本发明属于有机酸制取技术领域，具体涉及一种电渗析法制取柠檬酸的生产工艺。
背景技术：
柠檬酸广泛应用于食品、医药、化妆品、洗涤剂、包装、金属清洗、建筑、环保等行业,每年需妥几十万t。多年来,世界柠檬酸的年消耗增长速度一直在7.5%左右。过去柠檬酸主要是从柠檬、柑橘、菠萝等果实中提取现在生产柠檬酸的方法大致有两种:一种是化学合成法,另一种是生物发酵法.其中化学合成法由于原料、产率,污染、经济等问题无法与发酵法相比,发酵法则由于原材料丰富、产量高、成本低而倍受青睐,所以现在以发酵法生产为主。柠檬酸是目前世界上以生物化学方法生产产量最大的有机酸,全球年产量(50一60)万t〕.我国是一个柠檬酸的生产大国,在国际市场上占有重要地位。柠檬酸发酵液成分复杂,并且因原料和发酵工艺不同而各不相同.除柠檬酸外,还包括菌体、残糖、蛋白质、色素、胶体、有机杂酸、无机盐等多种杂质,总的来说,它们来源于原材料、未消耗的营养盐或发酵的中间副产物.所以从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸是比较困难的.我国独创的薯粉直接深层发酵法工艺处于世界先进水平,且自行开发的黑曲霉菌产酸效率与国外接近,但在提取率、机械化程度和劳动生产率等方面比较落后,因而在国内研究从发酵液中高效、低能耗地提取柠檬酸是一个极有意义的课题.从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的方法主要有钙盐法和萃取法。
钙盐法是一种传统的从发酵液中提取有机酸的方法,在中国用得最为普遍.它是利用柠檬酸钙不溶于水,但能溶于酸的特点,在含柠檬酸的上清液中加人CaCo3或Ca(OH)2中和,使柠檬酸生成柠檬酸钙沉淀,固液分离后,柠檬酸钙经过洗涤再用硫酸酸解,生成柠檬酸水溶液,再经过脱色、去除阴、阳杂离子后得到提取液进人浓缩、结晶工序得到纯柠檬酸固体产品。钙盐法因为工艺成熟、设备简单、原材料易得和产品质量稳定等特点而在国内外被广泛使用.但经过这么多年的应用,其缺陷日益显露:一是得到的提取液中柠檬酸质量分数较低,一般低于20%,增大了后续浓缩段的负荷;二是单元操作损失多,总收率低,国内厂家一般在60%~70%,超过70%的很少，对以薯干为原料的生产工艺收率更低(我国主要以薯干为原料);三是在提取过程中柠檬酸经历了多次相变,消耗化工原料多,固液分离量大,能耗高;四是环境污染严重,产生大量的固体废弃物,在环境问题日益突出的今天,这种方法越来越不不适用环保的需求。而萃取法对发酵原料要求比较严格,一般只使用于成分较简单的发酵液,且因为添加了萃取剂,如分离不完全会影响产品质量,有些萃取剂甚至是有毒的,可能会限制柠檬酸产品的使用范围。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有的柠檬酸生产工艺柠檬酸收率低，单元操作损失大，污染严重，对发酵原料要求严格，提供一种增加柠檬酸收率，减少单元消耗损失，减少环境污染，对发酵原料没有要求的柠檬酸生产工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一种电渗析法制取柠檬酸的生产工艺，其特征在于，所述的生产工艺包括以下步骤：
第一步，制取柠檬酸发酵液；将薯干粉碎、打浆、液化，加入发酵罐中，发酵罐中加入麸曲菌种，并通入无菌空气；柠檬酸发酵要求较强的通风条件，有利于在发酵液中维持一定的溶解氧量。通风是增加培养基内溶解氧的主要方法。随着菌体生成，发酵液中的溶解氧会逐渐降低，从而抑制了柠檬酸的合成。采用增加空气流速的方法，使培养液中溶解氧达到60%饱和度对产酸有利。
第二步，柠檬酸发酵液预处理；将柠檬酸发酵液过滤；
第三步，柠檬酸发酵液电渗析；柠檬酸发酵液在电渗析器中分离，并浓缩2倍；
第四步，脱色、离子交换；用活性炭和离子交换除去色素和杂质离子,得到淡黄色、高纯度柠檬酸水溶液；
第五步，浓缩结晶；高纯度柠檬酸溶液经浓缩、结晶,制成产品。
电渗析器提取柠檬酸的原理是利用阴、阳离子交换膜的选择透过性,在电场力的作用下分别将混合液中的柠檬酸根和仟分离出来,生成柠檬酸,而不需要离子交换法中的转型步骤,所以其工艺简单;又因为不用柠檬酸钙沉淀和柠檬酸钙酸化两道工序,柠檬酸损失少,回收率能达到85%;未向系统中投加任何化学试剂,不会排放有害物质污染环境,也不会影响产品质量。工人的工作环境改善,生产人员减少一半,生产周期短,易实现工艺化。
进一步的，所述发酵罐中的发酵温度为28~30℃。温度过高会导致菌体大量繁殖，糖被大量消耗以致产酸降低，同时还生成较多的草酸和葡萄糖酸；温度过低则发酵时间延长。
进一步的，所述过电渗析为双极膜电渗析。
进一步的，所述电渗析器一个膜包括双极膜、阴膜和阳膜各一张,有3个室:酸室、碱室和料液室。经过这种电渗析器后提取液分成3种:以柠檬酸为主的酸性溶液、碱液和稀释的料液.这种方法较普通的电渗析来说,其明显的优点在于碱室产生的碱可循环使用,即中和发酵液,不仅能分离柠檬酸,同时还能对它进行浓缩,技术简单。
进一步的，所述活性炭为颗粒活性炭。
进一步的，所述结晶时间为10~12h。
进一步的，所述膜为聚砜类膜。由于发酵液中含有大量蛋白质、糖、色素、霉菌等杂质,必须选择合适孔隙的耐酸超滤膜,如抗氧化性和耐酸性皆佳的聚砜类膜,不宜选用使用寿命短的CA膜。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
一种电渗析法制取柠檬酸的生产工艺包括以下步骤：
第一步，制取柠檬酸发酵液；将薯干粉碎、打浆、液化，加入发酵罐中，发酵罐中加入麸曲菌种，并通入无菌空气；发酵罐中的发酵温度为28℃；
第二步，柠檬酸发酵液预处理；将柠檬酸发酵液过滤；
第三步，柠檬酸发酵液双极膜电渗析；柠檬酸发酵液在电渗析器中分离，并浓缩2倍；所述电渗析器一个膜包括双极膜、阴膜和阳膜各一张,有3个室:酸室、碱室和料液室；所述膜为聚砜类膜。
第四步，脱色、离子交换；用颗粒活性炭和离子交换除去色素和杂质离子,得到淡黄色、高纯度柠檬酸水溶液；
第五步，浓缩结晶；高纯度柠檬酸溶液经浓缩、结晶12h,制成产品。
实施例2
一种电渗析法制取柠檬酸的生产工艺包括以下步骤：
第一步，制取柠檬酸发酵液；将薯干粉碎、打浆、液化，加入发酵罐中，发酵罐中加入麸曲菌种，并通入无菌空气；发酵罐中的发酵温度为30℃；
第二步，柠檬酸发酵液预处理；将柠檬酸发酵液过滤；
第三步，柠檬酸发酵液双极膜电渗析；柠檬酸发酵液在电渗析器中分离，并浓缩2倍；所述电渗析器一个膜包括双极膜、阴膜和阳膜各一张,有3个室:酸室、碱室和料液室；所述膜为聚砜类膜。
第四步，脱色、离子交换；用颗粒活性炭和离子交换除去色素和杂质离子,得到淡黄色、高纯度柠檬酸水溶液；
第五步，浓缩结晶；高纯度柠檬酸溶液经浓缩、结晶10h,制成产品。
实施例3
一种电渗析法制取柠檬酸的生产工艺包括以下步骤：
第一步，制取柠檬酸发酵液；将薯干粉碎、打浆、液化，加入发酵罐中，发酵罐中加入麸曲菌种，并通入无菌空气；发酵罐中的发酵温度为29℃；
第二步，柠檬酸发酵液预处理；将柠檬酸发酵液过滤；
第三步，柠檬酸发酵液双极膜电渗析；柠檬酸发酵液在电渗析器中分离，并浓缩2倍；所述电渗析器一个膜包括双极膜、阴膜和阳膜各一张,有3个室:酸室、碱室和料液室；所述膜为聚砜类膜。
第四步，脱色、离子交换；用颗粒活性炭和离子交换除去色素和杂质离子,得到淡黄色、高纯度柠檬酸水溶液；第五步，浓缩结晶；高纯度柠檬酸溶液经浓缩、结晶11h,制成产品。