CN107868803B - 一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法，以柠檬酸发酵后的废弃黑曲霉菌丝体为原料，添加合理氮源与碳源进行柠檬酸发酵，采用本发明的技术方案，既能有效的提高黑曲霉菌丝体的利用价值，又能提高柠檬酸发酵过程菌种利用氮源的效率，促进柠檬酸快速生长和产酸，减少能源消耗，提高产酸效率，进一步增加企业的经济效益和提升企业的行业竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及柠檬酸发酵领域，尤其涉及一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法。
背景技术
柠檬酸，学名2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸，分子式C6H8O7(无水物)，是一种广泛地应用于食品，医药和化工领域的有机酸。随着经济的发展，各行各业对柠檬酸的需求量稳步上升，当然各企业面对的挑战与机遇也越来越多。柠檬酸主要用于食品工业、医药业、化学工业,并且在电子、纺织、石油、皮革、建筑、摄影、塑料、铸造和陶瓷等工业领域中也有十分广阔的应用。
目前，柠檬酸发酵企业在生产过程中会产生大量的黑曲霉菌丝体，主要的处置方法为作为柠檬酸糟饲料出售，但有的处理不当的甚至成为废弃物，造成资源浪费，附加值相对低，浪费宝贵资源。本发明旨在通过将生产过程中产生的部分黑曲霉菌丝体通过有效水解，得到富含高效氮源的菌丝体水解液，加入到柠檬酸发酵培养基中，可加快菌种产酸，缩短发酵周期，提高产酸率，从而降低发酵成本，具有良好的经济效益。因此，发明中通过将黑曲霉菌丝体水解，合理调配不同氮源组成，促进发酵产酸，缩短发酵周期达到节能降耗的效果，可以为柠檬酸行业的技术进步提供思路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法，该技术能够提高发酵产酸速率、缩短发酵周期，又能提高产酸量，解决了目前柠檬酸生产中黑曲霉菌丝体附加值低、发酵周期长、产酸慢、转化率低和设备利用率低等问题。
本发明所采用的技术方案所涉及的原料及主要步骤包括：
1)黑曲霉菌丝体收集工序：将发酵结束的柠檬酸发酵液经过滤或压滤分离后收集黑曲霉菌丝体；过滤所得清液进行柠檬酸提取的后续工艺；
2)黑曲霉菌丝体水解液制备工序：将黑曲霉菌丝体进行破碎处理，再加入溶菌酶水解制备黑曲霉菌丝体水解液；
具体方法为：黑曲霉菌丝体直接经球磨机进行粉碎处理后按照质量体积比1:3-5加水混匀或按照质量体积比1:3-5加水调浆后通过胶体磨或均质机破碎处理，然后按照每克菌丝体加入5-20酶单位的溶菌酶，于150-300转/min，35-40℃条件下水解3-12h，即得黑曲霉菌丝体水解液；
通过将黑曲霉菌丝体水解可以直接获得黑曲霉菌种生长所必需的各种氨基酸组分，菌种可直接快速利用，减少了由菌种生长分泌蛋白酶作用于蛋白来产生氨基酸的过程，大幅提高氮源利用效率，促进菌种迅速扩繁生长和发酵产酸的相关酶系的快速合成，使得菌种生长和产酸加快。
本发明采用酶水解黑曲霉菌体，优点为：一是酶水解相对温和，对物料的营养组分保持的更为完整；二是酶水解不引入其他的阴阳离子(例如：盐酸水解带入氯离子会对菌种生长产生抑制)，有利于减少后续离交的负荷。
3)麸皮水解液制备工序：将麸皮粉碎后加水调浆，再加入淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶进行水解制备麸皮水解液；
具体为：将麸皮采用粉碎机粉碎，过100目筛，然后按照质量体积比1:2-5加入水，调浆后按照每克麸皮加入5-10酶单位纤维素酶、5-10酶单位蛋白酶和5-10酶单位淀粉酶于40-90℃条件下水解2-6h，即得麸皮水解液；
4)玉米液化工序：将玉米粉浆输送至喷射液化装置采用连续喷射液化工艺进行液化；
具体为：采用粉碎机将玉米粉碎，过40目筛通过率≥50％，随后按照质量体积比玉米：水为1:2.8-3.2的比例加55-65℃的水调浆，随后按每克玉米粉加入10-20酶单位的耐高温α-淀粉酶，经二次连续喷射液化，喷射温度为80-130℃，时间为2-6小时，即得玉米液化液。
5)玉米液化液过滤工序：将步骤4)方法得到的玉米液化液采用板框过滤机或卧螺离心机进行过滤，即得玉米液化液清液；
6)发酵培养基制备工序：按以下配方向发酵罐中加入各组分，按质量百分比计，各组分占比为：黑曲霉菌丝体水解液：5-15％，麸皮水解液：5-20％，玉米液化液清液：65-80％，玉米液化液：10-25％；然后通过蒸汽升温消毒，升至80-115℃，恒温15-30分钟，再降温至35-38℃，即制备得到发酵培养基；
本发明中发酵培养基采用以上优化配比，合理控制发酵碳氮比，一方面黑曲霉菌丝体水解液作为速效氮源有利于菌种前期的快速生长和产酸，其他迟效氮源保证菌种发酵后劲，使整个发酵周期中菌种保持茁壮，提高产酸速率，提高菌种自身产酸周期。
7)发酵工序：将培养成熟的柠檬酸发酵种子液按照5-15％的接种量接入发酵培养基中，使柠檬酸发酵液菌球密度达到2-5*104个/ml；控制发酵温度为35-38℃，进行发酵直至发酵终了；
发酵过程的发酵参数与控制均为常规柠檬酸发酵控制参数，在此不再赘述；本发明中所述的溶菌酶为生物领域破壁常用酶，本发明中所涉及的其他酶均为柠檬酸发酵常规试剂；本发明中所涉及的质量体积比的单位均为kg/l。
本发明通过将黑曲霉菌丝体水解回用于柠檬酸发酵生产，与目前的柠檬酸发酵生产柠檬酸相比发酵指数提高了5～10％，即在相同的产酸水平上，缩短发酵周期3小时以上，在相同的发酵周期上，产酸水平提高了5～10％，从而大大提高了设备的利用率，在不增加发酵设备的情况下，可以使生产企业的年产量提高约5％，发酵电耗降低10％，既提高了菌丝体的附加值又节能降耗，具有可观的经济效益，能有效综合提高企业的竞争力。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施实例1
将柠檬酸发酵液过滤，收集黑曲霉菌丝体，随后经球磨机破碎后按照质量体积比1:3-5加水混匀，按照每克菌丝体加入10个单位的溶菌酶于200转/min进行搅拌、40℃条件下反应6h，菌丝体水解液制备完成；
将麸皮采用粉碎机粉碎，过100目筛，然后按照质量体积比1:2加入水，调浆后按照每克麸皮加入10个酶单位纤维素酶、5个酶单位蛋白酶和7个酶单位淀粉酶于60℃水解3h，麸皮水解液制备完成；
玉米粉碎制备玉米粉，玉米粉40目的透过率在60％以上；按照质量体积比玉米：水为1:3.0的比例加60℃的水调浆，按每克玉米粉15个酶单位加入耐高温α-淀粉酶；采用连续喷射液化工艺进行液化，一次喷射液化温度控制在85℃，二次喷射液化温度控制在127℃，在液化层流罐中维持4小时，得玉米液化液；
将碘试合格的玉米液化液采用板框过滤机过滤，得玉米液化液清液；
按以下配方向发酵罐中加入各组分，按质量百分比计，各组分占比为：黑曲霉菌丝体水解液：15％，麸皮水解液：10％，玉米液化液清液：65％，玉米液化液：10％；然后通过蒸汽升温消毒，升至90℃，恒温30分钟，再降温至37℃，即制备得到发酵培养基；
将培养成熟的种子液移至发酵罐中，使发酵液中菌球浓度达到28000个/mL,并保证通风，直至发酵终了。
在此条件下，发酵55小时，产酸18.75％，转化率101.87％，发酵指数为3.41g/L·h。
实施实例2
将柠檬酸发酵液过滤收集得到黑曲霉菌丝体，随后按照质量体积比菌丝体：水1:5的比例调浆，经胶体磨破碎处理，按照每克菌丝体加入20个单位的溶菌酶于150rpm搅拌、35℃条件下反应3h，菌丝体水解液制备完成；
将麸皮采用粉碎机粉碎，过100目筛，然后按照质量体积比1:3加入水，调浆后按照每克麸皮加入5个酶单位纤维素酶、5个酶单位蛋白酶和10个酶单位淀粉酶于50℃水解3.5h，麸皮水解液制备完成；
玉米粉碎制备玉米粉，玉米粉40目的透过率在75％以上；按照质量体积比玉米：水为1:3.1的比例加58℃的水调浆，按每克玉米粉15个单位加入耐高温α-淀粉酶；采用连续喷射液化工艺进行液化，一次喷射液化温度控制在95℃，二次喷射液化温度控制在125℃，在液化层流罐中维持2小时；
将碘试合格的玉米液化液采用板框过滤机过滤，得玉米液化液清液；
按以下配方向发酵罐中加入各组分，按质量百分比计，各组分占比为：黑曲霉菌丝体水解液：8％，麸皮水解液：12％，玉米液化液清液：70％，玉米液化液：10％；然后通过蒸汽升温消毒，升至110℃，恒温20分钟，再降温至38℃，即制备得到发酵培养基；将培养成熟的种子液移至发酵罐中，使发酵液中菌球浓度达到35000个/mL,并保证通风，直至发酵终了。
在此条件下，发酵54小时，产酸19.16％，转化率102.46％，发酵指数为3.55g/L·h。
实施实例3
将柠檬酸发酵液过滤收集得到黑曲霉菌丝体，随后按照质量体积比菌丝体：水为1:3.1的比例调浆，经均质机破碎处理，按照每克菌丝体加入10个单位的溶菌酶于140rpm搅拌、37℃条件下反应4h，菌丝体水解液制备完成；
将麸皮采用粉碎机粉碎，过100目筛，然后按照质量体积比1:2.5加入水，调浆后按照每克麸皮加入8个酶单位纤维素酶、10个酶单位蛋白酶和5个酶单位淀粉酶于60℃水解2h，麸皮水解液制备完成；
玉米粉碎制备玉米粉，玉米粉40目的透过率在90％以上；按照质量体积比玉米：水为1:3.2的比例加55℃的水调浆，按每克玉米粉10个单位加入耐高温α-淀粉酶；采用连续喷射液化工艺进行液化，一次喷射液化温度控制在97℃，二次喷射液化温度控制在127℃，在液化层流罐中维持1.6小时，得玉米液化液；
将碘试合格的玉米液化液采用板框过滤机过滤，得玉米液化液清液；
按以下配方向发酵罐中加入各组分，按质量百分比计，各组分占比为：黑曲霉菌丝体水解液：12％，麸皮水解液：5％，玉米液化液清液：73％，玉米液化液：15％；然后通过蒸汽升温消毒，升至95℃，恒温30分钟，再降温至37℃，即制备得到发酵培养基；
将培养成熟的种子液移至发酵罐中，使发酵液中菌球浓度达到32000个/mL,并保证通风，直至发酵终了。
在此条件下，发酵53小时，产酸19.20％，转化率102.94％，发酵指数为3.62g/L·h。
实施实例4
将柠檬酸发酵液过滤收集得到黑曲霉菌丝体，随后按照质量体积比菌丝体：水1:3.5的比例调浆，经均质机破碎处理后，按照每克菌丝体加入5个单位的溶菌酶于180转/min搅拌、35℃条件下反应9h，菌丝体水解液制备完成；
将麸皮采用粉碎机粉碎，过100目筛，然后按照质量体积比1:3.5加入水，调浆后按照每克麸皮加入5个酶单位纤维素酶、5个酶单位蛋白酶和5个酶单位淀粉酶于85℃水解3h，麸皮水解液制备完成；
玉米粉碎制备玉米粉，玉米粉40目的透过率在60％以上；按照质量体积比玉米：水为1:3.0的比例加62℃的水调浆，按每克玉米粉10个酶单位加入耐高温α-淀粉酶；采用连续喷射液化工艺进行液化，一次喷射液化温度控制在97℃，二次喷射液化温度控制在130℃，在液化层流罐中维持1.6小时，得玉米液化液；
将碘试合格的玉米液化液采用卧螺离心机过滤，得玉米液化液清液；
按以下配方向发酵罐中加入各组分，按质量百分比计，各组分占比为：黑曲霉菌丝体水解液：10％，麸皮水解液：15％，玉米液化液清液：75％，玉米液化液：15％；然后通过蒸汽升温消毒，升至85℃，恒温30分钟，再降温至36℃，即制备得到发酵培养基；
将培养成熟的种子液移至发酵罐中，使发酵液中菌球浓度达到45000个/mL,并保证通风，直至发酵终了。
在此条件下，发酵55小时，产酸19.37％，转化率103.03％，发酵指数为3.52g/L·h；发酵液送至提取车间采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。
对比例(原有技术)
玉米粉碎制备玉米粉，玉米粉40目的透过率在50％以上；将玉米粉与水按照1:3.0(单位：kg：l)加水调浆，按每克玉米粉20个单位加入耐高温α-淀粉酶；采用连续喷射液化工艺进行液化，一次喷射液化温度控制在95℃，二次喷射液化温度控制在125℃，在液化层流罐中维持3小时；将碘试合格的玉米液化液采用板框过滤机过滤；按以下配方向发酵罐中加入各组分，按质量百分比计，各组分占比为：玉米液化液清液：75％，玉米液化液：25％；然后通过蒸汽升温消毒95℃，恒温30分钟，再降温至37℃，即制备得到发酵培养基；将培养成熟的种子液移至发酵罐中，使发酵液中菌球浓度达到35000个/mL,并保证通风，直至发酵终了。
在此条件下，发酵60小时，产酸17.8％，转化率98.45％，发酵指数为3.11g/L·h。
实施效果对比
从上表的实施效果对比可以看出，对比常规工艺，无论是从产酸量还是发酵周期上本发明所述方法对柠檬酸发酵都有很大的优化；并且对废弃菌体加以再利用，省去了处理废弃菌体的资源消耗，可见本发明所述柠檬酸发酵方法对柠檬酸发酵行业和环境资源优化方面都是很好的进步。
Claims (5)
1.一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法，其特征在于，将柠檬酸发酵菌丝体水解后回用于其发酵培养基中，发酵培养基组成按重量百分比计，配比如下：黑曲霉菌丝体水解液：5-15%，麸皮水解液：5-20%，玉米液化液清液：65-80%，玉米液化液：10-25%；具体步骤如下：
1）黑曲霉菌丝体收集工序：将发酵结束的柠檬酸发酵液经过滤或压滤分离后收集黑曲霉菌丝体；
2）黑曲霉菌丝体水解液制备工序：将黑曲霉菌丝体进行破碎处理，再加入溶菌酶水解制备黑曲霉菌丝体水解液；
3）麸皮水解液制备工序：将麸皮粉碎后加水调浆，再加入淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶进行水解制备麸皮水解液；
4）玉米液化工序：将玉米粉浆输送至喷射液化装置采用连续喷射液化工艺进行液化；
5）玉米液化液清液制备工序：将步骤4）方法得到的玉米液化液进行过滤，即得玉米液化液清液；
6）发酵培养基制备工序：按以下配方向发酵罐中加入各组分，按质量百分比计，各组分占比为：黑曲霉菌丝体水解液：5-15%，麸皮水解液：5-20%，玉米液化液清液：65-80%，玉米液化液：10-25%；
然后通过蒸汽升温消毒，升至80-115℃，恒温15-30分钟，再降温至35-38℃，即制备得到发酵培养基；
7）发酵工序：将培养成熟的柠檬酸发酵种子液接入发酵培养基中，控制发酵温度为35-38℃，进行发酵直至发酵终了；
步骤2）所述的黑曲霉菌丝体水解液制备的具体方法为：黑曲霉菌丝体直接经球磨机粉碎处理后按照质量体积比1:3-5加水混匀或按照质量体积比1:3-5加水调浆后通过胶体磨或均质机破碎处理，然后按照每克菌丝体加入5-20酶单位的溶菌酶，于150-300转/min，35-40℃条件下水解3-12h，即得黑曲霉菌丝体水解液。
2.根据权利要求1所述的一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法，其特征在于，步骤3）所述的麸皮水解液制备，具体为：将麸皮采用粉碎机粉碎，过100目筛，然后按照质量体积比1:2-5加入水，调浆后按照每克麸皮加入5-10酶单位纤维素酶、5-10酶单位蛋白酶和5-10酶单位淀粉酶于40-90℃水解2-6h，即得麸皮水解液。
3.根据权利要求1所述的一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法，其特征在于，步骤4）所述的玉米液化过程具体为：采用粉碎机将玉米粉碎，过40目筛通过率≥50%，随后按照质量体积比玉米：水为1:2.8-3.2的比例加55-65℃的水调浆，随后按每克玉米粉加入10-20酶单位的耐高温α-淀粉酶，经二次连续喷射液化，喷射温度为80-130℃，时间为2-6小时，即得玉米液化液。
4.根据权利要求1所述的一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法，其特征在于，步骤5）所述的过滤方法为采用板框过滤机或卧螺离心机进行过滤。
5.根据权利要求1所述的一种柠檬酸发酵菌丝体水解液回用于柠檬酸发酵的方法，其特征在于，步骤7）所述的柠檬酸发酵液接种量为5-15%，使菌球密度达到2-5*104个/ml。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |