CN102373254B - 一种淀粉质原料的酶解方法和柠檬酸的制备方法 - Google Patents

Abstract

淀粉质原料的酶解方法，其中，该方法包括下述步骤：(1)将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分酶混合，得到混合物，将该混合物与蒸汽接触，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为75-95℃，并在该温度下保持30-90分钟；(2)将步骤(1)的与蒸汽接触后的混合物再次与蒸汽接触，接触的条件使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为100-120℃，并在该温度下保持1-10分钟；(3)将步骤(2)的再次与蒸汽接触后的混合物降温至80-90℃，并与剩余部分的酶混合、酶解。本发明还提供了柠檬酸的制备方法。本发明提供的方法解决了现有技术中存在的酶解产物(液化液)中残淀粉偏高的问题，能够有效提高柠檬酸的收率并降低粮耗，降低了柠檬酸的生产成本。

Description

一种淀粉质原料的酶解方法和柠檬酸的制备方法

技术领域

本发明涉及一种淀粉质原料的酶解方法和柠檬酸的制备方法。

背景技术

柠檬酸是一种广泛应用于饮料、食品及医药等行业的有机酸。我国是柠檬酸的生产大国，国内拥有20余家生产厂，年产量已超过80万吨。目前，柠檬酸主要通过发酵法制备，例如，一般需要先将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液，将淀粉浆液与酶混合进行酶解，得到酶解产物(液化液)，并将黑曲霉接种至含有所述酶解产物的发酵液中并发酵产生柠檬酸。但是，由现有的酶解淀粉质原料工艺得到的酶解产物中的残淀粉含量偏高，因此，会造成柠檬酸的收率较低，且柠檬酸成品的生产成本较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的柠檬酸的制备方法中，酶解产物中的残淀粉含量偏高，而造成柠檬酸的收率较低的缺陷，提供一种使酶解产物中具有较低残淀粉含量的淀粉质原料的酶解方法和具有较高柠檬酸收率的柠檬酸的制备方法。

本发明提供了一种淀粉质原料的酶解方法，其中，该方法包括下述步骤：

(1)将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分酶混合，得到混合物，将该混合物与蒸汽接触，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为75-95℃，并在该温度下保持30-90分钟；

(2)将步骤(1)的与蒸汽接触后的混合物再次与蒸汽接触，接触的条件使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为100-120℃，并在该温度下保持1-10分钟；

(3)将步骤(2)的再次与蒸汽接触后的混合物降温至80-90℃，并与剩余部分的酶混合、酶解。

本发明还提供了一种柠檬酸的制备方法，该方法包括将黑曲霉接种至发酵液中并发酵产生柠檬酸，所述发酵液含有淀粉质原料的酶解产物，其中，所述淀粉质原料的酶解产物的制备方法为本发明提供的方法。

本发明提供的酶解方法可以更充分的水解淀粉质原料中的淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的a-1，4葡萄糖苷键，使淀粉链逐渐变短，减少了大分子量淀粉的存在，同时使糊化淀粉的粘度迅速下降，还能有效的控制淀粉液化程度，减少淀粉老化。因此，本发明提供的方法解决了现有技术中存在的酶解产物(液化液)中残淀粉偏高的问题，从而有效提高了柠檬酸的收率并降低了粮耗，降低了柠檬酸的生产成本。

具体实施方式

按照本发明，所述淀粉质原料的酶解方法包括下述步骤：

(1)将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分酶混合，得到混合物，将该混合物与蒸汽接触，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为75-95℃，并在该温度下保持30-90分钟；

(2)将步骤(1)的与蒸汽接触后的混合物再次与蒸汽接触，接触的条件使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为100-120℃，并在该温度下保持1-10分钟；

(3)将步骤(2)的再次与蒸汽接触后的混合物降温至80-90℃，并与剩余部分的酶混合、酶解。

本发明的发明人发现，现有技术中酶解的方法为将淀粉浆液和淀粉酶混合后升温至指定温度后维持一定时间使其充分酶解(导致升温时间过长)。在本发明的步骤(1)中，在将淀粉浆液与部分酶混合并将得到的混合物与蒸汽经过一次接触后，使混合物的温度保持在75-95℃，优选为80-90℃，可以达到使淀粉充分糊化而达到预液化的目的，同时在该温度下与蒸汽的混合还能够有效降低淀粉浆液的粘度。为了能够达到充分液化而达到最佳的液化效果，优选情况下，在步骤(1)的温度下保持30-90分钟，更优选为50-80分钟。在步骤(2)中，将经过步骤(1)的充分预液化的淀粉浆液再次与蒸汽接触，使接触后的混合物的温度保持为100-120℃，优选为100-110℃。一方面，在蒸汽与淀粉浆液混合的过程中，蒸汽对淀粉浆液具有剪切、搅拌的作用，另一方面，热蒸汽能够进一步使在淀粉浆液预液化时一些包裹在纤维里(生产原料采用的是淀粉质原料，原料中会有纤维存在)的淀粉分子和一些支链淀粉瞬间膨胀，然后在步骤(3)中，使淀粉浆液在经高温后，迅速降温至80-90℃，快速的温度变化可使淀粉分子的膨胀更加充分，以至于能够使大颗粒淀粉膨胀破裂为小颗粒淀粉，从而使酶与淀粉颗粒的接触效果更好，以达到更佳的酶解(液化)效果。在经过第二次与蒸汽接触后的淀粉浆液的温度基本恒定在80-90℃，此时再次补充剩余部分的酶，不仅可以使酶在最适的温度范围内发挥其最佳的酶解性能，而且还可以避免因温度波动而导致液化效果不稳定的现象。为了能够达到充分液化而达到最佳的液化效果，优选情况下，在步骤(2)的温度下保持1-10分钟，更优选为5-9分钟。

按照本发明，在步骤(1)和步骤(2)中，与蒸汽接触的条件的可选择范围较宽，只要保证接触后淀粉浆液与酶的混合物能够分别达到其适宜的温度即可，例如，所述与蒸汽接触的条件包括接触的温度、蒸汽与混合物的用量比例以及接触时间等。优选情况下，在步骤(1)中，蒸汽的温度可以为180-270℃，蒸汽与混合物的比例可以为0.03-0.08∶1，接触的时间可以为1-5秒；在步骤(2)中，蒸汽的温度可以为200-270℃，蒸汽与混合物的比例可以为0.03-0.08∶1，接触的时间可以为1-5秒。更优选情况下，综合考虑能源和成本，在步骤(1)中，蒸汽的温度为220-260℃，蒸汽与混合物的比例为0.04-0.06∶1，接触的时间为1-3秒；在步骤(2)中，蒸汽的温度为240-260℃，蒸汽与混合物的比例为0.04-0.06∶1，接触的时间为1-3秒。其中，使淀粉浆液与酶的混合物与蒸汽接触的方式没有特别限定，优选情况下，可以在本领域技术人员所公知的喷射器中进行喷射接触，即，将淀粉浆液与酶的混合物以及蒸汽同时、快速喷射到喷射器中进行瞬间接触，并将该接触后的混合物送入另一储存罐中在一定温度下进行保温处理。

本发明的发明人还发现，步骤(1)中的部分酶的用量与步骤(3)中的剩余部分的酶的用量的可调节范围较宽，优选情况下，为了在步骤(1)中与蒸汽接触后的混合物中的酶能够即起到降低淀粉浆液粘度的作用，又能够尽量降低酶的失活量，而同时尽量在经过步骤(3)中添加的剩余部分的酶能够最大效率的发挥酶解的作用，优选情况下，步骤(2)中的部分酶的用量为酶的总重量的20-35重量％，更优选为25-30重量％，步骤(4)中的剩余部分酶的用量为酶的总重量的65-80重量％，更优选为70-75重量％。

按照本发明，由淀粉质原料得到的淀粉浆液的方法可以采用本领域技术人员公知的各种常规的方法，例如，将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液。将淀粉质原料粉碎的条件和方式没有特别的限制，只要能够使淀粉质原料充分破碎即可，优选情况下，得到的粉碎后的产物的颗粒直径为300-1000微米。将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液的过程中，水的用量没有特别限定，通常情况下，为了便于后续步骤的酶解更充分，水与粉碎后产物的重量比可以为2-4∶1。所述淀粉浆液的pH值可以为5-7。

按照本发明，所述淀粉质原料可以为本领公知的各种可以用于酶解、发酵制备柠檬酸的含有淀粉的原料，例如，可以选自玉米、薯类(如木薯)、小麦和高粱中的一种或几种。

按照本发明，所述酶解步骤可以为向淀粉浆液中添加产酶微生物和/或酶，在产酶微生物的生长温度和/或酶有活力的温度下保温完成。所述产酶微生物为能够分泌淀粉酶的产酶微生物。所述酶优选为淀粉酶。

由于微生物生长会产生副产物，因此优选直接加入酶。所述酶的用量越多越好，出于成本考虑，优选以每克粉碎后的产物的干重计，所述淀粉酶的用量为4-50酶活力单位。

本发明所述酶的酶活力单位的定义为：在pH值为6.0、温度为70℃的条件下，1分钟将1毫克淀粉转化为还原糖所需的酶量为一个酶活力单位。

所述酶解的pH值可以在很大范围内改变，优选为5.0-7.0，更优选pH值为5.4-5.7。

淀粉酶是指能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，所述淀粉酶一般包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶。

α-淀粉酶又称淀粉1，4-糊精酶，它能够任意地、不规则地切开淀粉链内部的α-1，4-糖苷键，将淀粉水解为麦芽糖、含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。生产此酶的微生物主要有枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉和根霉。

β-淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4-糖苷键，生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。此酶主要由曲霉、根霉和内孢霉产生。

糖化酶又称淀粉α-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖。糖化酶作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1，6-糖苷键的寡糖；作用于直链淀粉后的产物几乎全部是葡萄糖。此酶产生菌主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、拟内孢霉、红曲霉。

异淀粉酶又称淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于枝链淀粉分子分枝点处的α-1，6-糖苷键，将枝链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。此酶产生菌主要是嫌气杆菌、芽孢杆菌及某些假单孢杆菌等细菌。

根据本发明，优选使用α-淀粉酶和/或异淀粉酶。

按照本发明，在步骤(1)中，将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分酶混合的条件的可选择范围较宽，通常情况下，为了更有利于酶发挥其作用并处于节约能源的考虑，在步骤(1)中，(1)将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分酶混合是在50-60℃下进行，并保持20-30分钟；在步骤(3)中，将再次与蒸汽接触后的混合物降温后与剩余部分的酶混合、酶解优选在80-90℃，更优选在85-88℃下进行，并保持90-110分钟。上述混合更优选在搅拌下进行。

按照本发明，在步骤(3)中，将步骤(2)的再次与蒸汽接触后的混合物降温至80-90℃的降温方法可以采用本领域公知的各种方法，优选情况下，为了更好地达到由快速的温度变化带来的使淀粉分子的膨胀更加充分，以至于能够使大颗粒淀粉膨胀破裂为小颗粒淀粉的目的，而使酶与淀粉颗粒的接触效果更好，以达到更佳的酶解(液化)效果，优选情况下，本发明采用闪蒸的方式将步骤(2)的再次与蒸汽接触后的混合物降温至80-90℃，并可以在连续生产的过程中将闪蒸后得到的蒸汽返回步骤(1)中，用于与混合物接触。由于在第二次与蒸汽接触后达到的温度较高，闪蒸后的蒸汽完全可以满足在步骤(2)中与淀粉浆液与酶的混合物接触后所要达到的温度要求，而且，蒸汽的回用还可以大大降低生产成本。此外，闪蒸后得到的冷凝水也可以返回步骤(1)中用于制备淀粉浆液，即，用于与将淀粉质原料粉碎后得到的粉碎后的产物混合以制备得到淀粉浆液。其中，闪蒸指高压的饱和水进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水。按照本发明，所述闪蒸的条件的可选择范围较宽，只要达到闪蒸后使之降温的目的即可，优选情况下，所述闪蒸的条件包括闪蒸的真空度可以为0.05至0.09Mpa，闪蒸的时间可以为5-20秒。从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度＝|大气压强-绝对压强|(大气压强与绝对压强的绝对值)。“真空度”就是真空的程度。所谓“真空”，是指在给定的空间内，压强低于101325帕斯卡(也即一个标准大气压强约101KPa)的气体状态。

根据本发明，所述发酵液含有淀粉质原料酶解产物，所述淀粉质原料的酶解产物含有淀粉质原料酶解残渣和淀粉质原料酶解清液，为了更易于发酵的进行，以酶解产物的总重量为基准，所述淀粉质原料酶解清液的含量为80-95重量％，所述淀粉质原料酶解残渣的含量为5-20重量％。所述淀粉质原料酶解残渣的含水量可以在很大范围内改变，优选情况下，所述淀粉质原料酶解残渣的固含量为5-60重量％，更优选为20-40重量％。

根据本发明，所述发酵液中各组分的含量可以在很大范围内改变，优选情况下，还可以根据需要向所述发酵液中添加补充氮源，所述补充氮源的含量可以为发酵液总重量的0.1-2重量％。根据本发明，所述补充氮源的种类为本领域技术人员所公知，例如，所述补充氮源可以为尿素、硫酸铵和硝酸铵中的一种或几种。此外，还可以根据发酵液液位的要求向发酵液中补充适量的水，水的量的可选择范围较宽，可以根据实际需要而定。

根据本发明，所述黑曲霉的接种量可以在很大范围内改变，优选情况下，以每克发酵液为基准，黑曲霉的接种量为5×10⁴-2.5×10⁵个菌落形成单位，更优选1×10⁵-1.5×10⁵个菌落形成单位。所述发酵的条件没有特别的限制，例如可以包括：温度为30-40℃，通气量为0.1-1体积：体积·分钟，发酵的时间为50-80小时。

所述菌落形成单位的定义为将稀释后的一定量的菌液通过浇注或涂布的方法，让其内的微生物单细胞一一分散在培养基平板上，待培养后，每一活细胞就形成一个菌落。即每毫升菌液中含有的单细胞的数目。

所述菌落形成单位可以通过本领域公知的方法测定，例如，通过血球计数板计数。

本发明发酵所使用的黑曲霉可以为商购的黑曲霉固体制剂或黑曲霉菌种，例如，黑曲霉Co827(上海工业微生物研究所)和黑曲霉T01(天津工业微生物所)。

所述黑曲霉可以采用常规的方法接种，例如，在被接种至发酵液中之前，将所述黑曲霉经过种子培养处理，之后将得到的种子液加入到发酵液中。黑曲霉种子培养的程度可以通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0-2.5、酸度0.5-2.0％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时停止培养。

根据本发明，所述黑曲霉培养液的制备方法没有特别的限制，只要得到的培养液能够适用于黑曲霉的培养即可，例如，可以将按照本发明的方法得到的酶解产物稀释至总糖为5-20重量％，之后加入氮源并灭菌，得到培养液。术语总糖是指酶解液化液中所含糖的总含量。

根据本发明，所述氮源的种类为本领域技术人员所公知，例如，所述氮源可以为尿素、硫酸铵和硝酸铵中的一种或几种，所述氮源的加入量可以在很大范围内改变，优选情况下，以所述黑曲霉培养液的总重量为基准，所述氮源的加入量为0.05-0.5重量％。

本发明中，所述黑曲霉的接种量可以在很大范围内改变，优选情况下，以每克黑曲霉培养液为基准，黑曲霉的接种量为1×10⁵-3×10⁵个菌落形成单位。

根据本发明，所述培养的条件可以在很大范围内改变，例如所述培养的条件可以包括：培养的温度可以为25-45℃，pH值可以为2-7，通气量可以为0.1-1体积：体积·分钟，培养的时间可以为45-65小时；更优选的情况下，所述培养的条件可以包括：培养的温度可以为30-40℃，pH值可以为2.5-6.5，通气量可以为0.2-0.8体积：体积·分钟，所述培养的时间可以为50-60小时。

术语“通气量”一般以通气比来表示，通常以每分钟内通过单位体积培养液的空气体积比来表示(V/V·min)，例如通气比为1∶0.1-1，简称通气量为0.01-1体积：体积·分钟。

所述培养的设备为本领域技术人员所公知，例如，可以使用发酵罐进行培养。

发酵产物柠檬酸可以用常规的方法，根据不同工业产品的要求分离并精制，比如中和、酸解、脱色、浓缩、结晶、包装。

下面结合实施例对本发明进行更详细的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明的玉米原料的酶解方法和制备柠檬酸的方法。

(1)玉米原料的粉碎

将100重量份玉米(水分含量为14重量％)进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与300重量份水混合得到淀粉浆液。

按照GBT 15038-2006的总糖直接滴定法测定混合浆液中的总糖含量，其中，总糖的重量是粉碎后的产物中的淀粉重量的1.11倍，因此，可以通过采用国标方法测定的总糖的含量，按照公式：淀粉含量＝总糖/1.11，计算出粉碎后的产物中淀粉的含量为63重量份/100重量份玉米。

(2)酶解

在50℃下，将步骤(1)得到的淀粉浆液与酶的总重量的20重量％的酶混合，得到混合物，将该混合物与230℃的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.04∶1)，接触的时间为3秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为80℃，调节pH值至5，并在该温度下保持50分钟；

将上述与蒸汽接触后的混合物再次与240℃的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.04∶1)，接触的时间为3秒，使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为100℃，并在该温度下保持5分钟；

将步骤上述再次与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为0.07Mpa，时间为10秒)至85℃，并与酶的总重量的80重量％的酶混合，调节pH值至5.6，并在该温度下保持80分钟；并将闪蒸后得到的蒸汽返回上述第一次与蒸汽接触的步骤中，将冷凝水返回步骤(1)中继续用于与玉米的粉碎产物混合；

按照以每克粉碎产物的干重计，加入25酶活力单位的α-淀粉酶(诺维信公司购得)，可以计算出加入的酶的总用量，再根据上述二次加酶的比例进行分配。

(3)发酵

将步骤(2)得到的酶解产物通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和酶解固相残渣，其中，酶解固相残渣的含水量为50重量％。

按照GBT 15038-2006的总糖直接滴定法测定酶解固相残渣残中的总糖含量，其中，酶解固相残渣残中总糖的重量是固相残渣残中的残淀粉重量的1.11倍，因此，可以通过采用国标方法测定的固相残渣中总糖的百分含量，按照公式：淀粉含量＝总糖/1.11，计算出酶解固相残渣残中残淀粉的百分含量。

使用上述步骤得到的酶解产物配置发酵液，具体组成为80重量份的酶解清液、19重量份的酶解固相残渣(固含量为50重量％)和1重量份尿素灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵液。

将上述得到的酶解清液，加水稀释至总糖的10重量％，并投入种子罐，加入尿素，尿素的加入量为种子罐培养液总重量的0.35％，加热到120℃消毒，维持20分钟后快速降温至36℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解清液10⁵个菌落形成单位)，在36℃、0.4体积：体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

将上述培养黑曲霉菌种加入到含有上述配制的发酵液的发酵罐中进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为：每克发酵液5×10⁴个菌落形成单位，在37℃、120转/分钟下搅拌、1∶0.4通气的条件下培养60小时，发酵结束。

根据GB 1987-2007标准检测发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率，转化率(％)＝发酵液的浓度(简称酸度)×发酵液的体积/总糖(总糖＝种子罐总糖+发酵罐总糖)的重量×100％，结果如表1所示。

对比例1

本对比例用于说明现有技术的采用玉米原料制备柠檬酸的方法。

按照实施例1的方法对玉米原料进行粉碎，不同的是，所述酶解的方法为：将步骤(1)得到的淀粉浆液加热至95℃，调节pH值至5，以每克粉碎产物的干重计，加入25酶活力单位的α-淀粉酶(诺维信公司购得)，并在90℃下保温酶解120分钟后得到酶解产物。

按照实施例1的方法计算出酶解固相残渣残中残淀粉的含量和残淀粉含量占酶解固相残渣的百分含量。结果如表1所示。

按照与实施例1相同的条件将上述酶解产物进行发酵，制备柠檬酸，并按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率。

实施例2

本实施例用于说明本发明的玉米原料的酶解方法和制备柠檬酸的方法。

(1)玉米原料的粉碎

将100重量份与实施例1相同的玉米原料进行粉碎，得到平均粒子直径为600微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与300重量份水混合得到淀粉浆液。

(3)酶解

在60℃下，将步骤(1)得到的淀粉浆液与酶的总重量的35重量％的酶混合，得到混合物，将该混合物与255℃的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.06∶1)，接触的时间为1秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为90℃，调节pH值至5，并在该温度下保持80分钟；

将上述与蒸汽接触后的混合物再次与260℃蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.06∶1)，接触的时间为1秒，使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为110℃，并在该温度下保持9分钟；

将步骤上述再次与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为0.08Mpa，时间为8秒)至88℃，并与酶的总重量的65重量％的酶混合，调节pH值至5，并在该温度下保持100分钟；并将闪蒸后得到的蒸汽返回上述第一次与蒸汽接触的步骤中，将冷凝水返回步骤(1)中继续用于与玉米的粉碎产物混合；

按照以每克粉碎产物的干重计，加入30酶活力单位的α-淀粉酶(诺维信公司购得)，可以计算出加入的酶的总用量，再根据上述二次加酶的比例进行分配。

(3)发酵

将步骤(2)得到的酶解产物通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和酶解固相残渣，其中，酶解固相残渣的含水量为30重量％。

按照实施例1的方法计算出酶解固相残渣残中残淀粉的百分含量。结果如表1所示。

用上述酶解产物配置发酵液，具体组成为85重量份的酶解液化清液、14.2重量份的酶解残渣和0.8重量份尿素灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵液。

将上述得到的酶解清液，加水稀释至总糖10％投入种子罐，加入尿素，尿素的加入量为种子罐培养液总重量的0.35％，加热到120℃消毒，维持20分钟后快速降温至36℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解液化清液10⁵个菌落形成单位)，在36℃、0.4体积：体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

将上述培养黑曲霉菌种加入到含有上述配制的发酵液的发酵罐中进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为：每克发酵液10⁵个菌落形成单位，在36℃、0.4体积：体积·分钟的通气的条件下培养50小时，发酵结束。

按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率。

实施例3

本实施例用于说明本发明的玉米原料的酶解方法和制备柠檬酸的方法。

(1)玉米原料的粉碎

将100重量份与实施例1相同的玉米原料进行粉碎，得到平均粒子直径为300微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与300重量份水混合得到淀粉浆液。

(2)酶解

在55℃下，将步骤(1)得到的淀粉浆液与酶的总重量的25重量％的酶混合，得到混合物，将该混合物与240℃的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.05∶1)，接触的时间为1.5秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为85℃，调节pH值至5，并在该温度下保持70分钟；

将上述与蒸汽接触后的混合物再次与255℃蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.05∶1)，接触的时间为1.5秒，使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为105℃，并在该温度下保持7分钟；

将步骤上述再次与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为0.07Mpa，时间为10秒)至86℃，并与酶的总重量的75重量％的酶混合，调节pH值至5，并在该温度下保持90分钟；并将闪蒸后得到的蒸汽返回上述第一次与蒸汽接触的步骤中，将冷凝水返回步骤(1)中继续用于与玉米的粉碎产物混合；

按照以每克粉碎产物的干重计，加入30酶活力单位的α-淀粉酶(诺维信公司购得)，可以计算出加入的酶的总用量，再根据上述二次加酶的比例进行分配。

(3)发酵

将步骤(2)得到的酶解产物通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和酶解固相残渣，其中，酶解固相残渣的含水量为15重量％。

按照实施例1的方法计算出酶解固相残渣残中残淀粉的百分含量。结果如表1所示。

用上述酶解产物配置发酵液，具体组成为90重量份的酶解液化清液和8.8重量份的酶解残渣(固含量为15重量％)和1.2重量份尿素灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵液。

将实施例上述酶解液化清液，加水稀释至总糖10％投入种子罐，加入尿素，尿素的加入量为种子罐培养液总重量的0.35％，加热到120℃消毒，维持20分钟后快速降温至36℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解液化清液2×10⁵个菌落形成单位)，在36℃、0.4体积：体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

将上述培养黑曲霉菌种加入到含有上述配制的发酵液的发酵罐中进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为：每克发酵液1.5×10⁵个菌落形成单位，在30℃、0.8体积：体积·分钟的通气的条件下培养60小时，发酵结束。

按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率。

实施例4

本实施例用于说明本发明的玉米原料的酶解方法和制备柠檬酸的方法。

按照实施例1的方法对玉米原料进行粉碎，不同的是，在酶解过程中，在50℃下，将步骤(1)得到的淀粉浆液与酶的总重量的10重量％的酶混合，得到混合物，并与蒸汽进行两次接触，闪蒸后，再与酶的总重量的90重量％的酶混合。其它条件同实施例1。

按照实施例1的方法计算出酶解固相残渣残中残淀粉的百分含量。结果如表1所示。

按照与实施例1相同的条件将上述酶解产物进行发酵，制备柠檬酸，并按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率。

实施例5

本实施例用于说明本发明的玉米原料的酶解方法和制备柠檬酸的方法。

按照实施例1的方法对玉米原料进行粉碎，不同的是，在酶解过程中，在50℃下，将步骤(1)得到的淀粉浆液与酶的总重量的40重量％的酶混合，得到混合物，并与蒸汽进行两次接触，闪蒸后，再与酶的总重量的60重量％的酶混合。其它条件同实施例1。

按照实施例1的方法计算出酶解固相残渣残中残淀粉的百分含量。结果如表1所示。

按照与实施例1相同的条件将上述酶解产物进行发酵，制备柠檬酸，并按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率。

表1

从上表1中的数据可以看出，采用本发明的方法发酵得到的柠檬酸的酸度和转化率均高于采用现有方法得到的柠檬酸，且与现有技术比较，本发明的方法得到的酶解固相残渣中的残淀粉率大大降低。

由此说明，本发明提供的方法可以更充分的水解淀粉质原料中的淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的a-1，4葡萄糖苷键，使淀粉链逐渐变短，减少了大分子量淀粉的存在，从而降低了酶解产物中的残淀粉量。因此，本发明提供的方法解决了现有技术中存在的酶解产物(液化液)中残淀粉偏高的问题，从而有效提高了柠檬酸的收率并降低了粮耗，降低了柠檬酸的生产成本。

Claims (13)

1.一种淀粉质原料的酶解方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

（1）将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分酶混合，得到混合物，将该混合物与蒸汽接触，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为75-95℃，并在该温度下保持30-90分钟；

（2）将步骤（1）的与蒸汽接触后的混合物再次与蒸汽接触，接触的条件使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为100-120℃，并在该温度下保持1-10分钟；

（3）将步骤（2）的再次与蒸汽接触后的混合物降温至80-90℃，并与剩余部分的酶混合、酶解；

其中，步骤（1）中的部分酶的用量为酶的总重量的20-35重量%，步骤（3）中的剩余部分酶的用量为酶的总重量的65-80重量%；所述酶为淀粉酶。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（1）中，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为80-90℃，并在该温度下保持50-80分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（2）中，接触的条件使再次与蒸汽接触后的混合物的温度为100-110℃，并在该温度下保持5-9分钟。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤（1）中，接触的条件包括蒸汽的温度为180-270℃，蒸汽与混合物的重量比为0.03-0.08:1，与蒸汽接触的时间为1-5秒。

5.根据权利要求1或3所述的方法，其中，在步骤（2）中，接触的条件包括蒸汽的温度为200-270℃，蒸汽与混合物的重量比为0.03-0.08:1，与蒸汽接触的时间为1-5秒。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（3）中，采用闪蒸的方式将步骤（2）的再次与蒸汽接触后的混合物降温至80-90℃，并将闪蒸后得到的蒸汽返回步骤（1）中用于与混合物接触，将闪蒸后得到的冷凝水返回步骤（1）中用于制备淀粉浆液。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，由淀粉质原料得到的淀粉浆液的方法包括将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液，水与粉碎后的产物的重量比为2-4:1；粉碎后的产物的颗粒直径为300-1000微米。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，以每克粉碎后的产物的干重计，所述淀粉酶的总用量为4-50酶活力单位。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述淀粉质原料选自玉米、薯类、小麦和高粱中的一种或几种。

10.一种柠檬酸的制备方法，其特征在于，该方法包括：

（1）按照权利要求1-9中任意一项所述的方法制备淀粉质原料的酶解产物；

（2）将黑曲霉接种至含有步骤（1）中所述淀粉质原料的酶解产物的发酵液中并发酵产生柠檬酸。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述淀粉质原料的酶解产物含有淀粉质原料酶解残渣和淀粉质原料酶解清液，以酶解产物的总重量为基准，所述淀粉质原料酶解清液的含量为80-95重量%，所述淀粉质原料酶解残渣的含量为5-20重量%。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述发酵液还含有补充氮源，所述补充氮源的含量为发酵液总重量的0.1-2%。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述发酵液中，以每克发酵液为基准，黑曲霉的接种量为5×10⁴-1.5×10⁵个菌落形成单位，所述发酵的条件包括：温度为30-40℃，通气量为0.1-1体积：体积?分钟，发酵的时间为50-80小时。