专利名称：一种以汽爆秸秆为原料发酵生产柠檬酸的方法
技术领域：
本发明涉及发酵技术领域中的柠檬酸的生产方法，特别涉及一种以汽爆秸秆为原料发酵生产柠檬酸的方法。
背景技术：
柠檬酸是一种用途广泛且生产量极大的化工原料，我国主要利用黑曲霉通过薯干粉、淀粉等粮食原料生产，因此成本比较高。近年来，人们正致力于开发多种多样的替代粮食原料的方法发酵生产柠檬酸。
农作物秸秆是自然界中储量丰富的可再生资源，我国每年农作物秸秆产量达7亿吨之多。但是，这些资源长期未得到合理的开发，除极少量用作造纸、饲料外，其余大都被焚烧，这既是对天然资源的巨大浪费，又造成了环境的严重污染。农作物秸秆主要的成分中的纤维素和半纤维素降解以后分别可以得到葡萄糖和其他单糖和寡糖，如果能将这些糖类应用于发酵生产，将给秸秆的利用开辟一条新的利用途径。曾有人提出“以秸秆为原料生产柠檬酸的方法(CN1129739A)”，为秸秆的利用开辟了一条新路。该方法是通过纤维素酶的作用，破坏秸秆的细胞壁，释放其中的淀粉，蛋白质，再用淀粉酶水解淀粉来为发酵提供碳源，同时利用释放出的蛋白质作为发酵的氮源。这种处理方法用于发酵的主要不是纤维素基质，也没有利秸秆中占干重20％～30％的半纤维素。为了能更好的利用农作物的秸秆，我们开发了将汽爆处理的秸秆(包括麦草、稻草、玉米秸等等)用纤维素酶水解，得到的水解液应用于柠檬酸发酵的新技术。
发明内容
本发明涉及一种将汽爆处理的秸秆(包括麦草、稻草、玉米秸等等)用纤维素酶水解，得到的水解液应用于发酵制备柠檬酸的新技术。本发明的构思如下秸秆的主要成分是纤维素，半纤维素和木质素。其中半纤维素在汽爆的条件下降解产生单糖；纤维素被纤维素酶水解生成葡萄糖，纤维二糖和寡糖，这些皆可用于柠檬酸的发酵生产。
本发明的技术方案如下本发明提供的以汽爆秸秆为原料发酵生产柠檬酸的方法，其制备的步骤如下A.将汽爆秸秆粉碎至60～80目后，按汽爆秸秆粉料与水的质量份比为1∶4-1∶9的比例，将汽爆秸秆粉料加入自来水中，用盐酸、硫酸或磷酸调pH至4.5～5.5后，按每克汽爆秸秆加酶20单位的比例加入纤维素酶；搅拌均匀；在45～55℃条件下水解40～80小时；酶解结束后，经压滤，得到还原糖浓度为40～50g/l的滤液；B.浓缩上述糖滤液在50-70℃下对上述滤液采用薄膜浓缩，得到原滤液体积的1/2～1/3的浓缩液；C.对浓缩液进行发酵生产柠檬酸将浓缩液装入发酵罐中，同时加入占浓缩液重量0.5～5％的麸皮，灭菌后，接入黑曲霉Aspergillus niger 2160进行发酵，得到柠檬酸；所述黑曲霉Aspergillus niger 2160的接种量为每毫升浓缩液4×106个孢子。
所述的农作物汽爆秸秆料包括汽爆稻草秸秆料，汽爆麦草秸秆料或/和汽爆玉米秸秆料。
本发明的以汽爆秸秆为原料发酵生产柠檬酸的方法具有以下优点(1)本方法生产柠檬酸得到的产品符合GB-88标准，各项指标优于淀粉生产柠檬酸的方法。产酸达8％～12％，转化率达到90％～96％。
(2)制备材料的原料来自秸秆，与使用淀粉基质血相比成本大大降低。本发明所使用的基质来自农作为的秸秆，能够大量供应且价格低廉。
(3)使用的是经汽爆处理的秸秆，使秸秆中的半纤维素几乎全部降解而得到单糖。这就使得秸秆中不仅纤维素被利用，半纤维素也得到了充分利用，同时由于汽爆秸秆的酶水解的可及性比未经处理的秸秆强，因此提高了纤维素酶的利用率。
(4)本方法充分利用了秸秆这种可再生的生物质资源。每年植物要通过光合作用合成亿万吨(100×109t)的生物质。但是，由于种种原因，这样大量的生物质资源却没有得到良好的利用，大量的生物质实际上是被浪费了，其中就包括农作物的秸秆。而本发明正是把秸秆应用到了产量巨大的发酵产品柠檬酸的生产上，这实际上给生物质资源的利用开辟了-条新的途径。
具体实施例方式
实施例1汽爆麦草粉碎至60～80目后，按汽爆秸秆粉料与水的质量比1∶4的比例向汽爆秸秆粉料加入自来水。用盐酸调PH至5.5，然后按每克汽爆秸秆加酶20单位的比例加入纤维素酶。在45℃条件下水解80小时。酶解结束后，经压滤，得到还原糖浓度大约为40～50g/l的滤液。薄膜浓缩使得体积为原来体积的1/2。浓缩好的糖浆投入发酵罐中，同时加入0.5％的麸皮。灭菌后，接入黑曲霉菌种进行发酵，接种量约为每毫升浓缩液4×106个孢子。发酵条件为温度28℃-37℃，风量1v/v/m，罐压0.1MPa，搅拌转速150转/分。发酵周期4-7天。之后，按照常规钙盐沉淀的方法经过中和，洗糖，酸化，脱色，浓缩，结晶得到成品。
实施例2汽爆稻草粉碎至60～80目后，按质量比1∶9加入自来水。用硫酸调PH至4.5，然后按每克汽爆稻草加酶20单位的比例加入纤维素酶搅拌均匀。在55℃条件下水解40小时。酶解结束后压滤，得到还原糖浓度大约为40～50g/l的滤液。薄膜浓缩使得体积为原来体积的1/3。浓缩好的糖浆投入发酵罐中，同时加入5％的麸皮。灭菌后，接入黑曲霉菌种进行发酵，接种量约为每毫升浓缩液4×106个孢子。发酵和提取精制同实例1。
实施例3汽爆玉米秸秆粉碎至60～80目后，按质量比1∶7加入自来水。用硫酸调PH至5.0，然后按每克汽爆玉米秸秆加酶20单位的比例加入纤维素酶搅拌均匀。在50℃条件下水解60小时。酶解结束后压滤，得到还原糖浓度大约为40～50g/l的滤液。薄膜浓缩使得体积为原来体积的5/12。浓缩好的糖浆投入发酵罐中，同时加入3％的麸皮。灭菌后，接入黑曲霉菌种进行发酵，接种量约为每毫升浓缩液4×106个孢子。发酵和提取精制同实例1。
权利要求
1.一种以汽爆秸秆为原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，制备的步骤如下A.将汽爆秸秆粉碎至60～80目后，按汽爆秸秆粉料与水的质量份比为1∶4-1∶9的比例，将汽爆秸秆粉料加入自来水中，用盐酸、硫酸或磷酸调pH至4.5～5.5后，按每克汽爆秸秆加酶20单位的比例加入纤维素酶，搅拌均匀，在45～55℃条件下酶解40～80小时；酶解结束后，经压滤，得到还原糖浓度为40～50g/l的滤液；B.浓缩上述糖滤液在50-70℃下对上述滤液采用薄膜浓缩，得到原滤液体积的1/2～1/3的浓缩液；C.对浓缩液进行发酵生产柠檬酸将浓缩液装入发酵罐中，同时加入占浓缩液重量0.5～5％的麸皮，灭菌后，接入黑曲霉Aspergillus niger 2160进行发酵，得到柠檬酸；所述黑曲霉Aspergillus niger 2160的接种量为每毫升浓缩液4×106个孢子。
2.根据权利要求1所述的汽爆秸秆为原料发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于，所述的农作物汽爆秸秆料包括汽爆稻草秸秆料，汽爆麦草秸秆料或/和汽爆玉米秸秆料。
全文摘要
本发明涉及的以汽爆秸秆为原料发酵生产柠檬酸的方法，其制备步骤如下将粉碎后的汽爆秸秆料按比例加入自来水中，用酸调pH至4.5～5.5后，按每克汽爆秸秆加酶20单位的比例加纤维素酶，搅拌均匀，在45～55℃下酶解40～80小时；经压滤得滤液；浓缩滤液至原滤液体积的1/2～1/3得浓缩液；将浓缩液装入发酵罐中，同时加入占浓缩液重量0.5～5％麸皮，灭菌后，接入黑曲霉Aspergillus niger2160进行发酵，得到柠檬酸。本发明的方法发酵用的碳源糖来自半纤维素降解得到的单糖和纤维素降解得到的葡萄糖，纤维二糖和寡糖；秸秆利用充分，酶利用率高，生产成本低，可实现粮食基质的替代。
文档编号C12P7/40GK1884563SQ200510077290
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月21日 优先权日2005年6月21日
发明者陈洪章, 张志国 申请人:中国科学院过程工程研究所