CN115521950A - 一种利用微生物生产l-乳酸的发酵工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用微生物生产L‑乳酸的发酵工艺及设备，工艺包括如下步骤：S1、设备将玉米和大米分别进行粉碎，得到粉料；S2、振动筛分机对粉料进行筛分，得到筛分料；S3、对筛分料进行混合，然后对其进行糖化，将总质量20％‑30％糖化液放置于发酵设备中，同时，接种适量乳酸菌进行厌氧搅拌发酵，得到第一代L‑乳酸；S4、取出总质量70％‑80％的第一代L‑乳酸，然后再次加入总质量20％‑30％糖化液于发酵设备中，与发酵设备中剩余的第一代L‑乳酸充分混合，无需再次接种乳酸菌，得到第二代L‑乳酸；S5、重复步骤S4，直至糖化液全部反应完成，得到第N代L‑乳酸；S6、将第一代L‑乳酸直至第N代L‑乳酸进行混合，得到利用微生物生产L‑乳酸。

Description

一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺及设备
技术领域
本发明涉及微生物生产L-乳酸技术领域，具体涉及一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺；本发明还涉及一种利用微生物生产L-乳酸的发酵设备。
背景技术
L-乳酸是一种重要的有机酸，在食品行业、材料行业有广泛的应用。其作为一种绿色化学品，可以合成聚乳酸、乳酸乙酯等可降解材料，因而在材料领域备受关注。目前，L-乳酸一般采用生物法合成，生产的菌种多为根霉属微生物，具有生长迅速、环境适应能力强、分泌有机酸及蛋白质能力强等优势，为有机酸的优秀生产菌种。
传统的L-乳酸非发酵需要多次进行菌种的接种，这就导致发酵工艺复杂化，并且需要大量的人力资源，同时，现有的发酵设备需要人工去监测温度，进一步的增大了工作人员的劳动强度，因此，我们提出一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺及设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺，以解决上述背景技术中提出的需要大量的人力资源以及增大了工作人员的劳动强度问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺，包括如下步骤：
S1、设备将玉米和大米分别进行粉碎，得到粉料；
S2、振动筛分机对粉料进行筛分，去除大颗粒，同时振动筛分能破碎结块，得到筛分料；
S3、对筛分料进行混合，然后对其进行糖化，将总质量20％-30％糖化液放置于发酵设备中，同时，接种适量乳酸菌进行厌氧搅拌发酵，当乳酸含量不再增加时发酵结束，停止搅拌，得到第一代L-乳酸；
S4、取出总质量70％-80％的第一代L-乳酸，然后再次加入总质量20％-30％糖化液于发酵设备中，与发酵设备中剩余的第一代L-乳酸充分混合，无需再次接种乳酸菌，进行进行厌氧搅拌发酵，当乳酸含量不再增加时发酵结束，停止搅拌，得到第二代L-乳酸；
S5、重复步骤S4，直至糖化液全部反应完成，得到第N代L-乳酸；
S6、将第一代L-乳酸直至第N代L-乳酸进行混合，得到利用微生物生产L-乳酸。
优选的，步骤S3中所述的糖化具体步骤为：
1)液化：在筛分料加水，配制筛分料液，并用稀酸溶液和稀碱溶液调整pH值；向料液中加入α-淀粉酶，控制温度进行液化；
2)糖化：液化后的料液冷却至室温，用稀酸溶液调整pH至4.0-4.5，加入液体糖化酶，在40-70℃条件下进行糖化。
优选的，所述稀酸溶液为稀盐酸或稀硫酸中的一种，所述稀碱溶液为NaOH或Na2CO3中的一种。
优选的，步骤S1所述的玉米和大米粉碎采用球磨机湿法粉碎，且所述对粉料进行筛分后筛分料的的中位粒径为＜50μm。
优选的，步骤S3中所述的发酵设备能自主检测酸度，当发酵设备内部材料酸度低时，控制设置设备上的乳酸菌加料管上的电磁阀，打开管路，实现乳酸菌的添加。
一种利用微生物生产L-乳酸的发酵设备，包括：
加温发酵罐，所述加温发酵罐的内部设置有搅拌机构，且所述加温发酵罐的下端设置有用于驱动搅拌机构的驱动电机，所述加温发酵罐的侧壁上设置有乳酸菌加注管，所述乳酸菌加注管上设置有电磁阀；
上盖，所述上盖上设置有进风管，所述进风管的管口处设置有金属钢丝滤网，且所述进风管的内部安装有若干组气体滤板；
通过抱箍安装于所述加温发酵罐的一侧的电动推杆，所述电动推杆活塞杆的一端与所述上盖的侧壁连接固定；
还包括：
智能控制单元，所述智能控制单元与所述电磁阀以及所述加温发酵罐的加温控制端信号连接，所述驱动电机与所述智能控制单元无线信号连接。
优选的，所述智能控制单元包括：
若干组温度检测传感器，若干组所述温度检测传感器的检测端均位于所述加温发酵罐的内部；
酸度检测仪，所述酸度检测仪的检测端位于所述加温发酵罐的内部；
PLC控制器，所述PLC控制器内置信号收发模块，且所述温度检测传感器、酸度检测仪的信号输出端均通过连接线与所述收发模块连接，所述PLC控制器的信号输出端分别与所述电磁阀、加温发酵罐的加温控制端以及驱动电机连接。
优选的，所述加温发酵罐的内部设置有透明导热防护罩，所述温度检测传感器的检测端位于所述透明导热防护罩内部；
所述酸度检测仪的检测端嵌装于所述透明导热防护罩上，且所述酸度检测仪的检测端与所述透明导热防护罩的外壁位于同于垂直平面。
优选的，所述搅拌机构包括：
传动杆，传动杆的一端通过密封轴承与所述加温发酵罐的底部，且传动杆的一端贯穿所述加温发酵罐的底部与所述驱动电机的输出轴连接；
固定于所述传动杆上的若干组搅拌杆，以及设置在传动杆顶部的连接杆；
固定于所述连接杆一端的刮片，所述刮片的一贴合于所述透明导热防护罩的外壁上。
综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：
首先，本发明中采用乳酸菌一次接种增殖的发酵工艺，菌体多次重复利用生产L-乳酸，减少菌种制备，简化发酵工艺，降低劳动强度；
其次，本发明中，发酵设备部分通过设有的智能控制单元，可在食品酸度过低时，自动控制开启电磁阀增大乳酸菌的添加量，实现酸度提高；
再者，本发明中通过智能控制单元直接检测加温发酵罐的内部温度，同时，智能控制单元直接控制加温发酵罐的温控单元进行调节温度，有效控制加温发酵罐内的温度，减弱乳酸菌的一定活性，防止酸度过高。
附图说明
图1为本发明利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺流程图；
图2为本发明利用微生物生产L-乳酸的发酵设备的结构示意图；
图3为本发明加温发酵罐的内部结构示意图。
图中：1、加温发酵罐；2、搅拌机构；3、驱动电机；4、上盖；5、进风管；6、金属钢丝滤网；7、气体滤板；8、抱箍；9、电动推杆；10、乳酸菌加注管；11、电磁阀；12、智能控制单元；13、温度检测传感器；14、酸度检测仪；15、PLC控制器；16、透明导热防护罩；17、传动杆；18、搅拌杆；19、连接杆；20、刮片。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的，一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺，包括如下步骤：
S1、设备将玉米和大米分别进行粉碎，得到粉料；步骤S1所述的玉米和大米粉碎采用球磨机湿法粉碎，且所述对粉料进行筛分后筛分料的的中位粒径为＜50μm；
S2、振动筛分机对粉料进行筛分，去除大颗粒，同时振动筛分能破碎结块，得到筛分料；
S3、对筛分料进行混合，然后对其进行糖化，将总质量20％-30％糖化液放置于发酵设备中，同时，接种适量乳酸菌进行厌氧搅拌发酵，当乳酸含量不再增加时发酵结束，停止搅拌，得到第一代L-乳酸；步骤S3中所述的糖化具体步骤为：
1液化：在筛分料加水，配制筛分料液，并用稀酸溶液和稀碱溶液调整pH值；向料液中加入α-淀粉酶，控制温度进行液化，所述稀酸溶液为稀盐酸或稀硫酸中的一种，所述稀碱溶液为NaOH或Na2CO3中的一种；
2糖化：液化后的料液冷却至室温，用稀酸溶液调整pH至4.0-4.5，加入液体糖化酶，在40-70℃条件下进行糖化；
步骤S3中所述的发酵设备能自主检测酸度，当发酵设备内部材料酸度低时，控制设置设备上的乳酸菌加料管上的电磁阀，打开管路，实现乳酸菌的添加；
S4、取出总质量70％-80％的第一代L-乳酸，然后再次加入总质量20％-30％糖化液于发酵设备中，与发酵设备中剩余的第一代L-乳酸充分混合，无需再次接种乳酸菌，进行进行厌氧搅拌发酵，当乳酸含量不再增加时发酵结束，停止搅拌，得到第二代L-乳酸；
S5、重复步骤S4，直至糖化液全部反应完成，得到第N代L-乳酸；
S6、将第一代L-乳酸直至第N代L-乳酸进行混合，得到利用微生物生产L-乳酸。
本发明中采用乳酸菌一次接种增殖的发酵工艺，菌体多次重复利用生产L-乳酸，减少菌种制备，简化发酵工艺，降低劳动强度。
如图2-3所示，本实施例还提供一种利用微生物生产L-乳酸的发酵设备，包括：
加温发酵罐1，所述加温发酵罐1的内部设置有搅拌机构2，且所述加温发酵罐1的下端设置有用于驱动搅拌机构2的驱动电机3，所述加温发酵罐1的侧壁上设置有乳酸菌加注管10，所述乳酸菌加注管10上设置有电磁阀11；
所述搅拌机构2包括：
传动杆17，传动杆17的一端通过密封轴承18与所述加温发酵罐1的底部，且传动杆17的一端贯穿所述加温发酵罐1的底部与所述驱动电机3的输出轴连接；
固定于所述传动杆17上的若干组搅拌杆18，以及设置在传动杆17顶部的连接杆19；
固定于所述连接杆19一端的刮片20，所述刮片20的一贴合于所述透明导热防护罩16的外壁上；
上盖4，所述上盖4上设置有进风管5，所述进风管5的管口处设置有金属钢丝滤网6，且所述进风管5的内部安装有若干组气体滤板7；
通过抱箍8安装于所述加温发酵罐1的一侧的电动推杆9，所述电动推杆9活塞杆的一端与所述上盖4的侧壁连接固定；
还包括：
智能控制单元12，所述智能控制单元12与所述电磁阀11以及所述加温发酵罐1的加温控制端信号连接，所述驱动电机3与所述智能控制单元12无线信号连接；
其中，所述智能控制单元12包括：
若干组温度检测传感器13，若干组所述温度检测传感器13的检测端均位于所述加温发酵罐1的内部；
酸度检测仪14，所述酸度检测仪14的检测端位于所述加温发酵罐1的内部；
PLC控制器15，所述PLC控制器15内置信号收发模块，且所述温度检测传感器13、酸度检测仪14的信号输出端均通过连接线与所述收发模块连接，所述PLC控制器15的信号输出端分别与所述电磁阀11、加温发酵罐1的加温控制端以及驱动电机3连接，所述加温发酵罐1的内部设置有透明导热防护罩16，所述温度检测传感器13的检测端位于所述透明导热防护罩16内部；
所述酸度检测仪14的检测端嵌装于所述透明导热防护罩16上，且所述酸度检测仪14的检测端与所述透明导热防护罩16的外壁位于同于垂直平面。
本发明中，发酵设备部分通过设有的智能控制单元12，可在食品酸度过低时，自动控制开启电磁阀11增大乳酸菌的添加量，实现酸度提高；
同时，通过智能控制单元12直接检测加温发酵罐1的内部温度，同时，智能控制单元12直接控制加温发酵罐1的温控单元进行调节温度，有效控制加温发酵罐1内的温度，减弱乳酸菌的一定活性，防止酸度过高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (9)

1.一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、设备将玉米和大米分别进行粉碎，得到粉料；
S2、振动筛分机对粉料进行筛分，去除大颗粒，同时振动筛分能破碎结块，得到筛分料；
S3、对筛分料进行混合，然后对其进行糖化，将总质量20％-30％糖化液放置于发酵设备中，同时，接种适量乳酸菌进行厌氧搅拌发酵，当乳酸含量不再增加时发酵结束，停止搅拌，得到第一代L-乳酸；
S4、取出总质量70％-80％的第一代L-乳酸，然后再次加入总质量20％-30％糖化液于发酵设备中，与发酵设备中剩余的第一代L-乳酸充分混合，无需再次接种乳酸菌，进行进行厌氧搅拌发酵，当乳酸含量不再增加时发酵结束，停止搅拌，得到第二代L-乳酸；
S5、重复步骤S4，直至糖化液全部反应完成，得到第N代L-乳酸；
S6、将第一代L-乳酸直至第N代L-乳酸进行混合，得到利用微生物生产L-乳酸。
2.根据权利要求1所述的一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺，其特征在于：步骤S3中所述的糖化具体步骤为：
1)液化：在筛分料加水，配制筛分料液，并用稀酸溶液和稀碱溶液调整pH值；向料液中加入α-淀粉酶，控制温度进行液化；
2)糖化：液化后的料液冷却至室温，用稀酸溶液调整pH至4.0-4.5，加入液体糖化酶，在40-70℃条件下进行糖化。
3.根据权利要求2所述的一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺，其特征在于：所述稀酸溶液为稀盐酸或稀硫酸中的一种，所述稀碱溶液为NaOH或Na2CO3中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺，其特征在于：步骤S1所述的玉米和大米粉碎采用球磨机湿法粉碎，且所述对粉料进行筛分后筛分料的的中位粒径为＜50μm。
5.根据权利要求1所述的一种利用微生物生产L-乳酸的发酵工艺，其特征在于：步骤S3中所述的发酵设备能自主检测酸度，当发酵设备内部材料酸度低时，控制设置设备上的乳酸菌加料管上的电磁阀，打开管路，实现乳酸菌的添加。
6.一种利用微生物生产L-乳酸的发酵设备，其特征在于，包括：
加温发酵罐(1)，所述加温发酵罐(1)的内部设置有搅拌机构(2)，且所述加温发酵罐(1)的下端设置有用于驱动搅拌机构(2)的驱动电机(3)，所述加温发酵罐(1)的侧壁上设置有乳酸菌加注管(10)，所述乳酸菌加注管(10)上设置有电磁阀(11)；
上盖(4)，所述上盖(4)上设置有进风管(5)，所述进风管(5)的管口处设置有金属钢丝滤网(6)，且所述进风管(5)的内部安装有若干组气体滤板(7)；
通过抱箍(8)安装于所述加温发酵罐(1)的一侧的电动推杆(9)，所述电动推杆(9)活塞杆的一端与所述上盖(4)的侧壁连接固定；
还包括：
智能控制单元(12)，所述智能控制单元(12)与所述电磁阀(11)以及所述加温发酵罐(1)的加温控制端信号连接，所述驱动电机(3)与所述智能控制单元(12)无线信号连接。
7.根据权利要求6所述的一种利用微生物生产L-乳酸的发酵设备，其特征在于：所述智能控制单元(12)包括：
若干组温度检测传感器(13)，若干组所述温度检测传感器(13)的检测端均位于所述加温发酵罐(1)的内部；
酸度检测仪(14)，所述酸度检测仪(14)的检测端位于所述加温发酵罐(1)的内部；
PLC控制器(15)，所述PLC控制器(15)内置信号收发模块，且所述温度检测传感器(13)、酸度检测仪(14)的信号输出端均通过连接线与所述收发模块连接，所述PLC控制器(15)的信号输出端分别与所述电磁阀(11)、加温发酵罐(1)的加温控制端以及驱动电机(3)连接。
8.根据权利要求7所述的一种利用微生物生产L-乳酸的发酵设备，其特征在于：所述加温发酵罐(1)的内部设置有透明导热防护罩(16)，所述温度检测传感器(13)的检测端位于所述透明导热防护罩(16)内部；
所述酸度检测仪(14)的检测端嵌装于所述透明导热防护罩(16)上，且所述酸度检测仪(14)的检测端与所述透明导热防护罩(16)的外壁位于同于垂直平面。
9.根据权利要求6所述的一种利用微生物生产L-乳酸的发酵设备，其特征在于：所述搅拌机构(2)包括：
传动杆(17)，传动杆(17)的一端通过密封轴承(18)与所述加温发酵罐(1)的底部，且传动杆(17)的一端贯穿所述加温发酵罐(1)的底部与所述驱动电机(3)的输出轴连接；
固定于所述传动杆(17)上的若干组搅拌杆(18)，以及设置在传动杆(17)顶部的连接杆(19)；
固定于所述连接杆(19)一端的刮片(20)，所述刮片(20)的一贴合于所述透明导热防护罩(16)的外壁上。
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