CN102899364A - 一种小麦b淀粉发酵生产柠檬酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发酵生产柠檬酸的方法，其特点是在目前以玉米为原料的柠檬酸发酵工艺的基础上，以小麦加工过程中的副产物—B淀粉部分替代玉米原料发酵生产柠檬酸，包括调浆、液化、酶解、糖化、过滤、发酵工序，本发明通过对小麦B淀粉进行充分液化、酶解和糖化，并进行过滤，在淀粉转化率基本达到理论值的同时料液的粘度大幅度降低，解决了小麦B淀粉在深层好氧发酵过程传质差、溶氧不好的问题。在粮食原料日益紧张的今天，该工艺通过对廉价的小麦B淀粉的应用，大大降低了柠檬酸生产成本，拓宽了柠檬酸的原料来源。
Description
技术领域
本发明涉及一种发酵生产柠檬酸的方法，其特点是以小麦加工过程分离出的副产物—B淀粉为原料发酵生产柠檬酸。
背景技术
目前，国内柠檬酸行业主要以玉米、瓜干、木薯等作为生产原料发酵生产柠檬酸，其中约95%厂家采用玉米为生产原料，其原料处理及发酵工艺路线如下：干玉米籽粒经除尘、除杂，直接粉碎成玉米粉，按一定比例加水调浆，在淀粉酶的作用下，经过高温喷射液化处理，成为流动性较好、便于菌种利用的液化液进入发酵过程，在发酵过程中，通过黑曲霉菌种代谢积累柠檬酸，发酵结束后将含有柠檬酸的发酵液进行下游提取及精制获得柠檬酸产品。玉米原料处理和发酵过程中，产生副产物玉米渣和菌丝渣。
但是，随着粮食危机的进一步蔓延，玉米作为主要粮食供应日益紧张，而木薯、瓜干由于其产量小、成本高等因素限制了其广泛应用，所以人们开始致力于柠檬酸发酵新型原料的研究，以缓解粮食危机带来的压力。
小麦B淀粉是以小麦面粉为原料生产小麦A淀粉和谷朊粉的过程中产生的副产品，干基收率在25%以上，淀粉含量达到70%，由于B淀粉含有一定量的戊聚糖和蛋白，原料处理上有一定难度，主要用于生产酒精和配制饲料，淀粉转化率低、价值也不高，其价格仅为玉米的65-70%，淀粉含量与玉米基本相当。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种利用小麦B淀粉为原料发酵生产柠檬酸的方法，采用本发明，减少了70%的玉米原料消耗，大大降低了成本，而且实现了原料的彻底糖化，降低发酵粮耗的同时减轻了环保负荷。
本发明提出的一种小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，包括调浆、液化、糖化、发酵，其特征在于：其具体步骤为：
（1）量取小麦B淀粉，加水调浆后制的B淀粉浆；
（2）向B淀粉浆中加入高温α-淀粉酶，喷射液化，得B淀粉浆液化液；
（3）将B淀粉浆液化液降温，调节pH，酶解，得酶解液；
（4）向酶解液中加入酸性复合糖化酶糖化，得糖化液；
（5）将糖化液过滤，保留滤清液；
（6）玉米经过粉碎、调浆、喷射液化，制成玉米液化液；
（7）将B淀粉滤清液与玉米液化液混合后打入发酵罐，灭菌，降温，接入黑曲霉菌种至发酵终了；
（8）发酵液进入提取工序提取柠檬酸。
本发明所用的小麦B淀粉是小麦面粉经过目前的三相分离工艺产生的副产物。
为了保证小麦B淀粉液化彻底，需要将其加水调浆制成B淀粉浆，由于B淀粉浆质量分数过低会导致发酵浓度降低，从而最终减少产量；质量分数过大会影响后期液化效果，所以调浆后，B淀粉浆的质量分数为25%-30%。
由于后续工艺中需要对B淀粉液化液进行过滤，为保证良好的过滤效果和最低的淀粉损失，发明人将调浆后的B淀粉浆在高温α-淀粉酶作用下，于80-110℃液化0.5-2h，高温α-淀粉酶的加入量为B淀粉干基质量的0.2-0.6‰。该过程中，液化温度过高、时间过长会过大增加能源消耗，淀粉酶加入量过高会增加成本；反之则会影响液化效果，增加粮耗。所用的高温α-淀粉酶可以从市场上直接购得。
由于B淀粉中含有一定比例的戊聚糖和蛋白，料液粘度大，导致后期发酵过程搅拌电机和空压机能耗高，同时增加提取难度，影响中间品质量，所以本发明采用了在原料处理过程对B淀粉浆液化液进行酶解并过滤处理的方法，提高淀粉转化率的同时，去除粘性物质，降低发酵液粘度，减轻下游提取难度。为了保证酶的活性，液化完成后将液化液降温至65-70℃，用柠檬酸调节pH至4.0-4.5。酶解过程中采用的酶为纤维素酶、木聚糖酶和溶血磷脂酶的混合物。其中，纤维素酶用于水解纤维素，木聚糖酶用于水解半纤维素和戊聚糖，溶血磷脂酶用于水解磷脂，以上三种酶均用于降低料液粘度，利于过滤，同时提高后期酸性复合糖化酶的效率。发明人为了保证酶解彻底，同时避免因时间过长、温度过高引起的副反应，节约成本，避免浪费，将酶解的温度控制在65-70℃，时间控制在5-10h。该过程中纤维素酶的加入量为B淀粉干基质量的0.1-0.3‰，木聚糖酶的加入量为B淀粉干基质量的0.2-0.5‰，溶血磷脂酶的加入量为B淀粉干基质量的0.05-0.1‰，既保证了酶解彻底又避免了浪费。
为了使得原料糖化彻底，解决发酵残糖高的问题，本发明采用酸性复合糖化酶对酶解液进行彻底糖化，降低发酵粮耗，减轻环保负荷。传统糖化工艺需要对淀粉液进行彻底糖化以达到最高DX值，而在本发明的发酵过程中，黑曲霉菌种有一定的糖化能力，因此发明人对糖化工艺进行了一定的调整，酸性复合糖化酶的加入量为B淀粉干基质量的0.5-1.0‰，糖化时间缩短为10-20h。采用该技术后，残糖含量由传统工艺中的1.2%降为0.7%。本发明所述的酸性复合糖化酶中含有少量普鲁兰酶和脱支酶，可以用于水解支链淀粉，从而保证糖化更加彻底。发明人经过对多厂家多型号酶比较，最终选用糖化彻底、成本低廉的苏宏牌高转化率糖化酶GAII。
本发明优选加压转鼓过滤机过滤，其能耗低、自动化水平高、过滤效果好，滤渣经过烘干后作为饲料出售，滤清液保留。
为了保证发酵过程中所需氮源稳定，制得部分玉米液化液作为氮源。玉米液化液采用本领域常用的制备过程，即将玉米粉碎后，与水按1:3比例调浆，加入玉米干基质量0.5-0.6‰的高温α-淀粉酶，在喷射液化系统中，一次喷射105℃，闪蒸降温至95℃，维持1-2h，制成玉米液化液。
玉米液化液制备好后，与B淀粉滤清液混合后打入发酵罐，柠檬酸调节pH至4.0-4.5，100-105℃，灭菌30min。灭菌后，降温至35-37℃，发酵罐中每1mL发酵液加入0.7-1.2万个黑曲霉孢子，通风发酵至发酵结束。发酵结束后，可以采用现有技术提取柠檬酸。
在本发明中，B淀粉所占比例过大会导致最终发酵周期延长、能耗增加；比例过小会造成菌体生长过剩，粮耗增加，所以小麦B淀粉和玉米干基的用量比例是3:1-3.5:1。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用小麦加工过程的廉价副产物小麦B淀粉作为柠檬酸发酵原料，可节约70%的玉米原料消耗，降低了成本；
2、本发明采用了在小麦B淀粉处理过程进行酶解和过滤的方法，去除粘性物质，降低发酵液粘度，减少能耗，同时为后续处理减轻负担；
3、相对于传统玉米发酵工，本发明在酶解的基础上增添糖化工艺，采用酸性复合糖化酶对酶解液进行彻底糖化，可提高发酵转化率，降低粮耗，减少生产成本。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
通过以下实施例进一步说明本发明，而非限制本发明。本发明实施例中所述的葡萄糖淀粉酶选自苏宏牌高转化率糖化酶GAII。
实施例1
一种小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，包括调浆、液化、糖化、发酵，其特征在于：其具体步骤为：
（1）量取小麦B淀粉干基70t，加水调浆后制得质量分数为25%的B淀粉浆；
（2）向B淀粉浆中加入高温α-淀粉酶35kg，输入高温喷射液化系统，进行液化，得B淀粉浆液化液；液化温度为110℃，时间0.5h；
（3）将B淀粉浆液化液降温至67℃，调节pH至4.0，加入15kg纤维素酶、20kg木聚糖酶、5kg溶血磷脂酶，酶解5h，得酶解液；
（4）向酶解液中加入50kg酸性复合糖化酶，糖化16h，得糖化液；
（5）糖化液过滤，滤渣烘干，滤清液保留；
（6）将20t玉米粉碎后，与水按1:3比例调浆，加入玉米干基质量0.5‰的高温α-淀粉酶，在喷射液化系统中，一次喷射105℃，闪蒸降温至95℃，维持2h，制成玉米液化液；
（7）将上述制得的B淀粉滤清液与玉米液化液混合，打入发酵罐，调节pH至4.4，温度至105℃，灭菌30min，然后降温至37℃，接入黑曲霉菌种，每1mL发酵液加入1.2万个黑曲霉孢子，通风发酵至发酵结束；
（8）发酵结束后，发酵液进入提取工序提取柠檬酸。
实施例2
一种小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，包括调浆、液化、糖化、发酵，其特征在于：其具体步骤为：
（1）量取小麦B淀粉浆干基70t，加水调浆后制得质量分数为27%的B淀粉浆；
（2）向B淀粉浆中加入高温α-淀粉酶42kg，输入高温喷射液化系统，进行液化，得B淀粉浆液化液；液化温度为100℃，时间1h；
（3）将B淀粉浆液化液降温至70℃，调节pH至4.2，加入7kg纤维素酶、30kg木聚糖酶、7kg溶血磷脂酶，酶解10h，得酶解液；
（4）向酶解液中加入70kg酸性复合糖化酶，糖化10h，得糖化液；
（5）糖化液过滤，滤渣烘干，滤清液保留；
（6）将21.2t玉米粉碎后，与水按1:3比例调浆，加入玉米干基质量0.54‰的高温α-淀粉酶，在喷射液化系统中，一次喷射105℃，闪蒸降温至95℃，维持1.5h，制成玉米液化液；
（7）将上述制得的B淀粉滤清液与玉米液化液混合，打入发酵罐，调节pH至4.5，温度至100℃，灭菌30min，然后降温至37℃，接入黑曲霉菌种，每1mL发酵液加入1.0万个黑曲霉孢子，通风发酵至发酵结束；
（8）发酵结束后，发酵液进入提取工序提取柠檬酸。
实施例3
一种小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，包括调浆、液化、糖化、发酵，其特征在于：其具体步骤为：
（1）量取小麦B淀粉浆干基70t，加水调浆后制得质量分数为30%的B淀粉浆；
（2）向B淀粉浆中加入高温α-淀粉酶25kg，输入高温喷射液化系统，进行液化，得B淀粉浆液化液；液化温度为95℃，时间2h；
（3）将B淀粉浆液化液降温至65℃，调节pH至4.5，加入20kg纤维素酶、14kg木聚糖酶、3.5kg溶血磷脂酶，酶解7h，得酶解液；
（4）向酶解液中加入60kg酸性复合糖化酶，糖化12h，得糖化液；
（5）糖化液过滤，滤渣烘干，滤清液保留；
（6）将21.8t玉米粉碎后，与水按1:3比例调浆，加入玉米干基质量0.58‰的高温α-淀粉酶，在喷射液化系统中，一次喷射105℃，闪蒸降温至95℃，维持2h，制成玉米液化液；
（7）将上述制得的B淀粉滤清液与玉米液化液混合，打入发酵罐，调节pH至4.0，温度至100℃，灭菌30min，然后降温至37℃，接入黑曲霉菌种，每1mL发酵液加入0.9万个黑曲霉孢子，通风发酵至发酵结束；
（8）发酵结束后，发酵液进入提取工序提取柠檬酸。
实施例4
一种小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，包括调浆、液化、糖化、发酵，其特征在于：其具体步骤为：
（1）量取小麦B淀粉浆干基70t，加水调浆后制得质量分数为28%的B淀粉浆；
（2）向B淀粉浆中加入高温α-淀粉酶14kg，输入高温喷射液化系统，进行液化，得B淀粉浆液化液；液化温度为80℃，时间1.5h；
（3）将B淀粉浆液化液降温至68℃，调节pH至4.3，加入21kg纤维素酶、35kg木聚糖酶、5.6kg溶血磷脂酶，酶解8h，得酶解液；
（4）向酶解液中加入40kg酸性复合糖化酶，糖化20h，得糖化液；
（5）糖化液过滤，滤渣烘干，滤清液保留；
（6）将23.3t玉米粉碎后，与水按1:3比例调浆，加入玉米干基质量0.6‰的高温α-淀粉酶，在喷射液化系统中，一次喷射105℃，闪蒸降温至95℃，维持2h，制成玉米液化液；
（7）将上述制得的B淀粉滤清液与玉米液化液混合，打入发酵罐，调节pH至4.3，温度至102℃，灭菌30min，然后降温至36℃，接入黑曲霉菌种，每1mL发酵液加入0.7万个黑曲霉孢子，通风发酵至发酵结束；
（9）发酵结束后，发酵液进入提取工序提取柠檬酸。
将实施例1-4与原有工艺的各项发酵指标进行对比，具体结果见表1：
表1发酵平均指标
| 发酵电耗(kwh/t) | 发酵周期(h) | 产酸率(%) | 发酵转化率(%) | 发酵液浊度(NTU) | |
| 原工艺 | 483 | 61 | 16.3 | 99.7 | 12.5 |
| 实施例1 | 447 | 56 | 17.9 | 103.4 | 8.4 |
| 实施例2 | 449 | 58 | 18.4 | 103.2 | 8.1 |
| 实施例3 | 450 | 59 | 18.5 | 103.0 | 8.2 |
| 实施例4 | 440 | 56 | 17.8 | 103.5 | 8.0 |
由表1可以看出，由于增加了酶解、过滤、糖化工艺，各个工艺参数之间相互配合，本发明与原工艺相比，发酵电耗和发酵周期明显降低；发酵转化率和产酸率明显提高；发酵液浊度明显降低；实现了低能耗、低粮耗、高质量生产。
Claims (8)
1.一种小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，包括调浆、液化、糖化、发酵，其特征在于：其具体步骤为：
（1）量取小麦B淀粉，加水调浆后制得B淀粉浆；
（2）向B淀粉浆中加入高温α-淀粉酶，喷射液化，得B淀粉浆液化液；
（3）将B淀粉浆液化液降温，调节pH，酶解，得酶解液；
（4）向酶解液中加入酸性复合糖化酶糖化，得糖化液；
（5）将糖化液过滤，保留滤清液；
（6）玉米经过粉碎、调浆、喷射液化，制成玉米液化液；
（7）将B淀粉滤清液与玉米液化液混合后打入发酵罐，灭菌，降温，接入黑曲霉菌种至发酵终了；
（8）发酵液进入提取工序提取柠檬酸。
2.根据权利要求1所述的小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：步骤（1）中B淀粉浆质量分数为25%-30%。
3.根据权利要求1所述的小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：步骤（2）中喷射液化温度为80-110℃，液化时间0.5-2h，高温α-淀粉酶的加入量为B淀粉干基质量的0.2-0.6‰。
4.根据权利要求1所述的小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：步骤（3）中温度为65-70℃，pH值4.0-4.5，酶解时间5-10h。
5.根据权利要求1所述的小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：步骤（3）中酶解采用的酶为纤维素酶、木聚糖酶和溶血磷脂酶的混合物；纤维素酶加入量为B淀粉干基质量的0.1-0.3‰，木聚糖酶加入量为B淀粉干基质量的0.2-0.5‰，溶血磷脂酶加入量为B淀粉干基质量的0.05-0.1‰。
6.根据权利要求1所述的小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：步骤（4）中酸性复合糖化酶加入量为B淀粉干基质量的0.5-1.0‰，糖化时间10-20h。
7.根据权利要求1所述的小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：步骤（5）中选用加压转鼓过滤机进行过滤。
8.根据权利要求1所述的小麦B淀粉发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于：小麦B淀粉和玉米干基的用量比例是3:1-3.5:1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130130 |