专利名称：一种全木薯发酵生产柠檬酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种发酵生产柠檬酸的方法，尤其是一种全木薯发酵生产柠檬酸的方法。
背景技术：
目前，国内柠檬酸行业主要以玉米、瓜干、木薯等作为生产原料发酵生产柠檬酸， 其中使用玉米的约占95%，其原料处理及发酵工艺路线如下干玉米籽粒，经过除尘、除杂，直接粉碎成玉米粉，按一定比例加水调浆，在淀粉酶的作用下，经过高温液化处理，成为流动性较好、便于菌种利用的液化液进入发酵过程，在发酵过程中，通过黑曲霉菌种代谢积累柠檬酸，发酵结束，将含有柠檬酸的发酵液进行下游提取及精制获得柠檬酸产品。玉米原料处理和发酵过程中，产生副产物玉米渣和菌丝渣。但是，随着粮食危机的进一步蔓延，玉米作为主要粮食供应日益紧张，而瓜干由于其产量小、经济成本高等限制了其广泛应用，所以人们开始致力于采用非粮原料发酵生产柠檬酸的研究，以缓解粮食危机带来的压力。木薯广泛种植于热带和部分亚热带地区，在我国以广东和广西的种植面积最大， 福建和台湾次之，云南、贵州、四川、湖南、江西等省也有少量栽培。木薯含有亚麻仁苦苷，水解后会产生游离氢氰酸，若生食或食品加工过程处理不当易引起中毒，但在加工成薯干后， 亚麻仁苦苷大部分都被去除，且用于柠檬酸生产过程在发酵之前的蒸煮液化可将亚麻仁苦苷去除掉，不会危害发酵。因此，作为一种资源丰富、淀粉含量高(木薯干淀粉含量在71% 以上)的作物，木薯被用作柠檬酸生产原料对缓解全球粮食压力有重要意义。但是，使用木薯作为柠檬酸生产原料时，由于其蛋白含量偏低，发酵过程需要补充氮源，而且木薯中胶体物质较多，发酵液粘稠溶氧差。总之，现行的木薯发酵工艺相对于玉米发酵工艺，存在发酵底物浓度低、转化率低、发酵周期长等问题，从而导致发酵粮耗、能耗偏高，发酵指数，发酵产量低等问题，同时对于下游提取也有一定影响。而且传统的木薯发酵工艺中，通过菌体自身分泌酶类对原料进行分解糖化，由于菌体自身酶活力不够以及糖化条件不适合，糖化不彻底，发酵残糖高。专利申请号为200910233468. 4的“一种木薯去渣发酵生产柠檬酸的方法”和专利申请号为201010M9932. 1的“一种混合发酵原料生产柠檬酸的方法”分别公开了利用木薯作为柠檬酸生产原料和将玉米与木薯混合发酵生产柠檬酸的工艺，前者是采用玉米或来源有限的豆饼粉作为有机氮源，后者则只用玉米作为有机氮源，两者基本上还是通过添加玉米作为发酵原料，没有从根本上避免玉米消耗的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种全木薯发酵生产柠檬酸的方法，采用本发明既可以避免玉米原料的消耗，又能除去木薯发酵液中过多胶质，而且实现了原料的彻底糖化， 降低了发酵粮耗，减轻了环保负荷。
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本发明提出的一种全木薯发酵生产柠檬酸的方法，其主要步骤为粉碎、调浆、液化、过滤、发酵工序，具体步骤为(1)称取木薯原料，粉碎成木薯粉；(2)向粉碎后的木薯粉中加水，调浆；(3)将木薯浆输进喷射液化装置，加入高温α -淀粉酶，并进行液化；液化温度为 80-110°C，时间0. 5-2h, α -淀粉酶的加入量为木薯粉质量的0. 2-0. 6%0 ；(4)对液化后的木薯浆过滤，保留滤清液；(5)称取蛋白渣或蛋白粕，将其粉碎；(6)向粉碎后的蛋白渣或蛋白粕中加水，调浆成为蛋白浆；(7)将蛋白浆输进喷射液化装置，加入高温α -淀粉酶，并进行液化；液化温度为 80-105°C，时间0. 5-lh，α -淀粉酶的加入量为蛋白渣或蛋白粕干基质量的0. 1-0. 3%0 ；(8)将木薯滤清液和蛋白渣或蛋白粕液化液混合通入发酵罐，调节ρΗ至4-4. 5， 100-105°C灭菌 30min，然后降温至 65_70°C ；(9)向发酵罐中加入酸性复合酶糖化；(10)降温至35-37°C，将发酵罐中接入黑曲霉菌种，通风发酵至发酵结束；(11)发酵结束后，发酵液进入提取工序提取柠檬酸；其中步骤(9)中糖化时选用的酸性复合酶加入量为木薯粉质量的0. 3-0. 4%。，糖化条件为65-70°C糖化10-1 ；步骤(5)中采用蛋白渣或蛋白粕作为氮源，粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒径小于1mm。首先，为了保证木薯粉调浆均勻，需要将木薯粉碎成木薯粉，使其能通过60目筛网。由于木薯浆浓度过低会导致发酵浓度降低，从而最终减少产量；浓度过大会影响后期液化效果，所以调浆时，木薯粉与水的质量比为1 3。由于后续工艺中需要对木薯液化液进行过滤，为保证良好的过滤效果和最低的淀粉损失，将调浆后的木薯浆在高温α-淀粉酶作用下，于80-110°C液化0. 5_2h，α-淀粉酶的加入量为木薯质量的0. 2-0. 6%。;该过程中，温度过高、时间过长会过大增加能源消耗，淀粉酶加入量过高会增加成本；反之则会影响液化效果，增加粮耗。所采用的高温α -淀粉酶从市场上直接购得。由于木薯中胶体物质较多，发酵液粘度大，发酵过程搅拌电机和空压机能耗高，同时增加提取难度，影响中间品质量，所以本发明采用了在原料处理过程对木薯进行过滤处理的方法，去除粘性物质，降低发酵液粘度，提高发酵浓度，减轻下游提取难度，提高产品质量。本发明优选加压转鼓过滤机过滤，其能耗低、自动化水平高、过滤效果好，木薯渣经过洗涤烘干后作为饲料出售，洗涤液可以和滤液合并后一起进入发酵罐。本发明采用蛋白渣或蛋白粕作为发酵氮源，为了保证发酵过程中蛋白渣或蛋白粕与木薯粉混合均勻，对其中的蛋白成分进行充分利用，提高后期发酵转化率，首先要对蛋白渣或蛋白粕进行粉碎，保证粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒径小于Imm;为了保证后期发酵能够提供充分的氮源，蛋白渣或蛋白粕中蛋白质含量大于16%。本发明所述的蛋白渣或蛋白粕采用以玉米为原料生产柠檬酸过程中产生副产物玉米渣，也可以采用玉米加工行业的废渣或蛋白喷浆纤维渣或含可溶物干酒精糟颗粒或蛋白粉或蛋白玉米胚芽粕或花生粕。为了保证蛋白渣或蛋白粕易于被发酵过程中的菌种利用，蛋白渣或蛋白粕最好经过再次液化，提高其发酵转化率。为了保证后期发酵浓度以及液化效果，蛋白渣粕调浆过程中蛋白渣或蛋白粕与水的质量比为1:2-1:3。调浆后的蛋白渣或蛋白粕液在高温α -淀粉酶作用下，于80_105°C液化0. 5_lh， 淀粉酶的加入量为蛋白渣或蛋白粕干基质量的0. 1-0. 3%0 ；该过程中，温度过高、时间过长会过大增加能源消耗，淀粉酶加入量过高会增加成本；反之则会影响液化效果，增加粮耗。将木薯滤清液和蛋白渣或蛋白粕液混合通入发酵罐，调节pH至4. 0-4. 5， 100-105°C灭菌30min，然后降温至65_70°C ；保证发酵过程所需总氮稳定，该过程中蛋白渣或蛋白粕与木薯干重比为1 10-1 30，比例过大发酵周期延长、能耗增加；比例过小菌体生长过剩，粮耗增加。为了使得原料糖化彻底，解决发酵残糖高的问题，本发明通过应用酸性复合酶糖化发酵技术对原料进行彻底糖化，降低发酵粮耗，减轻环保负荷。传统糖化工艺需要对原材料进行彻底糖化以达到最高DX值，而在本发明后期发酵过程中，黑曲霉是有一定糖化能力的，因此发明人对发酵前的糖化工艺进行了一定的调整，酸性复合酶的加入量为木薯粉质量的0. 3-0. 4%。，采用该技术后，残糖含量由传统工艺中的2%降为；由于柠檬酸发酵过程为一个偏酸性环境，为保证发酵前期的酶活力，本发明采用酸性复合酶进行糖化。酸性复合酶最低耐受PH为3. 5，最适温度60-70°C。由于木薯淀粉中支链淀粉含量超过80%，木薯中果胶、纤维素含量较高，而该酸性复合酶中含有少量普鲁兰酶、果胶酶和纤维素酶，可以用于水解支链淀粉、果胶和纤维素，从而保证糖化更加彻底，提高原料转化率，并且增加发酵液流动性、降低发酵能耗。本发明所述的酸性复合酶选自诺维信公司的高转化率复合酶。糖化结束后，将发酵罐中每ImL发酵液加入0. 7 1. 2万个黑曲霉孢子，通风发酵至发酵结束。发酵结束后，可以采用现有技术提取柠檬酸。表1为发酵液的平均质量指标。
表1发酵液平均质量指标
权利要求
1.一种全木薯发酵生产柠檬酸的方法，其主要步骤为粉碎、调浆、液化、过滤、发酵工序，其特征在于具体步骤为(1)称取木薯原料，粉碎成木薯粉；(2)向粉碎后的木薯粉中加水，调浆；(3)将木薯浆输进喷射液化装置，加入高温α-淀粉酶，并进行液化；液化温度为 80-110°C，时间0. 5-2h，淀粉酶的加入量为木薯粉质量的0. 2-0. 6%0 ；(4)对液化后的木薯浆过滤，保留滤清液；(5)称取蛋白渣或蛋白粕，将其粉碎；(6)向粉碎后的蛋白渣或蛋白粕中加水，调浆成为蛋白浆；(7)将蛋白浆输进喷射液化装置，加入高温α-淀粉酶，并进行液化；液化温度为 80-105°C，时间30-60min, α -淀粉酶的加入量为蛋白渣或蛋白粕干基质量的0. 1-0. 3%0 ；(8)将木薯滤清液和蛋白渣或蛋白粕液化液混合通入发酵罐，调节ρΗ至4.0-4. 5， 100-105°C灭菌 30min，然后降温至 65_70°C ；(9)向发酵罐中加入酸性复合酶糖化；(10)降温至35-37°C，将发酵罐中接入黑曲霉菌种，通风发酵至发酵结束；(11)发酵结束后，发酵液进入提取工序提取柠檬酸；其中步骤(9)中糖化时选用的酸性复合酶加入量为木薯粉质量的0.3-0. 4%。，糖化条件为65-70°C糖化10-1 ;步骤(5)中采用蛋白渣或蛋白粕作为氮源，粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒径小于1mm。
2.根据权利要求1所述的全木薯发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于所述的蛋白渣或蛋白粕中蛋白质质量分数大于16%。
3.根据权利要求1所述的全木薯发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于所述的蛋白渣或蛋白粕为玉米加工行业的废渣或蛋白喷浆纤维渣或含可溶物干酒精糟颗粒或蛋白粉或蛋白玉米胚芽粕或花生粕。
4.根据权利要求1所述的全木薯发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤O)中木薯粉与水的质量比为1 3。
5.根据权利要求1所述的全木薯发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤中选用加压转鼓过滤机过滤。
6.根据权利要求1所述的全木薯发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤(6)中蛋白渣或蛋白粕与水的质量比为1:2-1: 3。
7.根据权利要求1所述的全木薯发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤(8)中蛋白渣或蛋白粕与木薯粉干重比为1 10-1 30。
全文摘要
本发明涉及一种发酵生产柠檬酸的方法，尤其是一种全木薯发酵生产柠檬酸的方法，包括粉碎、调浆、液化、过滤、发酵工序，发酵前采用酸性复合酶对原料进行糖化；发酵时采用蛋白渣或蛋白粕作为氮源。本发明通过添加蛋白渣或蛋白粕补充发酵氮源，达到完全非粮发酵的目的，增加过滤工艺又能改善木薯高糖发酵配料浓度过高导致的发酵过程中溶氧不好，同时利用蛋白渣或蛋白粕中的残存碳源，实现原料的综合利用，降低发酵粮耗。
文档编号C12R1/685GK102399830SQ20111034183
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者周一江, 寇光智, 梁培森, 范开山 申请人:日照鲁信金禾生化有限公司