Отримання молочної кислоти

Харчова молочна кислота є водним розчином молочної кислоти, який отримують зброджуванням вуглеводвмісної сировини молочнокислими бактеріями Lactobacillus delbrueckii.

Бактерії Lactobacillus delbrueckii добре зброджують глюкозу, мальтозу, фруктозу, галактозу і сахарозу.

Сировиною для виробництва молочної кислоти служить суміш тростинного цукру-сирцю, рафінадної патоки і бурякової меляси. Тростинний цукор-сирець містить 99,4-99,6% СР, зокрема 96,5-98% сахарози, 0,6-0,9 редукуючих речовин, 0,7-1% органічних нецукрів. Рафінадна патока є відходом виробництва цукру-рафінаду. Це в’язка коричнева рідина, що містить не менше 72% СР, зокрема 49% сахарози, рН не нижче 5,5.

Молочнокисле бродіння може бути представлене таким рівнянням:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₃Н₆О₃ + 94 кДж

Для успішного культивування L. delbrueckii необхідна присутність в цукорвмісному середовищі амінокислот, вітамінів групи В, біостимуляторів. Ці компоненти вносять у живильне середовище із сухими солодовими паростками, що містять азотисті речовини, вітаміни і біологічно-активні речовини, необхідні для нормальної життєдіяльності молочнокислих бактерій.

Оптимальною температурою для молочнокислого бродіння є 48-50^оС, що створює несприятливі умови для більшості мікроорганізмів, забезпечуючи збереження культури молочнокислих бактерій.

Бродіння відбувається при рН близько 5,5, при збільшенні рН з’являється небезпека зараження середовища сторонніми бактеріями.

Молочна кислота, що утворюється при бродінні, пригноблює життєдіяльність L. delbrueckii, тому кислоту, що накопичується в процесі ферментації, нейтралізують крейдою. В результаті утворюється розчинний лактат кальцію. Кислотність підтримують на рівні 0,3-0,4%. Вміст лактату кальцію в культуральній рідині в кінці бродіння повинен становити 15-16%, Вихід молочної кислоти в процесі культивування складає в середньому 85-86% від маси цукру.

Виробництво молочної кислоти складається із таких стадій:

o приготування живильного середовища;

o отримання посівного матеріалу;

o зброджування живильного середовища;

o очищення культуральної рідини;

o кристалізація лактату кальцію;

o відділення кристалів лактату кальцію;

o розклад лактату кальцію.

o очищення розчину молочної кислоти;

o випарювання розчину молочної кислоти.

Приготування живильного середовища. При переробці цукровмісної сировини живильне середовище готують безпосередньо в бродильному апараті. Цукор-сирець, мелясу або рафінадну патоку розчиняють у воді, отримують середовище із вмістом цукру 3-4%. Розчин нагрівають до 70^оС і пастеризують при цій температурі протягом 1 год. Потім розчин охолоджують до 48-50^оС і додають 15% солодових паростків від маси цукру.

Отримання посівного матеріалу. Посівну культуру отримують з чистої культури молочнокислих бактерій у виробничій лабораторії шляхом вирощування на стерильному живильному середовищі з солодового сусла. Вирощування посівної культури в лабораторних умовах включає три стадії тривалістю 20-24 год кожна при температурі 48-50^оС. Четвертую стадію вирощування проводять на стерильному виробничому середовищі. Чисту посівну культуру готують на початку виробництва і за необхідності її заміни. У виробничих умовах посівною культурою служить відбір культуральної рідини з попереднього бродильного апарату.

Зброджування живильного середовища. До приготованого живильного середовища додають посівну культуру молочнокислих бактерій, відібрану з іншого апарату, в кількості 20% від об’єму бродильного апарату. Бродіння здійснюють при температурі 48-50^оС. При температурі нижче 45^оС розвивається стороння мікрофлора, а підвищення температури понад 55^оС призводить до зниження активності молочнокислих бактерій.

Для нейтралізації молочної кислоти, що утворюється, в бродильний апарат кілька разів на добу додають стерилізоване крейдяне молоко або подрібнену крейду.

В процесі бродіння молочнокислі бактерії зброджують до 2% цукру за добу, для підтримки концентрації цукру в зброджуваному середовищі на рівні 3-4% в бродильний апарат в декілька прийомів вводять 5%-й розчин цукру-сирцю.

Тривалість бродіння становить 6-8 діб. Культуральна рідина в кінці бродіння містить до 15% лактату кальцію і 0,2-0,5% незбродженого цукру.

Очищення культуральної рідини. У культуральній рідині знаходяться тверді домішки: крейда, солодові паростки, а також колоїдні частинки. На першому етапі культуральну рідину обробляють вапняним молоком при температурою 70-80^оС, при цьому осаджується залізо, коагулюють білки, руйнується незброджений цукор. Для відділення зважених частинок культуральну рідину відстоюють протягом 6-12 год при температурі вище 48^оС. Відстояну рідину направляють на фільтрування, отриманий фільтрат подають в кристалізатор.

Кристалізація лактату кальцію. Для очищення лактату кальцію від домішок при отриманні молочної кислоти вищого сорту проводять кристалізацію.

У кристалізаторі відфільтровану культуральну рідину доводять до температури 30^оС і вносять затравку у вигляді кристалів лактату кальцію з попередньої кристалізації в кількості 6-7% від маси розчину. В процесі утворення центрів кристалізації і росту кристалів суміш поступово охолоджують. Кінцева температура утфеля не повинна перевищувати 10^оС. Тривалість процесу кристалізації становить 10-12 год.

Відділення кристалів лактату кальцію. Кристалічний лактат кальцію відокремлюють на фільтрпресах або центрифугах і пробілюють холодною водою для видалення поверхневої плівки маточного розчину.

Вихід кристалічного лактату кальцію складає близько 80% від його вмісту в утфелі. Маточний розчин використовують для отримання молочної кислоти нижчого ґатунку.

Розклад лактату кальцію. Лактат кальцію розкладають сірчаною кислотою з утворенням молочної кислоти і нерозчинного осаду – сульфату кальцію. У реактор подають розчин лактату кальцію з концентрацією 18% і проводять розклад при температурі близько 80^оС і 0,5% надлишку сірчаної кислоти.

Очищення розчину молочної кислоти. Отриманий розчин молочної кислоти піддають очищенню. Сполуки заліза осаджують 20%-м розчином гексаціано-(ІІ)-ферата калію, важкі метали і миш’як – сульфідом барію. Для освітлення розчин молочної кислоти обробляють активованим вугіллям. Осад, що утворюється в результаті очищення розчину кислоти, відокремлюють фільтруванням. Для видалення домішок мінеральних речовин, забарвлених і азотистих сполук освітлений розчин кислоти очищають за допомогою катіонітних і аніонітних фільтрів. Отриманий розчин молочної кислоти повторно обробляють гексаціано-(ІІ)-фератом калію і сульфідом барію. Гіпсовий шлам відокремлюють фільтруванням.

Розчин молочної кислоти освітлюють протягом 30 хв при температурі 80^оС активованим вугіллям, яке вносять в кількості 3-4% від маси 40%-ї молочної кислоти. Потім вугілля відокремлюють фільтруванням.

Випарювання розчину молочної кислоти. Отриманий розчин кислоти випарюють при залишковому тиску не менше 80кПа до концентрації, що перевищує 40%.

Отриманий концентрований розчин молочної кислоти додатково освітлюють активованим вугіллям, перевіряють на повноту розкладу лактату, на вміст заліза, важких металів і миш’яку. Розчин кислоти обробляють гексаціано-(ІІ)-фератом калію і сульфідом барію. Потім кислоту фільтрують, доводять пом’якшеною водою до стандартної концентрації 40% і витримують протягом 2-10 діб.

Розлив молочної кислоти. Готову молочну кислоту розливають в скляні бутлі об’ємом 10 л, бочки з поліетилену об’ємом 50 л. Скляні бутлі укладають в дерев’яні ящики, заповнені пакувальним матеріалом. Молочну кислоту перевозять всіма видами транспорту з дотриманням відповідних правил. Молочну кислоту зберігають в тарі виробника в закритих складських приміщеннях протягом 1 року з дня виготовлення.

Харчова молочна кислота є прозорою рідиною без помутніння і осаду, із слабким запахом, специфічним для молочної кислоти, кислого смаку і без стороннього присмаку.