CN109266695B - 一种利用柿子发酵生产柠檬酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，该方法以柿子浆和薯类糖化液为原料，接种黑曲霉后进行发酵即得柠檬酸；黑曲霉添加量为10⁴～10⁶个孢子/g原料；柿子浆的用量为薯类糖化液用量的至少2倍；所述原料的糖度为15％～20％。发酵液经过现有技术提取后可获得无水柠檬酸或一水柠檬酸结晶。采用本发明方法生产的柠檬酸，成本低、产率高、质量稳定、生产周期短，是非粮生产柠檬酸的另一条重要替代途径。本发明的提出对于提高柿子的附加值，解决产量过剩的问题，又增加农民经济收入，当地政府财政收入和保护生态环境，具有重要意义。

Description

一种利用柿子发酵生产柠檬酸的方法

技术领域

本发明属于生物发酵生产有机酸技术领域，特别涉及一种利用柿子发酵生产柠檬酸的方法。

背景技术

柿子(Persimmon)多年生落叶果树，是我国五大水果(葡萄、柑桔、香蕉、苹果、柿子)之一。但因柿子含有较多的果胶、鞣酸，在脱涩时，不可能将其中的鞣酸全部脱尽，吃完柿子后果胶易残余留在牙缝中，加上弱酸性的鞣酸，很易对牙齿造成侵蚀形成龋齿；熟柿子含较多糖类(每100g 熟柿中可含糖5～20g)，包括蔗糖、葡萄糖、果糖等，糖尿病患者忌食。故而近年来其食用销量大下降，在北方农村秋季常出现柿子无人采摘，落果污染环境，甚至要砍伐柿树等现象。鲜柿子消费急聚下降。由于柿子采收期较短，易于腐烂变质，也不易保鲜保存，传统以鲜食或初加工为柿饼、柿子醋、柿酒为主，附加值不高。如果将柿子转变为工业生产原料，其加工利用途径会愈来愈宽。

我国是柠檬酸生产大国，总产量达100万t/a以上，其中70％出口国外。国内市场上约90％的柠檬酸都是通过黑曲霉发酵法生产的，现有技术工艺主要是黑曲霉利用淀粉质原料(薯类、玉米等)的酶解产物进行柠檬酸代谢积累。即淀粉质原料先糊化，再以α-淀粉酶液化处理得酶解产物——可发酵性糖。这种技术优点是酶解液化效率高，时间短；缺点是技术要求高，设备投资大，能耗高。

孙荣等(柠檬酸发酵现状及展望，中国调味品，2011，36(1)：90-96) 指出“国家‘2006~2010’期间出台政策限制以玉米为原料的柠檬酸赖氨酸等供大于求,出口导向型产品。此政策极大的限制了柠檬酸行业未来的发展”。所以近年来随着柠檬酸需求量的逐年上升，原料短缺的问题越来越突出，寻找和扩大新的原料十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，该方法原料来源广、设备投资小、成本较低和发酵能耗低，为柿子的加工利用提供了另一条收益较佳的途径，同时保护了柿子种植区的生态环境。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，该方法以柿子浆和薯类糖化液为原料，接种黑曲霉后进行发酵即得柠檬酸；

黑曲霉添加量为10⁴～10⁶个孢子/g原料；

柿子浆的用量为薯类糖化液用量的至少2倍；

所述原料的糖度为15％～20％。

可选的，所述的柿子浆为柿子果实的浆体依次经脱涩、去除果渣和除单宁后得到的果汁，糖度为8％～10％。

可选的，所述的柿子浆的制备包括：

脱涩：净柿果浸入40～45℃温水中处理24h；

破碎打浆：柿果破碎至4～8mm再打浆，破碎打浆时应同步加入总柿果量5％～8％的抗氧化剂；

冷冻分离：将柿果浆快速冷冻至-12～-15℃，冷冻保温2h，后离心取清液得第一次果汁；

果渣酶解：将分离后的果渣加入质量分数为0.3％的果胶酶，保温45～ 46℃，酶解4～6h，离心取清液为第二次果汁，将第二次果汁与第一次果汁混合得混合果汁；

除单宁澄清：混合果汁中加入明胶，0.3～0.4g明胶/L果浆，静置后取上清液得柿子浆。

可选的，所述的薯类糖化液为马铃薯或红薯的薯类糖化液；

马铃薯或红薯的糊化固体物，按比例，每100kg马铃薯或红薯的糊化固体物加甜酒曲5～6kg保温30～32℃发酵65～70h，控制总糖含量为 10％～12％，加0.5～0.8倍100℃水，并在100℃水浴灭菌20min，离心液冷却至40℃以下即得马铃薯或红薯的薯类糖化液。

可选的，所述黑曲霉的种子培养基为：按质量比计，糖度14％薯类糖化液：糖度10％柿子浆＝2：1，质量分数为0.2％的氯化铵，质量分数为0.5％生物营养剂，调节pH＝4.5，加蔗糖调总糖度为20％。

可选的，所述发酵的发酵培养基为：按质量比计，糖度14％薯类糖化液：糖度10％柿子浆＝1：2，质量分数为0.2％的氯化铵，生物营养剂0.5％， pH＝4.5～6.0，加蔗糖调总糖度20％。

可选的，所述的发酵为摇床发酵，摇床发酵的条件包括：220～240r/min， 32～34℃摇瓶培养85～100h，发酵残糖<0.1％为终点。

可选的，所述的发酵的条件为：发酵培养基总糖13.0％～14.0％，发酵温度32～35℃，风量1400～1500Nm³/h，压力0.05～0.07Mpa，发酵周期75～96h，发酵残糖<0.02％为终点。

可选的，所述发酵后得到柠檬酸发酵液，柠檬酸发酵液再经过滤、脱色、真空浓缩、结晶、分离和干燥，即得柠檬酸。

一种柠檬酸，所述的柠檬酸采用本发明所述的方法制备得到。

与现有技术相比，本发明的优点为：

本发明利用柿子发酵生产柠檬酸的方法包括将黑曲霉接入以柿子浆、薯类糖化液为主要碳源的液体发酵培养基中进行柠檬酸发酵生产，发酵液经过现有技术提取后可获得无水柠檬酸或一水柠檬酸结晶。采用本发明方法生产的柠檬酸，成本低、产率高、质量稳定、生产周期短，是非粮生产柠檬酸的另一条重要替代途径。本发明的提出对于提高柿子的附加值，解决产量过剩的问题，又增加农民经济收入，当地政府财政收入和保护生态环境，具有重要意义。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步详细说明，需要说明的是本发明不限于以下的实施例。若未特别指明，实施例中涉及到的百分号“％”，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指100mL溶液中含有溶质的克数。

一种利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，该方法以柿子浆和薯类糖化液混合为原料进行柠檬酸的发酵生产，保证原料发酵液的糖度在15％～20％；且柿子浆的用量为薯类糖化液用量的至少2倍，此处的用量可以为质量比或体积比；比如，按柿子浆和薯类糖化液的质量比混合为原料，糖度14％薯类糖化液：糖度10％柿子浆＝1：2，再补加氮源，生物营养剂等，pH＝4.5～6.0，灭菌后接种培养好的黑曲霉种子培养液8％～10％到发酵液。发酵液有氧发酵后经过滤，脱色，真空浓缩，结晶，分离，干燥，即得柠檬酸。

马铃薯或红薯的糊化固体物为：挑选、洗净、去皮、切块，加水煮熟或蒸熟，捣碎成糊状；或薯类切片，干制，粉碎，薯粉与水按质量比1:1～ 1.5比例混合所得糊状物。

所述的生物营养剂为现有技术中常见的营养剂，比如可以为磷酸二氢钾、硫酸镁和甘油中的一种或一种以上的混合物。

我国薯类资源丰富，其所含氮化物、无机盐及产酸促进因子较多，加之黑曲霉菌种适应性较好，因此薯类在柠檬酸生产中产酸率和转化率方面有一定的优势。

甜酒曲易保存，易获得。甜酒曲大多数含有根霉(Rhizopus)、毛霉 (Mucor)、犁头霉(Absidia)和微量酵母(Yeast)等多种微生物，其中根霉是优势菌群，其糖化酶、液化酶的活性最强，适合于这两种酶糖化淀粉的条件温和(pH值为4.6～5.6，温度30℃，时间70h)、设备投资小。

本方案中的具体流程按下列7个步骤操作：

1、黑曲霉菌种的活化---黑曲霉菌(Aspergillus niger)：

配制多支PDA培养基试管斜面接保存的黑曲霉菌种，28℃培养5d，镜检无杂菌。

2、种子培养液制备：

将在PDA斜面培养基上生长的黑曲霉菌种，在无菌条件下，用接种环接种2环于无菌水中，用血球计数板来计算孢子悬浮液的浓度，调整孢子浓度在10⁶个/mL左右，将孢子接种到种子培养基中，在摇床上，以120r/min，32℃的条件培养24h。

3、种子培养基：

糖度14％薯类糖化液：糖度10％柿子浆＝2：1，0.2％氯化铵，磷酸二氢钾0.5％，调节pH4.5，加蔗糖调总糖度在20％，分装于250mL摇瓶，每瓶 50mL，封口，120℃灭菌20min冷却。

4、发酵培养基：

糖度14％薯类糖化液：糖度10％柿子浆＝1：2，0.2％氯化铵，磷酸二氢钾0.5％，加蔗糖调总糖度在20％，pH4.5～6.0，分装于500mL摇瓶中，每瓶100mL封口，121℃灭菌20min冷却得发酵培养基。

5、薯类糖化液制备：

马铃薯或红薯，挑选、洗净、去皮、切块，加水煮熟或蒸熟，捣碎成糊状(或薯类切片，干制，粉碎，薯粉与水按质量比1:1～1.5比例混合)，按比例(每100kg薯类加甜酒曲5～6kg)撒入甜酒曲搅拌均匀移入发酵缸中密封，保温30～32℃发酵65～70h，控制总糖含量为10％～12％，加0.5～ 0.8倍100℃水，并在100℃水浴灭菌20min，离心液，冷却至40℃以下。

6柿子浆的制取：

(1)挑选清洗：选成熟、无病变的鲜柿果，去除果柄，流动清水冲洗净(无杂质、杂菌)。

(2)脱涩：净柿果浸入40～45℃温水中处理24h，可除去涩味。

(3)破碎打浆：柿果破碎至4～8mm再打浆。破碎打浆时应同步加入总柿果量5％～8％的抗氧化剂(含40～50ppm的SO₂)。

(4)冷冻分离：将柿果浆快速冷冻至-12～-15℃，冷冻保温2h，后离心，得第一次果汁。

(5)果渣酶解：将分离后的果渣加入0.3％的果胶酶，保温45～46℃，酶解4～6h，然后离心，二次果汁与第一次果汁混合进行澄清。

(6)除单宁澄清：混合果汁中加入明胶液(0.3～0.4g明胶/L果浆，先将洗净的明胶用温水溶解成1％的溶液)，快速搅拌，密封，50℃静置24h。取上清液得澄清柿子浆，糖度8～10％。

7、接种液体发酵：

无菌发酵培养基接入8％～10％种子黑曲霉(即所述的黑曲霉添加量为 10⁴～10⁶个孢子/g浆液)，封口，220～240r/min，32～34℃摇瓶培养85～ 100h，发酵残糖<0.1％为终点，得柠檬酸发酵液。

实际大生产发酵工艺条件为：发酵培养基总糖13％～14％，发酵温度 32～35℃，风量1400～1500Nm³/h，压力0.05～0.07Mpa，发酵周期75～96h，发酵残糖<0.02％为终点，得柠檬酸发酵液。

后处理工艺：柠檬酸发酵液按现有技术处理，即过滤，脱色，真空浓缩，结晶，分离，干燥，即得柠檬酸。

采用上述的操作过程，发明人进行了糖化液与柿子浆的质量比、不同糖化液及不同发酵时间的实验比较，得出了实施例一和实施例二中的具体实施方案：

实施例一，糖度为14％的马铃薯糖化液与糖度为10％柿子浆不同配比结

果见下表1：

表1不同柿子浆含量对柠檬酸产量的影响

实施例二，糖度为14％的红薯糖化液与糖度为10％柿子浆不同配比结果见下表2：

表2不同柿子浆含量对柠檬酸产量的影响

实施例三，黑曲霉利用不同原料发酵生产柠檬酸产量结果对比：

表3不同原料发酵生产柠檬酸产量对比

从表1、表2、表3可看出：柿子浆含量若超过65％，发酵总酸度和酸转化率有所下降。柿子浆与红薯糖化液混合发酵总酸度和酸转化率均高于与马铃薯糖化液的混合发酵。柿子浆与薯类糖化液配比，产酸量和酸转化率较高，成本也相对较加蔗糖低。

Claims (8)

1.一种利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，该方法以柿子浆和薯类糖化液为原料，接种黑曲霉后进行发酵即得柠檬酸；

黑曲霉添加量为10⁴～10⁶个孢子/g原料；

柿子浆的用量为薯类糖化液用量的至少2倍；

所述原料的糖度为15％～20％；

所述的柿子浆为柿子果实的浆体依次经脱涩、去除果渣和除单宁后得到的果汁，糖度为8％～10％；

所述的薯类糖化液为马铃薯或红薯的薯类糖化液；

马铃薯或红薯的糊化固体物，按比例，每100kg马铃薯或红薯的糊化固体物加甜酒曲5～6kg保温30～32℃发酵65～70h，控制总糖含量为10％～12％，加0.5～0.8倍100℃水，并在100℃水浴灭菌20min，离心液冷却至40℃以下即得马铃薯或红薯的薯类糖化液。

2.根据权利要求1所述的利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，所述的柿子浆的制备包括：

脱涩：净柿果浸入40～45℃温水中处理24h；

破碎打浆：柿果破碎至4～8mm再打浆，破碎打浆时应同步加入总柿果量5％～8％的抗氧化剂；

冷冻分离：将柿果浆快速冷冻至-12～-15℃，冷冻保温2h，后离心取清液得第一次果汁；

果渣酶解：将分离后的果渣加入质量分数为0.3％的果胶酶，保温45～46℃，酶解4～6h，离心取清液为第二次果汁，将第二次果汁与第一次果汁混合得混合果汁；

除单宁澄清：混合果汁中加入明胶，0.3～0.4g明胶/L果浆，静置后取上清液得柿子浆。

3.根据权利要求1或2所述的利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，所述黑曲霉的种子培养基为：按质量比计，糖度14％薯类糖化液：糖度10％柿子浆＝2：1，质量分数为0.2％的氯化铵，质量分数为0.5％生物营养剂，调节pH＝4.5，加蔗糖调总糖度为20％。

4.根据权利要求1或2所述的利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，所述发酵的发酵培养基为：按质量比计，糖度14％薯类糖化液：糖度10％柿子浆＝1：2，质量分数为0.2％的氯化铵，生物营养剂0.5％，pH＝4.5～6.0，加蔗糖调总糖度20％。

5.根据权利要求1或2所述的利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，所述的发酵为摇床发酵，摇床发酵的条件包括：220～240r/min，32～34℃摇瓶培养85～100h，发酵残糖<0.1％为终点。

6.根据权利要求1或2所述的利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，所述的发酵的条件为：发酵培养基总糖为13.0％～14.0％，发酵温度32～35℃，风量1400～1500Nm³/h，压力0.05～0.07Mpa，发酵周期75～96h，发酵残糖<0.02％为终点。

7.根据权利要求1或2所述的利用柿子发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，所述发酵后得到柠檬酸发酵液，柠檬酸发酵液再经过滤、脱色、真空浓缩、结晶、分离和干燥，即得柠檬酸。

8.一种柠檬酸，其特征在于，所述的柠檬酸采用权利要求1-7任一权利要求所述的方法制备得到。