Розділ 3 обгрунтування вибору післяферментаційних процесів та виділення продукту

3.1. Опис основних широко використовуваних стадій виділення та очистки молочної кислоти.

Розглянемо основні можливі стадії виділення та очистки молочної кислоти, їх переваги та недоліки.

3.1.1. Попередня очистка культуральної рідини.

Культуральна рідина містить зважені частинки - крейда, що не вступила у реакцію з молочною кислотою, нерозчинні домішки, солодові паростки та колоїди. Відділити крейдові осади на фільтруючих апаратах не вдається через липкість шламу і невелику швидкість фільтрування. Тому культуральну рідину в бродильному апараті нагрівають до 70°С і нейтралізують вапняним молоком до слабко-рожевого забарвлення за фенолфталеїном. Оптимальне дозування вапна встановлюють для кожної партії культуральної рідини, приймаючи за критерій швидкість фільтрування. Така обробка покращує структуру осаду; надлишок вапна не є недоліком, так як кристалізація лактату з нейтрального середовища не має переваг перед лужним. Однак обробка вапном непридатна для недостатньо зброджених розчинів (внаслідок збільшення кольоровості при розкладанні цукру) [8].

При нейтралізації коагулюють білки, осідає залізо і руйнуються залишки цукру, що залишився. Потім культуральну рідину відстоюють 6-12 год при температурі не нижче 48°С і декантують по прогрітій парою комунікації направляють на фільтрпрес або вакуум-фільтр, також прогріті парою, а фільтрат - в кристалізатор лактату.

Крейдяний осад заливають гарячою водою (1:3) і ретельно перемішують. Після тригодинного відстоювання першу промивну рідину відокремлюють і додають до першого лактатного маточного розчину. До осаду у відстійнику додають гіпсовий шлам і також заливають гарячою водою. Добре перемішану суспензію фільтрують. Осад викидають, а другу промивну рідину використовують для приготування поживного середовища [13].

3.1.2. Кристалізація лактату кальцію.

Кристалізація - потужний фактор очищення, тому у всіх виробництвах, де вона можлива, нею обов'язково користуються.

Зі збільшенням вмісту домішок розчинність лактату зростає але не однаковою мірою в мелясному і паточному розчині (відмінність у характері домішок). Загалом, зі збільшенням кількості домішок на 1% розчинність лактату зростає в 1,1 рази [3].

Інтенсивність перемішування в інтервалі частоти обертання мішалки від 100 до 600 об/хв не впливає на швидкість власне кристалізації.

Виходячи з загальнотеоретичних уявлень, в'язкість кристалізаційної маси (утфелю) внаслідок погіршення тепло- і масообміну між рідкою і твердою фазами повинна надавати великий вплив на швидкість росту кристалів, їх розмір і відділення маточного розчину.

Різниця у в'язкості мелясного і патокового розчинів лактату пояснюється різним вмістом домішок. При в'язкості близько 3 Па*с кристалізація лактату зі зброджених мелясних розчинів сильно сповільнюється, тому для зменшення в'язкості в кристалізатор необхідно додати 10-15% маточного розчину («розгойдати» утфель). При кристалізації з патокових розчинів, як правило, цього робити не потрібно [12].

Охолодження розчинів лактату в періоди зародження центрів кристалізації і росту кристалів проводять різними темпами. У першу годину температуру знижують з 30 до 23°С, в наступні 1,5 години - з 23 до 18°С. Коли буде досягнута ця температура, починається масова кристалізація лактату. У цей період темп охолодження уповільнюють до 2°С на годину до досягнення кінцевої температури 10°С, яку протягом 3 год підтримують постійною. Початкова концентрація лактату повинна знаходитися в межах 14,5 - 15,5%. При більшій концентрації утворення зародків прискорюється, але сповільнюється їх ріст внаслідок збільшення в'язкості утфелю.

Оптимальною початковою температурою є 30°С. При нижчій температурі значно збільшується індукційний період, а також, і загальна тривалість кристалізаціі. При цій же температурі вноситься затравка у вигляді сирих кристалів від попередньої кристалізації в кількості 6 - 7% до маси кристалізаційного розчину. Кінцева температура не повинна бути вищою за 10°С (підвищення її на 5°С знижує вихід кристалів на 12%).

Загальна тривалість процесу кристалізації - 10-12 год [12].

При кристалізації лактату кальцію під впливом ультразвуку сильно скорочується латентний період, і тривалість кристалізації зменшується у 6-8 разів, але кристали через появу великої кількості центрів виходять дуже дрібними і маточний розчин погано відділяється [66]. Додавання 0,5% одновідсоткового розчину поліетиленіміну до кристалізаційного розчину лактату кальцію підвищує швидкість кристалізації на 25-30%. При цьому проявляються лише флокулюючі властивості поліетиленіміну - знижується вміст домішок і кольоровість розчину [5].

Кристали лактату кальцію відокремлюють від маточного розчину на фільтрпрессах, але краще користуватися центрифугами. Вихід пробілених кристалів лактату складає близько 80% від їх вмісту в утфелі, доброякісність кристалів близько 96%.

При отриманні молочної кислоти вищого гатунку кристали лактату кальцію зазвичай не пробілюють. З маточного розчину після розкладання лактату, відділення гіпсу та освітлення розчину активованим вугіллям виробляють молочну кислоту другого сорту [12].

У зв'язку з впровадженням іонного обміну і порівняно невисокими вимогами до якості молочної кислоти освоєння кристалізації лактату затрималося на багато років. Цьому сприяло і те, що вихід лактату кальцію внаслідок його значної розчинності не перевищує 35%, отже, близько 2/3 його залишається в маточному розчині, переробка якого пов'язана з витратою пари, хімічних матеріалів, установкою додаткового обладнання, з погіршенням якості продукту і переведенням значної частини молочної кислоти в менш цінні сорти. При роботі без кристалізації лактату і застосуванні іонного обміну увесь об`єм лактату (за винятком втрат) переходить в основний продукт, збільшуючи таким чином вихід харчової молочної кислоти.