一种淀粉质原料的处理方法及其在柠檬酸制备工业上的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及淀粉质原料制备方法，尤其涉及一种适应柠檬酸废水回流工艺 的淀粉质原料处理方法，及其在柠檬酸制备工业上的应用。属于化工和生物发酵技术 领域。
【背景技术】 柠檬酸是一种重要的有机酸，又名枸橼酸，无色无臭，有很强的酸味，易溶于水，在工 业，食品业，化妆业等具有极广泛的用途。目前，柠檬酸主要通过发酵法生产获得，以玉米等 淀粉质农作物作为原料。淀粉质原料处理方法通常需要经过粉粹、调浆、喷射液化、固液分 离等工序。
[0002] 传统工艺中，淀粉质原料粉碎调浆后，需加氢氧化钙将粉浆的pH控制在5.8~6.2; 一次加酶后经过95~105°C高温喷射，保温1~4h后再经过115~135°C的二次喷射，闪蒸降 温至95~99°C，二次加酶，维持0.5~2h，得到合格的液化液;为提高蛋白的絮凝效果，通常 需要加酸将液化液的pH调至5.0~5.2,再进行固液分离。上述工艺存在以下缺陷：（1)采用 二次加酶二次高温喷射的液化工艺，原料处理时间长，工艺设备流程长，显著增加能耗，如 申请号201110220758.2的专利"一种淀粉质原料的处理方法和柠檬酸的制备方法"，申请号 201110271718.0的专利"一种淀粉质原料的处理方法和应用"，以及申请号201310105118.6 的专利"一种制备柠檬酸的方法"均公开了二次加酶二次高温喷射的液化工艺，均公开了二 次加酶二次高温喷射的工艺手段；（2)整个原料处理过程中需进行多次pH调节，增加了酸碱 消耗，费时费力，另外，还增加了液化液中的离子浓度，给后续发酵和柠檬酸提纯造成负面 影响；（3)原料高温处理时间长，特别是第二次喷射温度温度大于115°C，导致液化液中糖和 氮的的美拉德反应加剧，产生的有害色素增加，糖液颜色加深，不利于后续发酵和柠檬酸提 纯;（4)二次喷射温度较高，导致酶失活，增加了酶用量。
[0003] 目前，柠檬酸废水回流生产柠檬酸，见申请号201410321671.8的专利"柠檬酸废水 回流发酵生产柠檬酸的方法"，已应用于生产。但由于柠檬酸废水pH较低，如回用的中和废 糖水pH为4.5~5.2，色谱分离残液pH为2.0~3.0，导致废水回流调浆后粉浆pH无法满足高 温淀粉酶的最适pH范围，需要添加更多的碱液或石灰，制约了柠檬酸废水回流工艺的应用。
[0004] 综上所述，亟需开发一种适应柠檬酸废水回流工艺的能在低pH条件下进行液化， 既能降低能耗，工艺简单，省时省力，又能保证蛋白絮凝和提纯效果的淀粉质原料处理方 法。
【发明内容】
[0005] 针对现有工艺存在的上述缺陷，本发明的目的之一在于提供一种适应柠檬酸废水 回流工艺的淀粉质原料处理方法，该方法能适应低pH液化条件，既可简化操作，降低能耗和 生产成本，又能保证理想的蛋白絮凝和提纯效果。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种淀粉质原料的处理方法，以柠檬酸废水为原料，包括原料粉碎、调浆、一次加酶一 次喷射、闪蒸、固液分离步骤，所述酶选自耐酸型α-高温淀粉酶。
[0007] 该方法具体包括以下步骤： (1) 将淀粉质原料粉碎后所得粉末与柠檬酸废水混合得到粉浆，在ΡΗ4.5~5.5的条件 下，加入所述耐酸性α-高温淀粉酶； (2) 将步骤（1)所制粉浆于97~108°C进行喷射，所得料液进行闪蒸，降温至95~99°C，保 温1~3h，碘试合格后得到液化液。
[0008] 其中， 步骤（1)所述粉末为将所述淀粉质原料进行粉碎后过40~100目筛所得。
[0009] 步骤(1)所述粉浆浓度为20~30%。
[0010] 步骤(1)所述耐酸性α-高温淀粉酶的添加量为10~40U/g粉末。
[0011] 具体地，该方法还包括将所述液化液经过板框过滤去掉滤渣得到糖液的步骤，用 于过滤的所述液化液比例为70~90%。
[0012] 具体地，所述淀粉质原料包括玉米、薯干、木薯的一种或多种。
[0013] 具体地，所述柠檬酸废水至少包括中和废糖水、色谱分离残液及前述两种废水与 冷凝水和/或自来水的混合液中的一种。
[0014] 本发明的另一目的在于提供上述方法在柠檬酸制备工业上的应用:将该方法所制 液化液和糖液作为培养基主要营养成分，并以黑曲霉菌作为菌种进行二级发酵。
[0015]具体地，种子培养方法为： 用自来水将所述液化液总糖浓度稀释至8~12%，加入氮源使总氮为0.15~0.4%，制成种 子培养基；加热至121°C，保温15min，降温至39°C，接入黑曲霉孢子培养得到种子液。其中， 所述氮源为无机氮源和有机氮源中一种或多种;所述无机氮源为硫酸铵和/或硝酸铵;有机 氮源为玉米浆、玉米淀粉渣、玉米液化液、豆柏粉、棉籽粉、蛋白胨、酵母膏中的一种或多种； 所述黑曲霉孢子接入量为终浓度为15~50万个/毫升，优选为30万个/毫升。
[0016] 所述种子培养条件为：温度37°C，通过溶氧反馈调控，将氧溶度控制在初始浓度 20%以上，培养24~30h。
[0017] 具体地，发酵培养方法为： 将所述液化液和糖液混合，使总糖为14~18%，总氮为0.06~0.13%，制成发酵培养基;加 热至85~95°C时，保温30min，降温至38°C接入种子液培养得到发酵液。
[0018] 所述发酵培养条件为：温度37°C，通过溶氧反馈调控，将氧溶度控制在初始浓度 40%以上。
[0019] 如无特殊说明，以上所述百分数均为重量百分数(wt%)。
[0020] 本发明具有如下有益技术效果： 本发明采用耐酸型α-高温淀粉酶，结合特定工艺参数和条件，创造性地解决了柠檬酸 废水回流生产柠檬酸受低pH条件制约的技术难题。在整个原料处理过程中几乎不用调整 PH，极大地简化了操作流程，降低了能耗和生产成本，省时省力，提高了生产效率；同时，较 低的pH条件增强了蛋白絮凝效果。与传统工艺相比，氢氧化钙和柠檬酸的用量分别节省 2.8Kg/t粉末和0.8Kg/t粉末，钙离子浓度下降至原工艺的16%，减少对后续发酵和提纯造成 的负面影响。
[0021] 本发明采用一次加酶一次喷射工艺即可达到理想的液化效果。取消第二次高温喷 射，原料处理时间缩短近1. lh，蒸汽消耗减少31%，在液化DE值保持不变的情况下，淀粉酶使 用量下降10%;缩短液化停留时间，美拉德反应减弱，色素产生显著下降，糖液浊度下降至原 工艺的43%，透光率提高至原工艺的3.9倍。
[0022] 将本发明方法应用于发酵生产柠檬酸，种子生长速率显著加快，种子培养周期缩 短2h，发酵指标进一步提高，发酵周期缩短3h，转化率提高0.6%，具有重要工业应用价值。
【具体实施方式】
[0023] 以下通过实施例对本发明作进一步说明。
[0024] 以下实施例和对比例所涉及原料和试剂(包括耐酸型α-高温淀粉酶、普通型α- 高温淀粉酶)均为市售商品；黑曲霉菌来源于中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)，保 藏编号CICC 40021。如无特殊说明，均采用本领域常用设备和工艺方法。
[0025] 实施例1 将玉米进行粉碎后，过80目筛;所得玉米粉与中和废糖水和冷凝水混合均匀，使粉浆浓 度达到20%，在ρΗ4.8~5.2条件下，按10U/g玉米粉的添加量加入耐酸型α-高温淀粉酶;所 得粉浆先经过l〇5°C喷射，再经过闪蒸降温至97°C，保温3h，碘试呈浅棕色后得到合格液化 液;将70%的液化液经过板框过滤去掉滤渣，得到糖液。
[0026]种子培养基配制:将液化液与自来水混合，将总糖浓度稀释至8%，加入玉米浆使总 氮为0.15%，配制成种子培养基;加热至121°C，保温15min，降温至39°C，接入黑曲霉孢子进 行种子培养。
[0027] 种子培养条件:温度37°C，通过调整通风比例和罐压将氧溶度控制在初始浓度20% 以上;黑曲霉孢子接种后终浓度为30万个/毫升，培养至移种标准后转接至发酵培养基。
[0028] 发酵培养基配制:将液化液与糖液混合，使得混合液总糖为14%，总氮为0.06%，制 成发酵培养基;加热至85°C时，保温30min，降温至38°C接入种子液进行发酵培养。
[0029] 发酵培养条件:温度37°C，通过调整通风比例和