【正文】 第一節(jié) 概 述 成熟的檸檬酸發(fā)酵醪中，除含有主產(chǎn)物檸檬酸之外，還含有纖維、菌體、有機雜酸、糖、蛋白類膠體物質(zhì)、色素、礦物質(zhì)及其他代謝產(chǎn)物等雜質(zhì) ，它們或來自發(fā)酵原料、或在發(fā)酵過程中生產(chǎn)，它們或溶存或懸浮于發(fā)酵醪中。 通過各種理化方法，清除這些雜質(zhì)，得到符合各級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的檸檬酸產(chǎn)品的全過程，即為 檸檬酸生產(chǎn)的下游工程 。它是一個確保產(chǎn)物 “ 豐收 ” ，提高企業(yè)效益的生產(chǎn)系統(tǒng)工程。 下游提取工藝有 ： ?鈣鹽離子交換工藝 ：是將離子交換樹脂脫鹽工藝引入鈣鹽法提取檸檬酸的工藝。此法總收率可達到 80%～ 90%，且操作簡單，易掌握。 ?液 液萃取工藝 ：用有機溶劑做萃取劑，將水溶液中的主要產(chǎn)物 萃取到有機相中富集 ，其他雜質(zhì)留存于萃余相中被棄去，然后用純水從有機相中將主要產(chǎn)物 反萃取到水相中富集 ，從而得到較純的產(chǎn)物，這一工藝稱為液 液萃取工藝。 ? 全離子交換法提取工藝 ： 檸檬酸是 α羥基三羧酸，在水中很容易解離成 H+和 H2Ci、 HCiCi3離子，故可利用陰離子交換樹脂從檸檬酸發(fā)酵醪中吸交檸檬酸根離子，然后用堿（ NaOH或NH4OH）解析得檸檬酸鈉（或檸檬酸銨）液?；蛴脧娝峄驘崴疵摚ń馕觯┇@得檸檬酸液。 ? 電滲析提取工藝 ：電滲析是一種膜技術(shù)。它是在離子交換樹脂基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，可用于從檸檬酸發(fā)酵醪中提取檸檬酸，但所得檸檬酸產(chǎn)品易炭化物含量較高，其質(zhì)量僅符合工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)。 ? 連續(xù)離子交換法提取工藝 即料液和樹脂都處于流動狀態(tài)，一般作對向流動，整個操作完全連續(xù)，故稱連續(xù)離子交換法。 基本原理是，固體吸附劑依次經(jīng)歷一個由特定步驟組成的循環(huán)過程，在這些步驟中，固體吸附劑均與一種流體相接觸，通過改變流體相的性質(zhì)和組成，吸附劑在一個步驟（吸附）中將吸附一種被吸附物 ，而在下一個通常稱為再生或洗脫的步驟中，吸附劑把被吸附物釋放出來。 ? 色譜分離（ ILCS）工藝 該工藝由中科院生態(tài)環(huán)境中心研究成功，目前仍處于實驗性生產(chǎn)階段。主要特點是： a、采用對檸檬酸分子具有高效分離特性的離子交換樹脂作分離材料，從發(fā)酵液中分離出檸檬酸； b、強化了發(fā)酵過濾液的預(yù)處理工作，除去非檸檬酸雜質(zhì)，使成品中易炭化物含量達標(biāo)； c、提取液中檸檬酸濃度可達 20%~40%，減少蒸發(fā)能耗； d、從發(fā)酵液中總酸算起，總收率可達 85%~90%。 ?靠這些方法將檸檬酸從體積大、雜質(zhì)多的發(fā)酵醪中提取出來，再經(jīng)過脫色、過濾、除鹽、濃縮、結(jié)晶、干燥等，進一步精制而獲得成品檸檬酸。 在當(dāng)前世界檸檬酸工業(yè)中最廣泛采用的工藝是鈣鹽離子交換法。 第二節(jié) 鈣鹽離子交換工藝 發(fā)酵醪 預(yù)處理 過濾 復(fù)濾 濾液 中和 過濾 洗鈣 調(diào)漿 酸解 過濾 復(fù)濾 粗檸檬酸液 活性炭粒 陽離子交換柱 菌渣 陰離子交換柱 凈化液 精濾 預(yù)熱 蒸發(fā) 結(jié)晶 離心 淡有機廢水 濕晶 干燥 篩分 筒倉 包裝 入庫 成品 濕石膏渣 濃有機廢水 90℃ 水 90℃ 水 CaCO3 H2S04 70℃ 水 洗晶水 母液 等外品 （一）發(fā)酵醪的預(yù)處理 ? 薯干原料產(chǎn)物的組分： 檸檬酸、草酸、葡萄糖酸、其他雜酸、殘總糖、蛋白質(zhì)、纖維及菌體。 ? 發(fā)酵醪預(yù)處理 目標(biāo) :為檸檬酸的提取工作創(chuàng)造一個好的條件。 操作 :將發(fā)酵醪加熱至 75~90℃ ， 時間易短不宜長 。 作用 : a、殺滅檸檬酸產(chǎn)生菌和雜菌，終止發(fā)酵，防止檸檬酸被代謝分解。 b、使蛋白質(zhì)變性而絮凝，破壞膠體，降低料液粘度，有利于過濾。 c、使菌體中的檸檬酸部分釋放出來。 ? 熱處理要注意以下兩個問題 ： （ 1）溫度過高和受熱時間過長，會使菌體破裂而自溶，釋放出蛋白質(zhì)，反而使料液粘度增加，顏色褐變，不利于凈化。 （ 2）過長時間的直接蒸汽加熱，會增加料液稀釋度，有損于收率（最好間接加熱）。 （二）發(fā)酵醪過濾 ?徹底除去發(fā)酵醪中的懸浮物； ?除去發(fā)酵醪中的草酸； ?盡可能減少濾液的稀釋度； ?把檸檬酸的損失減少到最低限度。 ? 一次濾液 檸檬酸 （ CAM） ≥≤ ? 濾餅 含水量 ≤55%~70% 檸檬酸 ≤% ? 復(fù)濾液 檸檬酸 ≥≤ 5mg/L 草 酸 0 過濾：使固、液兩相分離常用的有效方法。 其基本原理：是利用一種有 很多毛細(xì)孔的物體做過濾介質(zhì) ，利用過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差為推動力，使被過濾的液體由介質(zhì)的小孔通過以得到澄清的濾液， 懸浮物被截留而積聚在介質(zhì)表面形成 濾餅 。 ?過濾的阻力為介質(zhì)和濾餅之和。起主要作用的是濾餅的厚度和特性，而其特性又取決于濾餅的可壓縮性和不可壓縮性。前者為無定形的顆粒所組成，粒與粒之間的孔道隨壓強的增加而變小，因此對濾液的流動產(chǎn)生了阻力，而后者為不可變顆粒所組成，粒與粒之間的孔道不隨壓強變化。檸檬酸發(fā)酵醪中的顆粒形成的濾餅，屬于可壓縮性濾餅 。 ?濾餅的厚度達到一定程度時，則變成真正的 過濾介質(zhì) 。所以在過濾開始時，往往出現(xiàn)渾濁濾液，這是因為濾漿中的固體顆粒大小不一，細(xì)小者易穿過介質(zhì)的孔隙而未被截留，當(dāng)介質(zhì)表面積有濾餅時，濾液變清，這就表示濾餅的毛細(xì)孔道較過濾介質(zhì)小，或者是濾餅在過濾介質(zhì)的孔道中起有廣泛的架橋作用。 ?使用任何一種過濾設(shè)備，都有一個適當(dāng)?shù)臑V餅厚度的要求，這就取決于過濾速度和濾餅的洗滌速率。 過濾速度決定于推動力和阻力，當(dāng)推動力一定時，過濾速度隨過程的進行而逐漸降低 。如果要求速度不變，則必須加大過程的推動力，但達到一定限度時，再進行下去，是不經(jīng)濟的所以必須除去濾餅，而重新開始過濾。 ?濾餅中的微孔錯綜復(fù)雜，濾液充滿在這些微孔中，由于表面張力和粘著力而不能自動流出，為提高濾出物的收率，應(yīng)加 清洗液 將這些清洗液排出。 一般要大體洗滌干凈，只需消耗少量的清洗液，如果要完全洗滌干凈，則要消耗大量的洗滌液，但因而增加了濾液的稀釋度，在生產(chǎn)中要權(quán)衡利弊，利用適當(dāng)兩的洗滌液，達到較佳的效果。 過濾機的生產(chǎn)能力，通常以每單位過濾面積（ m2） ,在每單位時間（ h）內(nèi)所能得到的產(chǎn)物量 〔 濾液（ m3）或濾餅（ kg） 〕 來表示。 Vh = V t(過濾 +洗滌 +裝拆 +準(zhǔn)備 ) = V ∑ t 式中 Vh生產(chǎn)能力，即每 1h平均所得的濾液量（ m3） V 一循環(huán)操作（四個階段）周期所的濾液量（ m3） ∑ t整個循環(huán)周期的總時間（ h） ?過濾機的生產(chǎn)能力主要受 過濾速度所控制。由上式求得的 Vh的量，除以該過濾機的總面積，即該機的平均過濾速度。 ?（ 1）發(fā)酵醪的性質(zhì) ?（ 2）溫度 ?（ 3）過濾的推動力 ?（ 4）過濾介質(zhì) ?（ 5）助濾劑 ?（ 1）培養(yǎng)基液化不良、發(fā)酵質(zhì)量不佳、染菌后的發(fā)酵醪和被雜菌污染了的“陳發(fā)酵醪”以及醪中懸浮顆粒的大小、含纖維量的多寡、保持良好的菌球體或菌球體被破壞都影響過濾速度。 ?（ 2）溫度對過濾速度影響很大。 ?（ 3）檸檬酸發(fā)酵醪中的固體顆粒所形成的濾餅屬可壓縮性濾餅，注意壓力要逐漸增加，特別開始過濾時。 ?（ 4）選用過濾介質(zhì)遵循的基本條件： ?濾布孔道要適中，既能使濾液流暢通過，又能截留住懸浮顆粒 ?必須具有化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐熱性以及適應(yīng)檸檬酸發(fā)酵醪的特性 ?必須具有足夠的機械強度。濾布越厚、越緊密，機械強度也越高，濾液越清，但過濾的阻力也越大。 ?應(yīng)該根據(jù)被過濾物料的性能和選用的過濾機的機種來選用適用的濾布。 ? （ 5）在固體顆粒細(xì)小、膠體較多、粘度大的物料中加助濾劑是提高過濾速度的較好方法。助濾劑本身必須是顆粒均勻、性質(zhì)堅硬、理化性能穩(wěn)定的不可壓縮性物質(zhì)。助濾劑可以在過濾機上形成預(yù)涂層，作為過濾介質(zhì)使用，也可以按一定比例均勻地混于被濾液中，然后一起被送入過濾機中，可形成較疏松的濾餅，降