专利名称：含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法
技术领域：
本发明涉及一种含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法，特别是涉及一种同步测定朽1檬酸溶液中的朽1檬酸根、氯尚子、硫酸根、磷酸根尚子含量的分析方法。
背景技术：
在发酵制备柠檬酸的生产过程中的每个步骤的工艺中，会产生不同的含柠檬酸的溶液，例如，柠檬酸发酵液、柠檬酸发酵液中除去了颗粒杂质和沉淀物后所得的柠檬酸发酵清液、钙盐法生产柠檬酸过程中用硫酸酸解柠檬酸的钙盐而得到的酸解液、所述酸解液经过色谱法提纯去除杂质而得的离子交换液以及由钙盐法提取柠檬酸后产生的柠檬酸母液等。这些含柠檬酸溶液中除了柠檬酸根还含有氯离子、硫酸根以及磷酸根等其它离子，其中，氯离子是由原料带入，硫酸根是钙盐法的酸解过程中加入硫酸进行酸解而被加入的，磷酸根是通过外加磷来控制磷源以调控发酵工艺而产生的。氯离子、硫酸根和磷酸根一直存在于整个生产过程中，只是不同的生产阶段，含量不同、控制要求不同。在柠檬酸的色谱提纯工艺中，我们可以通过对柠檬酸离交液中硫酸根和氯离子的控制以满足柠檬酸成品的要求；在钙盐法工艺中，我们可以通过控制硫酸根的含量来控制酸解的终点，最大程度的减少柠檬酸的损失；也可以通过了解酸解液中硫酸根和氯离子的含量指导离交树脂柱高度和填量的设计；柠檬酸生产中，磷广泛存在于生物体中，是生物发酵过程代谢的一种营养源，通过外加磷来控制磷源以调控发酵工艺，得到发酵液高产柠檬酸，是发酵控制手段之一；通常情况下，外加磷源一般指的是磷酸盐类物质；因此，我们可以通过磷酸根折算出磷的含量，以判断磷的含量是否满足发酵需要；由于发酵过程中加入了磷酸盐类，势必影响到后提取工序，而最终影响柠檬酸的成品的质量。所以，后提取工序以磷酸根的含量来反映磷酸根的去除程度。因此，需要在柠檬酸发酵生产的不同工序中对这些离子的含量进行测定分析。但是，目前关于柠檬酸根、硫酸根、氯离子、磷酸根等离子的测定方法，生产中采用的是化学分析方法，单独分析逐一测出，尚无可以同步分析得出上述各种物质含量的方法。柠檬酸根的测定方法一般采用酸碱滴定法，其测定原理是由滴定剂氢氧化钠溶液中的氢氧根离子滴定柠檬酸溶液中的氢离子，通过氢离子的含量折算出柠檬酸的含量，因此，通过该方法测定出的是以柠檬酸为主的包含其它杂酸的总酸含量，而无法准确得出柠檬酸的含量。硫酸根和氯离子的测定采用比浊法，磷酸根采用比色法，通过与标准品对照比较混浊度和色泽得出结果，比浊法主要是依据检测过程中的反应产物因沉淀而产生混浊，通过混浊程度的深浅来与标准品进行对比得出含量，含柠檬酸溶液大多属于中间产物，制糖过程高温产生美拉德反应，导致后续样品色泽加深，在进行硫酸根和氯离子检测时，由于产生的沉淀物为硫酸钡和氯化银，均为白色沉淀物，而含柠檬酸溶液本身色泽为褐色，就会不利于这种白色沉淀物所产生的混浊度的对比。而对于磷的测定，因为磷采用的是比色法，通过磷与钥酸铵产生磷钥酸铵，再与抗坏血酸反应生成钥兰(蓝色物质)，蓝色的深浅反应的是产生磷的含量高低，再通过与标准品的对照比色，得出分析结果。与硫酸根、氯离子相似，受到含柠檬酸溶液的褐色的影响，使得该蓝色物质变成偏蓝绿色物质，不利于光学仪器的测量分析，影响分析结果的准确性。通过上述方法进行测定时操作过程复杂，导致检测过程耗时长，问题反馈滞后，无法在线指导生产，且混浊度和色泽受其他色素的干扰，也将会导致分析结果准确性差的问题。除此之外，化学的分析方法无法同步分析出除柠檬酸根之外的其他三种离子，操作过程费时费力。通过利用离子色谱常规分析方法分析柠檬酸溶液中的柠檬酸根、硫酸根、氯离子、磷酸根时，根本无法将上述几种尚子进行分尚，因为朽1檬酸溶液朽1檬酸含量较闻，朽1檬酸含量达5_70g/100ml,硫酸根尚子的含量为l_5000mg/L,氯尚子的含量为l_200mg/L,磷酸根离子的含量为l_500mg/L，利用现有离子色谱法分析这种溶液，会出现因稀释倍数过小，柠檬酸含量过高，而干扰和影响其他指标以及自身的出峰情况，甚至出现完全被柠檬酸峰覆盖的情况，稀释倍数过大，氯离子和磷酸根含量过低而无法分析，因此现有技术的离子色谱法也就无法分析出这几种离子。因此，需要开发一种能够准确快速测定柠檬酸根、硫酸根、氯离子、磷酸根含量的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法，通过该方法能够同步测定柠檬酸溶液中的柠檬酸根、氯离子、硫酸根、磷酸根离子含量，检测含量范围广、准确度高、方便快捷。本发明的发明人发现，朽1檬酸发酵生产过程中的含朽1檬酸溶液中朽1檬酸含量闻，因此朽1檬酸主要以朽1檬酸分子形式存在，无法分析得出朽1檬酸根。朽1檬酸为三兀弱酸，存在三级电离，随着PH的不同，电离方式有所不同，不同的电离产物，出峰时间和峰形也有所不同，会干扰和影响其他离子的出峰。如果将含柠檬酸溶液的pH值调节为7-8，溶液中的柠檬酸就全部电离以柠檬酸根的形式存在，通过不同浓度的洗脱剂进行洗脱就能够与含柠檬酸溶液中的其它阴离子进行分离，不会对其它阴离子产生太大的干扰，从而能够准确的测定出含柠檬酸溶液中的各个阴离子的含量，由此完成了本发明。为了达到上述目的，本发明提供了一种含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法，所述含柠檬酸溶液含有柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根，该方法包括:(I)将含柠檬酸溶液与碱性物质接触，使所得溶液的pH值为7-8 ；(2)采用离子色谱测定步骤(I)中所得溶液中柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根的含量。优选地，在步骤(2)中，采用离子色谱测定步骤(I)中所得溶液中柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根的含量的方法包括:在色谱分离条件下，将步骤(I)中所得溶液从固定相为阴离子交换树脂的色谱分离柱的一端引入，并连续依次用不同浓度的洗脱剂进行洗脱，得到洗脱液，并经色谱分析后得到保留时间和积峰面积，得到含柠檬酸溶液中各阴离子的含量。优选地，所述洗脱剂为氢氧化钠水溶液和/或氢氧化钾水溶液；所述洗脱剂的浓度依次为:5-30mM、30-50mM、60-90mM、5-30mM ;相对于每毫升的含朽1檬酸溶液，依次所用的各浓度的洗脱剂的用量分别为l_5mL、0.4-2mL、l-5mL、0.6_3mL。本发明方法,测定含量范围广,可广泛用于朽1檬酸含量为5-70g/100mL、硫酸根离子含量为l_5000mg/L、氯尚子含量为l_200mg/L、磷酸根尚子含量为l_500mg/L的含朽1檬酸溶液中各种阴离子的分析，检测耗时短，可同时测得多种阴离子的含量，且检测结果准确。
图1是实施例1的离子色谱分析图谱；图2是实施例2的离子色谱分析图谱；图3是实施例3的离子色谱分析图谱。
具体实施例方式以下对本发明的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。本发明提供了一种含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法，所述含柠檬酸溶液含有柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根，该方法包括:(I)将含柠檬酸溶液与碱性物质接触，使所得溶液的pH值为7-8 ；(2)采用离子色谱测定步骤(I)中所得溶液中柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根的含量。根据本发明的方法所述，在所述步骤(I)中，对于将含柠檬酸溶液与碱性物质接触的方法没有特别的限制，可以是将含柠檬酸溶液与碱性物质进行混合；优选在搅拌条件下进行混合；其中，所述碱性物质可以为其纯物质的形式也可以为其溶液(如水溶液)的形式，优选地，所述碱性物质为氢氧化钠水溶液和/或氢氧化钾水溶液。更优选的接触方式为在搅拌条件下，将溶液形式的碱性物质滴加到所述含柠檬酸溶液中进行混合。为了能够准确的进行pH值调节，可以先用20-40重量％的碱性溶液调节至接近pH值为7-8的范围，然后再用0.5-1重量％的碱性溶液继续调节pH值至所需的范围，具体可以通过如下步骤进行:吸取ImL的含柠檬酸溶液置于洁净的500mL烧杯中，加入少量高纯水，在搅拌条件下，先用40重量％的氢氧化钠水溶液调pH值至5-6，再用I重量％的氢氧化钠水溶液进行微调，继续调节PH值至7-8。根据本发明的方法，在步骤(2)中，采用离子色谱测定步骤(I)中所得溶液中柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根的含量的方法包括:在色谱分离条件下，将步骤(I)中所得溶液从固定相为阴离子交换树脂的色谱分离柱的一端引入，并连续依次用不同浓度的洗脱剂进行洗脱，得到洗脱液，并经色谱分析后得到保留时间和积峰面积，得到含柠檬酸溶液中各阴离子的含量。本发明中优选使用离子交换色谱仪进行测定，系统直接计算得出各离子的含量。根据本发明的方法，对于所述洗脱剂没有特别的限定，可以是离子色谱中常用的洗脱剂，优选地，所述洗脱剂为氢氧化钠水溶液和/或氢氧化钾水溶液。虽然含柠檬酸溶液中的柠檬酸根、硫酸根、氯离子以及磷酸根与阴离子交换树脂的离子交换能力各不相同，但是用常规的洗脱方法是无法将各个离子分离开，为了使含柠檬酸溶液中的柠檬酸根、硫酸根、氯离子以及磷酸根更快更好地分离开，所述洗脱剂采用不同浓度进行梯度洗脱，可以依次将氯离子、硫酸根离子、磷酸根离子和柠檬酸根离子洗脱下来。优选地，所述洗脱剂的浓度依次为；5-30mM、30-50mM、60-90mM、5-30mM ;相对于每毫升的含柠檬酸溶液，各浓度的洗脱剂的用量分别为l_5mL、0.4-2mL、l-5mL、0.6_3mL ;更优选地，所述洗脱剂的浓度依次为:10-20mM、30-40mM、60-80mM、10-20mM;相对于每毫升的含柠檬酸溶液，各浓度的洗脱剂的用量分别为 2-4mL、0.6-1.6mL、2_4mL、0.9-2.4mL。根据本发明的方法，对于所述色谱分离的条件没有特别的限制，可以是离子色谱中常规的色谱分离条件，优选地，所述色谱分离条件包括:色谱分离的温度为20-60°C，所述洗脱剂的流速为0.2-2mL/min ;更优选地，所述色谱分离条件包括:色谱分离的温度为30-40°C，所述洗脱剂的流速为0.3-lmL/min。根据本发明的方法，对于所述阴离子交换树脂没有特别的限制，可以是本领域常用的阴离子交换树脂，优选地，所述阴离子交换树脂的功能基团为-N+R3OH, R选自甲基、乙基和异丙基中的任意一种。所述功能基团是指与阴离子交换树脂的骨架树脂相键连的官能团。本发明中，所述阴离子交换树脂的工作交换容量优选为0.015-0.2毫摩尔/克干树脂。本发明中所述“工作交换容量”是指离子交换器从投入运行开始直至流出液中出现被除掉的离子为止，单位体积的湿树脂所能交换的离子的物质的量。本发明中，对于所述阴离子交换树脂的类型没有特别的限制，可以是本领域常用的各种类型的阴离子交换树脂，可以为强碱性聚苯乙烯阴离子交换树脂、强碱性聚丙烯酸系阴离子交换树脂、强碱性聚乙烯阴离子交换树脂、强碱性聚甲基丙烯酸酯阴离子交换树脂中的一种或多种，优选为强碱性聚苯乙烯阴离子交换树脂。根据本发明的方法，对于所述含柠檬酸溶液没有特别的限制，可以是各种含有柠檬酸和其他阴离子的溶液，尤其适合柠檬酸发酵生产过程中的各种含柠檬酸的溶液，优选地，所述含柠檬酸溶液为柠檬酸发酵液、柠檬酸发酵清液、柠檬酸酸解液、柠檬酸离交液和柠檬酸母液中的一种或多种；更优选地，所述含柠檬酸溶液为柠檬酸酸解液。具体地，所述柠檬酸发酵液可以为采用本领域所公知的各种发酵条件而得到的柠檬酸发酵液。具体地，可以为薯干粉、木薯粉、玉米粉、马铃薯粉等淀粉质原料以及葡萄糖母液等原料发酵而得到的发酵液。所述柠檬酸发酵清液是指柠檬酸发酵液中除去了颗粒杂质和沉淀物后所得的溶液，所述柠檬酸酸解液是钙盐法生产柠檬酸过程中用硫酸酸解柠檬酸钙而得到的酸解液，所述柠檬酸离交液是所述柠檬酸酸解液经过色谱法提纯去除杂质而得的离子交换液，所述柠檬酸母液是经钙盐法工艺提取柠檬酸后产生的母液。本发明的方法可以测定的各个阴离子的浓度范围较宽，对于含柠檬酸溶液中所含有的柠檬酸根、硫酸根、氯离子以及磷酸根离子的浓度没有特别的限制，优选地，所述含柠檬酸溶液中柠檬酸的含量为5-70g/100ml，硫酸根离子的含量为l_5000mg/L，氯离子的含量为l_200mg/L，磷酸根离子的含量为l-500mg/L。实施例下面结合实施例对本发明进行进一步说明。以下实施例中所用的离子色谱仪是戴安公司的牌号为DIONEX ICS-2000的离子色谱仪，色谱柱为1npac公司生产的牌号为ASll-HC2X250mm的聚苯乙烯强碱性阴离子交换树脂(离子交换基团-N+(CH3)3OH,工作交换容量为0.03毫摩尔/克干树脂)。以下实施例中所用柠檬酸酸解液通过以下方法制得:将0.872千克玉米用SFSP系列锤片式粉碎机进行粉碎，得到平均颗粒直径为2毫米(采用美国PPS公司的Accu SizerTM 780光学粒径检测仪测定)的0.871千克粉碎产物；一次液化温度83±1°C，一次液化维持时间为5分钟，二次液化控制温度93± 1°C，将粉碎产物与淀粉酶混合进行喷射液化，二次液化维持时间为50分钟(所述酶解的pH值维持在5.7-6.2 ;以每克粉碎产物的干重计，α-淀粉酶(购自诺维信公司)的用量为40个酶活力单位，其中，酶活力单位的定义为:在pH值为6.0、温度为70°C的条件下，I分钟将I毫克淀粉转化为还原糖所需的酶量为一个酶活力单位)，得到酶解产物。将部分酶解产物通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出清液和滤渣，其中，滤渣的固含量为50重量％。将172.8千克的清液、43.2千克酶解产物灭菌后加入到300L的发酵罐中，得到发
酵培养基。将上述得到的部分酶解产物加水稀释至总糖为10重量％，得到种子培养基，将种子培养基投入种子罐，加热到121°C消毒，维持30分钟后快速降温至36°C，接入黑曲霉菌种，每升种子培养基中黑曲 霉的接种量为2 X IO8个孢子。在36°C、起始pH值为5.5、0.6体积:(体积 分钟)的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和PH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH < 2.0、酸度> lg/100mL、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。将经过培养的黑曲霉菌种加入到发酵罐中开始发酵，每升发酵培养基中接种量为
2.2 X IO7个孢子，发酵条件包括温度为36 °C，起始pH值为4.5，通气量为0.8体积:(体积 分钟)，发酵至发酵液中还原糖含量达到0.3g/100mL以下停止发酵，然后进行过滤得到朽1檬酸溶液。将上述5升过滤后的柠檬酸溶液(一水柠檬酸含量:16g/100ml)，加入1250g碳酸钙浆液(碳酸钙浓度:45重量％)在75°C下反应30min，静置分层，弃去上清液(即废糖水)，得到柠檬酸钙浆液，并反复将柠檬酸钙浆液加入90°C的热水进行洗涤排杂，直至易炭合格。柠檬酸钙浆液用真空抽干后，加入560g的浓硫酸进行酸解反应lOmin，反应结束后，进行真空抽滤分离，所得液体是柠檬酸酸解液。实施例1该实施例用于说明本发明提供的含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法。(I)取柠檬酸酸解液2mL，精确至0.0lmL，加入高纯水20mL、在搅拌条件下，以20滴/分钟的速度滴加40重量％的氢氧化钠水溶液,边滴加边用pH试纸测定pH值，待pH值5时，补加高纯水并用I重量％的氢氧化钠水溶液调pH值，定容至IOOmL同时使pH值达到
7.2，摇匀备用。(2)用进样针取步骤(I)所得溶液2ml经0.2um膜滤后注入离子色谱仪中，接着依次通入洗脱剂NaOH水溶液，洗脱剂的浓度依次为10mM、30mM、60mM、10mM，相对于每毫升的柠檬酸酸解液，各浓度的洗脱剂的用量依次为2.0ml、0.6ml、2.0ml、0.9ml，洗脱剂流速为
0.3mL/min，色谱柱温度为30°C，测定完成后得到如图1所示的分析图谱，所测得的各离子的含量如表I所示。
实施例2该实施例用于说明本发明提供的含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法。(I)取柠檬酸酸解液2mL，精确至0.0lmL，加入高纯水20mL、在搅拌条件下，以20滴/分钟的速度滴加40重量％的氢氧化钠水溶液,边滴加边用pH试纸测定pH值，待pH值6时，补加高纯水并用I重量％的氢氧化钠水溶液调pH值，定容至IOOmL同时使pH值达到
7.9，摇匀备用。(2)用进样针取步骤(I)所得溶液2ml经0.2um膜滤后注入离子色谱仪中，接着通入洗脱剂NaOH水溶液，洗脱剂的浓度依次为20mM、40mM、80mM、20mM，相对于每毫升的柠檬酸酸解液，各浓度的洗脱剂的用量依次为4.0mlU.6ml,4.0ml,2.4ml，洗脱剂流速为ImL/min，色谱柱温度为35°C，测定完成后得到如图2所示的分析图谱，所测得的各离子的含量如表I所示。
实施例3该实施例用于说明本发明提供的含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法。(I)取柠檬酸酸解液2mL，精确至0.0lmL，加入高纯水20mL、在搅拌条件下，以20滴/分钟的速度滴加40重量％的氢氧化钾水溶液,边滴加边用pH试纸测定pH值，待pH值
5.6时，补加高纯水并用I重量％的氢氧化甲水溶液调pH值，定容至IOOmL同时使pH值达到7.4，摇匀备用。(2)用进样针取步骤(I)所得溶液2ml经0.2um膜滤后注入离子色谱仪中，接着通入洗脱剂KOH水溶液，洗脱剂的浓度依次为15mM、35mM、70mM、15mM，相对于每毫升的柠檬酸酸解液，各浓度的洗脱剂的用量依次为3.0mlU.0ml、3.0mlU.8ml，洗脱剂流速为0.7mL/min，色谱柱温度为40°C，测定完成后得到如图3所示的分析图谱，所测得的各离子的含量如表I所示。表I
权利要求
1.一种含朽1檬酸溶液中阴离子含量的分析方法，所述含朽1檬酸溶液含有朽1檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根，其特征在于，该方法包括: (1)将含柠檬酸溶液与碱性物质接触，使所得溶液的pH值为7-8； (2)采用离子色谱测定步骤(I)中所得溶液中柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根的含量。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其中，在步骤(I)中，所述碱性物质为氢氧化钠水溶液和/或氢氧化钾水溶液。
3.根据权利要求1所述的分析方法，其中，在步骤(2)中，采用离子色谱测定步骤(I)中所得溶液中柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根的含量的方法包括:在色谱分离条件下，将步骤(I)中所得溶液从固定相为阴离子交换树脂的色谱分离柱的一端引入，并连续依次用不同浓度的洗脱剂进行洗脱，得到洗脱液，并经色谱分析后得到保留时间和积峰面积，得到含柠檬酸溶液中各阴离子的含量。
4.根据权利要求3所述的分析方法，其中，所述洗脱剂为氢氧化钠水溶液和/或氢氧化钾水溶液；所述洗脱剂的浓度依次为:5-30mM、30-50mM、60-90mM、5-30mM ;相对于每毫升的含柠檬酸溶液，依次所用的各浓度的洗脱剂的用量分别为l_5mL、0.4-2mL、l-5mL、0.6_3mL。
5.根据权利要求3所述的分析方法，其中，所述色谱分离条件包括:色谱分离的温度为20-60°C，所述洗脱剂的流速为0.2-2mL/min。
6.根据权利要求5所述的分析方法，其中，所述色谱分离条件包括:色谱分离的温度为30-40°C，所述洗脱剂的流速为0.3-lmL/min。
7.根据权利要求3所述的分析方法，其中，所述阴离子交换树脂的功能基团为-N+R3OH,R选自甲基、乙基和异丙基中的任意一种；所述阴离子交换树脂的工作交换容量为0.015-0.2晕摩尔/克干树脂。
8.根据权利要求7所述的分析方法，其中，所述阴离子交换树脂柱为强碱性聚苯乙烯阴离子交换树脂、强碱性聚丙烯酸系阴离子交换树脂、强碱性聚乙烯阴离子交换树脂、强碱性聚甲基丙烯酸酯阴离子交换树脂中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的分析方法，其中，所述含朽1檬酸溶液为来自于朽1檬酸生产中的柠檬酸发酵液、柠檬酸发酵清液、柠檬酸酸解液、柠檬酸离交液和柠檬酸母液中的一种或多种。
10.根据权利要求1、4或9所述的分析方法，其中，所述含柠檬酸溶液中柠檬酸的含量为5-70g/100mL，硫酸根离子的含量为l_5000mg/L，氯离子的含量为l_200mg/L，磷酸根离子的含量为l_500mg/L。
全文摘要
本发明公开了一种含柠檬酸溶液中阴离子含量的分析方法，所述含柠檬酸溶液含有柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根，其特征在于，该方法包括(1)将含柠檬酸溶液与碱性物质接触，使所得溶液的pH值为7-8；(2)采用离子色谱测定步骤(1)中所得溶液中柠檬酸根、氯离子、硫酸根和磷酸根的含量。本发明方法，测定含量范围广，可广泛用于柠檬酸含量为5-70g/100mL、硫酸根离子含量为1-5000mg/L、氯离子含量为1-200mg/L、磷酸根离子含量为1-500mg/L的含柠檬酸溶液中各种阴离子的分析，检测耗时短，可同时测得多种阴离子的含量，且检测结果准确。
文档编号G01N30/02GK103149306SQ201310105100
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者周勇, 沈爱芳, 陈影, 何明霞 申请人:中粮生物化学(安徽)股份有限公司