CN101555499B - 玉米粉发酵制备2-酮基-d-葡萄糖酸的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺。先将玉米粉制得玉米粉水解糖液，然后以玉米粉水解糖液同时为培养基的碳源和氮源配制培养基，发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸。本发明方法实现了低成本、简单操作制备2-酮基-D-葡萄糖酸，且产品质量和品质不受影响。
Description
(一)技术领域
本发明属于食品添加剂的盐类合成前体2-酮基-D-葡萄糖酸的制备领域，特别涉及一种玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺。
(二)背景技术
2-酮基-D-葡萄糖酸是目前工业化大规模生产的有机酸之一，是食品抗氧化剂D-异抗坏血酸钠及D-异抗坏血酸合成的前体。2-酮基-D-葡萄糖酸的生产方法主要有酶法、化学合成法和发酵法等3种。由于生产成本等方面因素，目前在工业生产中多采用细菌发酵的间接发酵技术。
现有的2-酮基-D-葡萄糖酸发酵技术已达到相当的水平。在工业化生产中，国内外通常采用淀粉水解糖和玉米浆分别做为2-酮基-D-葡萄糖酸发酵的碳源和氮源进行发酵。其中发酵原料对发酵转化率、发酵产率、产品的制作、产物质量及生产成本等有非常直接和显著的影响。目前，在不影响产品质量及产量的前提下，开发低成本的2-酮基-D-葡萄糖酸发酵工艺是本行业致力于解决的问题。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺，其在不影响产品质量及产量的前提下，实现了低成本发酵。
本发明采用的技术方案如下：
玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺，先将玉米粉制得玉米粉水解糖液，然后以玉米粉水解糖液同时为培养基的碳源和氮源配制培养基，发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸。
所述玉米粉水解糖液由下法制得：玉米粉加水制得玉米粉质量浓度为40％-45％的浆液，加热至50-60℃后加入液化酶，升温至90-97℃并保持至液化结束；浆液降温至58-62℃，加入糖化酶并于58-62℃进行保温糖化24-72h，制得玉米粉水解糖液。
所述液化酶加入的质量为玉米粉质量的0.05-0.2％；所述糖化酶加入的质量为玉米粉质量的0.05-0.15％。
发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸时采用流加补料发酵工艺，发酵液中葡萄糖浓度低于4％时，开始流加糖，且控制流加速度以维持发酵液葡萄糖浓度在4％以下。
发酵于30-40℃进行，pH值为5.0-7.0，通气量为0.5-2.0v/v/m。
发酵于33℃进行，pH值为5.3，通气量为1.4v/v/m。
本方法利用玉米粉水解糖液代替传统的淀粉糖化液，且玉米粉水解糖液直接配制培养基参与下一步的发酵，简化了从玉米粉中提取淀粉，再把淀粉转化成葡萄糖的过程，同时作为发酵的碳源和氮源，也省去传统的作为发酵氮源的玉米浆的配制，极大地降低了生产成本，简化了操作，具有很好的经济和社会效益。
具体的，玉米粉浆液糖化后用八层纱布过滤，滤液再进行培养基的配制。
发酵时，用玉米粉水解糖液与碳酸钙制得培养基后，在发酵容器中灭菌冷却，接入荧光假单胞菌种子进行培养，利用碳酸钙做为中和剂。其他本发明未详述的地方，皆可参照现有方法进行。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
本发明方法实现了低成本、简单操作制备2-酮基-D-葡萄糖酸，且产品质量和品质不受影响。
(四)附图说明
图1为本发明实施例中玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺流程简图。
(五)具体实施方式：
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
种子培养采用5L的自控发酵罐。种子培养基配方为：葡萄糖2％(重量体积百分比，即每100毫升培养基中所含溶质的克数，下同)，玉米浆1％(其中的干物质质量百分含量为40％)，KH2PO4 0.2％，尿素 0.2％，MgSO4·7H2O 0.05％，泡敌0.05％，灭菌前pH6.8。将荧光假单胞杆菌K1005菌悬液接入3L上述种子培养基中，控制搅拌转速400r/m，罐温33.5℃，罐压0.04MPa，通气量1.0V/V/m，培养18h。
连续发酵采用50L的自控发酵罐。发酵过程中，用蠕动泵进行流加补料。其工作体积在30L，发酵培养条件控制在：转速400rpm、罐温33.5℃、罐压0.050MPa、通气量1.0v/v/m。当葡萄糖浓度低于4％时，利用蠕动泵进行补料。当葡萄糖浓度达到0.02％以下时，将发酵液放出回收2-酮基-D-葡萄糖酸。
将玉米粉(淀粉含量68％)10kg加水调玉米粉浆浓度为40％，置于发酵容器中加热至50℃时加入液化酶8g，搅拌均匀，继续加热使温度维持在90～97℃至液化结束。玉米粉液化结束后迅速降温至60℃，加入糖化酶5g，搅拌均匀，60℃保温24h得玉米粉糖化液。将玉米粉糖化液用八层纱布过滤，测定水解糖液的葡萄糖含量27.2％。
发酵培养基的组成为：玉米粉水解糖液(以其中的葡萄糖计)18％，其中底糖9％，补糖9％，4.5％的轻质碳酸钙。将碳酸钙、底糖、补糖分消，用蠕动泵将碳酸钙加入发酵罐和底糖混匀，降温后将发酵好的种液接入发酵培养基中，当培养14h时，葡萄糖浓度低于4％，利用蠕动泵进行补糖，控制流加速度维持发酵液葡萄糖浓度在4％以下。当葡萄糖浓度达到0.02％以下时，将发酵液放出回收2-酮基-D-葡萄糖酸。该过程共耗时42h，生产2-酮基-D-葡萄糖酸5341.6g，发酵转化率为91.78％。
实施例2
种子培养及发酵条件控制同实施例1。
将玉米粉(淀粉含量68％)10kg加水调玉米粉浆浓度为42％，置于发酵容器中加热至50℃时加入液化酶10g，搅拌均匀，继续加热使温度维持在90～97℃至液化结束。玉米粉液化结束后迅速降温至60℃，加入糖化酶7g，搅拌均匀，60℃保温50小时得玉米粉糖化液。将玉米粉糖化液用八层纱布过滤，测定水解糖液的葡萄糖含量28.56％。
发酵培养基的组成为：玉米粉水解糖液(以其中的葡萄糖计)20％，其中底糖8％，补糖12％，5.3％的轻质碳酸钙。将碳酸钙、底糖、补糖分消，用蠕动泵将碳酸钙加入发酵罐和底糖混匀，降温后将发酵好的种液接入发酵培养基中，当培养12h时，葡萄糖浓度低于4％，利用蠕动泵进行补糖，控制流加速度维持发酵液葡萄糖浓度在4％以下。当葡萄糖浓度达到0.01％以下时，将发酵液放出回收2-酮基-D-葡萄糖酸。该过程共耗时38h，生产2-酮基-D-葡萄糖酸5755.3g，发酵转化率为89％。
实施例3
种子培养及发酵条件控制同实施例1。
将玉米粉(淀粉含量68％)10kg加水调玉米粉浆浓度为45％，置于发酵容器中加热至50℃时加入液化酶15g，搅拌均匀，继续加热使温度维持在90～97℃至液化结束。玉米粉液化结束后迅速降温至60℃，加入糖化酶10g，搅拌均匀，60℃保温56小时得玉米粉糖化液。将玉米粉糖化液用八层纱布过滤，测定水解糖液的葡萄糖含量30％。
发酵培养基的组成为：玉米粉水解糖液(以其中的葡萄糖计)22％，其中底糖8％，补糖14％，5.8％的轻质碳酸钙。将碳酸钙、底糖、补糖分消，用蠕动泵将碳酸钙加入发酵罐和底糖混匀，降温后将发酵好的种液接入发酵培养基中，当培养13h时，葡萄糖浓度低于4％，利用蠕动泵进行补糖，控制对流加速度维持发酵液葡萄糖浓度在4％以下。当葡萄糖浓度达到0.01％以下时，将发酵液放出回收2-酮基-D-葡萄糖酸。该过程共耗时40h，生产2-酮基-D-葡萄糖酸6402g，发酵转化率为90％。
Claims (5)
1.玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺，其特征在于，先将玉米粉制得玉米粉水解糖液，然后以玉米粉水解糖液同时为培养基的碳源和氮源配制培养基，发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸；所述玉米粉水解糖液由下法制得：玉米粉加水制得玉米粉质量浓度为40％-45％的浆液，加热至50-60℃后加入液化酶，升温至90-97℃并保持至液化结束；浆液降温至58-62℃，加入糖化酶并于58-62℃进行保温糖化24-72h，制得玉米粉水解糖液。
2.如权利要求1所述的玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺，其特征在于，所述液化酶加入的质量为玉米粉质量的0.05-0.2％；所述糖化酶加入的质量为玉米粉质量的0.05-0.15％。
3.如权利要求1或2所述的玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺，其特征在于，发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸时采用流加补料发酵工艺，发酵液中葡萄糖浓度低于4％时，开始流加糖，且控制流加速度以维持发酵液葡萄糖浓度在4％以下。
4.如权利要求3所述的玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺，其特征在于，发酵于30-40℃进行，pH值为5.0-7.0，通气量为0.5-2.0v/v/m。
5.如权利要求4所述的玉米粉发酵制备2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺，其特征在于，发酵于33℃进行，pH值为5.3，通气量为1.4v/v/m。
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