專利名稱：一種全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，尤其是一種全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)檸檬酸行業(yè)主要以玉米、瓜干、木薯等作為生產(chǎn)原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸， 其中使用玉米的約占95%，其原料處理及發(fā)酵工藝路線如下干玉米籽粒，經(jīng)過除塵、除雜，直接粉碎成玉米粉，按一定比例加水調(diào)漿，在淀粉酶的作用下，經(jīng)過高溫液化處理，成為流動性較好、便于菌種利用的液化液進入發(fā)酵過程，在發(fā)酵過程中，通過黑曲霉菌種代謝積累檸檬酸，發(fā)酵結(jié)束，將含有檸檬酸的發(fā)酵液進行下游提取及精制獲得檸檬酸產(chǎn)品。玉米原料處理和發(fā)酵過程中，產(chǎn)生副產(chǎn)物玉米渣和菌絲渣。但是，隨著糧食危機的進一步蔓延，玉米作為主要糧食供應(yīng)日益緊張，而瓜干由于其產(chǎn)量小、經(jīng)濟成本高等限制了其廣泛應(yīng)用，所以人們開始致力于采用非糧原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的研究，以緩解糧食危機帶來的壓力。木薯廣泛種植于熱帶和部分亞熱帶地區(qū)，在我國以廣東和廣西的種植面積最大， 福建和臺灣次之，云南、貴州、四川、湖南、江西等省也有少量栽培。木薯含有亞麻仁苦苷，水解后會產(chǎn)生游離氫氰酸，若生食或食品加工過程處理不當易引起中毒，但在加工成薯干后， 亞麻仁苦苷大部分都被去除，且用于檸檬酸生產(chǎn)過程在發(fā)酵之前的蒸煮液化可將亞麻仁苦苷去除掉，不會危害發(fā)酵。因此，作為一種資源豐富、淀粉含量高(木薯干淀粉含量在71% 以上)的作物，木薯被用作檸檬酸生產(chǎn)原料對緩解全球糧食壓力有重要意義。但是，使用木薯作為檸檬酸生產(chǎn)原料時，由于其蛋白含量偏低，發(fā)酵過程需要補充氮源，而且木薯中膠體物質(zhì)較多，發(fā)酵液粘稠溶氧差?？傊F(xiàn)行的木薯發(fā)酵工藝相對于玉米發(fā)酵工藝，存在發(fā)酵底物濃度低、轉(zhuǎn)化率低、發(fā)酵周期長等問題，從而導致發(fā)酵糧耗、能耗偏高，發(fā)酵指數(shù)，發(fā)酵產(chǎn)量低等問題，同時對于下游提取也有一定影響。而且傳統(tǒng)的木薯發(fā)酵工藝中，通過菌體自身分泌酶類對原料進行分解糖化，由于菌體自身酶活力不夠以及糖化條件不適合，糖化不徹底，發(fā)酵殘?zhí)歉?。專利申請?zhí)枮?00910233468. 4的“一種木薯去渣發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法”和專利申請?zhí)枮?01010M9932. 1的“一種混合發(fā)酵原料生產(chǎn)檸檬酸的方法”分別公開了利用木薯作為檸檬酸生產(chǎn)原料和將玉米與木薯混合發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的工藝，前者是采用玉米或來源有限的豆餅粉作為有機氮源，后者則只用玉米作為有機氮源，兩者基本上還是通過添加玉米作為發(fā)酵原料，沒有從根本上避免玉米消耗的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出了一種全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，采用本發(fā)明既可以避免玉米原料的消耗，又能除去木薯發(fā)酵液中過多膠質(zhì)，而且實現(xiàn)了原料的徹底糖化， 降低了發(fā)酵糧耗，減輕了環(huán)保負荷。
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本發(fā)明提出的一種全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其主要步驟為粉碎、調(diào)漿、液化、過濾、發(fā)酵工序，具體步驟為(1)稱取木薯原料，粉碎成木薯粉；(2)向粉碎后的木薯粉中加水，調(diào)漿；(3)將木薯漿輸進噴射液化裝置，加入高溫α -淀粉酶，并進行液化；液化溫度為 80-110°C，時間0. 5-2h, α -淀粉酶的加入量為木薯粉質(zhì)量的0. 2-0. 6%0 ；(4)對液化后的木薯漿過濾，保留濾清液；(5)稱取蛋白渣或蛋白粕，將其粉碎；(6)向粉碎后的蛋白渣或蛋白粕中加水，調(diào)漿成為蛋白漿；(7)將蛋白漿輸進噴射液化裝置，加入高溫α -淀粉酶，并進行液化；液化溫度為 80-105°C，時間0. 5-lh，α -淀粉酶的加入量為蛋白渣或蛋白粕干基質(zhì)量的0. 1-0. 3%0 ；(8)將木薯濾清液和蛋白渣或蛋白粕液化液混合通入發(fā)酵罐，調(diào)節(jié)ρΗ至4-4. 5， 100-105°C滅菌 30min，然后降溫至 65_70°C ；(9)向發(fā)酵罐中加入酸性復合酶糖化；(10)降溫至35-37°C，將發(fā)酵罐中接入黑曲霉菌種，通風發(fā)酵至發(fā)酵結(jié)束；(11)發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液進入提取工序提取檸檬酸；其中步驟(9)中糖化時選用的酸性復合酶加入量為木薯粉質(zhì)量的0. 3-0. 4%。，糖化條件為65-70°C糖化10-1 ；步驟(5)中采用蛋白渣或蛋白粕作為氮源，粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒徑小于1mm。首先，為了保證木薯粉調(diào)漿均勻，需要將木薯粉碎成木薯粉，使其能通過60目篩網(wǎng)。由于木薯漿濃度過低會導致發(fā)酵濃度降低，從而最終減少產(chǎn)量；濃度過大會影響后期液化效果，所以調(diào)漿時，木薯粉與水的質(zhì)量比為1 3。由于后續(xù)工藝中需要對木薯液化液進行過濾，為保證良好的過濾效果和最低的淀粉損失，將調(diào)漿后的木薯漿在高溫α-淀粉酶作用下，于80-110°C液化0. 5_2h，α-淀粉酶的加入量為木薯質(zhì)量的0. 2-0. 6%。;該過程中，溫度過高、時間過長會過大增加能源消耗，淀粉酶加入量過高會增加成本；反之則會影響液化效果，增加糧耗。所采用的高溫α -淀粉酶從市場上直接購得。由于木薯中膠體物質(zhì)較多，發(fā)酵液粘度大，發(fā)酵過程攪拌電機和空壓機能耗高，同時增加提取難度，影響中間品質(zhì)量，所以本發(fā)明采用了在原料處理過程對木薯進行過濾處理的方法，去除粘性物質(zhì)，降低發(fā)酵液粘度，提高發(fā)酵濃度，減輕下游提取難度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明優(yōu)選加壓轉(zhuǎn)鼓過濾機過濾，其能耗低、自動化水平高、過濾效果好，木薯渣經(jīng)過洗滌烘干后作為飼料出售，洗滌液可以和濾液合并后一起進入發(fā)酵罐。本發(fā)明采用蛋白渣或蛋白粕作為發(fā)酵氮源，為了保證發(fā)酵過程中蛋白渣或蛋白粕與木薯粉混合均勻，對其中的蛋白成分進行充分利用，提高后期發(fā)酵轉(zhuǎn)化率，首先要對蛋白渣或蛋白粕進行粉碎，保證粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒徑小于Imm;為了保證后期發(fā)酵能夠提供充分的氮源，蛋白渣或蛋白粕中蛋白質(zhì)含量大于16%。本發(fā)明所述的蛋白渣或蛋白粕采用以玉米為原料生產(chǎn)檸檬酸過程中產(chǎn)生副產(chǎn)物玉米渣，也可以采用玉米加工行業(yè)的廢渣或蛋白噴漿纖維渣或含可溶物干酒精糟顆?；虻鞍追刍虻鞍子衩着哐科苫蚧ㄉ伞榱吮ＷC蛋白渣或蛋白粕易于被發(fā)酵過程中的菌種利用，蛋白渣或蛋白粕最好經(jīng)過再次液化，提高其發(fā)酵轉(zhuǎn)化率。為了保證后期發(fā)酵濃度以及液化效果，蛋白渣粕調(diào)漿過程中蛋白渣或蛋白粕與水的質(zhì)量比為1:2-1:3。調(diào)漿后的蛋白渣或蛋白粕液在高溫α -淀粉酶作用下，于80_105°C液化0. 5_lh， 淀粉酶的加入量為蛋白渣或蛋白粕干基質(zhì)量的0. 1-0. 3%0 ；該過程中，溫度過高、時間過長會過大增加能源消耗，淀粉酶加入量過高會增加成本；反之則會影響液化效果，增加糧耗。將木薯濾清液和蛋白渣或蛋白粕液混合通入發(fā)酵罐，調(diào)節(jié)pH至4. 0-4. 5， 100-105°C滅菌30min，然后降溫至65_70°C ；保證發(fā)酵過程所需總氮穩(wěn)定，該過程中蛋白渣或蛋白粕與木薯干重比為1 10-1 30，比例過大發(fā)酵周期延長、能耗增加；比例過小菌體生長過剩，糧耗增加。為了使得原料糖化徹底，解決發(fā)酵殘?zhí)歉叩膯栴}，本發(fā)明通過應(yīng)用酸性復合酶糖化發(fā)酵技術(shù)對原料進行徹底糖化，降低發(fā)酵糧耗，減輕環(huán)保負荷。傳統(tǒng)糖化工藝需要對原材料進行徹底糖化以達到最高DX值，而在本發(fā)明后期發(fā)酵過程中，黑曲霉是有一定糖化能力的，因此發(fā)明人對發(fā)酵前的糖化工藝進行了一定的調(diào)整，酸性復合酶的加入量為木薯粉質(zhì)量的0. 3-0. 4%。，采用該技術(shù)后，殘?zhí)呛坑蓚鹘y(tǒng)工藝中的2%降為；由于檸檬酸發(fā)酵過程為一個偏酸性環(huán)境，為保證發(fā)酵前期的酶活力，本發(fā)明采用酸性復合酶進行糖化。酸性復合酶最低耐受PH為3. 5，最適溫度60-70°C。由于木薯淀粉中支鏈淀粉含量超過80%，木薯中果膠、纖維素含量較高，而該酸性復合酶中含有少量普魯蘭酶、果膠酶和纖維素酶，可以用于水解支鏈淀粉、果膠和纖維素，從而保證糖化更加徹底，提高原料轉(zhuǎn)化率，并且增加發(fā)酵液流動性、降低發(fā)酵能耗。本發(fā)明所述的酸性復合酶選自諾維信公司的高轉(zhuǎn)化率復合酶。糖化結(jié)束后，將發(fā)酵罐中每ImL發(fā)酵液加入0. 7 1. 2萬個黑曲霉孢子，通風發(fā)酵至發(fā)酵結(jié)束。發(fā)酵結(jié)束后，可以采用現(xiàn)有技術(shù)提取檸檬酸。表1為發(fā)酵液的平均質(zhì)量指標。
表1發(fā)酵液平均質(zhì)量指標
權(quán)利要求
1.一種全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其主要步驟為粉碎、調(diào)漿、液化、過濾、發(fā)酵工序，其特征在于具體步驟為(1)稱取木薯原料，粉碎成木薯粉；(2)向粉碎后的木薯粉中加水，調(diào)漿；(3)將木薯漿輸進噴射液化裝置，加入高溫α-淀粉酶，并進行液化；液化溫度為 80-110°C，時間0. 5-2h，淀粉酶的加入量為木薯粉質(zhì)量的0. 2-0. 6%0 ；(4)對液化后的木薯漿過濾，保留濾清液；(5)稱取蛋白渣或蛋白粕，將其粉碎；(6)向粉碎后的蛋白渣或蛋白粕中加水，調(diào)漿成為蛋白漿；(7)將蛋白漿輸進噴射液化裝置，加入高溫α-淀粉酶，并進行液化；液化溫度為 80-105°C，時間30-60min, α -淀粉酶的加入量為蛋白渣或蛋白粕干基質(zhì)量的0. 1-0. 3%0 ；(8)將木薯濾清液和蛋白渣或蛋白粕液化液混合通入發(fā)酵罐，調(diào)節(jié)ρΗ至4.0-4. 5， 100-105°C滅菌 30min，然后降溫至 65_70°C ；(9)向發(fā)酵罐中加入酸性復合酶糖化；(10)降溫至35-37°C，將發(fā)酵罐中接入黑曲霉菌種，通風發(fā)酵至發(fā)酵結(jié)束；(11)發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液進入提取工序提取檸檬酸；其中步驟(9)中糖化時選用的酸性復合酶加入量為木薯粉質(zhì)量的0.3-0. 4%。，糖化條件為65-70°C糖化10-1 ;步驟(5)中采用蛋白渣或蛋白粕作為氮源，粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒徑小于1mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于所述的蛋白渣或蛋白粕中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)大于16%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于所述的蛋白渣或蛋白粕為玉米加工行業(yè)的廢渣或蛋白噴漿纖維渣或含可溶物干酒精糟顆?；虻鞍追刍虻鞍子衩着哐科苫蚧ㄉ?。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟O)中木薯粉與水的質(zhì)量比為1 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟中選用加壓轉(zhuǎn)鼓過濾機過濾。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟(6)中蛋白渣或蛋白粕與水的質(zhì)量比為1:2-1: 3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟(8)中蛋白渣或蛋白粕與木薯粉干重比為1 10-1 30。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，尤其是一種全木薯發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，包括粉碎、調(diào)漿、液化、過濾、發(fā)酵工序，發(fā)酵前采用酸性復合酶對原料進行糖化；發(fā)酵時采用蛋白渣或蛋白粕作為氮源。本發(fā)明通過添加蛋白渣或蛋白粕補充發(fā)酵氮源，達到完全非糧發(fā)酵的目的，增加過濾工藝又能改善木薯高糖發(fā)酵配料濃度過高導致的發(fā)酵過程中溶氧不好，同時利用蛋白渣或蛋白粕中的殘存碳源，實現(xiàn)原料的綜合利用，降低發(fā)酵糧耗。
文檔編號C12R1/685GK102399830SQ20111034183
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者周一江, 寇光智, 梁培森, 范開山 申請人:日照魯信金禾生化有限公司