一種一水檸檬酸晶體的生產方法

2023-07-09 13:53:21

一種一水檸檬酸晶體的生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種一水檸檬酸晶體的生產方法，其中，該方法包括，在能夠生成一水檸檬酸晶體的條件下，將檸檬酸溶液進行至少兩級結晶，其中，上一級結晶的結晶溫度高於下一級結晶的結晶溫度。通過上述技術方案，實現了連續生產一水檸檬酸，得到的一水檸檬酸晶體粒度均勻，堆積密度高，並且成本低的目的。
【專利說明】一種一水朽3檬酸晶體的生產方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種一水檸檬酸晶體的生產方法。

【背景技術】
[0002] -水檸檬酸主要用於食品、飲料行業，作為酸味劑、調味劑、防腐劑及保鮮劑。還在 化工行業、化妝品行業及洗滌行業中用作抗氧化劑、增塑劑及洗滌劑。目前工業上一水檸檬 酸的生產方法主要是間歇式結晶的方法，具體包括：先將檸檬酸發酵液經固液分離得到檸 檬酸清液，檸檬酸清液經過氫鈣法（鈣鹽法）提取、酸解、脫色後得到提純的檸檬酸溶液，然 後將提純的檸檬酸溶液加熱濃縮，再將所得檸檬酸濃縮液分批放入多個結晶器，通過降溫 使檸檬酸濃縮液達到過飽和狀態，使晶體析出，並進行固液分離，從而得到一水檸檬酸溼晶 體及檸檬酸結晶母液。
[0003] 然而，採用上述一水檸檬酸晶體的生產方法，晶體顆粒不均勻、堆積密度低；為間 歇結晶，人工勞動強度大，生產成本較高。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是克服現有技術生產的一水檸檬酸晶體粒度不均勻，堆積密度低， 且生產成本高的缺陷，提供一種得到的一水檸檬酸晶體粒度均勻，堆積密度高，且生產成本 低的一水朽 1檬酸晶體的生產方法。
[0005] 本發明的發明人發現，現有工藝生產一水檸檬酸晶體的方法都是將加熱濃縮後的 檸檬酸溶液直接一步降溫至15°C左右，這樣快速的降溫會使得一水檸檬酸瞬時大量地析 出，析出的一水檸檬酸沒有足夠的時間按照一定的規律進行晶型的排列，便會無序地堆疊 在一起，因此，會導致得到的一水檸檬酸晶體顆粒不均勻，大小不一的晶體也使得其堆積密 度變低。後期即使再延長晶體的成長時間，也難以使已經形成的晶體顆粒發生結構上的改 變。另外，現有生產一水檸檬酸晶體的方法都是間歇式的工藝，即都是在一個結晶罐內結 晶，生產一批檸檬酸晶體後，進行固液分離，再進行下一罐的生產，這樣的生產方式的生產 效率較低，固液分離裝置離心機要麼長時間空轉，要麼需要停機，長時間空轉導致耗電量增 力口，停機時再啟動也非常耗電，停機後達到穩定狀態耗時也長，一般需要約20-40分鐘，進 一步造成耗電量增加。
[0006] 本發明的發明人經過大量的研究發現，將檸檬酸溶液進行至少兩次結晶，且上一 級結晶的結晶溫度大於下一級結晶的結晶溫度，這樣使檸檬酸溶液進行分步降溫結晶，一 方面，在每一步中一水檸檬酸分子都不會像現有技術那樣大量地析出，使得析出的一水檸 檬酸分子有足夠的時間和空間進行晶型的排列與成長，從而能夠形成較為規則、晶體顆粒 較均勻的一水檸檬酸晶體。並且本發明通過在至少2個結晶罐中進行結晶，通過不斷在第 一級結晶罐中流加檸檬酸溶液，從而將間歇式的生產工藝改為連續式的生產工藝，並且通 過控制檸檬酸的流速以控制結晶的時間，這樣大大節省了人力，設備利用率較高，從而節省 了成本。
[0007] 基於以上發現，本發明提供了一種一水檸檬酸晶體的生產方法，其中，該方法包 括，在能夠生成一水檸檬酸晶體的條件下，將檸檬酸溶液進行至少兩級結晶，其中，上一級 結晶的結晶溫度高於下一級結晶的結晶溫度。
[0008] 優選地，第一級結晶的結晶溫度為30-35°C。
[0009] 更優選地，相鄰兩級結晶的結晶溫度差為3-10°C，優選為5-8°C。
[0010] 進一步優選地,所述檸檬酸溶液中檸檬酸的含量為64-72重量％，更優選69-71重 量％。
[0011] 通過上述技術方案，將檸檬酸溶液在溫度逐漸降低的條件下進行分步結晶，從而 使得最終得到的一水檸檬酸晶體粒度均勻，堆積密度高。並且將現有技術間歇式的一水檸 檬酸生產工藝改進為連續式的生產工藝，使得設備的利用率大大提高，人工勞動強度大大 減小，從而降低了生產成本。
[0012] 本發明的其他特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0014] 圖1是按照實施例1的方法得到的一水檸檬酸晶體的顯微鏡圖像，放大40倍；
[0015] 圖2是按照對比例1的方法得到的一水檸檬酸晶體的顯微鏡圖像，放大40倍。
[0016] 圖3為實施例1的生產一水檸檬酸晶體的工藝流程圖，其中，
[0017] 1、進料液
[0018] 11、一級結晶器 12、一級攪拌
[0019] 13、一級結晶器出料液
[0020] 21、二級結晶器 22、二級攪拌
[0021] 23、二級結晶器出料液
[0022] 31、三級結晶器 32、三級攪拌
[0023] 33、三級結晶器出料液
[0024] 41、四級結晶器 42、四級攪拌
[0025] 43、四級結晶器出料液
[0026] 51、五級結晶器 52、五級攪拌
[0027] 53、五級結晶器出料液
[0028] 6、離心機

【具體實施方式】
[0029] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
[0030] 本發明提供了 一種一水朽1檬酸晶體的生產方法，其中，該方法包括，在能夠生成一 水檸檬酸晶體的條件下，將檸檬酸溶液進行至少兩級結晶，其中，上一級結晶的結晶溫度高 於下一級結晶的結晶溫度。
[0031] 根據本發明，所述"能夠生成一水檸檬酸晶體的條件"是指"能夠連續生成一水檸 檬酸晶體的條件"。所述連續生產可以通過結晶所用結晶罐的個數與結晶的級數相同而實 現。例如，在一個結晶罐中進行本級結晶後，所得晶漿液能夠進入下一級的結晶罐進行下一 級結晶，而此時本級的結晶罐繼續接受來自上一級的晶漿液以繼續進行本級結晶，其中，在 第一級結晶罐中，待結晶的檸檬酸溶液以連續加入的方式加入到一級結晶罐中。
[0032] 本發明中，所述"在能夠生成一水檸檬酸晶體的條件下"是指，結晶的條件，例如溫 度使得析出的檸檬酸晶體為一水檸檬酸晶體。本領域技術人員公知，在不大於36. 6°C的條 件下，檸檬酸溶液中析出的晶體為一水檸檬酸晶體。
[0033] 通常情況下，待降溫結晶的檸檬酸溶液的溫度一般為36_45°C，本發明的發明人發 現，在能夠生成一水檸檬酸晶體的溫度下，將第一級結晶的結晶溫度保持在較高的水平上， 不但能夠使一水朽 1檬酸分子順利地析出，並且析出的朽1檬酸分子量由於大大減少，使得其 有足夠的時間和空間進行晶型的排列，從而使得得到一水檸檬酸晶體的排列更為規則，顆 粒更為均勻。因此，優選情況下，第一級結晶的結晶溫度為30-35°C。優選的，所述待降溫結 晶的檸檬酸溶液的溫度與一級結晶的結晶溫度的溫度差為6-10。
[0034] 根據本發明，儘管在相鄰兩級中，上一級結晶的結晶溫度高於下一級結晶的結晶 溫度即可實現本發明的發明目的。但本發明的發明人發現，當相鄰兩級結晶的結晶溫度差 為3_10°C，優選為5_8°C時，所述一水朽 1檬酸分子的析出量和析出速度與一水朽1檬酸晶體 的成長規律能夠得到進一步地協調，從而使得到的一水檸檬酸晶體排列更為規則，晶體顆 粒更加均勻。
[0035] 根據本發明的方法，所述檸檬酸溶液為優選在45_100°C的溫度下加熱濃縮到檸檬 酸濃度為64-72重量％，優選69-71重量％的檸檬酸溶液，加熱濃縮的操作條件可以為常壓 或真空。
[0036] 根據本發明，除了在每級結晶的過程中將檸檬酸結晶的結晶溫度控制在本發明的 範圍內外，對於結晶的其它條件沒有特別的限制，其只要保證檸檬酸結晶的總時間為7-15 小時即可。所述時間的控制可以通過控制每級結晶的結晶器中晶漿液的流速（相對於10 升容積的結晶器）來實現上述目的，優選的情況下，為了保證在每一級結晶的過程中一水 檸檬酸在能夠充分地析出，每級進料速度與出料速度一致，例如可以為2-5m 3/h。優選地，每 級結晶的結晶時間為2-5小時。
[0037] 根據本發明，理論上將檸檬酸溶液進行結晶的級數越多，所得一水檸檬酸晶體的 顆粒就越均勻，並且每級得到的晶漿液中含有的粒徑較大的一水檸檬酸晶體的比例越大， 從而使得最終質量較優的一水檸檬酸晶體的產量較高。但本發明的發明人根據實際生產經 驗發現，將檸檬酸溶液進行2級結晶即可實現本發明的發明目的，優選進行3-5級結晶。在 優選的結晶級數下，既能夠保證一水檸檬酸晶體顆粒更加均勻，每級得到的晶漿液中含有 的粒徑較大的一水檸檬酸晶體的比例也較高，還能夠節省不必要的操作步驟。
[0038] 其中，以圖3的5級結晶為例對本發明進行詳細的說明，但本發明並不限於此。具 體的，進料液1(待結晶的檸檬酸溶液）連續地加入到一級結晶器11中，在一級攪拌12下 進行一級結晶，得到的晶漿液作為一級結晶器出料液13連續進入二級結晶器21中進行二 級結晶，以此類推，直至五級結晶器51，結晶後的晶漿液作為五級結晶器出料液53連續進 入離心機6進行固液分離得到本發明的一水檸檬酸晶體。其中，進料液1進入一級結晶器 中的速度本領域技術人員可以根據實際情況進行調整。
[0039] 本發明中，對於每級結晶過程中的狀態沒有特別的限制，例如，可以在攪拌的條件 下進行，也可以不在攪拌的條件下進行。優選的情況下，為了使得到的一水檸檬酸晶體顆粒 在晶漿液中分散地更加均勻，從而更有利於析出的一水檸檬酸分子附著，每級結晶均在攪 拌的條件下進行。對於攪拌的速度可以為本領域常規的用於一水檸檬酸結晶的攪拌的速 度，例如，可以為20_25rpm。
[0040] 由於檸檬酸溶液自然析晶，會產生大量細小晶核，晶核過多導致晶體生長緩慢，結 晶系統初期形成的無水檸檬酸晶體的顆粒小，因此，本發明的方法優選還包括：在第一級結 晶的晶漿液中加入一水檸檬酸晶種。其中，對一水檸檬酸晶種的加入量沒有特別的限制， 優選的情況下，相對於lkg理論一水朽 1檬酸晶體的產量，所述一水朽1檬酸晶種的加入量為 600-700mg，優選為620-650mg。理論一水朽 1檬酸晶體的產量是根據用於結晶的朽1檬酸溶液 中檸檬酸的含量理論計算得到的一水檸檬酸晶體的產量。
[0041] 本發明中，檸檬酸溶液可以為薯乾粉、木薯粉、玉米粉、馬鈴薯粉、澱粉和葡萄糖母 液等原料，經黑麴黴等微生物發酵，發酵液經過固液分離，再經過鈣鹽法、吸交法或色譜法 提純後並濃縮後得到的檸檬酸溶液，也可以為通過將純度不低於99重量％的檸檬酸固體 溶於水中後得到。所述檸檬酸溶液中檸檬酸的含量可以為64-72重量％，優選69-71重 量％，檸檬酸的純度一般不低於99重量％。所述檸檬酸的純度是指將上述檸檬酸溶液直接 除去溶劑後所得固體產物中檸檬酸的重量百分含量。其中原料、微生物、發酵條件及提純條 件可以為本領域技術人員知道的任何用於獲得檸檬酸溶液的物質和條件，在此不再贅述。 [0042] 根據本發明的方法還包括，將最後一級結晶的晶漿液進行固液分離，得到一水檸 檬酸溼晶體和檸檬酸結晶母液。所得一水檸檬酸溼晶體可以通過乾燥除去游離水後得到一 水檸檬酸晶體；所得檸檬酸結晶母液可以循環使用兩至三次，以使原料得到充分應用。所述 固液分離、乾燥除去游離水的方法和條件可以採用本領域已知的各種方法和條件，在此不 再贅述。
[0043] 以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。
[0044] -水檸檬酸晶體的粒度分布採用目數分析方法測得；
[0045] 一水檸檬酸晶體的堆積密度採用自然沉降法測得，測定方法為：將待測樣品倒入 1L量筒中，體積達1L後稱重，在此過程中不施加人為或機械振動，得到的單位體積重量即 為堆積密度；
[0046] 晶體圖像是採用奧林巴斯顯微鏡（OLIMPUS Cx31型）拍照得到的；
[0047] 10-20目晶體顆粒的質量佔總晶體顆粒質量的比值越大，說明晶體的平均粒度越 大，質量越高，晶體產品抗結塊能力越強。
[0048] 實施例1
[0049] 本實施例用於說明本發明提供的一水檸檬酸晶體的生產方法。
[0050] 按照表1中的方式進行一水朽1檬酸晶體的生產。
[0051] 表 1
[0052] 結晶級數 | 一級 | 二級 | 三級 | 四級 | 五級 結晶 入料速度（mVh)__5__5__5__5__5 結晶溫度 rc)__35__30__25__20__15 結晶時間（小時)__2__2__2__2__2 攪拌速度（rpm) | 20 1 21 | 22 | 23 | 24
[0053] 其中，一級結晶中加入的檸檬酸溶液中檸檬酸含量為71重量％，並在第一級結晶 的開始階段加入一水朽 1檬酸晶種，其中，相對於lkg理論一水朽1檬酸晶體的產量，所述一水 檸檬酸晶種的加入量為635mg。將第五級結晶得到晶漿液以800rpm的轉速離心20分鐘進 行固液分離，之後將分離所得固體以32°C的溫度乾燥15分鐘。乾燥後生產檸檬酸晶體產品 粒度分布分布如表5所示，晶體的堆積密度為948kg/m 3。所得一水檸檬酸晶體的顯微鏡圖 片如圖1所示，工藝流程圖如圖3所示。
[0054] 實施例2
[0055] 本實施例用於說明本發明提供的一水檸檬酸晶體的生產方法。
[0056] 按照表2中的方式進行一水朽1檬酸晶體的生產。
[0057] 表 2
[0058] 結晶級數 | 一級 | 一級 | 三級 | 四級 __ 結晶 __ 入料速度（m3/h)__3__3__3__3_ 結晶溫度 rc)__33__27__21__15 結晶時間（小時)__3__3__3__3_ 攪拌速度（rpm) 21 22 22__24
[0059] 其中，一級結晶中加入的檸檬酸溶液中檸檬酸含量為70重量％，並在第一級結晶 的開始階段加入一水朽 1檬酸晶種，其中，相對於lkg理論一水朽1檬酸晶體的產量，所述一水 檸檬酸晶種的加入量為620mg。將第四級結晶得到晶漿液以800rpm的轉速離心22分鐘進 行固液分離，之後將分離所得固體以35°C的溫度乾燥16分鐘。乾燥後生產檸檬酸晶體產品 粒度分布分布如表5所示，晶體的堆積密度為945kg/m 3。所得一水檸檬酸晶體的顯微鏡圖 片與實施例1類似。
[0060] 實施例3
[0061] 本實施例用於說明本發明提供的一水朽1檬酸晶體的生產方法。
[0062] 按照表3中的方式進行一水檸檬酸晶體的生產。
[0063] 表 3
[0064]

【權利要求】
1. 一種一水檸檬酸晶體的生產方法，其特徵在於，該方法包括，在能夠生成一水檸檬酸 晶體的條件下，將檸檬酸溶液進行至少兩級結晶，其中，上一級結晶的結晶溫度高於下一級 結晶的結晶溫度。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，將檸檬酸溶液進行3-5級結晶。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其中，第一級結晶的結晶溫度為30-35°C。
4. 根據權利要求1或2所述的方法，其中，相鄰兩級結晶的結晶溫度差為3-10°C。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中，相鄰兩級結晶的結晶溫度差為5-8°C。
6. 根據權利要求1或2所述的方法，其中，每級結晶的結晶時間為2-5小時。
7. 根據權利要求1-6中任意一項所述的方法，其中，每級結晶均在攪拌的條件下進行； 攪拌的速度為20-25rpm。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括，在第一級結晶的晶漿液中加入一 水朽1檬酸晶種，相對於lkg理論一水朽 1檬酸晶體的產量，所述一水朽1檬酸晶種的加入量為 600-700mg，優選為 620-650mg。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述檸檬酸溶液中檸檬酸的含量為64-72重 量％，優選69-71重量％。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括，將最後一級結晶的晶漿液進行 固液分離，得到一水檸檬酸溼晶體和檸檬酸結晶母液。
【文檔編號】C07C51/43GK104151153SQ201410375358
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】高志林, 周勇, 滿雲, 許貴珍, 齊銳 申請人:中糧生物化學（安徽）股份有限公司