專利名稱：一種小麥b淀粉發(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，其特點(diǎn)是以小麥加工過程分離出的副產(chǎn)物一B淀粉為原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸。
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，其中約95%廠家采用玉米為生產(chǎn)原料，其原料處理及發(fā)酵 工藝路線如下干玉米籽粒經(jīng)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)過高溫噴射液化處理，成為流動(dòng)性較好、便于菌種利用的液化液進(jìn)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)束后將含有檸檬酸的發(fā)酵液進(jìn)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(jī)的進(jìn)一步蔓延，玉米作為主要糧食供應(yīng)日益緊張，而木薯、瓜干由于其產(chǎn)量小、成本高等因素限制了其廣泛應(yīng)用，所以人們開始致力于檸檬酸發(fā)酵新型原料的研究，以緩解糧食危機(jī)帶來的壓力。小麥B淀粉是以小麥面粉為原料生產(chǎn)小麥A淀粉和谷朊粉的過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，干基收率在25%以上，淀粉含量達(dá)到70%，由于B淀粉含有一定量的戊聚糖和蛋白，原料處理上有一定難度，主要用于生產(chǎn)酒精和配制飼料，淀粉轉(zhuǎn)化率低、價(jià)值也不高，其價(jià)格僅為玉米的65-70%，淀粉含量與玉米基本相當(dāng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出了一種利用小麥B淀粉為原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，采用本發(fā)明，減少了 70%的玉米原料消耗，大大降低了成本，而且實(shí)現(xiàn)了原料的徹底糖化，降低發(fā)酵糧耗的同時(shí)減輕了環(huán)保負(fù)荷。本發(fā)明提出的一種小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，包括調(diào)漿、液化、糖化、發(fā)酵，其特征在于其具體步驟為( I)量取小麥B淀粉，加水調(diào)漿后制的B淀粉漿；( 2)向B淀粉漿中加入高溫α -淀粉酶，噴射液化，得B淀粉漿液化液；(3)將B淀粉漿液化液降溫，調(diào)節(jié)pH，酶解，得酶解液；(4)向酶解液中加入酸性復(fù)合糖化酶糖化，得糖化液；(5)將糖化液過濾，保留濾清液；(6)玉米經(jīng)過粉碎、調(diào)漿、噴射液化，制成玉米液化液；(7)將B淀粉濾清液與玉米液化液混合后打入發(fā)酵罐，滅菌，降溫，接入黑曲霉菌種至發(fā)酵終了；(8)發(fā)酵液進(jìn)入提取工序提取檸檬酸。本發(fā)明所用的小麥B淀粉是小麥面粉經(jīng)過目前的三相分離工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)物。為了保證小麥B淀粉液化徹底，需要將其加水調(diào)漿制成B淀粉衆(zhòng)，由于B淀粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵濃度降低，從而最終減少產(chǎn)量；質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大會(huì)影響后期液化效果，所以調(diào)漿后，B淀粉漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%-30%。由于后續(xù)工藝中需要對B淀粉液化液進(jìn)行過濾，為保證良好的過濾效果和最低的淀粉損失，發(fā)明人將調(diào)漿后的B淀粉漿在高溫α -淀粉酶作用下，于80_110°C液化O. 5_2h，高溫α -淀粉酶的加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 2-0. 6%。。該過程中，液化溫度過高、時(shí)間過長會(huì)過大增加能源消耗，淀粉酶加入量過高會(huì)增加成本；反之則會(huì)影響液化效果，增加糧耗。所用的高溫α-淀粉酶可以從市場上直接購得。由于B淀粉中含有一定比例的戊聚糖和蛋白，料液粘度大，導(dǎo)致后期發(fā)酵過程攪拌電機(jī)和空壓機(jī)能耗高，同時(shí)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B淀粉漿液化液進(jìn)行酶解并過濾處理的方法，提高淀粉轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，去除粘性物質(zhì)，降低發(fā)酵液粘度，減輕下游提取難度。為了保證酶的活性，液化完成后將液化液降溫至65-70°C，用檸檬酸調(diào)節(jié)pH至4. 0-4. 5。酶解過程中采用的酶為纖維素酶、木聚糖酶和溶血磷脂酶的混合物。其中，纖維素酶用于水解纖維素，木聚糖酶用于水解半纖維素和戊聚 糖，溶血磷脂酶用于水解磷脂，以上三種酶均用于降低料液粘度，利于過濾，同時(shí)提高后期酸性復(fù)合糖化酶的效率。發(fā)明人為了保證酶解徹底，同時(shí)避免因時(shí)間過長、溫度過高引起的副反應(yīng)，節(jié)約成本，避免浪費(fèi)，將酶解的溫度控制在65-70°C，時(shí)間控制在5-10h。該過程中纖維素酶的加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 1-0. 3%。，木聚糖酶的加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 2-0. 5%。，溶血磷脂酶的加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 05-0. 1%。，既保證了酶解徹底又避免了浪費(fèi)。為了使得原料糖化徹底，解決發(fā)酵殘?zhí)歉叩膯栴}，本發(fā)明采用酸性復(fù)合糖化酶對酶解液進(jìn)行徹底糖化，降低發(fā)酵糧耗，減輕環(huán)保負(fù)荷。傳統(tǒng)糖化工藝需要對淀粉液進(jìn)行徹底糖化以達(dá)到最高DX值，而在本發(fā)明的發(fā)酵過程中，黑曲霉菌種有一定的糖化能力，因此發(fā)明人對糖化工藝進(jìn)行了一定的調(diào)整，酸性復(fù)合糖化酶的加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 5-1. 0%。，糖化時(shí)間縮短為10-20h。采用該技術(shù)后，殘?zhí)呛坑蓚鹘y(tǒng)工藝中的I. 2%降為O. 7%。本發(fā)明所述的酸性復(fù)合糖化酶中含有少量普魯蘭酶和脫支酶，可以用于水解支鏈淀粉，從而保證糖化更加徹底。發(fā)明人經(jīng)過對多廠家多型號(hào)酶比較，最終選用糖化徹底、成本低廉的蘇宏牌高轉(zhuǎn)化率糖化酶GAII。本發(fā)明優(yōu)選加壓轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)過濾，其能耗低、自動(dòng)化水平高、過濾效果好，濾渣經(jīng)過烘干后作為飼料出售，濾清液保留。為了保證發(fā)酵過程中所需氮源穩(wěn)定，制得部分玉米液化液作為氮源。玉米液化液采用本領(lǐng)域常用的制備過程，即將玉米粉碎后，與水按1:3比例調(diào)漿，加入玉米干基質(zhì)量O. 5-0. 6%。的高溫α -淀粉酶，在噴射液化系統(tǒng)中，一次噴射105°C，閃蒸降溫至95°C，維持l-2h，制成玉米液化液。玉米液化液制備好后，與B淀粉濾清液混合后打入發(fā)酵罐，檸檬酸調(diào)節(jié)pH至4.0-4. 5，100-105°C，滅菌30min。滅菌后，降溫至35_37°C，發(fā)酵罐中每ImL發(fā)酵液加入O. 7-1. 2萬個(gè)黑曲霉孢子，通風(fēng)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。在本發(fā)明中，B淀粉所占比例過大會(huì)導(dǎo)致最終發(fā)酵周期延長、能耗增加；比例過小會(huì)造成菌體生長過剩，糧耗增加，所以小麥B淀粉和玉米干基的用量比例是3:1-3. 5:1。
綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果I、本發(fā)明采用小麥加工過程的廉價(jià)副產(chǎn)物小麥B淀粉作為檸檬酸發(fā)酵原料，可節(jié)約70%的玉米原料消耗，降低了成本；2、本發(fā)明采用了在小麥B淀粉處理過程進(jìn)行酶解和過濾的方法，去除粘性物質(zhì)，降低發(fā)酵液粘度，減少能耗，同時(shí)為后續(xù)處理減輕負(fù)擔(dān)；3、相對于傳統(tǒng)玉米發(fā)酵工，本發(fā)明在酶解的基礎(chǔ)上增添糖化工藝，采用酸性復(fù)合糖化酶對酶解液進(jìn)行徹底糖化，可提高發(fā)酵轉(zhuǎn)化率，降低糧耗，減少生產(chǎn)成本。


圖I為本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式通過以下實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例中所述的葡萄糖淀粉酶選自蘇宏牌高轉(zhuǎn)化率糖化酶GAII。實(shí)施例I一種小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，包括調(diào)漿、液化、糖化、發(fā)酵，其特征在于其具體步驟為(I)量取小麥B淀粉干基70t，加水調(diào)漿后制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的B淀粉漿；(2)向B淀粉漿中加入高溫α -淀粉酶35kg，輸入高溫噴射液化系統(tǒng)，進(jìn)行液化，得B淀粉漿液化液；液化溫度為110°C，時(shí)間O. 5h ；(3)將B淀粉漿液化液降溫至67°C，調(diào)節(jié)pH至4. 0，加入15kg纖維素酶、20kg木聚糖酶、5kg溶血磷脂酶，酶解5h，得酶解液；
(4)向酶解液中加入50kg酸性復(fù)合糖化酶，糖化16h，得糖化液；(5)糖化液過濾，濾渣烘干，濾清液保留；(6)將20t玉米粉碎后，與水按1:3比例調(diào)漿，加入玉米干基質(zhì)量O. 5%。的高溫α -淀粉酶，在噴射液化系統(tǒng)中，一次噴射105°C，閃蒸降溫至95°C，維持2h，制成玉米液化液；(7)將上述制得的B淀粉濾清液與玉米液化液混合，打入發(fā)酵罐，調(diào)節(jié)pH至4. 4，溫度至105°C，滅菌30min，然后降溫至37°C，接入黑曲霉菌種，每ImL發(fā)酵液加入I. 2萬個(gè)黑曲霉孢子，通風(fēng)發(fā)酵至發(fā)酵結(jié)束；(8)發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液進(jìn)入提取工序提取檸檬酸。實(shí)施例2一種小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，包括調(diào)漿、液化、糖化、發(fā)酵，其特征在于其具體步驟為(I)量取小麥B淀粉漿干基70t，加水調(diào)漿后制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%的B淀粉漿；(2)向B淀粉漿中加入高溫α -淀粉酶42kg，輸入高溫噴射液化系統(tǒng)，進(jìn)行液化，得B淀粉漿液化液；液化溫度為100°C，時(shí)間Ih ；(3)將B淀粉漿液化液降溫至70°C，調(diào)節(jié)pH至4. 2，加入7kg纖維素酶、30kg木聚糖酶、7kg溶血磷脂酶，酶解10h，得酶解液；
(4)向酶解液中加入70kg酸性復(fù)合糖化酶，糖化10h，得糖化液；(5)糖化液過濾，濾渣烘干，濾清液保留；(6)將21. 2t玉米粉碎后，與水按1:3比例調(diào)漿，加入玉米干基質(zhì)量O. 54%。的高溫α -淀粉酶，在噴射液化系統(tǒng)中，一次噴射105°C，閃蒸降溫至95°C，維持I. 5h，制成玉米液化液；(7)將上述制得的B淀粉濾清液與玉米液化液混合，打入發(fā)酵罐，調(diào)節(jié)pH至4. 5，溫度至100°c，滅菌30min，然后降溫至37°C，接入黑曲霉菌種，每ImL發(fā)酵液加入I. O萬個(gè)黑曲霉孢子，通風(fēng)發(fā)酵至發(fā)酵結(jié)束；(8)發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液進(jìn)入提取工序提取檸檬酸。實(shí)施例3 一種小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，包括調(diào)漿、液化、糖化、發(fā)酵，其特征在于其具體步驟為(I)量取小麥B淀粉漿干基70t，加水調(diào)漿后制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的B淀粉漿；(2)向B淀粉漿中加入高溫α -淀粉酶25kg，輸入高溫噴射液化系統(tǒng)，進(jìn)行液化，得B淀粉漿液化液；液化溫度為95°C，時(shí)間2h ；(3)將B淀粉漿液化液降溫至65°C，調(diào)節(jié)pH至4. 5，加入20kg纖維素酶、14kg木聚糖酶、3. 5kg溶血磷脂酶，酶解7h，得酶解液；(4)向酶解液中加入60kg酸性復(fù)合糖化酶，糖化12h，得糖化液；(5)糖化液過濾，濾渣烘干，濾清液保留；(6)將21. 8t玉米粉碎后，與水按1:3比例調(diào)漿，加入玉米干基質(zhì)量O. 58%。的高溫α -淀粉酶，在噴射液化系統(tǒng)中，一次噴射105°C，閃蒸降溫至95°C，維持2h，制成玉米液化液；(7)將上述制得的B淀粉濾清液與玉米液化液混合，打入發(fā)酵罐，調(diào)節(jié)pH至4. 0，溫度至100°c，滅菌30min，然后降溫至37°C，接入黑曲霉菌種，每ImL發(fā)酵液加入O. 9萬個(gè)黑曲霉孢子，通風(fēng)發(fā)酵至發(fā)酵結(jié)束；(8)發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液進(jìn)入提取工序提取檸檬酸。實(shí)施例4一種小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，包括調(diào)漿、液化、糖化、發(fā)酵，其特征在于其具體步驟為(I)量取小麥B淀粉漿干基70t，加水調(diào)漿后制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的B淀粉漿；(2)向B淀粉漿中加入高溫α -淀粉酶14kg，輸入高溫噴射液化系統(tǒng)，進(jìn)行液化，得B淀粉漿液化液；液化溫度為80°C，時(shí)間I. 5h ；(3)將B淀粉漿液化液降溫至68°C，調(diào)節(jié)pH至4. 3，加入21kg纖維素酶、35kg木聚糖酶、5. 6kg溶血磷脂酶，酶解8h，得酶解液；(4)向酶解液中加入40kg酸性復(fù)合糖化酶，糖化20h，得糖化液；(5)糖化液過濾，濾渣烘干，濾清液保留；(6)將23. 3t玉米粉碎后，與水按1:3比例調(diào)漿，加入玉米干基質(zhì)量O. 6%。的高溫α -淀粉酶，在噴射液化系統(tǒng)中，一次噴射105°C，閃蒸降溫至95°C，維持2h，制成玉米液化液；
(7)將上述制得的B淀粉濾清液與玉米液化液混合，打入發(fā)酵罐，調(diào)節(jié)pH至4. 3，溫度至102°C，滅菌30min，然后降溫至36°C，接入黑曲霉菌種，每ImL發(fā)酵液加入O. 7萬個(gè)黑曲霉孢子，通風(fēng)發(fā)酵至發(fā)酵結(jié)束；(9)發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液進(jìn)入提取工序提取檸檬酸。將實(shí)施例1-4與原有工藝的各項(xiàng)發(fā)酵指標(biāo)進(jìn)行對比，具體結(jié)果見表I :表I發(fā)酵平均指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，包括調(diào)漿、液化、糖化、發(fā)酵，其特征在于其具體步驟為 (1)量取小麥B淀粉，加水調(diào)漿后制得B淀粉漿； (2)向B淀粉漿中加入高溫α-淀粉酶，噴射液化，得B淀粉漿液化液； (3)將B淀粉漿液化液降溫，調(diào)節(jié)pH，酶解，得酶解液； (4)向酶解液中加入酸性復(fù)合糖化酶糖化，得糖化液； (5)將糖化液過濾，保留濾清液； (6)玉米經(jīng)過粉碎、調(diào)漿、噴射液化，制成玉米液化液； (7)將B淀粉濾清液與玉米液化液混合后打入發(fā)酵罐，滅菌，降溫，接入黑曲霉菌種至發(fā)酵終了 ； (8)發(fā)酵液進(jìn)入提取工序提取檸檬酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟(I)中B淀粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%-30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟(2)中噴射液化溫度為80_110°C，液化時(shí)間O. 5_2h，高溫α -淀粉酶的加入量為B淀粉干基質(zhì)量的 O. 2-0. 6%0。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟(3)中溫度為65-700C，pH值4. 0-4. 5，酶解時(shí)間5_10h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟(3)中酶解采用的酶為纖維素酶、木聚糖酶和溶血磷脂酶的混合物；纖維素酶加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 1-0. 3%。，木聚糖酶加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 2-0. 5%。，溶血磷脂酶加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 05-0. 1%。。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟(4)中酸性復(fù)合糖化酶加入量為B淀粉干基質(zhì)量的O. 5-1. 0%。，糖化時(shí)間10-20h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于步驟(5)中選用加壓轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)進(jìn)行過濾。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小麥B淀粉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特征在于小麥B淀粉和玉米干基的用量比例是3:1-3. 5: I。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的方法，其特點(diǎn)是在目前以玉米為原料的檸檬酸發(fā)酵工藝的基礎(chǔ)上，以小麥加工過程中的副產(chǎn)物—B淀粉部分替代玉米原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，包括調(diào)漿、液化、酶解、糖化、過濾、發(fā)酵工序，本發(fā)明通過對小麥B淀粉進(jìn)行充分液化、酶解和糖化，并進(jìn)行過濾，在淀粉轉(zhuǎn)化率基本達(dá)到理論值的同時(shí)料液的粘度大幅度降低，解決了小麥B淀粉在深層好氧發(fā)酵過程傳質(zhì)差、溶氧不好的問題。在糧食原料日益緊張的今天，該工藝通過對廉價(jià)的小麥B淀粉的應(yīng)用，大大降低了檸檬酸生產(chǎn)成本，拓寬了檸檬酸的原料來源。
文檔編號(hào)C12R1/685GK102899364SQ20121033984
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者寇光智, 李昌濤, 周一江, 張玲玲, 高曉彤, 王曉飛 申請人:日照魯信金禾生化有限公司