CN102260717A

CN102260717A - 一种发酵生产柠檬酸的方法

Info

Publication number: CN102260717A
Application number: CN2011101622785A
Authority: CN
Inventors: 于清; 苏焕峰; 王江涛; 张光祥
Original assignee: TTCA CO Ltd
Current assignee: TTCA CO Ltd
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明公开了一种发酵生产柠檬酸的方法，该方法通过降温并接入菌种后在36～38℃添加糖化酶，能够有效保持糖化酶的活性，糖化酶利用率高；在发酵液中添加糖化酶，能够有效克服现有工艺中发酵残总糖和发酵粮耗高及转化率低的问题；本发明的优点在于：与现有技术相比较，相同投料量的单罐产量提高2％以上，发酵液粮耗下降20-30kg/t，发酵转化率提高2.5%以上。

Description

一种发酵生产柠檬酸的方法

技术领域

本发明涉及一种发酵生产柠檬酸的方法，尤其是一种发酵液中添加糖化酶的生产柠檬酸的工艺，属于柠檬酸生产领域。

背景技术

柠檬酸（citric acid，分子式：C₆H₈O₇，化学名称：3-羟基-3-羧基戊二酸）是一种重要的有机酸，又名枸橼酸，无色晶体，常含一分子结晶水，无臭，有很强的酸味，易溶于水。在室温下，柠檬酸为无色半透明晶体或白色颗粒或白色结晶性粉末，无臭、味极酸，在潮湿的空气中微有潮解性。可以以无水合物或者一水合物的形式存在：柠檬酸从热水中结晶时，生成无水合物；在冷水中结晶则生成一水合物。加热到78℃时一水合物会分解得到无水合物。在15℃时，柠檬酸也可在无水乙醇中溶解。柠檬酸是一种较强的有机酸，有３个Ｈ^＋可以电离；加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。柠檬酸在工业，食品业，化妆业等具有极多的用途。

柠檬酸生产分发酵和提取两部分。

发酵：有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵 3种方法。固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产品为原料，配好培养基后，在常压下蒸煮，冷却至接种温度，接入种曲，装入曲盘，在一定温度和湿度条件下发酵。采用固态发酵生产柠檬酸，设备简单，操作容易。液态浅盘发酵多以糖蜜为原料，其生产方法是将灭菌的培养液通过管道转入一个个发酵盘中，接入菌种，待菌体繁殖形成菌膜后添加糖液发酵。发酵时要求在发酵室内通入无菌空气。深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐。微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵。多采用通用发酵罐，主要部件包括罐体、搅拌器、冷却装置、空气分布装置、消泡器，轴封及其他附属装置。发酵罐径高比例一般是1:2.5，能承受一定的压力,并有良好的密封性。

柠檬酸的发酵因菌种、工艺、原料而异，但在发酵过程中还需要掌握一定的温度、通风量及pH值等条件。

提取：在柠檬酸发酵液中，除了主要产物外，还含有其他代谢产物和一些杂质，如草酸、葡萄糖酸、蛋白质、胶体物质等，成分十分复杂，必须通过物理和化学方法将柠檬酸提取出来。大多数工厂采用碳酸钙中和及硫酸酸解的工艺提取柠檬酸。除此之外，还研究成功用萃取法、电渗析法和离子交换法提取柠檬酸。

在发酵过程中，有些微生物不能直接利用淀粉，因此，当以淀粉为原料时，必须先将淀粉水解成葡萄糖，才能供发酵使用。一般将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖。

传统的柠檬酸生产工艺是采用以水和淀粉为原料、混合调浆后加入淀粉酶，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。然而这种方法法的缺点是黑曲霉需要生长一段时间才能分泌糖化酶，而随着产酸量的增加，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。

名称为“一种添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法”专利号为“CN201010513719”的中国专利，公开了在液化后接种前添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法，通过在液化、加温灭菌后，在温度为40～60℃的条件下，添加50～100U/克淀粉的糖化酶，该方法能够降低总糖浓度3g/L ,缩短发酵时间3小时。然而，该方法的缺点在于：降温后在70℃左右加糖化酶工艺，温度太高，糖化酶大部分失活，导致糖化酶利用率低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种发酵生产柠檬酸的方法，该方法通过降温并接入菌种后在36～38℃添加糖化酶，能够有效保持糖化酶的活性，糖化酶利用率高；在发酵液中添加糖化酶，能够有效克服现有工艺中发酵残总糖和发酵粮耗高及转化率低的问题。

本发明的技术方案为：

一种发酵生产柠檬酸的方法，包括：调浆、液化、升温、灭菌、接种发酵及后处理工序，其特征在于：发酵液接种后添加糖化酶。

具体步骤如下：

（1）调浆：以玉米粉为原料，加水进行调浆，调浆控制至总糖浓度160g/L；

（2）液化：向调浆后的浆液中加入液化酶，液化，然后降温至70℃；

（3）升温、灭菌：对液化后的浆液进行升温、灭菌，方法与现在柠檬酸生产工艺相同。

（4）接种发酵：在36～38℃向发酵液接入黑曲霉菌种，进行发酵得到发酵液；

（5）添加糖化酶：发酵液经过升温、灭菌后加入糖化酶；

（6）后处理：通过后处理得到柠檬酸；后处理工艺与现在柠檬酸生产工艺相同。

所述的发酵液接种黑曲霉后，在36～38℃正常控温过程中，向发酵罐内添加发酵液总体积的0.5～2×10^-5的糖化酶。

优选地，所述糖化酶的加入量为发酵液总体积的1×10^-5。

优选地，所述糖化酶的加入温度37℃。

在接入菌种后加糖化酶，糖化酶能够立刻发挥作用，缩小发酵周期；糖化酶的加入量控制在十万分之一至十万分之二。糖化酶添加过少，糖化的效果差；糖化酶添加过多，效果增加不明显，同时造成糖化的酶浪费。

本发明对各种柠檬酸生产的发酵原料均适用，尤其是以玉米为发酵原料生产柠檬酸。

糖化酶是由曲霉菌种（Aspergilusniger）经深层发酵提炼而成，又称葡萄糖淀粉酶。

本发明所采用的黑曲霉为市场上购买的常规菌种，不会因菌种的不同影响本发明的结果。

本发明的优点在于：该方法通过降温并接入菌种后在36～38℃添加糖化酶，能够有效保持糖化酶的活性，糖化酶利用率高；在发酵液中添加糖化酶，能够有效克服现有工艺中发酵残总糖和发酵粮耗高及转化率低的问题，与现有技术相比较，相同投料量的单罐产量提高2％以上，发酵液粮耗下降20-30kg/t，发酵转化率提高2.5%以上。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。

实施例1

（1）调浆：以20公斤玉米粉为原料，加65公斤水进行调浆，调浆控制至总糖浓度160g/L；

（2）液化：向调好的浆中加入10毫升的液化酶，98℃液化120分钟，之后降温至70℃；

（4）接种发酵：在36℃正常控温过程中接入黑曲霉菌种，进行发酵得到发酵液；

（5）添加糖化酶：发酵液接种后加入十万分之二的糖化酶（按发酵液体积计算）；

（6）后处理：与现在柠檬酸生产工艺相同，生产得到柠檬酸。

结果见下表：

相同发酵罐通过添加糖化酶和不添加糖化酶结果对比：（糖化酶罐批用T表示）：

Figure 2011101622785100002DEST_PATH_IMAGE001

由上表中的数据可以看出：同样200m³发酵罐，添加糖化酶后转化率由104.17%上升至106.65%，提高2.4%；发酵液粮耗由原来的1.552t/t下降至1.517t/t，粮耗下降35Kg/t。

通过各种发酵罐试验，整体发酵转化率提高2%，发酵液粮耗下降22kg/t。相同投料量的单罐产量提高1.5％。

实施例2

（2）液化：向调好的浆中加入10毫升的液化酶，95℃液化130分钟，之后降温至70℃；

（3）升温、灭菌：对液化后的浆液进行升温、灭菌，与现在柠檬酸生产工艺相同。

（4）接种发酵：在37℃正常控温过程中接入黑曲霉菌种，进行发酵得到发酵液；

（5）添加糖化酶：发酵液接种后加入十万分之一的糖化酶（按发酵液体积计算）；

结果：发酵转化率提高1.8%，发酵液粮耗下降17kg/t。相同投料量的单罐产量提高1.2％。

实施例3

（2）液化：向调好的浆中加入10毫升的液化酶，99℃液化115分钟，之后降温至70℃；

（4）接种发酵：在38℃正常控温过程中接入黑曲霉菌种，进行发酵得到发酵液；

（5）添加糖化酶：发酵液经过接种后加入0.5×10^-5的糖化酶（按发酵液体积计算）；

结果：发酵转化率提高1.4%，发酵液粮耗下降13kg/t。相同投料量的单罐产量提高0.8％。

实施例4

方法及工艺条件同实施例1，不同之处在于：

发酵液经过升温、灭菌、降温并接入黑曲霉菌种后，在40～44℃时加入十万分之二的糖化酶（按发酵液体积计算）。

结果：发酵转化率提高1.5%，发酵液粮耗下降15kg/t。相同投料量的单罐产量提高1％。

实施例5

方法及工艺条件同实施例1，不同之处在于：

发酵液经过升温、灭菌、降温并接入黑曲霉菌种后，在36～38℃正常控温时加入十万分之一的糖化酶（按发酵液体积计算）。

结果：发酵转化率提高1%，发酵液粮耗下降18kg/t。相同投料量的单罐产量提高1.2％。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发酵生产柠檬酸的方法，包括：调浆、液化、升温、灭菌、接种发酵及后处理工序，其特征在于：接种发酵后添加糖化酶。

2.根据权利要求1所述的一种发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：所述接种发酵后，在36～38℃正常控温过程中，向发酵罐内添加发酵液总体积的0.5～2×10^-5的糖化酶。

3.根据权利要求2所述的一种发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：所述糖化酶的加入量为发酵液总体积的1×10^-5。

4.根据权利要求2所述的一种发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：所述糖化酶的加入温度37℃。