CC BY
156
Ключевые слова: пищевая лимонная кислота; технология; технологические линии; приоритетные направления развития.
Key words: Food lemon acid; technology; technological lines; priority directions of development.
Лимонная кислота (пищевая добавка Е 330), являясь наиболее распространенным регулятором кислотности, антиокислителем и комплек-сообразователем, достаточно широко применяется в различных отраслях мировой экономики. Годовой объем ее производства достиг 1,8 млн т, а ежегодный прирост спроса прогнозируется в пределах 3,4-4,5 %. До 70 % производимой в мире лимонной кислоты приходится на долю пищевой промышленности, 15-20 % используется в производстве моющих средств, 7-10 % - в производстве косметической и фармацевтической продукции.
Отечественная пищевая лимонная кислота в настоящее время выпускается в объеме 11 тыс. т в год, в то время как, по оценкам специалистов, потребность России в этом продукте составляет не менее 35 тыс. т в год.
Нехватку кислоты восполняет импорт в основном из Китая, который в последнее десятилетие занял лидирующую позицию в производстве лимонной кислоты (40 % от мирового объема выпуска). Структура потребления лимонной кислоты в России отличается от мировой в основном меньшей долей использования ее в производстве моющих средств.
Создание новых отечественных предприятий, выпускающих конкурентоспособную пищевую лимонную кислоту и ее производные, снижение зависимости от импортных поставок востребованного пищевой индустрией ингредиента обусловлены требованиями экономики страны в посткризисный период и принятой Доктриной продовольственной безопасности.
Производство пищевой лимонной кислоты - достаточно сложное биотехнологическое производство. Расчеты показывают, что экономически выгодным такое предприятие может
RAW MATERIALS AND ADDITIVES
УДК 661.734.1
Приоритетные направления развития отечественной
технологии
пищевой лимонной кислоты
Т.А. Никифорова, д-р техн. наук, И.Б. Новицкая, канд. техн. наук, Т.И. Минина
ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей, Санкт-Петербург
быть при мощности не менее 5000 т кислоты в год при условии применения передовых технологий и оборудования.
В настоящее время отечественная промышленная технология основана на использовании в качестве сырья отхода сахарного производства -мелассы и отъемно-доливного глубинного способа ферментации угле-водсодержащей питательной среды с помощью микромицета Aspergillus niger. Выделение кислоты из ферментированного раствора проводят классическим цитратным способом.
Ионообменный способ очистки растворов лимонной кислоты обеспечивает высокое качество готовой продукции, выпускаемой по межгосударственному стандарту ГОСТ 908-2004. В результате диагностики отечественного производства установлено, что принятая технологическая система является целостной.
Анализ отечественных и зарубежных патентных документов за 1985-2009 гг., научно-технической литературы и материалов инжиниринговых фирм, обслуживающих крупнейших зарубежных производителей, позволил сделать ряд выводов, касающихся направлений развития науки и техники в производстве лимонной кислоты как в России, так и за рубежом.
Так, основная часть отечественных изобретений (около 78 %) относится к новым штаммам продуцентов и технологии биосинтеза лимонной кислоты, а большая часть зарубежных изобретений (около 70 %) касается вопросов очистки растворов лимонной кислоты и выделения из них готового продукта, главным образом бесцитратными способами.
В мировой практике прослеживается четко выраженная тенденция расширения сырьевой базы для производства лимонной кислоты, в том числе с применением экологически чистого сырья.
Наряду с использованием в качестве промышленного продуцента -микромицета Asper-gillus niger активно проводятся исследования по созданию технологии биосинтеза с
использованием дрожжевых культур.
Преобладающий промышленный способ ферментации питательных сред - глубинный (периодический, реже непрерывный). В то же время увеличилось количество публикаций, связанных с твердофазным способом ферментации. Продолжаются исследования по получению лимонной кислоты иммобилизованной культурой Aspergillus niger. Большой объем работ касается бесцитратных способов выделения лимонной кислоты из растворов.
Представленные в материалах зарубежных инжиниринговых фирм промышленные технологии основаны на глубинной ферментации углеводсодержащих питательных сред микромицетом Aspergillus niger и цитратном выделении лимонной кислоты из ферментированного раствора. Отличительная особенность зарубежных технологических линий - максимальное использование непрерывных процессов.
Непрерывнодействующее оборудование применяется не только для фильтрования растворов и суспензий, но также для очистки от растворенных примесей и обесцвечивания раствора лимонной кислоты, его вы-
СЫРЬЕ И ДОБАВКИ
паривания, кристаллизации, центрифугирования утфеля, сушки кристаллического продукта. Удельные энергозатраты на технологические нужды по зарубежным технологиям ниже аналогичных отечественных и составляют около 2000 кВт-ч и 6 Гкал на 1 т готовой продукции.
Анализ имеющихся материалов позволил выделить приоритетные направления развития отечественной технологии лимонной кислоты и совершенствования технологических линий ее производства.
Для модернизации отечественного производства лимонной кислоты необходимо:
• промышленно освоить новые рекомендованные наукой взаимозаменяемые источники сырья: различные крахмалы (кукурузный, пшеничный, ржаной, сорговый, картофельный), муку (ржаную, рисовую), деструкту-рированное зерно ржи, пшеницы, сорго, что даст возможность реализовать гибкую технологию лимонной кислоты и решить проблему экологизации производства;
• с использованием методов генной инженерии создать новые высокопродуктивные штаммы микроорганизмов - продуцентов лимонной кислоты (микромицетов, бактерий, дрожжей), способных синтезировать лимонную кислоту из различного уг-леродсодержащего сырья или их смесей, а также штаммы, позволяющие в зависимости от потребности получать в течение технологического цикла два и более целевых продукта (например, лимонную и/или глюко-новую кислоты, лимонную кислоту и/или ферменты), что приведет к снижению себестоимости продукции;
• перейти на непрерывные энергосберегающие процессы приготовления и стерилизации питательных растворов, внедрить современные способы асептики ферментационного оборудования и технологических линий;
• освоить непрерывный способ биосинтеза лимонной кислоты на основе проточного глубинного культивирования специальных штаммов микроорганизмов, в том числе иммобилизованных культур продуцента, на питательных средах унифицированного состава;
• при создании крупнотоннажных производств взамен ферментаторов объемом 100 м3 использовать прошедшие промышленные испытания ферментаторы объемом 200 м3, что позволит при мощности предприятия 5000 т/год готовой продукции снизить суммарную металлоемкость ферментационного оборудования в 1,4 раза, сократить занимаемые этим оборудованием площади в 2,5 раза, уменьшить удельный расход воздуха на аэрацию культуральной жидкости в 1,5 раза;
• осуществить переход на технологию бесцитратного выделения лимонной кислоты с использованием баромембранных методов и электродиализа;
• усовершенствовать технологии обесцвечивания и ионообменной очистки растворов лимонной кислоты на основе непрерывных процессов в колонных аппаратах с применением современных адсорбентов, что обеспечит экологическую чистоту производства;
• внедрить одностадийное выпаривание растворов лимонной кислоты в энергосберегающих двухкорпусных вакуум-выпарных установках с использованием вертикальных выпарных аппаратов с выносной нагревательной камерой или пленочных аппаратов, а также высокопроизводительные вакуум-кристаллизационные установки и центрифуги непрерывного действия для разделения утфеля;
• разработать новые более экономически оправданные способы утилизации отходов производства и очистки сточных вод.
Применение новых технологий и оборудования позволит упорядочить технологический поток, повысить уровень целостности технологической системы производства и конкурентоспособность продукции.
В последние годы во ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей разработана новая конкурентоспособная технология лимонной кислоты, предусматривающая использование экологически чистого сырья и бесцитратного способа выделения готового продукта из ферментированного раствора.
Сырьем служит крахмал (кукурузный, пшеничный, картофельный), выделение лимонной кислоты про-
водят с применением мембранных и сорбционных методов очистки растворов. Заложенные в новой технологии сырье и технологические приемы соответствуют современным мировым тенденциям развития технологии лимонной кислоты.
Основные преимущества вышеуказанной технологии - отсутствие многотоннажных трудноперерабатывае-мых отходов (фильтрата, гипсового шлама), уменьшение количества мицелия и стоков, исключение ряда токсичных реагентов, т.е. обеспечение экологической чистоты производства.
Наряду с этим, применение мембранных и сорбционных методов очистки растворов и исключение из технологического процесса таких энергоемких операций, как приготовление известкового молока, нейтрализация ферментированного раствора, разложение цитрата кальция серной кислотой, вакуум-фильтрование оксалат-ной, цитратной и гипсосодержащей суспензий с последующей промывкой осадков большим количеством горячей воды позволяют существенно снизить удельные энергозатраты в цехе выделения лимонной кислоты.
При новой технологии очищенный раствор лимонной кислоты содержит минимальное количество посторонних примесей, что дает возможность провести его выпаривание в одну стадию с использованием разработанной ранее двухкорпусной вакуум-выпарной установки с термокомпрессией вторичного пара и снизить удельный расход тепла на этой наиболее энергоемкой операции в 2,5 раза. В целом при применении данной технологии удельные расходы электроэнергии и тепла ориентировочно могут быть снижены на 6 и 30 % соответственно.
В связи с интенсификацией биосинтеза лимонной кислоты и снижением потерь при выделении при внедрении предложенной технологии годовой выпуск продукции увеличится не менее чем на 20 %.
Полная реализация вышеперечисленных приоритетных направлений развития отечественной технологии пищевой лимонной кислоты наиболее целесообразна при создании новых производств, необходимость в которых объективно обусловлена потребностями экономики страны.
