柠檬酸发酵清液的絮凝法处理

杨志远，张桂军，王玉琢

（1.长沙环境保护职业技术学院，湖南长沙 410004；2.张北宝龙燕麦食品有限公司，河北张北 076450）

柠檬酸发酵清液的絮凝法处理

杨志远1，张桂军1，王玉琢2

（1.长沙环境保护职业技术学院，湖南长沙 410004；2.张北宝龙燕麦食品有限公司，河北张北 076450）

为进一步研究柠檬酸发酵清液的预处理方法，对絮凝剂的种类、絮凝剂的添加量、絮凝温度、絮凝搅拌转速、絮凝时间五个因素进行实验研究，以絮凝率（RF）为指标，得出柠檬酸发酵清液絮凝的最佳工艺参数。通过对几种絮凝剂的比较，聚丙烯酸钠絮凝效果优于其他絮凝剂。对于柠檬酸发酵清液pH在2.0～3.0，温度45℃条件下，絮凝过程最佳条件为：菌体絮凝最佳的添加量为加入聚丙烯酸钠0.001%～0.005%；转速控制在260r/min，20min后降低转速至100/min，20min后停止搅拌自然沉降30min。

柠檬酸；发酵清液；絮凝；预处理

如何提高柠檬酸及其钠盐的质量，提高提取过程的收率，是柠檬酸行业一直追求的目标。生产柠檬酸的原料一般采用玉米和木薯，发酵后醪液中会含有相当数量的蛋白和菌体碎片，企业一般采用加热和添加助滤剂的方法进行固液分离，但分离不彻底，蛋白等杂质仍以胶体的形式存在于发酵液中，这些胶体蛋白等杂质直接影响后提取过程。

发酵清液是发酵液固液分离后的溶液，发酵液大量菌体等固形物被分离后、溶液组成仍十分复杂，表现为带有负电荷的胶体分散体系，同时具有亲水性和憎水性的胶体特性。含有胶体的发酵清液在后提取时，不仅操作困难，而且影响产品的质量和收率。絮凝由于具有促进颗粒结合成团，提高胶体物质聚集的功效，因此采用絮凝技术可以很好地处理柠檬酸发酵清液，从而使柠檬酸发酵液达到理想状态，为后提取工序做好准备工作。

本实验力求寻找一种新的预处理方法，使絮凝技术成为柠檬酸发酵清液的深度处理方法，从根本上解决发酵清液中胶体蛋白对生产过程的困扰。本文首先研究不同絮凝剂的絮凝效果，并对其进行比较，选出合适的絮凝剂，再对絮凝剂絮凝过程进行条件优化，进而获得影响柠檬酸发酵清液絮凝处理的最佳条件。

1 材料与方法

1.1 样品

实验样品取自湖南洞庭柠檬酸生物工程有限公司发酵车间的发酵清液以及本实验室小型发酵罐产柠檬酸发酵液。

1.2 絮凝剂剂

聚合硫酸铝：分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心；

聚合硫酸铁：分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心；

聚丙烯酸钠：500～5 000万，任丘市华北化工有限公司；

聚丙烯酰胺：600～1 800万，天津静洁净水剂有限公司；

明胶：本实验室保存；

壳聚糖：本实验室保存。

1.3 仪器

（1）电子天平 湖南湘仪分析仪器厂；

（2）PHS—2C数字酸度计 上海光学仪器厂；

（3）UV-2000 型可见分光光度计 尤尼柯（上海）仪器有限公司；

（4）数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；

（5）80-2B离心机 上海安亭科学仪器厂.

2 方法与步骤

2.1 絮凝剂种类的确定

取发酵清液1 000mL放入2 000mL烧杯中，调整絮凝温度45℃，搅拌，慢慢加入事先配制好的絮凝剂，开始时搅拌转速为260r/min，搅拌20min，降低慢速搅拌速度至100r/min，搅拌25min，絮凝结束，自然沉降30min。于烧杯内水深1/2处取样测透光度。

2.2 最佳添加量的确定

同上，取1 000mL柠檬酸发酵清液，放入2 000mL烧杯中，搅拌，在相同温度条件下，分别投加不同量聚丙烯酸钠絮凝剂，开始时搅拌转速为260r/min，搅拌20min，降低慢速搅拌速度至100r/min，搅拌25min，絮凝结束，自然沉降30min。于烧杯内水深1/2处取样测透光度。

2.3 最佳温度的确定

取1000mL柠檬酸发酵清液，放入2 000mL烧杯中，搅拌，在不同的温度条件下，分别投加相同量的絮凝剂，开始时搅拌转速为260r/min，搅拌20min，降低慢速搅拌速度至100r/min，搅拌25min，絮凝结束，自然沉降30min。于烧杯内水深1/2处取样测透光度。

2.4 最佳搅拌速度的确定

取1 000mL柠檬酸发酵清液，放入2 000mL烧杯中，搅拌，把样品调节到相同的温度条件下，然后分别投加相同量的絮凝剂聚丙烯酸钠，在不同的搅拌速度下完成絮凝过程，澄清后于烧杯内水深1/2处取样测透光度。

2.5 最佳搅拌时间的确定

取1 000mL柠檬酸发酵清液，放入2 000mL烧杯中，搅拌，把样品调节到相同的温度条件下，然后分别投加相同量的絮凝剂聚丙烯酸钠，在不同的搅拌时间下完成絮凝过程，澄清后于烧杯内水深1/2处取样测透光度。

3 分析方法

取絮凝后清液用用紫外分光光度计以蒸馏水作空白于650nm处测定吸光度值，算出絮凝率RF值。

RF值定义如下：RF=（OD絮凝前-OD絮凝后）/OD絮凝前×100%

RF值越大，说明絮凝效果越好。

4 结果与讨论

4.1 絮凝剂类型的影响

在本文的实验中，絮凝剂类型对柠檬酸发酵清液絮凝效果的影响最大，因为不同的絮凝剂的絮凝效果不同。选择有絮凝效果的6种工业絮凝剂聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、壳聚糖、明胶进行絮凝实验。结果表明，无机絮凝剂对柠檬酸发酵液没有絮凝效果。高分子絮凝剂聚丙烯酰胺絮凝效果微弱、壳聚糖、明胶的絮凝效果也很有限，只有聚丙烯酸钠对柠檬酸发酵清液絮凝效果明显。絮凝实验结果如图1所示。

图1 六种絮凝剂类型的絮凝效果

4.2 絮凝剂聚丙烯酸钠加入量的影响

絮凝剂聚丙烯酸钠的加入量对絮凝过程很重要，柠檬酸发酵清液在一定操作条件下存在一个最佳絮凝剂的加入量。目前，絮凝剂的加入量只能通过实验方法确定最佳加入量，还不能通过理论推导得到。在本絮凝实验中，如图2所示，在一定的pH值和温度条件下，絮凝率随絮凝剂用量的增加而增加，达到峰值后，随絮凝剂用量的增加而有所降低。当絮凝剂聚丙烯酸钠加入量在10×10-6～50×10-6时，RF值在一个比较高的水平上，能够达到相对好的絮凝效果。这与架桥絮凝机理一致，当高分子絮凝剂覆盖微粒表面的部分接近50%时，其絮凝作用最佳；当絮凝剂过量时，微粒表面全部被覆盖，已没有空余表面吸附起架桥作用的其他絮凝剂，又由于覆盖的絮凝剂带有许多亲水官能团，故反而起分散作用，这时悬浮液又变为稳定的分散体系，因此絮凝剂过量反而使絮凝效果下降。

图2 絮凝剂聚丙烯酸钠加入量与絮凝率（RF值）的关系

4.3 絮凝温度的影响

温度对絮凝作用的影响不大。低温时，能够很好地保持絮凝剂的理化性质，但溶液粘度较大；升高温度能增加胶体粒子的动能与碰撞的机会，对絮凝有利；但总体上温度对絮凝过程的影响不大。从图3可以看出，随着升高温度絮凝率稍有增加，达到45～50℃时为最高。但温度过高，会影响絮凝剂的结构和性质，反而不利于絮凝。

图3 温度对絮凝过程的影响

4.4 搅拌速度的影响

搅拌速度也是絮凝过程的一个重要指标。如图4所示，随着搅拌速度的提高，絮凝率RF值逐渐增大，搅拌速度的增加，提高了颗粒之间的碰撞速度，增加了絮凝剂和胶体颗粒的碰撞机会，絮凝效果明显。但搅拌速度过大，会将成型的絮状物打散，降低高分子链的吸附架桥能力，使絮凝率下降。本实验过程，较适宜的搅拌速度为250～300r/min。

图4 搅拌速度的对絮凝过程的影响

4.5 搅拌时间的影响

搅拌时间对絮凝过程的影响如图5所示，当达到一定絮凝率时，随着絮凝时间的延长，絮凝率仍然会有所升高，但幅度不大。但若搅拌时间不够，絮凝剂不能完全发挥作用，柠檬酸清液中的有效成分不能完全絮凝，达不到絮凝效果；另一方面搅拌时间太长则不太经济。本实验搅拌时间控制在40～50min效果较好。

图5 搅拌时间对絮凝的影响

5 小结

实验结果表明：有机大分子絮凝剂的絮凝效果明显优于无机分子絮凝剂的絮凝效果。重点研究了生物大分子絮凝剂聚丙烯酸钠絮凝特性，得出了最佳方案：对于柠檬酸发酵清液pH在2.0～3.0，温度45℃条件下，菌体絮凝最佳的添加量为加入聚丙烯酸钠0.001%～0.005%（10×10-6～50×10-6）；转速控制在260r/min，20min后降低转速至100r/min，20min后停止搅拌自然沉降30min。

The Treatment of Citric Acid Fermentation Liquor by Flocculation Method

Yang Zhi-yuan，Zhang Gui-jun，Wang Yu-zhuo

In order to further study on pretreatment method of citric acid fermentation supernatant，experiments were carried out to study the type and amount of fl occulant，fl occulation temperature，stirring speed，fl occulation time of fi ve factors，with the fl occulating rate（RF）as the index，the optimum process parameters of citric acid fermentation of clear liquid fl occulation.Through the comparison of several kinds of fl occulant，the fl occulation effect of sodium polyacrylate is better than other fl occulant.For the citric acid fermentation supernatant of pH in 2～3，the temperature of 45 DEG C under optimum conditions of fl occulation process was：adding amount of bacteria was the best fl occulation adding polyacrylic acid sodium 0.001%～0.005%；speed control in the 260r/min to 100/ min speed is reduced after 20min，after 20min stirred the natural sedimentation of 30min.

citric acid；fermented serum；fl occulation；pretreatment

O6481

B

1003-6490（2016）07-0105-02

2016-06-28

杨志远（1965—），男，湖南省长沙市，高级工程师，1991年毕业于郑州工学院（现郑州大学），本科，现长沙环境保护职业技术学院教师，从事生物化工专业的教学与研究工作。