專利名稱：一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，尤其涉及一種補加無機氮源制備檸檬酸發(fā)酵液的方法。
背景技術：
檸檬酸是一種廣泛地應用于食品、醫(yī)藥和化工領域的有機酸。隨著經濟的發(fā)展，各行各業(yè)對朽1檬酸的需求量穩(wěn)步上升，各朽1檬酸生產企業(yè)面對的挑戰(zhàn)與機遇也越來越多。目前，檸檬酸生產中主要存在的問題是發(fā)酵液濃度高，發(fā)酵液粘度大，從而不利于溶解氧的傳質，造成發(fā)酵攪拌電機和空壓機能耗高，嚴重制約了檸檬酸行業(yè)的快速發(fā)展。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明提出了一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，解決了目前檸檬酸生產中發(fā)酵液容易發(fā)粘、菌絲長等問題，提高了發(fā)酵過程中氧的傳遞效率，降低了攪拌電耗，增加了糖渣蛋白飼料的效益，提高了發(fā)酵液質量。本發(fā)明所述的檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其步驟為 ( I)將玉米粉碎制備玉米粉；(2)將玉米粉加水調漿，并向其中加入耐高溫α -淀粉酶，每克玉米粉加入5-25個酶單位的耐高溫α-淀粉酶；(3)將調漿后的玉米粉漿輸送至噴射液化裝置經過兩次連續(xù)噴射液化工藝進行液化；(4)取步驟(3)中占最終發(fā)酵液總體積5-10%的液化液，投入種子罐中，80_121°C消毒15-30分鐘，降溫至35-38°C，接入黑曲霉孢子懸浮液進行種子液培養(yǎng)；(5)將步驟(3)中剩余液化液壓濾得過濾清液；(6)取步驟(5)中占最終發(fā)酵液總體積90-95%的過濾清液投入到發(fā)酵罐中，80-121°C消毒15-30分鐘后，降溫至35_38°C ；(7)將磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨中加入水，配制成含氮量為O. 5-3. 5%的復合氮源營養(yǎng)液，在80-121 °C消毒15-30分鐘，降溫備用；(8)將步驟(4)培養(yǎng)成熟的種子液移至發(fā)酵罐中，35_38°C通風攪拌發(fā)酵，發(fā)酵8-24h后開始補加步驟(7)配制好的復合氮源營養(yǎng)液，每100升發(fā)酵液中加入復合氮源營養(yǎng)液的體積為1-5升，至40-48h補加結束，最終至發(fā)酵終了。由于玉米粉粒度過大，不利于后續(xù)處理；粒度過小，會給粉碎工序增加較大的難度，增加電耗和工作量，所以步驟(I)中粉碎后的玉米粉60目的透過率在65%以上。將粉碎后的玉米粉漿加入水進行調漿，調漿后質量分數(shù)為10-35%。由于pH過高或過低都會使得淀粉酶的活性受到抑制，不利于后期的液化，導致玉米渣中殘留的淀粉較多，造成部分的淀粉的損失，引起資源的浪費，所以通過添加少量檸檬酸母液或者生石灰對玉米粉調漿的PH進行調節(jié)，調節(jié)后控制在5. 6-7. 8。
玉米粉漿經過兩次連續(xù)噴射液化，第一次噴射溫度為95_98°C，第二次噴射溫度為125-130°C，在液化層流罐中維持1-6個小時，液化DE值為10_35%。第一次噴射液化主要是促進淀粉酶與淀粉的迅速作用，使得淀粉初步液化；第二次噴射液化主要是高溫條件下蛋白質的凝聚和難溶性淀粉酶顆粒的膨脹溶出，降低液化液的粘度，有利于后續(xù)的過濾。相對于一次噴射液化工藝，二次連續(xù)噴射液化的主要優(yōu)勢在于通過提高蛋白絮凝程度，增加了濾渣蛋白含量，提高了蛋白飼料價值，降低了液化液粘度，降低了發(fā)酵罐能耗。本發(fā)明中兩次連續(xù)噴射液化，可以通過高效余熱換熱回收設備進行，蒸汽消耗基本沒有增加。取上述占最終發(fā)酵液總體積5-10%的液化液，投入種子罐中，消毒，降溫，接入黑曲霉孢子懸浮液進行培養(yǎng)基培養(yǎng)，黑曲霉孢子懸浮液的接入量為本領域的常規(guī)用量即可。本發(fā)明所述的最終發(fā)酵液總體積是根據實際生產過程中發(fā)酵罐的體積確定的。本發(fā)明發(fā)酵過程中，采用的氮源為無機氮源。由于常規(guī)的無機氮源中，硫酸銨的硫酸根離子對菌體生長有一定的影響，尿素在高溫滅菌過程容易分解，硝酸銨的儲存過程存在一定安全隱患，因此在不增加無機氮源成本的基礎上，本發(fā)明首次采用磷酸氫 二銨、氨水和朽1檬酸銨制成復合氮源營養(yǎng)液。與有機氮源相比，該復合氮源營養(yǎng)液成本低廉，易于儲存，同時可以大大減少發(fā)酵液中有機氮(蛋白)的含量，降低發(fā)酵液的粘度，加快發(fā)酵過程溶解氧傳質。另外，本發(fā)明所述的復合氮源營養(yǎng)液中，磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨除了能夠提供氮元素之外，還具有調節(jié)發(fā)酵前期PH值，維持pH值穩(wěn)定的作用，同時補充溶磷，以促進菌體快速生長。其制備過程為以氮元素計算，將磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨按照質量比為
I.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量為O. 5-3. 5%的復合氮源營養(yǎng)液，在80-121°C消毒15-30分鐘，降溫備用。含氮量過高容易導致發(fā)酵補加過程中與發(fā)酵液混合不勻，含氮量過低會導致補加體積過大，發(fā)酵過程容易跑料。由于無機氮源是高效利用氮源，需要根據發(fā)酵過程菌體生長代謝情況分批加入，經過實驗摸索，最佳的補加方式是在發(fā)酵8-24h后開始補加復合氮源營養(yǎng)液，40-48h補加結束。由于補加量過大菌體生長過于旺盛，容易導致發(fā)酵過程供氧不足，發(fā)酵指數(shù)和轉化率降低；補加量過低，菌體生長不足，發(fā)酵不能進行到底，所以每100升發(fā)酵液中加入復合氮源營養(yǎng)液的體積為1-5升。由于溫度過低，菌種生長代謝速度緩慢，導致發(fā)酵周期過長；溫度過高會對菌種生長、代謝產生不利影響，導致產生其他的雜酸、代謝物質，給后續(xù)的提取增加負擔，所以發(fā)酵溫度控制在35-38°C。當發(fā)酵罐正常產酸每小時不超過O. 1%，還原糖不超過I. 0%即可終止發(fā)酵。最終的發(fā)酵液可以采用常用的鈣鹽法提取其中的檸檬酸。綜上所述，本發(fā)明以玉米粉為原料發(fā)酵生產檸檬酸，發(fā)酵過程中首次添加磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨制成的復合氮源營養(yǎng)液進行發(fā)酵，具有以下有益效果I、本發(fā)明所述的復合氮源營養(yǎng)液成本低廉，易于儲存，同時降低了發(fā)酵液的粘度，加快了發(fā)酵過程溶解氧傳質，提高了發(fā)酵液質量，有利于后續(xù)提取工作的開展，降低了發(fā)酵攪拌電機和空壓機能耗，與目前的玉米粉發(fā)酵生產檸檬酸相比發(fā)酵電耗可下降10%以上；2、本發(fā)明所述的復合氮源營養(yǎng)液還具有調節(jié)發(fā)酵前期pH值，維持pH值穩(wěn)定的作用，同時補充發(fā)酵過程中的溶磷，促進菌體快速生長；3、本發(fā)明采用復合氮源營養(yǎng)液代替有機氮作為菌體氮源，并且通過兩次連續(xù)噴射液化，使得糖渣蛋白飼料的產量可增加10%以上，既減少對環(huán)境的污染，變廢為寶，又能創(chuàng)造良好的經濟效益，提高了企業(yè)的綜合競爭力。
具體實施例方式實施例I一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，其步驟為
(I)將玉米粉碎制備玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透過率為65% ；(2)將玉米粉加水調漿至質量分數(shù)為10%，pH為5. 6，并向其中加入耐高溫α -淀粉酶，每克玉米粉加入15個酶單位的耐高溫α -淀粉酶；(3)將調漿后的玉米粉漿輸送至噴射液化裝置經過兩次連續(xù)噴射液化工藝進行液化，第一次噴射液化溫度為96°C，第二次噴射液化溫度為130°C，在液化層流罐中維持I個小時，液化DE值為10% ；(4)取步驟(3)中占最終發(fā)酵液總體積5%的液化液，投入種子罐中，100°C消毒20分鐘，降溫至35°C，接入黑曲霉孢子懸浮液進行種子液培養(yǎng)；(5)將步驟(3)中剩余液化液采用板框過濾機壓濾得過濾清液，過濾的玉米糖渣用于生廣聞蛋白飼料；(6)取步驟(5)中占最終發(fā)酵液總體積95%的過濾清液投入到發(fā)酵罐中，80°C消毒15分鐘后，降溫至35 0C ；(7)以氮元素計算，將磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨按質量比為1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量為3. 5%的復合氮源營養(yǎng)液,在80°C消毒15分鐘，降溫備用；(8)將步驟(4)培養(yǎng)成熟的種子液移至發(fā)酵罐中，35°C通風攪拌發(fā)酵，發(fā)酵8h后開始補加步驟(7)配制好的復合氮源營養(yǎng)液，每100升發(fā)酵液中加入復合氮源營養(yǎng)液的體積為I升，至40h補加結束，最終至發(fā)酵終了。在此條件下，發(fā)酵52小時，產酸16. 36%，轉化率99. 28% ;發(fā)酵液送至提取車間采用鈣鹽法提取發(fā)酵液中的檸檬酸。實施例2一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，其步驟為(I)將玉米粉碎制備玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透過率為75% ；(2)將玉米粉加水調漿至質量分數(shù)為35%，pH為7. 8，并向其中加入耐高溫α -淀粉酶，每克玉米粉加入25個酶單位的耐高溫α -淀粉酶；(3)將調漿后的玉米粉漿輸送至噴射液化裝置經過兩次連續(xù)噴射液化工藝進行液化，第一次噴射液化溫度為95°C，第二次噴射液化溫度為125°C，在液化層流罐中維持2個小時，液化DE值為35%;(4)取步驟(3)中占最終發(fā)酵液總體積10%的液化液，投入種子罐中，80°C消毒15分鐘，降溫至38°C，接入黑曲霉孢子懸浮液進行種子液培養(yǎng)；(5)將步驟(3)中剩余液化液采用板框過濾機壓濾得過濾清液，過濾的玉米糖渣用于生廣聞蛋白飼料；(6)取步驟(5)中占最終發(fā)酵液總體積90%的過濾清液投入到發(fā)酵罐中，121°C消毒25分鐘后，降溫至38 °C ；
(7)以氮元素計算，將磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨按質量比為1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量為O. 5%的復合氮源營養(yǎng)液，在121°C消毒30分鐘，降溫備用；(8)將步驟(4)培養(yǎng)成熟的種子液移至發(fā)酵罐中，38°C通風攪拌發(fā)酵，發(fā)酵24h后開始補加步驟(7)配制好的復合氮源營養(yǎng)液，每100升發(fā)酵液中加入復合氮源營養(yǎng)液的體積為2升，至42h補加結束，最終至發(fā)酵終了。在此條件下，發(fā)酵56小時，產酸18. 03%,轉化率100. 28 % ;發(fā)酵液送至提取車間采用鈣鹽法提取發(fā)酵液中的檸檬酸。
實施例3一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，其步驟為( I)將玉米粉碎制備玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透過率為70% ；(2)將玉米粉加水調漿至質量分數(shù)為15%，pH為6. 7，并向其中加入耐高溫α -淀粉酶，每克玉米粉加入5個酶單位的耐高溫α-淀粉酶；(3)將調漿后的玉米粉漿輸送至噴射液化裝置經過兩次連續(xù)噴射液化工藝進行液化，第一次噴射液化溫度為98°C，第二次噴射液化溫度為126°C，在液化層流罐中維持4個小時，液化DE值為25%;(4)取步驟(3)中占最終發(fā)酵液總體積6%的液化液，投入種子罐中，121°C消毒30分鐘，降溫至36°C，接入黑曲霉孢子懸浮液進行種子液培養(yǎng)；(5)將步驟(3)中剩余液化液采用板框過濾機壓濾得過濾清液，過濾的玉米糖渣用于生廣聞蛋白飼料；(6)取步驟(5)中占最終發(fā)酵液總體積94%的過濾清液投入到發(fā)酵罐中，100°C消毒20分鐘后，降溫至36 °C ；(7)以氮元素計算，將磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨按質量比為1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量為I. 0%的復合氮源營養(yǎng)液,在110°C消毒25分鐘，降溫備用；(8)將步驟(4)培養(yǎng)成熟的種子液移至發(fā)酵罐中，36°C通風攪拌發(fā)酵，發(fā)酵16h后開始補加步驟(7)配制好的復合氮源營養(yǎng)液，每100升發(fā)酵液中加入復合氮源營養(yǎng)液的體積為3升，至44h補加結束，最終至發(fā)酵終了。在此條件下，發(fā)酵59小時，產酸18. 37%，轉化率100. 93%，；發(fā)酵液送至提取車間采用鈣鹽法提取發(fā)酵液中的檸檬酸。實施例4一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，其步驟為(I)將玉米粉碎制備玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透過率為80%;(2)將玉米粉加水調漿至質量分數(shù)為25%，pH為6. 2，并向其中加入耐高溫α -淀粉酶，每克玉米粉加入10個酶單位的耐高溫α -淀粉酶；(3)將調漿后的玉米粉漿輸送至噴射液化裝置經過兩次連續(xù)噴射液化工藝進行液化，第一次噴射液化溫度為97°C，第二次噴射液化溫度為127°C，在液化層流罐中維持6個小時，液化DE值為15%;(4)取步驟(3)中占最終發(fā)酵液總體積7%的液化液，投入種子罐中，90°C消毒25分鐘，降溫至37°C，接入黑曲霉孢子懸浮液進行種子液培養(yǎng)；(5)將步驟(3)中剩余液化液采用板框過濾機壓濾得過濾清液，過濾的玉米糖渣用于生廣聞蛋白飼料；(6)取步驟(5)中占最終發(fā)酵液總體積93%的過濾清液投入到發(fā)酵罐中，110°C消毒30分鐘后，降溫至37 °C ；(7)以氮元素計算，將磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨按質量比為1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量為I. 5%的復合氮源營養(yǎng)液，在90°C消毒20分鐘，降溫備用；(8)將步驟(4)培養(yǎng)成熟的種子液移至發(fā)酵罐中，37°C通風攪拌發(fā)酵，發(fā)酵12h后開始補加步驟(7)配制好的復合氮源營養(yǎng)液，每100升發(fā)酵液中加入復合氮源營養(yǎng)液的體積為4升，至46h補加結束，最終至發(fā)酵終了。在此條件下，發(fā)酵57小時，產酸17. 88 %，轉化率99. 32% ;發(fā)酵液送至提取車間采用鈣鹽法提取發(fā)酵液中的檸檬酸。實施例5 一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，其步驟為(I)將玉米粉碎制備玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透過率為73% ；(2)將玉米粉加水調漿至質量分數(shù)為20%，pH為7. 3，并向其中加入耐高溫α -淀粉酶，每克玉米粉加入20個酶單位的耐高溫α -淀粉酶；(3)將調漿后的玉米粉漿輸送至噴射液化裝置經過兩次連續(xù)噴射液化工藝進行液化，第一次噴射液化溫度為96°C，第二次噴射液化溫度為128°C，在液化層流罐中維持3個小時，液化DE值為20% ；(4)取步驟(3)中占最終發(fā)酵液總體積8%的液化液，投入種子罐中，110°C消毒15分鐘，降溫至36°C，接入黑曲霉孢子懸浮液進行種子液培養(yǎng)；(5)將步驟(3)中剩余液化液采用板框過濾機壓濾得過濾清液，過濾的玉米糖渣用于生廣聞蛋白飼料；(6)取步驟(5)中占最終發(fā)酵液總體積92%的過濾清液投入到發(fā)酵罐中，90°C消毒30分鐘后，降溫至36 C ；(7)以氮元素計算，將磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨按質量比為1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量為2. 5%的復合氮源營養(yǎng)液,在100°C消毒18分鐘，降溫備用；(8)將步驟(4)培養(yǎng)成熟的種子液移至發(fā)酵罐中，36°C通風攪拌發(fā)酵，發(fā)酵20h后開始補加步驟(7)配制好的復合氮源營養(yǎng)液，每100升發(fā)酵液中加入復合氮源營養(yǎng)液的體積為5升，至48h補加結束，最終至發(fā)酵終了。在此條件下，發(fā)酵55小時，產酸18. 54%，轉化率101. 31% ;發(fā)酵液送至提取車間采用鈣鹽法提取發(fā)酵液中的檸檬酸。
權利要求
1.一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，其步驟為 (1)將玉米粉碎制備玉米粉； (2)將玉米粉加水調漿，并向其中加入耐高溫α-淀粉酶，每克玉米粉加入5-25個酶單位的耐高溫α-淀粉酶； (3)將調漿后的玉米粉漿輸送至噴射液化裝置經過兩次連續(xù)噴射液化工藝進行液化； (4)取步驟(3)中占最終發(fā)酵液總體積5-10%的液化液，投入種子罐中，80-121°C消毒15-30分鐘，降溫至35-38°C，接入黑曲霉孢子懸浮液進行種子液培養(yǎng)； (5)將步驟(3)中剩余液化液壓濾得過濾清液； (6)取步驟(5)中占最終發(fā)酵液總體積90-95%的過濾清液投入到發(fā)酵罐中，80-121°C消毒15-30分鐘后，降溫至35-38 °C ； (7)將磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨中加入水，配制成含氮量為O.5-3. 5%的復合氮源營養(yǎng)液，在80-121 °C消毒15-30分鐘，降溫備用； (8)將步驟(4)培養(yǎng)成熟的種子液移至發(fā)酵罐中，35-38°C通風攪拌發(fā)酵，發(fā)酵8-24h后開始補加步驟(7)配制好的復合氮源營養(yǎng)液，每100升發(fā)酵液中加入復合氮源營養(yǎng)液的體積為1-5升，至40-48h補加結束，最終至發(fā)酵終了。
2.根據權利要求I所述的檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，步驟(I)所述的粉碎后的玉米粉60目的透過率在65%以上。
3.根據權利要求I所述的檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，步驟(2)所述的玉米粉調漿后質量分數(shù)為10-35%。
4.根據權利要求I所述的檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，步驟(2)所述的玉米粉調漿后PH為5. 6-7.8。
5.根據權利要求I所述的檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，步驟(3)所述的第一次噴射液化溫度為95-98°C，第二次噴射液化溫度為125-130°C，液化DE值為10_35%。
6.根據權利要求I所述的檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特征是，步驟(7)所述的復合氮源營養(yǎng)液中，以氮元素計算，磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨的質量比為I. 5:1:2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檸檬酸發(fā)酵液的制備方法，其特點是以玉米為原料，采用兩次連續(xù)噴射液化，發(fā)酵過程中首次添加磷酸氫二銨、氨水和檸檬酸銨制成的復合氮源營養(yǎng)液進行發(fā)酵，解決了目前檸檬酸生產中發(fā)酵液容易發(fā)粘、菌絲長等問題，提高了發(fā)酵過程中氧的傳遞效率，降低了攪拌電耗，增加了糖渣蛋白飼料的效益，提高了發(fā)酵液質量，提高了企業(yè)的綜合競爭力。
文檔編號C12R1/685GK102899363SQ20121033984
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權日2012年9月14日
發(fā)明者寇光智, 劉劍雄, 周一江, 安豐民, 裴振洪, 焦光明 申請人:日照魯信金禾生化有限公司