CN101942487A - 一种添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法 - Google Patents

一种添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法 Download PDF

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蒋小东
孙福新
丁重阳
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宗伟刚
胡志杰
蒋建伟
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Abstract

一种添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法，属于发酵工程技术领域。传统柠檬酸发酵采用以水和淀粉原料混合调浆后加淀粉酶使原料液化、加温灭菌、发酵的方法，发酵过程中利用生产菌株黑曲霉自身分泌的糖化酶进行边糖化边发酵。该法的缺点是黑曲霉生长到分泌糖化酶需要一个时间过程，而随着产酸增加，酸度持续升高，黑曲霉自身糖化酶又会逐步受到抑制，在发酵后期无法起到正常的糖化作用，导致最终柠檬酸发酵醪液中残糖偏高。本发明采用淀粉原料加淀粉酶液化、加温灭菌后，加入适量糖化酶，再按现有工艺经发酵、过滤、脱色、离子交换、分离、结晶等工序制备柠檬酸。本发明优点：降低了原料消耗，原料转化率提高，产酸率提高，缩短发酵时间，降低废水CODCr排放。

Description

一种添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法
技术领域
一种在液化后接种前添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法。本发明涉及发酵工程技术领域。
背景技术
柠檬酸属于一种常用的食品配料用有机酸，在食品工业、化学工业、医药工业及纺织、皮革、摄影等领域有着广泛的应用。其生产多以黑曲霉大罐深层发酵为主，以玉米、小麦、大米、木薯、淀粉或它们的混合物为原料，在制备含柠檬酸的发酵液过程中，采用以水和淀粉原料混合调浆后加温、加入淀粉酶使原料液化后接种发酵，再经过滤、脱色、离子交换、分离、精制、结晶等工序制得成品。目前，柠檬酸生产的发酵时间60-70小时，发酵结束时发酵液中残糖浓度18 g/L以上。
但是，在目前的柠檬酸发酵工艺中，在发酵过程是利用生产菌株黑曲霉自身分泌的糖化酶进行边糖化边发酵，而黑曲霉生长到分泌糖化酶需要一个时间过程，而随着产酸增加，酸度持续升高，黑曲霉自身糖化酶又会逐步受到抑制，在发酵后期无法起到正常的糖化作用，导致最终柠檬酸发酵醪液中残糖偏高。因此，如何改进优化柠檬酸发酵工艺，降低发酵醪液的残糖含量，提高糖酸转化率，减少废水CODCr，从而达到节能减排，降低综合生产成本的目的是柠檬酸生产中亟待解决的一个重要问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述柠檬酸生产中亟待解决的问题，提供一种能够有效降低发酵醪液残糖含量，提高原料转化率的柠檬酸生产工艺。
本发明的技术方案：一种添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法，传统方法为水与淀粉原料调浆、液化、加温灭菌，经接种发酵、过滤、脱色、离子交换、分离、和结晶工序制成柠檬酸；在液化、加温灭菌后，加入适量糖化酶，添加糖化酶量为50-100 U/克淀粉，添加温度为40-60℃，再按现有工艺进行接种发酵及后续处理。
淀粉原料选用玉米、小麦、大米、淀粉、红薯、木薯或它们的混合物。
所述的液化采用本领域常用的喷射液化工艺。
本发明的有益效果：通过糖化酶的添加，可以在发酵过程初期生产菌株未获得完全生长从而未能分泌足够糖化酶之前，先预先部分糖化已经液化的淀粉，这样一方面满足生产菌株生长需求，另一方面能够在发酵液酸度抑制糖化酶活力前将液化淀粉糖化完全。由此所取得的良好效果具体表现在：a. 降低了原料消耗；b. 原料转化率提高；c. 产酸率提高；d. 缩短了发酵时间；f. 降低废水CODCr排放。
由于这些良好的效果使得柠檬酸综合生产成本有效降低，与原工艺比较，按本发明所述工艺进行发酵，至发酵结束总糖浓度降低幅度最大可达到3g/L以上，发酵时间缩短幅度最高可达到3h以上。
具体实施方式
在下面所述的所有具体实施方式中，总糖、柠檬酸的测定均采用本领域常规的测定方法；所用液化酶、糖化酶购自无锡赛德生物技术有限公司，液化酶的活力为每毫升2万个国际单位，糖化酶的活力为每毫升10万个国际单位；发酵规模为100L发酵罐，生产菌种为本领域常用菌种，如黑曲霉（金其荣，张继民，徐勤编著，《有机酸发酵工艺学》，1997年5月，中国轻工出版社；刘振强，高金保，宗伟刚，蒋小东，一种木薯去渣发酵生产柠檬酸的方法，申请号200910233468.4）。发酵培养基为：淀粉原料加水调浆至总糖浓度150g/L，硫酸铵0.4g/L，发酵过程中相关控制参数为：发酵温度34±1℃，罐压0.1MPa，初始pH6.7，通风量0.15vvm。其他如无特别说明，均采用本领域常用的知识和方法。
实施例1：以16公斤木薯粉为原料，加约65公斤水调浆，调浆控制至总糖浓度150g/L，加入8毫升液化酶，98℃液化90分钟，之后降温至60℃，加入12.8毫升糖化酶，之后进一步降温至发酵温度，接种发酵，发酵时间57h，最终发酵醪液柠檬酸含量144g/L，残总糖含量14.5g/L。
实施例2：以16公斤木薯粉为原料，加约65公斤水调浆，调浆控制至总糖浓度150g/L，加入8毫升液化酶，98℃液化90分钟，之后降温至40℃，加入8毫升糖化酶，之后进一步降温至发酵温度，接种发酵，发酵时间63h，醪液柠檬酸含量140g/L，残糖含量17.8g/L。
实施例3：以16公斤木薯粉为原料，加约65公斤水调浆，调浆控制至总糖浓度150g/L，加入8毫升液化酶，98℃液化90分钟，之后降温至50℃，加入11.2毫升糖化酶，之后进一步降温至发酵温度，接种发酵，发酵时间60h，醪液柠檬酸含量143g/L，残糖含量15.6g/L。
实施例4：以16公斤木薯粉为原料，加约65公斤水调浆，调浆控制至总糖浓度150g/L，加入8毫升液化酶，98℃液化90分钟，之后降温至50℃，加入14.4毫升糖化酶，之后进一步降温至发酵温度，接种发酵，发酵时间59h，醪液柠檬酸含量143g/L，残糖含量15.5g/L。
实施例5：以16公斤木薯粉为原料，加约65公斤水调浆，调浆控制至总糖浓度150g/L，加入8毫升液化酶，98℃液化90分钟，之后降温至60℃，加入16毫升糖化酶，之后进一步降温至发酵温度，接种发酵，发酵时间57h，醪液柠檬酸含量144g/L，残糖含量14.7g/L。
实施例6：以16公斤玉米粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例2，发酵时间62h，醪液柠檬酸含量140g/L，残糖含量17.7g/L。
实施例7：以16公斤玉米粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例5，发酵时间58h，醪液柠檬酸含量143g/L，残糖含量15.6g/L。
实施例8：以16公斤玉米粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例3，发酵时间60h，醪液柠檬酸含量143g/L，残糖含量15.3g/L。
实施例9：以16公斤红薯粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例2，发酵时间63h，醪液柠檬酸含量140g/L，残糖含量18.0g/L。
实施例10：以16公斤红薯粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例5，发酵时间57h，醪液柠檬酸含量144g/L，残糖含量15.1g/L。
实施例11：以16公斤红薯粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例3，发酵时间61h，醪液柠檬酸含量143g/L，残糖含量15.5g/L。
实施例12：以2公斤木薯粉和14公斤玉米粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例2，发酵时间62h，醪液柠檬酸含量140g/L，残糖含量17.8g/L。
实施例13：以10公斤木薯粉和6公斤红薯粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例5，发酵时间58h，醪液柠檬酸含量144g/L，残糖含量14.9g/L。
实施例14：以10公斤玉米粉和6公斤红薯粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例3，发酵时间59h，醪液柠檬酸含量143g/L，残糖含量15.6g/L。
实施例15：以8公斤玉米粉、4公斤红薯粉、4公斤木薯粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例3，发酵时间60h，醪液柠檬酸含量143g/L，残糖含量15.5g/L。
实施例16：以6公斤玉米粉、2公斤红薯粉、8公斤木薯粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例2，发酵时间62h，醪液柠檬酸含量140g/L，残糖含量18.1g/L。
实施例17：以4公斤玉米粉、2公斤红薯粉、10公斤木薯粉为原料进行柠檬酸生产，其余条件同实施例5，发酵时间58h，醪液柠檬酸含量144g/L，残糖含量15.0g/L。
以上已详细描述了本发明的实施方案，对本领域技术人员来说很显然可以做很多改进和变化而不会背离本发明的基本精神。所有这些变化和改进都在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法，传统方法为水与淀粉原料调浆、液化、加温灭菌，经接种发酵、过滤、脱色、离子交换、分离、和结晶工序制成柠檬酸；其特征在于：在液化、加温灭菌后，加入适量糖化酶，添加糖化酶量为50-100 U/克淀粉，添加温度为40-60 ℃，再按现有工艺进行接种发酵及后续处理。
2.根据权利要求1所述的预先添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法，其特征在于：淀粉原料选用玉米、小麦、大米、淀粉、红薯、木薯或它们的混合物。
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