CN102234672A - 一种淀粉质原料的酶解方法和一种柠檬酸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种淀粉质原料的酶解方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分淀粉酶混合，得到混合物，将该混合物与蒸汽接触，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为100-120℃，并在该温度下保持4-10分钟；(2)将步骤(1)的与蒸汽接触后的混合物闪蒸，降温至85-99℃，并与剩余部分的淀粉酶混合，进行酶解。本发明的方法能够改善蛋白絮凝效果，使固液容易分离，并降低酶解残渣中的残淀粉含量，有效的改善酶解清液的DE值，此外，提高了制糖收率，降低了制糖粮耗，同时也降低了柠檬酸生产的粮耗和成本。

Description

一种淀粉质原料的酶解方法和一种柠檬酸的制备方法

技术领域

本发明涉及一种淀粉质原料的酶解方法和一种柠檬酸的制备方法。

背景技术

柠檬酸是一种广泛应用于饮料、食品及医药等行业的有机酸。目前，柠檬酸主要通过发酵法制备，例如，一般需要先将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液，将淀粉浆液与酶混合进行酶解，得到酶解产物(酶解液化液)，并将黑曲霉接种至含有所述酶解产物的发酵液中发酵产生柠檬酸。

在上述工艺中，淀粉质原料的酶解(液化)至关重要。目前的淀粉质原料酶解(液化)工艺，大多采用二次喷射液化工艺。即淀粉浆液加酶后先喷射至80-85℃，然后进入层流罐维持90-120分钟，接着又喷射至90-95℃，闪蒸后进入维持罐。碘试合格后进入板块压滤制取清液和残渣。

这种工艺存有如下缺陷：(1)糊化不彻底：许多较大粒径的淀粉质原料颗粒吸水膨胀后，仅表现在表面被淀粉水解；例如0.85mm(相当于20目筛孔)以上颗粒，只有淀粉的非结晶区和表面的晶体区溶胀，内部的晶体区很难达到糊化作用。(2)液化不彻底：众所周知，淀粉酶很难与没有溶胀的淀粉晶体区作用，因此，虽然加入了比较多的淀粉酶，但是淀粉质原料仍然很难液化，即使最后勉强使液化液碘试合格，但是液化液压滤困难，滤渣粘性大，含水量高，不但把部分糖液带入滤渣中，同时还造成淀粉酶的浪费。(3)残淀粉高：没有被糊化的晶体淀粉最后都在压滤过程中被截留在滤渣中，从而导致滤渣酶法检测残淀粉高。(4)液化清液浊度高：由于蛋白絮凝不好，难压滤，从而导致蛋白和淀粉的混合体粘附在滤布上，压滤困难，出来的清液浊度过高。(5)液化清液收率低：由于部分淀粉和糖液都截留在滤渣中，从而使清液的收率变低。(6)制取的清液的DE值(还原糖比干物的含量)较高，不利于柠檬酸发酵：由于糊化不彻底，液化比较困难，碘试不易合格，为了使碘试合格，就必须多添加淀粉酶，而同样条件下，DE值随淀粉酶的增加而增高，这种方法获取的液化清液的DE值为28-30％。而利于柠檬酸发酵的DE值范围在15-20％。(7)制糖粮耗高：由于滤渣中含有一定量的淀粉和糖分，所以导致制糖的粮耗较高。

上述缺陷存在一定的相关性，均直接或间接由于淀粉质原料酶解不完全所导致，因此，需要开发一种改善淀粉质原料酶解工艺的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种能够降低酶解残渣中的残淀粉和水分含量、降低酶解清液DE值和降低制糖粮耗的淀粉质原料的酶解方法，以及提供一种利用该酶解方法得到的酶解清液进行发酵的，具有较高柠檬酸转化率的柠檬酸的制备方法。

本发明的发明人在研究中发现，淀粉质原料在100-160℃才能真正溶解，但是现有技术中由于顾虑到高温会造成淀粉酶的完全或部分失活则不会采用如此高的糊化温度，而是先在较低温度喷射一次，并维持较长时间，再在较高温度再喷射一次。本发明的发明人经过研究，改变了现有的两次喷射的工艺，采用一次喷射和两次加酶的工艺，通过控制糊化温度和时间至一定范围，既可以使糊化彻底，又不会导致淀粉酶失活，同时还会降低糊化黏液的粘度；通过分批加入淀粉酶和控制液化维持温度至淀粉酶的最适温度，从而使淀粉酶充分发挥作用，得到良好的酶解效果，继而完成了本发明。

本发明提供了一种淀粉质原料的酶解方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分淀粉酶混合，得到混合物，将该混合物与蒸汽接触，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为100-120℃，并在该温度下保持4-10分钟；(2)将步骤(1)的与蒸汽接触后的混合物闪蒸，降温至85-99℃，并与剩余部分的淀粉酶混合，进行酶解。

本发明还提供了一种柠檬酸的制备方法，该方法包括将黑曲霉接种至发酵液中并发酵产生柠檬酸，所述发酵液含有淀粉质原料的酶解产物，其中，所述淀粉质原料的酶解产物的制备方法为上述酶解方法。

本发明的方法能够改善蛋白絮凝效果，使固液容易分离，并减低酶解(液化)残渣中的残淀粉含量，实施例1-3中，根据本发明的方法进行淀粉质原料的酶解液化，得到的酶解残渣的残淀粉和实际水分的含量为2-3重量％和48-50重量％，而现有技术(即对比例1)则为9重量％和56重量％；本发明的方法有效的改善了酶解(液化)清液的DE值，实施例1-3中得到的酶解清液的DE值为18-20％，有利于发酵制备柠檬酸，而现有技术则为30％；在同样的条件下，实施例1利用根据本发明的方法得到酶解液化液进行发酵制备柠檬酸，柠檬酸的酸度和转化率分别为15.8和102％，而利用现有技术方法得到的酶解液化液发酵制备的对比例1中柠檬酸的酸度和转化率分别为14.26和92％；实施例1-3中利用本发明的方法酶解玉米原料，得到1吨可溶性糖所需玉米原料为1.48吨-1.49吨，而现有技术则需要1.59吨，上述结果说明根据本发明的方法进行淀粉质原料的酶解提高了制糖收率，降低了制糖粮耗，同时也降低了柠檬酸生产的粮耗和成本。

具体实施方式

本发明提供了一种淀粉质原料的酶解方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分淀粉酶混合，得到混合物，将该混合物与蒸汽接触，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为100-120℃，并在该温度下保持4-10分钟，优选地，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为100-115℃，并在该温度下保持6-8分钟；(2)将步骤(1)的与蒸汽接触后的混合物闪蒸，降温至85-99℃，并与剩余部分的淀粉酶混合，进行酶解。

本发明的发明人对喷射的温度进行了***的研究，发现当温度过高时，开始加入的淀粉酶基本完全失活，并且对残渣残淀粉的降低没有太大的作用，且浪费了大量的蒸汽，而温度过低则不能达到淀粉完全糊化的效果，残渣中残淀粉含量很高，压滤困难，同时，还使得蛋白絮凝效果不好，影响液化质量。

淀粉酶是指能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，所述淀粉酶一般包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶。

α-淀粉酶又称淀粉1，4-糊精酶，它能够任意地、不规则地切开淀粉链内部的α-1，4-糖苷键，将淀粉水解为麦芽糖、含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。生产此酶的微生物主要有枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉和根霉。

β-淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4-糖苷键，生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。此酶主要由曲霉、根霉和内孢霉产生。

糖化酶又称淀粉α-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖。糖化酶作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1，6-糖苷键的寡糖；作用于直链淀粉后的产物几乎全部是葡萄糖。此酶产生菌主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、拟内孢霉、红曲霉。

异淀粉酶又称淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于支链淀粉分子分枝点处的α-1，6-糖苷键，将支链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。此酶产生菌主要是嫌气杆菌、芽孢杆菌及某些假单孢杆菌等细菌。

根据本发明，优选使用α-淀粉酶和/或异淀粉酶。在α-淀粉酶中，目前多用耐高温α-淀粉酶，耐高温α-淀粉酶具有极好的耐热性，其是采用地衣芽孢杆菌经深层培养，提取等工序精制而成，能随机水解淀粉、糖原及其降解物内部的α-1，4葡萄糖苷健使得胶状淀粉溶液的粘度迅速下降，产生可溶性糊精和寡聚糖，过度的水解可产生少量葡萄糖和麦芽糖。因此，本发明中最优选使用耐高温α-淀粉酶。

本发明的发明人发现，步骤(1)中的部分淀粉酶的用量与步骤(2)中的剩余部分的淀粉酶的用量的可调节范围较宽，优选情况下，为了在步骤(1)中与蒸汽接触后的混合物中的淀粉酶能够既起到降低淀粉浆液粘度的作用，又能够尽量降低淀粉酶的失活量，而同时尽量在经过步骤(2)中添加的剩余部分的淀粉酶能够最大效率的发挥酶解的作用，优选情况下，步骤(1)中的部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总重量的15-50重量％，步骤(2)中的剩余部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总重量的50-85重量％，进一步优选地，步骤(1)中的部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总重量的25-40重量％，步骤(2)中的剩余部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总重量的60-75重量％。

按照本发明，由淀粉质原料得到淀粉浆液的方法可以采用本领域技术人员公知的各种常规的方法，例如，将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液。将淀粉质原料粉碎的条件和方式没有特别的限制，只要能够使淀粉质原料充分破碎即可，优选情况下，得到的粉碎后的产物的颗粒直径为50-1000微米，优选为300-600微米。将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液的过程中，水的用量没有特别限定，通常情况下，为了便于后续步骤的酶解更充分，水与粉碎后产物的重量比可以为1.8-4∶1，本发明中均采用3∶1。所述淀粉浆液的pH值可以为5.5-7。

所述淀粉酶的用量适量为好，综合酶解效果和成本考虑，优选以每克粉碎后的产物的干重计，所述淀粉酶的总用量为4-60酶活力单位，优选为10-50酶活力单位，进一步优选为20-40酶活力单位。

根据GB 8275-2009定义：1g固体酶粉(或1ml液体酶)，于70℃、pH＝6.0条件下，1min内液化1mg可溶性淀粉所需要的酶量，即为1个酶活力单位，以u/g(或u/ml)表示。本发明中酶活力单位沿用此定义。

所述酶解的pH值可以在很大范围内改变，优选为5.5-7.0，更优选pH值为5.8-6.2。

按照本发明，在步骤(1)中，对淀粉浆液与淀粉酶的混合没有特别的限定，但是温度略高些有利于二者的混合和后续的糊化作用，优选地，混合的温度为50-60℃。在步骤(1)中，淀粉浆液与淀粉酶的混合物与蒸汽接触的条件的可选择范围较宽，只要保证接触后淀粉浆液与淀粉酶的混合物能够分别达到其适宜的温度即可，例如，所述混合物与蒸汽接触的条件包括接触的温度、蒸汽与混合物的用量比例以及接触时间等。优选情况下，在步骤(1)中，接触的条件包括蒸汽的温度为150-200℃，蒸汽与混合物的重量比为0.02-0.1∶1，接触的时间为1-5秒；更优选情况下，综合考虑能源和成本，在步骤(1)中，蒸汽的温度为160-180℃，蒸汽与混合物的比例为0.04-0.06∶1，接触的时间为1-3秒。

其中，使淀粉浆液与淀粉酶的混合物与蒸汽接触的方式没有特别限定，优选情况下，可以在本领域技术人员所公知的喷射器(例如，兆光喷射器或天长水热器。)中进行喷射接触，即，将淀粉浆液与淀粉酶的混合物以及蒸汽同时、快速喷射到喷射器中进行瞬间接触，并将该接触后的混合物送入另一储存罐中在一定温度下进行保温处理。

按照本发明，在步骤(2)中，为了更好地达到由快速的温度变化带来的使淀粉分子的膨胀更加充分，以至于能够使大颗粒淀粉膨胀破裂为小颗粒淀粉的目的，而使淀粉酶与淀粉颗粒的接触效果更好，以达到更佳的酶解效果，本发明采用闪蒸的方式将步骤(1)的与蒸汽接触后的混合物降温至85-99℃，并优选地，在连续生产的过程中将闪蒸后得到的蒸汽返回步骤(1)中，用于与混合物接触，蒸汽的回用可以大大降低生产成本。此外，闪蒸后得到的冷凝水也可以返回步骤(1)中用于制备淀粉浆液，即，用于与将淀粉质原料粉碎后得到的粉碎后的产物混合以制备得到淀粉浆液。其中，闪蒸指高压的饱和水进入相对低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水。按照本发明，所述闪蒸的条件的可选择范围较宽，只要达到闪蒸后使之降温的目的即可，例如，所述闪蒸的方式可以为常压闪蒸，也可以为真空闪蒸(负压闪蒸)，本发明优选使用真空闪蒸的方法，所述闪蒸的条件包括闪蒸的真空度可以为-0.05至-0.2MPa(表压)，闪蒸的时间可以为5-20秒。

根据本发明，闪蒸后需要液化维持的步骤，优选地，步骤(2)中，所述混合的条件包括，温度继续维持在85-99℃，进一步优选为90-99℃；时间为60-150分钟，进一步优选为90-120分钟。

酶解后，进行碘试检测酶解的效果，碘试合格(桔黄色或红色)后，一部分酶解液化液可以作为发酵底料和培养种子，大部分则进入板框压滤机进行压滤，实现固液分离，得到酶解(液化)清液和酶解(液化)残渣，用于发酵制备柠檬酸。

通过对酶解残渣进行残淀粉检测可以评估淀粉质原料的酶解效果，一般地，检测方法包括酸法残淀粉检测和残渣酶法残淀粉检测，由于淀粉质原料中的纤维素被消化，所以酸法残淀粉检测很难真实的反映出残渣中淀粉的含量，而普通酶法检测又没有考虑到酶解时引入的淀粉酶的总糖含量。本发明的发明人对残渣酶法残淀粉检测的方法进行了改进，具体地，取两份等量的酶解残渣，一份加入淀粉酶和水(酶解残渣)，一份加入与淀粉酶和水的总重量等量的水(溶解残渣)，用费林法分别检测溶解残渣中溶解总糖的含量A重量％、加入的淀粉酶的总糖含量B重量％、酶解残渣中酶解总糖的含量C重量％，再检测出酶解残渣中干基含量W重量％，则酶解残渣中干基残淀粉含量＝(C-B-A)×0.9/W。

按照本发明，所述淀粉质原料可以为本领域公知的各种可以用于酶解、发酵制备柠檬酸的含有淀粉的原料，例如，可以选自玉米、薯类(如木薯)、小麦和高粱中的至少一种，所述淀粉质原料中水分含量优选小于16重量％。

本发明还提供一种柠檬酸的制备方法，该方法包括将黑曲霉接种至发酵液中并发酵产生柠檬酸，所述发酵液含有淀粉质原料的酶解产物，其特征在于，所述淀粉质原料的酶解产物的制备方法为上述的酶解方法。

根据本发明，所述发酵液中各组分的含量可以在很大范围内改变，优选情况下，还可以根据需要向所述发酵液中添加补充氮源，所述补充氮源的含量可以为发酵液总重量的0.05-0.2重量％。根据本发明，所述补充氮源的种类为本领域技术人员所公知，例如，所述补充氮源可以为尿素、硫酸铵和硝酸铵中的至少一种。此外，还可以根据发酵液液位的要求向发酵液中补充适量的水，水的量的可选择范围较宽，可以根据实际需要而定。

根据本发明，所述发酵液含有淀粉质原料的酶解产物，所述淀粉质原料的酶解产物含有淀粉质原料酶解残渣和淀粉质原料酶解清液，为了更易于发酵的进行，以发酵液中含有的淀粉质原料的酶解产物的总重量为基准，所述淀粉质原料酶解清液的含量为80-95重量％，所述淀粉质原料酶解残渣的含量为5-20重量％。

根据本发明，所述黑曲霉的接种量可以在很大范围内改变，优选情况下，以每克发酵液为基准，黑曲霉的接种量为1×10⁴-5×10⁴个菌落形成单位(孢子)，更优选2×10⁴-4×10⁴个菌落形成单位。所述发酵的条件没有特别的限制，例如可以包括：温度为30-40℃，通气量为0.1-1体积：体积·分钟，发酵的时间为50-80小时。

所述菌落形成单位的定义为将稀释后的一定量的菌液通过浇注或涂布的方法，让其内的微生物单细胞一一分散在培养基平板上，待培养后，每一活细胞就形成一个菌落。即每毫升菌液中含有的单细胞的数目。

所述菌落形成单位可以通过本领域公知的方法测定，例如，通过血球计数板计数。

术语“通气量”一般以通气比来表示，通常以每分钟内通过单位体积培养液的空气体积比来表示(V/V·min)，例如通气比为1∶0.1-1，简称通气量为0.01-1体积：体积·分钟。

本发明发酵所使用的黑曲霉可以为商购的黑曲霉固体制剂或黑曲霉菌种，例如，黑曲霉Co827(上海工业微生物研究所)或黑曲霉T01(天津工业微生物所)。

所述黑曲霉可以采用常规的方法接种，例如，在被接种至发酵液中之前，将所述黑曲霉经过种子培养处理，即将黑曲霉接种至黑曲霉培养液中，得到黑曲霉种子液，之后将得到的种子液加入到发酵液中。黑曲霉种子培养的程度可以通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0-2.5、酸度0.5-2.0％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时停止培养。

根据本发明，所述黑曲霉培养液的制备方法没有特别的限制，只要得到的培养液能够适用于黑曲霉的培养即可，例如，可以将按照本发明的方法得到的酶解产物稀释至总糖为5-20重量％，之后加入氮源并灭菌，得到培养液。术语总糖是指酶解液化液中所含糖的总含量。

根据本发明，所述氮源的种类为本领域技术人员所公知，例如，所述氮源可以为尿素、硫酸铵和硝酸铵中的一种或几种，所述氮源的加入量可以在很大范围内改变，优选情况下，以所述黑曲霉培养液的总重量为基准，所述氮源的加入量为0.05-0.5重量％。

本发明中，所述黑曲霉种子培养处理过程中黑曲霉的接种量可以在很大范围内改变，优选情况下，以每克黑曲霉培养液为基准，黑曲霉的接种量为2×10⁵-4×10⁵个菌落形成单位。

根据本发明，所述黑曲霉发酵培养的条件可以在很大范围内改变，例如所述培养的条件可以包括：培养的温度可以为25-40℃，pH值可以为2-7，通气量可以为0.1-1体积：体积·分钟，培养的时间可以为45-65小时；更优选的情况下，所述培养的条件可以包括：培养的温度可以为30-40℃，pH值可以为2.5-6.5，通气量可以为0.4-0.8体积：体积·分钟，所述培养的时间可以为50-60小时。

发酵产物柠檬酸可以用常规的方法，根据不同工业产品的要求分离并精制，比如中和、酸解、脱色、浓缩、结晶、包装。

下面结合实施例对本发明进行更详细的说明。

本发明实施例中，所用淀粉酶为购自诺维信公司的耐高温α-淀粉酶；所用黑曲霉T01购自天津工业微生物所；所用喷射器为兆光喷射器。

酶解残渣中的水分的测定方法为：称取W1重量的酶解残渣，在105℃烘箱中烘干至恒重W2，则酶解残渣中的水分含量＝1-W2/W1。

酶解残渣中残淀粉的含量通过上述的改进型的残渣酶法进行测定。

酶解清液的DE值的测定方法为：费林法测出酶解清液还原糖A1(m/m)，烘箱烘干法测出酶解清液干物含量A2(m/m)，酶解清液DE值＝(A1/A2)×100％。

制糖粮耗为淀粉质原料酶解得到每吨可溶性糖所需的淀粉质原料的重量，其中，由淀粉质原料酶解得到的可溶性糖的重量的测定方法为：费林法检测酶解清液总糖含量B(m/v)，量取酶解清液的体积V，则淀粉质原料酶解得到的可溶性糖的重量＝B×V。

根据GB 1987-2007标准检测发酵后发酵液的浓度(简称酸度)，并计算柠檬酸的转化率，转化率(％)＝发酵液的浓度(简称酸度)×发酵液的体积/总糖(总糖＝种子罐总糖+发酵罐总糖)的重量×100％。

实施例1

本实施例用于说明本发明的玉米原料的酶解方法和制备柠檬酸的方法。

(1)玉米原料的粉碎

将100重量份玉米(水分含量为14重量％)进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与300重量份水混合得到淀粉浆液。

(2)酶解

在50℃下，将步骤(1)得到的淀粉浆液(pH值调节至6.0)与占淀粉酶的总重量的30重量％的α-淀粉酶混合(淀粉酶的总用量为按照以每克粉碎产物的干重计，加入30酶活力单位的耐高温α-淀粉酶)，得到混合物，将该混合物与170℃的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.05∶1)，接触的时间为2秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为110℃，并在该温度下保持7分钟；

将上述步骤与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为-0.1MPa(表压)，时间为10秒)至95℃，并与淀粉酶的总重量的70重量％的α-淀粉酶混合，调节pH值至6.0，并在该温度下保持100分钟；并将闪蒸后得到的蒸汽返回上述第一次与蒸汽接触的步骤中，将冷凝水返回步骤(1)中继续用于与玉米的粉碎产物混合；

(3)发酵

将步骤(2)得到的酶解产物通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和酶解固相残渣，测定酶解清液的DE值和制糖粮耗，测定酶解固相残渣中残淀粉和水分的百分含量，结果如表1所示。

使用上述步骤得到的酶解产物配置发酵液，具体组成为80重量份的酶解清液、19.9重量份的酶解固相残渣和0.1重量份尿素灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵液。

将上述得到的酶解清液，加水稀释至总糖的10重量％，并投入种子罐，加入尿素，尿素的加入量为种子罐培养液总重量的0.35％，加热到120℃消毒，维持20分钟后快速降温至36℃，接入黑曲霉菌种，接种量为：每克酶解清液接种3×10⁵个菌落形成单位，在36℃、0.4体积：体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH值在2.5、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

将上述培养黑曲霉菌种加入到含有上述配制的发酵液的发酵罐中进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为：每克发酵液接种3×10⁴个菌落形成单位，在37℃、120转/分钟下搅拌、0.4体积：体积·分钟的通气条件下培养60小时，发酵结束。

计算发酵后的发酵液的酸度和转化率，结果如表1所示。

对比例1

本对比例用于说明现有技术的采用玉米原料制备柠檬酸的方法。

按照实施例1的方法对玉米原料进行粉碎，不同的是，所述酶解的方法为：将步骤(1)得到的淀粉浆液加热至85℃，调节pH值至5，以每克粉碎产物的干重计，加入25酶活力单位的α-淀粉酶，并在85℃下保温酶解120分钟，然后加热至95℃，保温30分钟，在常压下闪蒸5秒至90℃，得到酶解产物。

按照实施例1的方法计算酶解清液的DE值和制糖粮耗，计算酶解固相残渣中残淀粉和水分的含量，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的条件将上述酶解产物进行发酵，制备柠檬酸，并按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的酸度，并计算柠檬酸的转化率，结果如表1所示。

对比例2

按照实施例1的方法对玉米原料进行粉碎和酶解，不同的是，喷射后在110℃保持的时间为25分钟，按照实施例1的方法测定酶解清液的DE值和制糖粮耗，测定酶解固相残渣中残淀粉和水分的含量，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的条件将上述酶解产物进行发酵，制备柠檬酸，并按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的酸度，并计算柠檬酸的转化率，结果如表1所示。

实施例2

本实施例用于说明本发明的玉米原料的酶解方法和制备柠檬酸的方法。

(1)玉米原料的粉碎

将100重量份与实施例1相同的玉米原料进行粉碎，得到平均粒子直径为600微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与300重量份水混合得到淀粉浆液。

(2)酶解

在60℃下，将步骤(1)得到的淀粉浆液(pH值调节至7.0)与淀粉酶的总重量的40重量％的α-淀粉酶酶混合(淀粉酶的总用量为按照以每克粉碎产物的干重计，加入20酶活力单位的耐高温α-淀粉酶)，得到混合物，将该混合物与160℃的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.06∶1)，接触的时间为3秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为100℃，调节pH值至5，并在该温度下保持8分钟；

将步骤上述与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为-0.05MPa(表压)，时间为20秒)至90℃，并与淀粉酶的总重量的60重量％的α-淀粉酶混合，调节pH值至6.2，并在该温度下保持120分钟；并将闪蒸后得到的蒸汽返回上述第一次与蒸汽接触的步骤中，将冷凝水返回步骤(1)中继续用于与玉米的粉碎产物混合；

(3)发酵

将步骤(2)得到的酶解产物通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和酶解固相残渣，测定酶解清液的DE值和制糖粮耗，测定酶解固相残渣中残淀粉和水分的百分含量，结果如表1所示。

用上述酶解产物配置发酵液，具体组成为85重量份的酶解清液、14.95重量份的酶解残渣和0.05重量份尿素灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵液。

将上述得到的酶解清液，加水稀释至总糖10％投入种子罐，加入尿素，尿素的加入量为种子罐培养液总重量的0.035％，加热到120℃消毒，维持20分钟后快速降温至30℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解液化清液2×10⁵个菌落形成单位)，在30℃、0.6体积：体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在3.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

将上述培养黑曲霉菌种加入到含有上述配制的发酵液的发酵罐中进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为：每克发酵液接种4×10⁵个菌落形成单位，在40℃、0.2体积：体积·分钟的通气的条件下培养50小时，发酵结束。

按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的酸度，并计算柠檬酸的转化率，结果如表1所示。

实施例3

本实施例用于说明本发明的玉米原料的酶解方法和制备柠檬酸的方法。

(1)玉米原料的粉碎

将100重量份与实施例1相同的玉米原料进行粉碎，得到平均粒子直径为300微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与300重量份水混合得到淀粉浆液。

(2)酶解

在55℃下，将步骤(1)得到的淀粉浆液(pH值调节至5.8)与淀粉酶的总重量的25重量％的α-淀粉酶混合(淀粉酶的总用量为按照以每克粉碎产物的干重计，加入40酶活力单位的耐高温α-淀粉酶)，得到混合物，将该混合物与180℃的蒸汽在喷射器中进行喷射接触(蒸汽与混合物的重量比为0.04∶1)，接触的时间为1秒，使得与蒸汽接触后的混合物的温度为115℃，，并在该温度下保持4分钟；

将步骤上述与蒸汽接触后的混合物进行闪蒸(真空度为-0.2MPa(表压)，时间为5秒)至99℃，并与淀粉酶的总重量的75重量％的α-淀粉酶混合，调节pH值至5.8，并在该温度下保持90分钟；并将闪蒸后得到的蒸汽返回上述第一次与蒸汽接触的步骤中，将冷凝水返回步骤(1)中继续用于与玉米的粉碎产物混合；

(3)发酵

将步骤(2)得到的酶解产物通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和酶解固相残渣。测定酶解清液的DE值和制糖粮耗，测定酶解固相残渣中残淀粉和水分的百分含量，结果如表1所示。

用上述酶解产物配置发酵液，具体组成为90重量份的酶解清液和9.8重量份的酶解残渣和0.2重量份尿素灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵液。

将实施例上述酶解清液，加水稀释至总糖10％投入种子罐，加入尿素，尿素的加入量为种子罐培养液总重量的0.035％，加热到120℃消毒，维持20分钟后快速降温至40℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解清液4×10⁵个菌落形成单位)，在40℃、0.8体积：体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在3.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

将上述培养黑曲霉菌种加入到含有上述配制的发酵液的发酵罐中进行发酵，并检测发酵液中的总糖，接种量为：每克发酵液接种4×10⁵个菌落形成单位，在30℃、0.8体积：体积·分钟的通气的条件下培养80小时，发酵结束。

按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的酸度，并计算柠檬酸的转化率，结果如表1所示。

实施例4

按照实施例1的方法对玉米原料进行粉碎和酶解，不同的是，喷射后在120℃保持的时间为4分钟，按照实施例1的方法测定酶解清液的DE值和制糖粮耗，测定酶解固相残渣残中残淀粉和水分的含量，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的条件将上述酶解产物进行发酵，制备柠檬酸，并按照实施例1的方法检测发酵后发酵液的酸度，并计算柠檬酸的转化率，结果如表1所示。

表1

从上表1中的数据可以看出，采用本发明的方法发酵得到的柠檬酸的酸度和转化率均高于采用现有方法得到的柠檬酸，且与现有技术即对比例1比较，本发明的方法得到的酶解固相残渣中的残淀粉含量和水分含量大大降低。同时，酶解清液的DE值也更适于柠檬酸发酵的需求，且制糖粮耗也大幅降低。

对比例2中喷射后维持时间较长，与实施例1相比，其酶解固相残渣中残淀粉含量增加，同时，水分含量也增加，这是由于维持时间过长，糊化过头，淀粉糊粘性变大，流动性变差造成的，同时，淀粉酶失活现象更加显著。

实施例4中喷射后在120℃保持4分钟，相比实施例1，其喷射温度相对较高，结果酶解固相残渣中残淀粉含量和水分含量均有所增加，说明喷射后维持温度为100-115℃，时间为4-8分钟是本发明的优选实施方式。

由此可见，本发明提供的方法可以更充分的水解淀粉质原料中的淀粉，使淀粉链逐渐变短，减少了大分子量淀粉的存在，从而降低了酶解产物中的残淀粉量。因此，本发明提供的方法能够有效提高柠檬酸的收率并降低粮耗，继而降低柠檬酸的生产成本。

Claims (12)

1.一种淀粉质原料的酶解方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)将由淀粉质原料得到的淀粉浆液与部分淀粉酶混合，得到混合物，将该混合物与蒸汽接触，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为100-120℃，并在该温度下保持4-10分钟；

(2)将步骤(1)的与蒸汽接触后的混合物闪蒸，降温至85-99℃，并与剩余部分的淀粉酶混合，进行酶解。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，接触的条件使得与蒸汽接触后的混合物的温度为100-115℃，并在该温度下保持6-8分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中的部分淀粉酶的用量为淀粉酶的总用量的15-50重量％，步骤(2)中的剩余部分的淀粉酶的用量为淀粉酶的总用量的50-85重量％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，由淀粉质原料得到淀粉浆液的方法包括将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物与水混合得到淀粉浆液，水与粉碎后的产物的重量比为1.8-4∶1；粉碎后的产物的颗粒直径为50-1000微米。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，以每克粉碎后的产物的干重计，所述淀粉酶的总用量为4-60酶活力单位。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，接触的条件包括蒸汽的温度为150-200℃，蒸汽与混合物的重量比为0.05-0.1∶1，接触的时间为1-5秒。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，将闪蒸后得到的蒸汽返回步骤(1)中用于与混合物接触，将闪蒸后得到的冷凝水返回步骤(1)中用于制备淀粉浆液；在步骤(2)中，所述混合的条件包括，温度为85-99℃，时间为60-150分钟。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述淀粉质原料选自玉米、薯类、小麦和高粱中的至少一种。

9.一种柠檬酸的制备方法，该方法包括将黑曲霉接种至发酵液中并发酵产生柠檬酸，所述发酵液含有淀粉质原料的酶解产物，其特征在于，所述淀粉质原料的酶解产物的制备方法为权利要求1-8中任意一项所述的方法。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述发酵液还含有补充氮源，所述补充氮源的含量为发酵液总重量的0.05-0.2重量％。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述淀粉质原料的酶解产物含有淀粉质原料酶解残渣和淀粉质原料酶解清液，以淀粉质原料的酶解产物的总重量为基准，所述淀粉质原料酶解清液的含量为80-95重量％，所述淀粉质原料酶解残渣的含量为5-20重量％。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述发酵液中，以每克发酵液为基准，黑曲霉的接种量为1×10⁴-5×10⁴个菌落形成单位，所述发酵的条件包括：温度为30-40℃，通气量为0.1-1体积：体积·分钟，发酵的时间为50-80小时。