CN101638674B - 一种利用蔗糖水解物发酵法生产柠檬酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蔗糖水解物发酵法生产柠檬酸的方法，该方法利用蔗糖水解物中的葡萄糖及少量蔗糖和果糖为碳源加入无机及有机氮源、各种营养元素进行发酵生产柠檬酸。本发明对发酵生产培养基的氮源进行了优化，使得生产成本最低化。本发明利用蔗糖水解物为原料，发酵液质量明显提高，对开辟柠檬酸生产原料多样化，尤其是国外市场的开发具有积极意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种柠檬酸的生产方法，具体地说，涉及一种利用蔗糖水解物进行发酵生产柠檬酸的方法。
背景技术
柠檬酸及其钠盐等是发酵行业的支柱产品之一，近年来，我国柠檬酸生产规模飞速发展，柠檬酸及其盐的年产量已达45万吨，是有机酸类发酵产品中产量最大的产品，其中80％出口国外。我国柠檬酸生产原料主要以粮食作为主，我国人多地少，粮食危机日益严重。柠檬酸的原料长期供应不足，特别时玉米供应不足，柠檬酸的市场价格将会一直上升。
近年来，蔗糖产量呈逐年递升趋势，尤其是国外市场上的蔗糖价格以低于我国的淀粉糖价格。因此，开展蔗糖发酵柠檬酸技术的研究对于减轻国内柠檬酸生产用粮的压力，保证粮食生产安全具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用蔗糖水解物进行发酵生产柠檬酸的方法，该方法利用蔗糖水解物为原料，提高了糖酸代谢速率，缩短了发酵周期，发酵液质量得以明显提高。
为了实现本发明目的，本发明的一种利用蔗糖水解物发酵法生产柠檬酸的方法，其采用先将培养好的黑曲霉麸曲孢子在含9.5～10.5％重量百分浓度蔗糖水解物的种子培养基中进行种子培养，培养成黑曲霉液体种子；然后再经含14～16％重量百分浓度蔗糖水解物的发酵培养基中进行培养。
具体地说，其包括如下步骤：
1)平板或斜面培养：将柠檬酸生产菌种黑曲霉接种到麦芽汁琼脂平板或斜面培养基培养；
2)麸曲培养：然后将培养后的柠檬酸菌种黑曲霉接入一环黑曲霉孢子，在麸曲种子培养基中培养，培养成麸曲孢子；
3)种子培养：再将含7～12％重量百分浓度蔗糖水解物的种子培养基接入麸曲孢子，进行种子培养，培养成黑曲霉种子；
4)发酵培养：最后将培养好的黑曲霉种子接入含14～16％重量百分浓度蔗糖水解物的发酵培养基中进行培养。
其中，本发明所述柠檬酸生产菌种为黑曲霉Co827。
所述蔗糖水解物为蔗糖在酸性条件下或酶的作用下水解产物，其组成为：77～81％的葡萄糖，18～22％的果糖，0.8～1.2％的蔗糖。
步骤1)中，所述麦芽汁的浓度为2～4婆美度。
步骤2)中，所述麸曲种子培养基组成为：麸皮20～30％，硫酸镁0.01～0.02％，磷酸二氢钾0.01～0.02％，pH自然，自来水配制。百分数(％)为重量百分数，以下同。
麸曲培养条件为37℃下培养7～10天。
步骤3)中，种子培养基的组成为：蔗糖水解物9.5～10.5％，玉米浆0.5～1.0％，磷酸二氢钾0.01～0.02％，硫酸铵0.01～0.02％，硫酸镁0.01～0.02％，pH自然，自来水配制。
种子培养条件为37℃下通风培养24～30小时。
步骤4)中，发酵培养基的组成为：蔗糖水解物14～16％，玉米浆0.5～1.0％，磷酸二氢钾0.01～0.02％，硫酸铵0.01～0.02％，硫酸镁0.01～0.02％，pH自然，自来水配制。
本发明所述发酵培养所需碳源为：蔗糖水解物；氮源为：硫酸铵、玉米浆。
所述发酵温度为35～39℃，pH为2.5～6.0，通风比为1∶(0.1～0.6)，搅拌转速为200～500rpm，培养70～85小时。
本发明利用蔗糖水解物发酵法获得的柠檬酸酸度达到11～14％，糖酸转化率大于89％。
本发明利用蔗糖水解物发酵法生产柠檬酸的方法，具有如下优点：
1.本发明对蔗糖水解物培养基进行了优化；
2.针对蔗糖水解物培养基中，除碳源以外的氮源和营养元素比较贫乏，在实验过程中利用在线控制手段，对柠檬酸发酵的培养基氮源和营养元素进行了优化，使得生产成本最低化，并建立起柠檬酸菌种生长代谢过程与发酵过程模型化及控制技术；
3.本发明利用蔗糖水解物中的葡萄糖及少量蔗糖和果糖为碳源加入无机及有机氮源、各种营养元素，根据微生物在生长、代谢的不同阶段对氧气、各种营养元素、各种碳源、氮源的需求差异，进行发酵生产柠檬酸，发酵液质量明显提高，提高了糖酸代谢速率，缩短了发酵周期，发酵液中蔗糖水解物发酵柠檬酸酸度达到11～14％，发酵周期70～85小时，糖酸转化率大于89％；对开辟柠檬酸生产原料多样化，尤其是国外市场的开发具有积极意义。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
先将柠檬酸生产菌种黑曲霉孢子Co827接种到麦芽汁(浓度为4婆美度)琼脂平板上培养；采用平板培养的柠檬酸生产菌种在无菌状态下接入一环黑曲霉孢子到含麸皮30％，硫酸镁0.02％，磷酸二氢钾0.01％的麸曲种子培养基三角瓶中，37℃培养9天。将培养成熟的麸曲孢子接入到含蔗糖水解物10.5％(其为蔗糖在酸性条件下或酶的作用下水解产物，其组成为：77％的葡萄糖，1％的蔗糖，22％的果糖)，玉米浆0.6％，磷酸二氢钾0.012％，硫酸铵0.01％，硫酸镁0.01％的液体种子培养基中，pH自然，自来水配制。37℃，通风培养25小时。待液体种子培养好后，再接种到含蔗糖水解物14.3％，玉米浆0.5％，磷酸二氢钾0.011％，硫酸铵0.01％，硫酸镁0.012％的5L发酵罐发酵培养基中培养，温度为37℃，pH自然，无菌空气以通风比为1∶0.4的通风速率通入发酵罐的发酵培养基中，搅拌转速为500rpm，通风培养81小时，残还原糖1.08％，柠檬酸酸度达到11.59％，糖酸转化率89.1％。
实施例2
先将柠檬酸生产菌种黑曲霉孢子Co827接种到麦芽汁(浓度为4婆美度)琼脂平板上培养；采用平板培养的柠檬酸生产菌种在无菌状态下接入一环黑曲霉孢子到含麸皮20％，硫酸镁0.02％，磷酸二氢钾0.01％的麸曲种子培养基三角瓶中，37℃培养10天。将培养成熟的麸曲孢子接入到含蔗糖水解物10.5％(其组成为：78％的葡萄糖，0.9％的蔗糖，21.1％的果糖)，玉米浆0.6％，磷酸二氢钾0.015％，硫酸铵0.02％，硫酸镁0.013％的液体种子培养基中，pH自然，自来水配制。37℃，通风培养28小时。待液体种子培养好后，再接种到含蔗糖水解物14.7％，玉米浆0.8％，磷酸二氢钾0.015％，硫酸铵0.012％，硫酸镁0.018％的5L发酵罐发酵培养基中培养，温度为39℃，pH为5.5，无菌空气以通风比为1∶0.4的通风速率通入发酵罐的发酵培养基中，搅拌转速为500rpm，通风培养79小时，残还原糖1.03％，柠檬酸酸度达到11.99％，糖酸转化率89.4％。
实施例3
先将柠檬酸生产菌种黑曲霉孢子Co827接种到麦芽汁(浓度为4婆美度)琼脂平板上培养；采用平板培养的柠檬酸生产菌种在无菌状态下接入一环黑曲霉孢子到含麸皮30％，硫酸镁0.014％，磷酸二氢钾0.01％的麸曲种子培养基三角瓶中，37℃培养9天。将培养成熟的麸曲孢子接入到含蔗糖水解物(其组成为：78％的葡萄糖，1.1％的蔗糖，20.9％的果糖)10.5％，玉米浆0.6％，磷酸二氢钾0.01％，硫酸铵0.01％，硫酸镁0.012％的液体种子培养基中，pH自然，自来水配制。37℃，通风培养26小时。待液体种子培养好后，再接种到含蔗糖水解物14.4％，玉米浆1.0％，磷酸二氢钾0.014％，硫酸铵0.015％，硫酸镁0.012％的5L发酵罐发酵培养基中培养，温度为37℃，pH为4.5，无菌空气以通风比为1∶0.3的通风速率通入发酵罐的发酵培养基中，搅拌转速为200rpm，通风培养76小时，残还原糖0.85％，柠檬酸酸度达到12.95％，糖酸转化率89.2％。
实施例4
先将柠檬酸生产菌种黑曲霉孢子Co827接种到麦芽汁(浓度为4婆美度)琼脂平板上培养；采用平板培养的柠檬酸生产菌种在无菌状态下接入一环黑曲霉孢子到含麸皮25％，硫酸镁0.02％，磷酸二氢钾0.02％的麸曲种子培养基三角瓶中，37℃培养9天。将培养成熟的麸曲孢子接入到含蔗糖水解物10.5％(其组成为：78.9％的葡萄糖，1.1％的蔗糖，20％的果糖)，玉米浆0.6％，磷酸二氢钾0.01％，硫酸铵0.018％，硫酸镁0.01％的液体种子培养基中，pH自然，自来水配制。37℃，通风培养29小时。待液体种子培养好后，再接种到含蔗糖水解物14.5％，玉米浆0.6％，磷酸二氢钾0.01％，硫酸铵0.02％，硫酸镁0.01％的5L发酵罐发酵培养基中培养，温度为39℃，pH为4.0，无菌空气以通风比为1∶0.1的通风速率通入发酵罐的发酵培养基中，搅拌转速为500rpm，通风培养75小时，残还原糖1.09％，柠檬酸酸度达到13.59％，糖酸转化率89.55％。
实施例5
先将柠檬酸生产菌种黑曲霉孢子Co827接种到麦芽汁(浓度为2婆美度)琼脂平板上培养；采用平板培养的柠檬酸生产菌种在无菌状态下接入一环黑曲霉孢子到含麸皮30％，硫酸镁0.01％，磷酸二氢钾0.016％的麸曲种子培养基三角瓶中，37℃培养10天。将培养成熟的麸曲孢子接入到含蔗糖水解物10％(其组成为：79.8％的葡萄糖，1.2％的蔗糖，19％的果糖)，玉米浆0.8％，磷酸二氢钾0.016％，硫酸铵0.02％，硫酸镁0.013％的液体种子培养基中，pH自然，自来水配制。37℃，通风培养30小时。待液体种子培养好后，再接种到含蔗糖水解物15.3％，玉米浆0.9％，磷酸二氢钾0.017％，硫酸铵0.01％，硫酸镁0.016％的50L发酵罐发酵培养基中培养，温度为38℃，pH为6.0，无菌空气以通风比为1∶0.3的通风速率通入发酵罐的发酵培养基中，搅拌转速为400rpm，通风培养78小时，残还原糖0.88％，柠檬酸酸度达到13.66％，糖酸转化率89.33％。
实施例6
先将柠檬酸生产菌种黑曲霉孢子Co827接种到麦芽汁(浓度为4婆美度)琼脂平板上培养；采用平板培养的柠檬酸生产菌种在无菌状态下接入一环黑曲霉孢子到含麸皮30％，硫酸镁0.02％，磷酸二氢钾0.02％的麸曲种子培养基三角瓶中，37℃培养9天。将培养成熟的麸曲孢子接入到含蔗糖水解物10.5％(其组成为：80％的葡萄糖，0.8％的蔗糖，19.2％的果糖)，玉米浆0.9％，磷酸二氢钾0.015％，硫酸铵0.01％，硫酸镁0.016％的液体种子培养基中，pH自然，自来水配制。37℃，通风培养26小时。待液体种子培养好后，再接种到含蔗糖水解物16.0％，玉米浆0.5％，磷酸二氢钾0.014％，硫酸铵0.02％，硫酸镁0.01％的50L发酵罐发酵培养基中培养，温度为37℃，pH为2.5，无菌空气以通风比为1∶0.6的通风速率通入发酵罐的发酵培养基中，搅拌转速为400rpm，通风培养77小时，残还原糖1.15％，柠檬酸酸度达到13.7％，糖酸转化率89.29％。
实施例7
先将柠檬酸生产菌种黑曲霉孢子Co827接种到麦芽汁(浓度为4婆美度)琼脂平板上培养；采用平板培养的柠檬酸生产菌种在无菌状态下接入一环黑曲霉孢子到含麸皮30％，硫酸镁0.02％，磷酸二氢钾0.01％的麸曲种子培养基三角瓶中，37℃培养7天。将培养成熟的麸曲孢子接入到含蔗糖水解物9.5％(其组成为：80％的葡萄糖，1.2％的蔗糖，18.8％的果糖)，玉米浆0.6％，磷酸二氢钾0.018％，硫酸铵0.015％，硫酸镁0.01％的液体种子培养基中，pH自然，自来水配制。37℃，通风培养30小时。待液体种子培养好后，再接种到含蔗糖水解物15.1％，玉米浆0.8％，磷酸二氢钾0.01％，硫酸铵0.02％，硫酸镁0.019％的500L发酵罐发酵培养基中培养，温度为37℃，pH为4.0，无菌空气以通风比为1∶0.3的通风速率通入发酵罐的发酵培养基中，搅拌转速为350rpm，通风培养74小时，残还原糖1.01％，柠檬酸酸度达到14.2％，糖酸转化率89.7％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (1)
1.一种利用蔗糖水解物发酵法生产柠檬酸的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)平板或斜面培养：将柠檬酸生产菌种黑曲霉Co827接种到麦芽汁琼脂平板或斜面培养基培养；
2)麸曲培养：然后将培养后的柠檬酸菌种黑曲霉Co827接入一环黑曲霉孢子，在麸曲种子培养基中培养，培养成麸曲孢子，所述麸曲种子培养基组成为：麸皮20～30％，硫酸镁0.01～0.02％，磷酸二氢钾0.01～0.02％，pH自然，自来水配制，所述麸曲培养条件为37℃下培养7～10天；
3)种子培养：再将含9.5～10.5％重量百分浓度蔗糖水解物的种子培养基接入麸曲孢子，进行种子培养，培养成黑曲霉种子，所述蔗糖水解物组成为：77～81％的葡萄糖，18～22％的果糖，0.8～1.2％的蔗糖，所述种子培养基的组成为：蔗糖水解物9.5～10.5％，玉米浆0.5～1.0％，磷酸二氢钾0.01～0.02％，硫酸铵0.01～0.02％，硫酸镁0.01～0.02％，pH自然，自来水配制，培养条件为37℃下通风培养24～30小时；
4)发酵培养：最后将培养好的黑曲霉种子接入到含14～16％重量百分浓度蔗糖水解物的发酵培养基中进行培养，所述发酵培养基的组成为：蔗糖水解物14～16％，玉米浆0.5～1.0％，磷酸二氢钾0.01～0.02％，硫酸铵0.01～0.02％，硫酸镁0.01～0.02％，pH自然，自来水配制，所述发酵温度为35～39℃，pH为2.5～6.0，通风比为1∶(0.1～0.6)，搅拌转速为200～500rpm，培养70～85小时。
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