CN105385711B - 一种柠檬酸发酵工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及柠檬酸发酵领域，涉及了一种柠檬酸发酵工艺，其特点是在柠檬酸种子罐及发酵罐培养过程中，通过添加混合氮源及微量元素来弥补高温烘干玉米在高温烘干过程中营养成分的损失以达到理想的培养效果；本发明根据菌种生长及产酸阶段的不同特性，通过调控氮源的种类及配比、添加微量元素，以达到最优的培养效果。采用本发明的工艺后，不仅能缩短种子培养的种龄，提高发酵稳定性，而且能加快发酵生产强度、缩短发酵周期、提高发酵糖酸转化率和设备利用率，扩大了柠檬酸发酵原料的来源，提升了柠檬酸行业的竞争力，进而提高了企业的经济效益。

Description

一种柠檬酸发酵工艺
技术领域
本发明涉及柠檬酸发酵领域，具体涉及一种高温烘干玉米柠檬酸发酵工艺。
背景技术
柠檬酸(Citric acid)又名枸橼酸，学名为2-羟基丙烷三羧酸、2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸(2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid)，分子式C6H8O7。它是无色透明或半透明晶体，或粒状、微粒状粉末，无臭，虽有强烈酸味，但令人愉快，稍有后涩味，安全无毒，被广泛用作食品和饮料的酸味剂。生产柠檬酸的主要原料为玉米、瓜干、木薯，其中以玉米作为原料的居多，而在我国东北地区的玉米产量占全国的30％左右，东北地区的玉米由于其自然气候特点，玉米收获时的含水量较高(25％-30％)，目前收购企业主要采用热风干燥方式方式(干燥温度在55-65℃)将玉米含水率降至14％，以达到安全储存的要求，但在高温烘干过程中玉米的蛋白质、蛋白酶及维生素等微量元素都受到一定程度的破坏，从而对柠檬酸种子培养及发酵产酸产生一定的影响，导致种子质量下降、种龄延长、发酵速率降低、周期延长。现有技术中采用的玉米原料主要是自然晾干玉米。
发明内容
本发明针对现有高温烘干玉米柠檬酸发酵培养遇到的诸多技术瓶颈，提供了一种高温烘干玉米柠檬酸发酵培养工艺，其特点是在柠檬酸种子罐及发酵罐培养过程中，通过添加混合氮源及微量元素来弥补高温烘干玉米营养成分的损失以达到理想的培养效果；本发明根据菌种生长及产酸阶段的不同特性，通过调控氮源的种类及配比、添加微量元素，以达到最优的培养效果。采用本发明的工艺后，不仅能提高高温烘干玉米柠檬酸发酵种子培养效果，缩短种龄，提高发酵稳定性，而且能加快发酵生产强度、提高发酵糖酸转化率和设备利用率，进而提高了企业的经济效益，提升了企业的竞争力。
本发明所采用的具体技术方案如下：其具体步骤为：
(1)将高温烘干玉米粉碎，调浆，加入耐高温α-淀粉酶，经二次高压蒸汽喷射液化后得玉米液化液；
(2)将玉米液化液I和硫酸铵加入种子罐中，加水定容，制备成柠檬酸种子罐培养基，蒸汽消毒后保压降温待用；
(3)配制种子罐微量元素溶液，灭菌待用；
(4)将黑曲霉孢子加入无菌水中制成孢子悬浮液并将其接入柠檬酸种子罐培养基进行培养，得种子液；培养过程中通过连续流加方式加入种子罐微量元素溶液；
(5)将玉米液化液II用压滤机压滤得到液化清液，将液化清液、玉米液化液III、尿素和玉米浆加入发酵罐中，加水定容制备成发酵罐培养基，蒸汽消毒，保压降温后待用；
(6)配制发酵罐微量元素溶液，灭菌后待用；
(7)将培养好的种子液转入发酵罐培养基进行发酵，发酵过程中通过连续流加的方式加入发酵罐微量元素溶液。
步骤(1)中采用55-60℃的水进行调浆，温水有利于面粉溶解，调浆均匀，如果温度超过60℃玉米就会糊化，浆液粘稠不利于输送。水与玉米的质量比为2.5-3.0:1主要考虑液化完之后玉米液化液的总糖浓度为：20-22g/100mL，最终配置的发酵液糖度在17.5-18.5g/100mL，发酵液糖度多过高影响菌种的耐受性，糖度低则浪费水、设备利用率低。
液化完成后取一部分玉米液化液I加入种子罐中进行培养。步骤(2)中玉米液化液I与硫酸铵的含氮比为2.5-2.6:1，种子罐培养基中总糖浓度为：9.5-10.5g/100mL，总氮浓度为：0.22-0.24g/100mL。本发明根据总氮浓度(0.22-0.24g/100mL)以及总糖浓度(9.5-10.5g/100mL)加入硫酸铵及玉米液化液I，总氮过低菌体生长受影响，从而影响到产酸，总氮过高菌体疯长，耗糖，不利于产酸；总糖多过高影响菌种的耐受性，糖度低则浪费水、设备利用率低。制备成的柠檬酸种子罐培养基在121℃灭菌30min，保压降温后待用；
步骤(3)中种子罐微量元素溶液的具体配置过程为：取CuSO4·7H2O 40-50mg，ZnSO4·7H2O 35-40mg，MnSO4·H2O 30-35mg，Na2MoO4·2H2O 60-70mg，溶于去离子水中，定容至500mL，灭菌待用。溶液中的Cu2+、Zn2+、Mn2+和Mo6+对黑曲霉菌丝体的生长明显的促进作用。
将麸曲房培养好的黑曲霉孢子加入冷却后的无菌水，制成孢子悬浮液。将孢子菌液通过平板稀释分离法制成单菌落平板，培养成单菌落，通过菌落计数仪计数，按照每毫升种子液中接入70-80万个黑曲霉孢子的比例，通过火焰圈接种法将孢子悬浮液接入灭菌降温后的种子罐培养基，调节温度、风量、罐压及搅拌转速进行培养；一般2-3个黑曲霉孢子结合成一个黑曲霉菌球，而发酵液中菌球数在3-4万/ml时形成的菌球直径适中，表面积大原料利用率高，产酸能力最强，所以要求种子液接入70-80万个黑曲霉孢子。
种子液的具体培养过程为：培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃-36.0℃；罐压：0.08MPa-0.085MPa；通风比：0.10V/(V·min)-0.12V/(V·min)；搅拌速率：100rpm-110rpm；
培养6-25h阶段，控制培养温度：36.5℃-37.0℃；罐压：0.09Mp-0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)-0.16V/(V·min)，搅拌速率：200rpm-220rpm；通过连续流加方式进行流加微量元素，流量为每m3发酵液每h加1.20ml-1.25ml种子罐微量元素，通过单因素实验发现流量过高或过低都不利于菌丝体的生长。
0-6h阶段为种子的萌发阶段，控制较低的温度、风量、罐压机搅拌转速有利于种子的萌发；
6-25h阶段为黑曲霉生长旺盛期，需氧量加大，因此将温度、风量、罐压及搅拌转速相应调高，同时添加微量元素，以满足菌体生长的需求。
将另一部分玉米液化液II用厢式板框压滤机压滤得到液化清液，根据总氮、总糖加液化清液、玉米液化液III、尿素和玉米浆于发酵罐中，加水定容，制备成发酵罐培养基，蒸汽消毒，保压降温后待用。该步骤中总糖浓度为：17.5-18.5g/100mL，总氮浓度为：0.10g/100mL；总培养时间为：56-60h，菌球浓度为3-4万个/mL。
发酵罐微量元素溶液配制：CuSO4.7H2O 0.15g-0.20g，ZnSO4.7H2O 2.0-2.2g，MnCl2.4H2O 0.5-0.6g，FeSO4.4H2O 0.3-0.4g，CoCl.4H2O 0.15-0.20g，Na2MoO4.2菌待用；其中，Cu2+、Zn2+、Mn2+和Mo6+对黑曲霉菌丝体的生长明显的促进作用，Mn2+和EDTA对产柠檬酸关键酶-磷酸果糖激酶有明显的激活作用，而Fe2+能抑制柠檬酸分解酶-α-酮戊二酸脱氢酶的活性，从而阻遏了柠檬酸的降解，使柠檬酸得到积累。按每m3发酵液25ml上述浓度的微量元素溶液配制，通过单因素及正交实验发现在上述浓度范围微量元素对菌体生长及酶的激活作用最强，浓度降低作用降低，浓度继续提高，激活作用没有明显的提高，因此选用上述浓度。H2O 0.12-0.15g，和EDTA2.0-2.5g，溶于适量去离子水中，定容至500mL，灭
种子培养好后，用无菌转运方法将种子液转入灭菌降温后的发酵罐培养基，种子液与发酵液的体积比为1:10，调节温度、风量、罐压及搅拌转速开始发酵；
其中0-8h阶段，菌种刚从种子罐转入发酵罐，为了保证菌种适应的新的环境，同时由于菌体主要还处于生长阶段，所以将培养条件控制为培养温度：36.5-37.0℃；罐压：0.09-0.10MPa；通风比V/(V·min)：0.15-0.17；搅拌速率：250-270rpm；
8-48h阶段，菌体开始进入产酸高峰期，需氧量上升，同时需要各种微量元素来维持各种酶的活性，因此将培养条件控制为培养温度：36.5-37.0℃；罐压：0.09-0.10MPa；通风比：0.18-0.20V/(V·min)；搅拌速率：350-370rpm；同时开始流加发酵罐微量元素溶液，流量为每m3发酵液每h加1.20ml-1.25ml上述浓度的发酵液微量元素溶液；
48-56h阶段，菌体产酸速度将低，控制罐压：0.09-0.10MPa；通风比：0.15-0.17V/(V·min)；搅拌速率：300-320rpm；同时降低发酵罐微量元素的添加量，流量为每m3发酵液每h加0.32-0.37ml上述浓度的发酵液微量元素溶液。
本发明所涉及的高温烘干玉米原料就是采用热风干燥方式，干燥温度在65℃-75℃之间烘干得到的玉米。
本发明所述的玉米液化液I、玉米液化液II和玉米液化液IIII的体积总和为步骤1中得到的玉米液化液；玉米液化液I、玉米液化液II和玉米液化液IIII的体积比依次为1:8:2。
与现有技术相比，本发明的最主要特征就是采用新型原料高温烘干玉米进行柠檬酸种子罐及发酵罐的培养，发明人通过对菌体的生长及产酸规律的研究，对培养基的种类及配比进行了重新的调整，更能够适应菌体生长及产酸的需求，经过上述调整后经过种子罐及发酵罐培养后，较之现有技术有着同等的效果。
综上所述，本发明对种子罐的培养工艺进行了改进，中间添加了混合营养盐，从而有利于种子的生长，缩短了种龄；特别是在发酵阶段，通过改变氮源的种类及配比、添加混合营养盐，有效的缩短了发酵周期、提升了产酸水平，提高了糖酸转化率及发酵指数。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，可以使本领域技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。本发明所述玉米浆为市购。
实施例1
一种柠檬酸发酵工艺，其具体步骤为：
(1)将高温烘干玉米粉碎并与55℃温水按重量比1:2.6混合调浆，搅拌均匀后按0.5kg淀粉酶/t面粉的比例加入耐高温α-淀粉酶，经一次喷射(温度95℃)，后维持1.5h，再经二次喷射(温度105℃)，按0.3kg淀粉酶/t面粉的比例加入淀粉酶，碘试合格后待用，液化液总糖为22g/100ml。
(2)将液化好的玉米液化液I、硫酸铵加入种子罐，加水定容，配制成总糖为10.2g/100ml、总氮为0.22g/100ml的种子罐培养基，其中玉米液化液I与硫酸铵的含氮比为2.5:1，121℃，30min灭菌，保压降温后待用；同时配制种子罐微量元素溶液：CuSO4.7H2O 50mg，ZnSO4.7H2O 40mg，MnSO4.H2O30mg，Na2MoO4.2H2O 70mg，溶于适量去离子水中，定容至500mL，121℃，30min灭菌待用；
(3)将黑曲霉孢子制成孢子悬浮液，按照每毫升种子液中接入70-80万个黑曲霉孢子的比例，通过火焰圈接种法将孢子悬浮液接入灭菌降温后的种子罐培养基，调节温度、风量、罐压及搅拌转速进行培养；
其中培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃；罐压：0.08MPa；通风比：0.10V/(V·min)；搅拌速率：100rpm；
培养6-26h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)，搅拌速率：200rpm；通过连续流加方式进行流加种子罐微量元素，流量为每m3发酵液每h加1.20ml种子罐微量元素；
(4)将玉米液化液II用厢式板框压滤机压滤得到液化清液，将液化清液、玉米液化液III、尿素和玉米浆加入发酵罐中，加水定容，制备成总糖浓度为18.2g/100ml、总氮为0.10g/100ml的发酵罐培养基，其中玉米液化液III与尿素、玉米浆的含氮比为6:1:3，121℃，30min灭菌，降温后保压待用；
发酵罐微量元素溶液配制：CuSO4.7H2O 0.2g，ZnSO4.7H2O 2.2g，MnCl2.4H2O 0.6g，FeSO4.4H2O 0.3g，CoCl.4H2O 0.15g，Na2MoO4.2H2O 0.12g，和EDTA2.5g，溶于适量去离子水中，定容至500mL，121℃，30min灭菌待用；
种子培养好后，用无菌转运方法将种子液转入灭菌降温后的发酵罐培养基，种子液与发酵液的体积比为1:10，调节温度、风量、罐压及搅拌转速开始发酵；
其中0-8h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：250rpm；
8-48h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.18V/(V·min)；搅拌速率：350rpm；同时开始流加发酵罐微量元素溶液，流量为每m3发酵液每h加1.20ml；
48-57h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：300rpm；同时降低发酵罐微量元素的添加量，流量为每m3发酵液每h加0.35ml；
在此条件下，种子罐培养种龄26h，发酵周期57h，产酸18.43％，转化率101.36％，发酵指数为3.23g/(L·h)。
实施例2
(1)将高温烘干玉米粉碎并与55℃温水按重量比1:2.8混合调浆，搅拌均匀后按0.5kg淀粉酶/t面粉的比例加入耐高温α-淀粉酶，经一次喷射(温度95℃)，后维持1.5h，再经二次喷射(温度105℃)，按0.3kg淀粉酶/t面粉的比例加入淀粉酶，碘试合格后待用，液化液总糖为20.9g/100ml。
(2)将液化好的玉米液化液I、硫酸铵加入种子罐，加水定容，配制成总糖为9.9g/100ml、总氮为0.22g/100ml的种子罐培养基，其中玉米液化液I与硫酸铵的含氮比为2.5:1，121℃，30min灭菌，保压降温后待用；同时配制种子罐微量元素溶液：CuSO4.7H2O 40mg，ZnSO4.7H2O 4035mg，MnSO4.H2O 35mg，Na2MoO4.2H2O 60mg，溶于适量去离子水中，定容至500mL，121℃，30min灭菌待用；
(3)将黑曲霉孢子制成孢子悬浮液，按照每毫升种子液中接入70-80万个黑曲霉孢子的比例，通过火焰圈接种法将孢子悬浮液接入灭菌降温后的种子罐培养基，调节温度、风量、罐压及搅拌转速进行培养；
其中培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃；罐压：0.08MPa；通风比：0.10V/(V·min)；搅拌速率：100rpm；
培养6-26h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)，搅拌速率：200rpm；通过连续流加方式进行流加种子罐微量元素，流量为每m3发酵液每h加1.20ml种子罐微量元素；
(4)将玉米液化液II用厢式板框压滤机压滤得到液化清液，将液化清液、玉米液化液III、尿素和玉米浆加入发酵罐中，加水定容，制备成总糖浓度为17.8g/100ml、总氮为0.10g/100ml的发酵液培养基，其中玉米液化液III、尿素、玉米浆的含氮比为6:1:3，121℃，30min灭菌，降温后保压待用；同时配制发酵罐微量元素溶液121℃，30min灭菌待用；
发酵罐微量元素溶液配制：CuSO4.7H2O 0.15g，ZnSO4.7H2O 2.0g，MnCl2.4H2O0.5g，FeSO4.4H2O 0.4g，CoCl.4H2O 0.2g，Na2MoO4.2H2O 0.15g，和EDTA2.0g，溶于适量去离子水中，定容至500mL，121℃，30min灭菌待用；
种子培养好后，用无菌转运方法将种子液转入灭菌降温后的发酵罐培养基，种子液与发酵液的体积比为1:10，调节温度、风量、罐压及搅拌转速开始发酵；
其中0-8h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：250rpm；
8-48h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.18V/(V·min)；搅拌速率：350rpm；同时开始流加发酵罐微量元素溶液，流量为每m3发酵液每h加1.20ml；
48-56h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：300rpm；同时降低发酵罐微量元素的添加量，流量为每m3发酵液每h加0.35ml；
在此条件下，种子罐培养种龄26h，发酵周期56h，产酸18.25％，转化率102.33％，发酵指数为3.26g/(L·h)。
实施例3
(1)将高温烘干玉米粉碎并与55℃温水按重量比1:3.0混合调浆，搅拌均匀后按0.5kg淀粉酶/t面粉的比例加入耐高温α-淀粉酶，经一次喷射(温度95℃)，后维持1.5h，再经二次喷射(温度105℃)，按0.3kg淀粉酶/t面粉的比例加入淀粉酶，碘试合格后待用，液化液总糖为20.0g/100ml。
(2)将液化好的玉米液化液I、硫酸铵加入种子罐，加水定容，配制成总糖为9.6g/100ml、总氮为0.22g/100ml的种子罐培养基，其中玉米液化液I与硫酸铵的含氮比为2.5:1，121℃，30min灭菌，保压降温后待用；同时配制种子罐微量元素溶液：CuSO4.7H2O 50mg，ZnSO4.7H2O 40mg，MnSO4.H2O30mg，Na2MoO4.2H2O 70mg，溶于适量去离子水中，定容至500mL，121℃，30min灭菌待用；
(3)将黑曲霉孢子制成孢子悬浮液，按照每毫升种子液中接入70-80万个黑曲霉孢子的比例，通过火焰圈接种法将孢子悬浮液接入灭菌降温后的种子罐培养基，调节温度、风量、罐压及搅拌转速进行培养；
其中培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃；罐压：0.08MPa；通风比：0.10V/(V·min)；搅拌速率：100rpm；
培养6-26h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)，搅拌速率：200rpm；通过连续流加方式进行流加种子罐微量元素，流量为每m3发酵液每h加1.20ml种子罐微量元素；
发酵罐微量元素溶液配制：CuSO4.7H2O 0.17g，ZnSO4.7H2O 2.1g，MnCl2.4H2O0.5g，FeSO4.4H2O 0.3g，CoCl.4H2O 0.18g，Na2MoO4.2H2O 0.14g，和EDTA2.2g，溶于适量去离子水中，定容至500mL，121℃，30min灭菌待用；
(4)将玉米液化液II用厢式板框压滤机压滤得到液化清液，将液化清液、玉米液化液III、尿素和玉米浆加入发酵罐中，加水定容，制备成总糖浓度为17.4g/100ml、总氮为0.10g/100ml的发酵液培养基，其中玉米液化液III、尿素、玉米浆的含氮比为6:1:3，121℃，30min灭菌，降温后保压待用；同时配制发酵罐微量元素溶液121℃，30min灭菌待用；
种子培养好后，用无菌转运方法将种子液转入灭菌降温后的发酵液培养基，种子液与发酵液的体积比为1:10，调节温度、风量、罐压及搅拌转速开始发酵；
其中0-8h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：250rpm；
8-48h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.18V/(V·min)；搅拌速率：350rpm；同时开始流加发酵罐微量元素溶液，流量为每m3发酵液每h加1.20ml；
48-56h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：300rpm；同时降低发酵罐微量元素的添加量，流量为每m3发酵液每h加0.35ml；
在此条件下，种子罐培养种龄26h，发酵周期55h，产酸17.94％，转化率102.92％，发酵指数为3.26g/(L·h)。
实施例4
(1)将高温烘干玉米粉碎并与60℃温水按重量比1:2.5混合调浆，搅拌均匀后按0.5kg淀粉酶/t面粉的比例加入耐高温α-淀粉酶，经一次喷射(温度95℃)，后维持1.5h，再经二次喷射(温度105℃)，按0.3kg淀粉酶/t面粉的比例加入淀粉酶，碘试合格后待用，液化液总糖为20.0g/100ml。
(2)将液化好的玉米液化液I、硫酸铵加入种子罐，加水定容，配制成总糖为9.6g/100ml、总氮为0.24g/100ml的种子罐培养基，其中玉米液化液I与硫酸铵的含氮比为2.6:1，121℃，30min灭菌，保压降温后待用；同时配制种子罐微量元素溶液：CuSO4.7H2O 45mg，ZnSO4.7H2O 38mg，MnSO4.H2O32mg，Na2MoO4.2H2O 65mg，溶于适量去离子水中，定容至500mL，121℃，30min灭菌待用；
(3)将黑曲霉孢子制成孢子悬浮液，按照每毫升种子液中接入70-80万个黑曲霉孢子的比例，通过火焰圈接种法将孢子悬浮液接入灭菌降温后的种子罐培养基，调节温度、风量、罐压及搅拌转速进行培养；
其中培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃；罐压：0.08MPa；通风比：0.10V/(V·min)；搅拌速率：100rpm；
培养6-26h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)，搅拌速率：200rpm；通过连续流加方式进行流加种子罐微量元素，流量为每m3发酵液每h加1.20ml种子罐微量元素；
(4)将玉米液化液II用厢式板框压滤机压滤得到液化清液，将液化清液、玉米液化液III、尿素和玉米浆加入发酵罐中，加水定容，制备成总糖浓度为17.4g/100ml、总氮为0.10g/100ml的发酵液培养基，其中玉米液化液III、尿素、玉米浆的含氮比为6:1:3，121℃，30min灭菌，降温后保压待用；同时配制发酵罐微量元素溶液121℃，30min灭菌待用；
发酵罐微量元素溶液配制：CuSO4.7H2O 0.2g，ZnSO4.7H2O 2.2g，MnCl2.4H2O 0.6g，FeSO4.4H2O 0.3g，CoCl.4H2O 0.15g，Na2MoO4.2H2O 0.12g，和EDTA2.5g，溶于适量去离子水中，定容至500mL，121℃，30min灭菌待用；
种子培养好后，用无菌转运方法将种子液转入灭菌降温后的发酵液培养基，种子液与发酵液的体积比为1:10，调节温度、风量、罐压及搅拌转速开始发酵；
其中0-8h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：250rpm；
8-48h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.18V/(V·min)；搅拌速率：350rpm；同时开始流加发酵罐微量元素溶液，流量为每m3发酵液每h加1.20ml；
48-56h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：300rpm；同时降低发酵罐微量元素的添加量，流量为每m3发酵液每h加0.35ml；
在此条件下，种子罐培养种龄26h，发酵周期55h，产酸18.24％，转化率102.82％，发酵指数为3.26g/(L·h)。
比较例1
(1)将粉碎好的自然晾干玉米面粉与温水按重量比1:2.8混合调浆，搅拌均匀后加适量淀粉酶经二次高压蒸汽喷射液化，液总糖为20.9g/100ml。
(2)将液化好的玉米液化液I、硫酸铵加入种子罐，加水定容，配制成总糖为9.9g/100ml、总氮为0.22g/100ml的种子罐培养基，121℃，30min灭菌，保压降温后待用；
(3)将黑曲霉孢子制成孢子悬浮液，按照每毫升种子液中接入70-80万个黑曲霉孢子的比例，通过火焰圈接种法将孢子悬浮液接入灭菌降温后的种子罐培养基，调节温度、风量、罐压及搅拌转速进行培养；
其中培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃；罐压：0.08MPa；通风比：0.10V/(V·min)；搅拌速率：100rpm；
培养6-25h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)，搅拌速率：200rpm；
(4)将玉米液化液II用厢式板框压滤机压滤得到液化清液，将液化清液、玉米液化液III加入发酵罐中，加水定容，制备成总糖浓度为17.8g/100ml、总氮为0.10g/100ml的发酵罐培养基，121℃，30min灭菌，降温后保压待用；种子培养好后，用无菌转运方法将种子液转入灭菌降温后的发酵液培养基，种子液与发酵液的体积比为1:10，调节温度、风量、罐压及搅拌转速开始发酵；
其中0-8h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：250rpm；
8-48h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.18V/(V·min)；搅拌速率：350rpm；
48-56h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：300rpm；
在此条件下，种子罐培养种龄26h，发酵周期56h，产酸18.30％，转化率102.61％，发酵指数为3.27g/(L·h)。
比较例2
(1)将粉碎好的东北高温烘干玉米面粉与温水按重量比1:2.8混合调浆，搅拌均匀后加适量淀粉酶经二次高压蒸汽喷射液化，液总糖为20.9g/100ml。
(2)将液化好的玉米液化液I、硫酸铵加入种子罐，加水定容，配制成总糖为9.9g/100ml、总氮为0.22g/100ml的种子罐培养基，121℃，30min灭菌，保压降温后待用；
(3)将黑曲霉孢子制成孢子悬浮液，按照每毫升种子液中接入70-80万个黑曲霉孢子的比例，通过火焰圈接种法将孢子悬浮液接入灭菌降温后的种子罐培养基，调节温度、风量、罐压及搅拌转速进行培养；
其中培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃；罐压：0.08MPa；通风比：0.10V/(V·min)；搅拌速率：100rpm；
培养6-25h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)，搅拌速率：200rpm；
(4)将玉米液化液II用厢式板框压滤机压滤得到液化清液，将液化清液、玉米液化液III加入发酵罐中，加水定容，制备成总糖浓度为17.8g/100ml、总氮为0.10g/100ml的发酵液培养基，121℃，30min灭菌，降温后保压待用；种子培养好后，用无菌转运方法将种子液转入灭菌降温后的发酵液培养基，种子液与发酵液的体积比为1:10，调节温度、风量、罐压及搅拌转速开始发酵；
其中0-8h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：250rpm；
8-48h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.18V/(V·min)；搅拌速率：350rpm；
48-56h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率：300rpm；
在此条件下，种子罐培养种龄28h，发酵周期61h，产酸17.65％，转化率98.97％，发酵指数为2.89g/(L·h)。
表1本发明与现有技术指标对比
本发明所述的高温烘干玉米新工艺与目前的自然晾干玉米现工艺相比较，发酵周期、产酸率、转化率及发酵指数基本相近；而与高温烘干玉米现工艺相比较，菌种种龄及发酵周期缩短，产酸率提高，转化率和发酵指数也相应提高，扩大了柠檬酸发酵原料的来源，提高了企业在柠檬酸行业的竞争力。

Claims (3)

1.一种柠檬酸发酵工艺，其特征在于：采用高温烘干玉米为原料，并在柠檬酸种子罐及发酵罐培养过程中添加混合氮源及微量元素；其具体步骤为：
(1)将高温烘干玉米粉碎，调浆，加入耐高温α-淀粉酶，经二次高压蒸汽喷射液化后得玉米液化液；
(2)将玉米液化液I和硫酸铵加入种子罐中，加水定容，制备成柠檬酸种子罐培养基，蒸汽消毒后保压降温待用；
(3)配制种子罐微量元素溶液，灭菌待用；
(4)将黑曲霉孢子加入无菌水中制成孢子悬浮液并将其接入柠檬酸种子罐培养基进行培养，得种子液；培养过程中通过连续流加方式加入种子罐微量元素溶液；
(5)将玉米液化液II用压滤机压滤得到液化清液，将液化清液、玉米液化液III、尿素和玉米浆加入发酵罐中，加水定容制备成发酵罐培养基，蒸汽消毒，保压降温后待用；
(6)配制发酵罐微量元素溶液，灭菌后待用；
(7)将培养好的种子液转入发酵罐培养基进行发酵，发酵过程中通过连续流加的方式加入发酵罐微量元素溶液；
步骤(2)中玉米液化液I与硫酸铵的含氮比为2.5-2.6:1，种子罐培养基中总糖浓度为：9.5-10.5g/100mL，总氮浓度为：0.22-0.24g/100mL；
步骤(3)中种子罐微量元素溶液的具体配置过程为：取CuSO4·7H2O 40-50mg，ZnSO4·7H2O 35-40mg，MnSO4·H2O 30-35mg，Na2MoO4·2H2O 60-70mg，溶于去离子水中，定容至500mL，灭菌待用；
步骤(4)中具体的培养过程为：培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃；罐压：0.08MPa；通风比0.10V/(V·min)；搅拌速率：100rpm；培养6-26h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)，搅拌速率：200rpm；通过连续流加方式进行流加微量元素；
步骤(5)中发酵罐培养基中总糖浓度为：17.5-18.5g/100mL，总氮浓度为：0.10g/100mL；
步骤(6)中发酵罐微量元素溶液配制：CuSO4·7H2O 0.15g-0.20g，ZnSO4·7H2O 2.0-2.2g，MnCl2·4H2O 0.5-0.6g，FeSO4·4H2O 0.3-0.4g，CoCl·4H2O 0.15-0.20g，Na2MoO4·2H2O 0.12-0.15g，和EDTA 2.0-2.5g，溶于去离子水中，定容至500mL，灭菌待用；
步骤(7)中种子液与发酵液的体积比为1:10，具体的发酵过程为：其中0-8h阶段，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.1V/(V·min)；搅拌速率：250rpm；8-48h阶段，控制罐压：0.10MPa；通风比：0.18V/(V·min)；搅拌速率350rpm；控制一定的流量流加发酵罐微量元素溶液；48-57h阶段，控制罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)；搅拌速率300rpm；同时调节发酵罐微量元素溶液的流加量；
所述的玉米液化液I、玉米液化液II和玉米液化液IIII的体积总和为步骤(1)中得到的玉米液化液；玉米液化液I、玉米液化液II和玉米液化液IIII的体积比依次为1:8:2。
2.根据权利要求1所述的一种柠檬酸发酵工艺，其特征在于：步骤(1)中采用55-60℃的水进行调浆，水与玉米的质量比为2.5-3.0:1，玉米液化液的总糖浓度为：20-22g/100mL。
3.根据权利要求1所述的一种柠檬酸发酵工艺，其特征在于：步骤(4)中，每毫升种子液中接入70-80万个黑曲霉孢子。
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