристаллов лимонной кислоты маточный раствор с концентрацией сухих веществ 2 4-35% соединяют с фильтратом, полученным на стадии отделения цитрата кальция в соотношении 1:0,1-Ю,15, и получают биологически активный продукт.

Состав образцов лимонита

Таблица 1

Таблица 2