CN101948881A - 一种混合原料发酵生产柠檬酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其主要步骤为：将玉米和木薯分别粉碎、调浆、喷射液化、过滤，然后将两部分滤液按比例混合并发酵，最后提取柠檬酸。本发明有效地回避了单一原料的波动带来的成本上升，同时也丰富发酵醪液的营养成分，利于柠檬酸发酵菌种产酸能力的提高，使得企业在原料上有更大的选择余地，降低了生产成本。此外，本发明与以单一原料生产柠檬酸相比，发酵液流动性能好，使发酵周期明显缩短，发酵指数更高。

Description

一种混合原料发酵生产柠檬酸的方法

技术领域

本发明属于生物发酵技术领域，具体涉及一种利用玉米、木薯的混合原料来发酵生产柠檬酸的方法。

背景技术

发酵工业之所以优于其他制造工业，是因为它的原料在一定范围内能够改变，这对原材料价格的增长提供了某种程度的缓冲。对于能够采用不同原料的方法来说，它的经济性对于该方法是否被运用起到至关重要的作用。柠檬酸产品的利润盈余是通过转移升高的原料成本到消费者身上。由于黑曲霉的特性，柠檬酸在原料上的选择要比其他发酵产品如抗生素的压力要小一些，所以柠檬酸厂家总是不断寻找尽可能低价的原料，因此，原料的选择总是备受关注。寻找更价廉、质好的原料总有压力，而且找到新的原料总是存在很多问题，如储存、难以灭菌、组成不稳定。因此，最便宜的原料并不一定是最好的原料，同时改变原料也必须改变设计出合理的生产方法。原料应该在一年中大部分时间内都容易获得，因此，工业上必须有相对稳定的原料来源，并且易于方便保存半年以上。

原料的价格非常关键，由于其涉及到很多方面，不能只看原料的表观价格，例如原料中碳源的可利用量、原料从采购地或生产地到发酵工厂的运输成本、该种原料在发酵前后的额外的处理工序等等。对于柠檬酸的生产企业，可以根据农作物情况进行选择适合的、经济的发酵原料来降低生产成本，提高竞争力。目前木薯和玉米是柠檬酸市场的两种主要原料原料：木薯是我国主要热带、亚热带作物之一，具有适应性强、种植地域广泛的特点，我国木薯种植面积约43.7万公顷，鲜木薯总产量约600万吨，种植区域主要分布在广西、广东、云南、海南和福建等省。木薯含有生氰甙，分解后可游离出氢氰酸，一般生食或食用加工不当的木薯可引起中毒，但加工成木薯粉后，生氰甙已大部分被去除，另外在发酵前的蒸煮和液化中也基本被除掉，不致危害发酵。此外，我国也从东南亚进口木薯。目前，我国玉米的分布东起台湾和沿海各省，西抵新疆和青藏高原，南自北纬18°的三亚市，北到北纬53°黑龙江漠河，遍及全国各地。但主要产区集中在东北到西南的斜长弧形玉米带。我国玉米产区按分布范围、自然条件、种植制度以及发展进程，可划分为6个主要产区，分别为北方春玉米区、黄淮海平原夏玉米区、西南丘陵山地春夏玉米区、南方丘陵玉米区、西北灌溉玉米区和青藏高原玉米区。东北是我国玉米的主产区，其中吉林省是我国玉米的第一大玉米主产省。吉林省产玉米1750万吨，占全国总产量的14％。其次是山东省和黑龙江省，产量分别为1600万吨和1450万吨。河北、河南两省也有千万吨的年产量。

虽然我国的柠檬酸发酵技术走在世界的前列，但是自我国加入WTO以来，竞争越来越激烈，而且国内柠檬酸企业之间的竞争也日趋白热化，所以，技术进步将是企业的立足之本，混合原料发酵生产柠檬酸的方法是用木薯和玉米两种发酵原料来生产柠檬酸的新工艺，同时根据现有市场上的柠檬酸发酵原料木薯和玉米的价格变化，以及供应量的变化，通过工艺的创新，来改变两种原料的配比，这样既可以有效的回避原料的波动带来的成本上升，例如2005印度洋海啸使木薯粉的价格上涨了20-25％，给使用单一木薯原料的企业造成了很大的困难，又可以丰富发酵醪液的营养成分，利于柠檬酸发酵菌种产酸能力的提高，这使柠檬酸企业在原料上有更大的选择余地，降低了企业生产成本。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种以玉米和木薯为混合原料，发酵生产柠檬酸的方法。

技术方案：本发明提供的一种混合原料发酵生产柠檬酸的方法，包括以下步骤：

1)称取玉米原料，将其粉碎制成玉米粉；

2)向粉碎后的玉米粉加水，制成玉米浆，玉米浆中玉米的浓度为20～25g/L；

3)将玉米浆输进喷射液化装置，调节pH至5.5～7.0，按每克玉米粉5～15个酶活单位在玉米粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在95～125℃，维持1～6个小时，使液化DE值为5～95％；

4)对液化后的玉米浆过滤，保留滤清液；

5)称取木薯原料，切块后粉碎成木薯粉；

6)向粉碎后的木薯粉加水，制成木薯浆，木薯浆中木薯的浓度为20～25g/L；

7)将木薯浆输进喷射液化装置，调节pH至5.5～7.0，按每克木薯粉5～15个酶活单位在木薯粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在85～125℃，维持1～6个小时，使液化DE值为5～95％；

8)对液化后的木薯浆过滤，保留滤清液；

9)将玉米滤清液和木薯滤清液混合通入发酵罐，在混合液中加入混合液总体积0.3～15％的有机氮源或混合液总体积0.01～2％的无机氮源；

10)将温度升至90～121℃，灭菌15～30分钟，再降温至发酵温度35～38℃；

11)将发酵菌种黑曲霉接入发酵罐中，并通风供氧，保持35～38℃的发酵温度至发酵结束；

12)采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。

其中，玉米粉粉碎后的细度应小于等于40目，木薯粉的细度应小于等于60目，以便使玉米浆和木薯浆更均匀。

其中，步骤9)中玉米滤清液和木薯滤清液的体积比为1∶0.1～10。

其中，步骤9)中有机氮源可选花生饼粉、豆饼粉、酵母粉、蛋白胨、豆粕或玉米；无机氮源可选硫铵、碳铵或尿素。

其中，步骤11)中可以采用孢子或菌丝接种的方法接入黑曲霉。

其中，步骤11)中的发酵结束是指当发酵测得还原糖含量为零或接近零、产酸接近或超过种后总糖。

有益效果：本发明不仅可以根据现有市场上柠檬酸发酵原料-木薯和玉米的价格变化以及供应量的变化，来改变两种原料的配比，可以有效地回避单一原料价格的波动带来的成本上升，又可以丰富发酵醪液的营养成分，利于柠檬酸发酵菌种产酸能力的提高，使得企业在原料上有更大的选择余地，降低了生产成本。此外，本发明与以单一原料生产柠檬酸相比，发酵液流动性能好，使发酵周期明显缩短，发酵指数提高10～12％，即在相同的产酸水平上，缩短发酵周期约10小时。

具体实施方式

实施例1：

称取玉米原料，将其粉碎制成玉米粉，细度为30目，加水制成玉米浆，使玉米浆中玉米的浓度为20g/L；将玉米浆输进喷射液化装置，调节pH至6.0，按每克玉米粉5个酶活单位在玉米粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在100℃，维持5个小时，使液化DE值为70％；将液化后的玉米浆过滤，保留滤清液；称取木薯原料，切块后粉碎成木薯粉，细度为50目，加水制成木薯浆，木薯浆中木薯的浓度为25g/L；将木薯浆输进喷射液化装置，调节pH至6.5，按每克木薯粉15个酶活单位在木薯粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在95℃，维持3个小时，使液化DE值为65％；将液化后的木薯浆过滤，保留滤清液；取玉米滤清液和木薯滤清液混合通入发酵罐，玉米滤清液和木薯滤清液的体积比为9∶1，在混合液中加入混合液总体积3％的酵母粉，将温度升至105℃，灭菌25分钟，再降温至发酵温度35℃；采用孢子接种法将黑曲霉接入发酵罐中，并通风供氧，保持35℃的发酵温度至发酵结束；采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。

实施例2：

称取玉米原料，将其粉碎制成玉米粉，细度为40目，加水制成玉米浆，使玉米浆中玉米的浓度为25g/L；将玉米浆输进喷射液化装置，调节pH至6.5，按每克玉米粉15个酶活单位在玉米粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在105℃，维持3个小时，使液化DE值为60％；将液化后的玉米浆过滤，保留滤清液；称取木薯原料，切块后粉碎成木薯，粉细度为50目，加水制成木薯浆，木薯浆中木薯的浓度为20g/L；将木薯浆输进喷射液化装置，调节pH至6.5，按每克木薯粉5个酶活单位在木薯粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在100℃，维持5个小时，使液化DE值为65％；将液化后的木薯浆过滤，保留滤清液；取玉米滤清液和木薯滤清液混合通入发酵罐，玉米滤清液和木薯滤清液的体积比为1∶9，在混合液中加入混合液总体积1％的碳铵，将温度升至110℃，灭菌20分钟，再降温至发酵温度37℃；采用菌丝接种法将黑曲霉接入发酵罐中，并通风供氧，保持37℃的发酵温度至发酵结束；采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。

实施例3：

称取玉米原料，将其粉碎制成玉米粉，细度为40目，加水制成玉米浆，使玉米浆中玉米的浓度为20g/L；将玉米浆输进喷射液化装置，调节pH至6.0，按每克玉米粉10个酶活单位在玉米粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在100℃，维持4个小时，使液化DE值为80％；将液化后的玉米浆过滤，保留滤清液；称取木薯原料，切块后粉碎成木薯粉，细度为60目，加水制成木薯浆，木薯浆中木薯的浓度为20g/L；将木薯浆输进喷射液化装置，调节pH至6.0，按每克木薯粉10个酶活单位在木薯粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在100℃，维持4个小时，使液化DE值为85％；将液化后的木薯浆过滤，保留滤清液；取玉米滤清液和木薯滤清液混合通入发酵罐，玉米滤清液和木薯滤清液的体积比为1∶1，在混合液中加入混合液总体积5％的豆粕，将温度升至115℃，灭菌25分钟，再降温至发酵温度37℃；采用菌丝接种法将黑曲霉接入发酵罐中，并通风供氧，保持37℃的发酵温度至发酵结束；采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。

Claims (8)

1.一种混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)称取玉米原料，将其粉碎制成玉米粉；

2)向粉碎后的玉米粉加水，制成玉米浆，玉米浆中玉米的浓度为20～25g/L；

3)将玉米浆输进喷射液化装置，调节pH至5.5～7.0，按每克玉米粉5～15个酶活单位在玉米粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在95～125℃，维持1～6个小时，使液化DE值为5～95％；

4)对液化后的玉米浆过滤，保留滤清液；

5)称取木薯原料，切块后粉碎成木薯粉；

6)向粉碎后的木薯粉加水，制成木薯浆，木薯浆中木薯的浓度为20～25g/L；

7)将木薯浆输进喷射液化装置，调节pH至5.5～7.0，按每克木薯粉5～15个酶活单位在木薯粉浆中加入高温α-淀粉酶，并进行液化，温度控制在85～125℃，维持1～6个小时，使液化DE值为5～95％；

8)对液化后的木薯浆过滤，保留滤清液；

9)将玉米滤清液和木薯滤清液混合通入发酵罐，在混合液中加入混合液总体积0.3～15％的有机氮源或混合液总体积0.01～2％的无机氮源；

10)将温度升至90～121℃，灭菌15～30分钟，再降温至发酵温度35～38℃；

11)将发酵菌种黑曲霉接入发酵罐中，并通风供氧，保持35～38℃的发酵温度至发酵结束；

12)采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。

2.根据权利要求1所述的混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤1)中玉米粉的细度小于等于40目。

3.根据权利要求1所述的混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤5)中木薯粉的细度小于等于60目。

4.根据根据权利要求1所述的混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤9)中玉米滤清液和木薯滤清液的体积比为1∶0.1～10。

5.根据根据权利要求1所述的混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤9)中有机氮源为花生饼粉、豆饼粉、酵母粉、蛋白胨、豆粕或玉米。

6.根据根据权利要求1所述的混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤9)中无机氮源为硫铵、碳铵或尿素。

7.根据根据权利要求1所述的混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤11)中采用孢子或菌丝接种的方法接入黑曲霉。

8.根据根据权利要求1所述的混合原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤11)中发酵结束为当发酵测得还原糖含量为零或接近零、产酸接近或超过种后总糖。