Технологический процесс производства молочной кислоты
Производство молочной кислоты состоит из следующих операций: приготовление затора, молочнокислое брожение, обработка сброженного затора и фильтрация, кристаллизация и расщепление лактата кальция, упаривание молочной кислоты. Если в качестве сырья применяют крахмал, то из него готовят крахмальное молоко концентрацией 11- 12%. Приготовленную суспензию перекачивают в гидролизатор, где гидролизуют крахмал до глюкозы при помощи серной кислоты. Можно производить также ферментативный гидролиз крахмала. Для этого применяют ячменный солод или ферментный препарат плесневого гриба Aspergillus oryzae.
Кислотный гидролиз крахмала более распространенный. Конец осахаривания контролируется йодной пробой. После осахаривания крахмальный гидролизат нейтрализуют мелом и отстаивают 3-4 ч. При работе на сахаре или мелассе сахарозу предварительно разлагают при помощи серной кислоты до глюкозы и фруктозы, которые лучше усваиваются молочнокислыми бактериями.
В качестве дополнительного питания для молочнокислых бактерий к гидролизату, полученному после гидролиза крахмала или сахарозы, добавляют водную вытяжку из солодовых ростков. Готовое сусло после смешивания с солодовой вытяжкой должно иметь концентрацию сахара 10-12% и слабокислую реакцию. Дополнительно в сусло вносят еще 2% (по отношению к сахару) мела для связывания молочной кислоты, так как молочнокислые бактерии погибают в присутствии даже небольшого количества молочной кислоты.
Готовое сусло нагревают до 70°С и при этой температуре выдерживают 1-1,5 ч для пастеризации, затем охлаждают до 50°С и засевают чистой культурой молочнокислых бактерий. После засева сусло перекачивают в бродильные чаны (рис. 8.2), где проводится брожение при 50°С в течение 7-10 сут. Для поддержания этой температуры бродильные чаны снабжены медными змеевиками, через которые пропускают холодную воду. Образующуюся в результате брожения молочную кислоту необходимо нейтрализовать, для этого в бродильный чан три-четыре раза в сутки вносят тонкоразмолотый мел и размешивают. Мел во взаимодействии с молочной кислотой образует молочнокислый кальций (лактат кальция):
2СН3СНОНСООН + CaCO3 = Ca(CH3CHOHCOO)2 + CO2 = H2O
Брожение продолжается 8-9 сут. При нормальном брожении поверхность сусла покрывается мелкой пеной, отсутствует запах летучих кислот, спирта и эфиров. По окончанию брожения в сброженной среде содержится 11-14% лактата кальция. Сброженное сусло нагревают в бродильном чане до 80-90°С для умертвления бактерий и свертывания белков и обрабатывают гашеной известью до слабощелочной реакции.
При этом бактерии, свернувшиеся белки, различные соли и другие примеси оседают.
Сусло отстаивают 3-5 ч и в горячем состоянии фильтруют на рамном фильтр-прессе. Прозрачный фильтрат, содержащий 10-15% лактата кальция, поступает в чаны для кристаллизации. Чаны-кристаллизаторы снабжены змеевиками для охлаждения и мешалками. В кристаллизаторах раствор охлаждают до 11-12°С, за 10-16 ч в осадок выпадает молочнокислый кальций. Из кристаллизатора масса подается насосом на фильтр-пресс для отделения кристаллов от маточного раствора.
Кристаллизацию проводят также из концентрированных растворов. Для этого полученный после фильтрации раствор лактата кальция упаривают до концентрации 27-30%, а затем охлаждают до 27-30°С, заливают в кристаллизаторы и выдерживают 36-48 ч. Образовавшиеся кристаллы лактата кальция отделяют от маточного раствора на центрифуге. Маточные и промывные воды после фильтрации и центрифугирования собирают и используют для получения технической молочной кислоты. Кристаллический лактат расплавляют и передают центробежным насосом в расщепительный чан. Здесь под действием серной кислоты при 60-70°С лактат кальция разлагается с образованием молочной кислоты:
Ca(CH3CHOHCOO)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2СН3СНОНСООН
В результате разложения лактата кальция образуется так называемая сырая молочная кислота. Она содержит различные примеси и красящие вещества. Для освобождения от примесей (железа, тяжелых металлов) ее обрабатывают желтой кровяной солью и сернистым натрием или сернистым барием, для адсорбции красящих веществ сырую молочную кислоту обрабатывают активным углем. Затем массу фильтруют на фильтр-прессе и получают сырую молочную кислоту 18- 20%-ной концентрации. Для повышения концентрации ее упаривают на вакуум-аппарате. Упаривание производят в две ступени: до 50%-ной с последующей очисткой от примесей осветлением активным углем и фильтрацией; упариванием до 80%-ной концентрации с последующей фильтрацией в горячем состоянии. Концентрированная молочная кислота сливается в сборник и поступает на розлив.
Схема производства молочной кислоты
Молочная кислота находит широкое применение не только в пищевой, но и в других отраслях промышленности. Она применяется при изготовлении некоторых пластмасс, применяется в кожевенном производстве, в фармацевтической промышленности, медицине. Большое применение находят соли и эфиры молочной кислоты.