专利名称：一种柠檬酸发酵液的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种柠檬酸发酵液的制备方法，尤其涉及一种补加无机氮源制备柠檬酸发酵液的方法。
背景技术：
柠檬酸是一种广泛地应用于食品、医药和化工领域的有机酸。随着经济的发展，各行各业对朽1檬酸的需求量稳步上升，各朽1檬酸生产企业面对的挑战与机遇也越来越多。目前，柠檬酸生产中主要存在的问题是发酵液浓度高，发酵液粘度大，从而不利于溶解氧的传质，造成发酵搅拌电机和空压机能耗高，严重制约了柠檬酸行业的快速发展。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种柠檬酸发酵液的制备方法，解决了目前柠檬酸生产中发酵液容易发粘、菌丝长等问题，提高了发酵过程中氧的传递效率，降低了搅拌电耗，增加了糖渣蛋白饲料的效益，提高了发酵液质量。本发明所述的柠檬酸发酵液的制备方法，其步骤为 ( I)将玉米粉碎制备玉米粉；(2)将玉米粉加水调浆，并向其中加入耐高温α -淀粉酶，每克玉米粉加入5-25个酶单位的耐高温α-淀粉酶；(3)将调浆后的玉米粉浆输送至喷射液化装置经过两次连续喷射液化工艺进行液化；(4)取步骤(3)中占最终发酵液总体积5-10%的液化液，投入种子罐中，80_121°C消毒15-30分钟，降温至35-38°C，接入黑曲霉孢子悬浮液进行种子液培养；(5)将步骤(3)中剩余液化液压滤得过滤清液；(6)取步骤(5)中占最终发酵液总体积90-95%的过滤清液投入到发酵罐中，80-121°C消毒15-30分钟后，降温至35_38°C ；(7)将磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵中加入水，配制成含氮量为O. 5-3. 5%的复合氮源营养液，在80-121 °C消毒15-30分钟，降温备用；(8)将步骤(4)培养成熟的种子液移至发酵罐中，35_38°C通风搅拌发酵，发酵8-24h后开始补加步骤(7)配制好的复合氮源营养液，每100升发酵液中加入复合氮源营养液的体积为1-5升，至40-48h补加结束，最终至发酵终了。由于玉米粉粒度过大，不利于后续处理；粒度过小，会给粉碎工序增加较大的难度，增加电耗和工作量，所以步骤(I)中粉碎后的玉米粉60目的透过率在65%以上。将粉碎后的玉米粉浆加入水进行调浆，调浆后质量分数为10-35%。由于pH过高或过低都会使得淀粉酶的活性受到抑制，不利于后期的液化，导致玉米渣中残留的淀粉较多，造成部分的淀粉的损失，引起资源的浪费，所以通过添加少量柠檬酸母液或者生石灰对玉米粉调浆的PH进行调节，调节后控制在5. 6-7. 8。
玉米粉浆经过两次连续喷射液化，第一次喷射温度为95_98°C，第二次喷射温度为125-130°C，在液化层流罐中维持1-6个小时，液化DE值为10_35%。第一次喷射液化主要是促进淀粉酶与淀粉的迅速作用，使得淀粉初步液化；第二次喷射液化主要是高温条件下蛋白质的凝聚和难溶性淀粉酶颗粒的膨胀溶出，降低液化液的粘度，有利于后续的过滤。相对于一次喷射液化工艺，二次连续喷射液化的主要优势在于通过提高蛋白絮凝程度，增加了滤渣蛋白含量，提高了蛋白饲料价值，降低了液化液粘度，降低了发酵罐能耗。本发明中两次连续喷射液化，可以通过高效余热换热回收设备进行，蒸汽消耗基本没有增加。取上述占最终发酵液总体积5-10%的液化液，投入种子罐中，消毒，降温，接入黑曲霉孢子悬浮液进行培养基培养，黑曲霉孢子悬浮液的接入量为本领域的常规用量即可。本发明所述的最终发酵液总体积是根据实际生产过程中发酵罐的体积确定的。本发明发酵过程中，采用的氮源为无机氮源。由于常规的无机氮源中，硫酸铵的硫酸根离子对菌体生长有一定的影响，尿素在高温灭菌过程容易分解，硝酸铵的储存过程存在一定安全隐患，因此在不增加无机氮源成本的基础上，本发明首次采用磷酸氢 二铵、氨水和朽1檬酸铵制成复合氮源营养液。与有机氮源相比，该复合氮源营养液成本低廉，易于储存，同时可以大大减少发酵液中有机氮(蛋白)的含量，降低发酵液的粘度，加快发酵过程溶解氧传质。另外，本发明所述的复合氮源营养液中，磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵除了能够提供氮元素之外，还具有调节发酵前期PH值，维持pH值稳定的作用，同时补充溶磷，以促进菌体快速生长。其制备过程为以氮元素计算，将磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵按照质量比为
I.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量为O. 5-3. 5%的复合氮源营养液，在80-121°C消毒15-30分钟，降温备用。含氮量过高容易导致发酵补加过程中与发酵液混合不匀，含氮量过低会导致补加体积过大，发酵过程容易跑料。由于无机氮源是高效利用氮源，需要根据发酵过程菌体生长代谢情况分批加入，经过实验摸索，最佳的补加方式是在发酵8-24h后开始补加复合氮源营养液，40-48h补加结束。由于补加量过大菌体生长过于旺盛，容易导致发酵过程供氧不足，发酵指数和转化率降低；补加量过低，菌体生长不足，发酵不能进行到底，所以每100升发酵液中加入复合氮源营养液的体积为1-5升。由于温度过低，菌种生长代谢速度缓慢，导致发酵周期过长；温度过高会对菌种生长、代谢产生不利影响，导致产生其他的杂酸、代谢物质，给后续的提取增加负担，所以发酵温度控制在35-38°C。当发酵罐正常产酸每小时不超过O. 1%，还原糖不超过I. 0%即可终止发酵。最终的发酵液可以采用常用的钙盐法提取其中的柠檬酸。综上所述，本发明以玉米粉为原料发酵生产柠檬酸，发酵过程中首次添加磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵制成的复合氮源营养液进行发酵，具有以下有益效果I、本发明所述的复合氮源营养液成本低廉，易于储存，同时降低了发酵液的粘度，加快了发酵过程溶解氧传质，提高了发酵液质量，有利于后续提取工作的开展，降低了发酵搅拌电机和空压机能耗，与目前的玉米粉发酵生产柠檬酸相比发酵电耗可下降10%以上；2、本发明所述的复合氮源营养液还具有调节发酵前期pH值，维持pH值稳定的作用，同时补充发酵过程中的溶磷，促进菌体快速生长；3、本发明采用复合氮源营养液代替有机氮作为菌体氮源，并且通过两次连续喷射液化，使得糖渣蛋白饲料的产量可增加10%以上，既减少对环境的污染，变废为宝，又能创造良好的经济效益，提高了企业的综合竞争力。
具体实施例方式实施例I一种柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，其步骤为
(I)将玉米粉碎制备玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透过率为65% ；(2)将玉米粉加水调浆至质量分数为10%，pH为5. 6，并向其中加入耐高温α -淀粉酶，每克玉米粉加入15个酶单位的耐高温α -淀粉酶；(3)将调浆后的玉米粉浆输送至喷射液化装置经过两次连续喷射液化工艺进行液化，第一次喷射液化温度为96°C，第二次喷射液化温度为130°C，在液化层流罐中维持I个小时，液化DE值为10% ；(4)取步骤(3)中占最终发酵液总体积5%的液化液，投入种子罐中，100°C消毒20分钟，降温至35°C，接入黑曲霉孢子悬浮液进行种子液培养；(5)将步骤(3)中剩余液化液采用板框过滤机压滤得过滤清液，过滤的玉米糖渣用于生广闻蛋白饲料；(6)取步骤(5)中占最终发酵液总体积95%的过滤清液投入到发酵罐中，80°C消毒15分钟后，降温至35 0C ；(7)以氮元素计算，将磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵按质量比为1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量为3. 5%的复合氮源营养液,在80°C消毒15分钟，降温备用；(8)将步骤(4)培养成熟的种子液移至发酵罐中，35°C通风搅拌发酵，发酵8h后开始补加步骤(7)配制好的复合氮源营养液，每100升发酵液中加入复合氮源营养液的体积为I升，至40h补加结束，最终至发酵终了。在此条件下，发酵52小时，产酸16. 36%，转化率99. 28% ;发酵液送至提取车间采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。实施例2一种柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，其步骤为(I)将玉米粉碎制备玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透过率为75% ；(2)将玉米粉加水调浆至质量分数为35%，pH为7. 8，并向其中加入耐高温α -淀粉酶，每克玉米粉加入25个酶单位的耐高温α -淀粉酶；(3)将调浆后的玉米粉浆输送至喷射液化装置经过两次连续喷射液化工艺进行液化，第一次喷射液化温度为95°C，第二次喷射液化温度为125°C，在液化层流罐中维持2个小时，液化DE值为35%;(4)取步骤(3)中占最终发酵液总体积10%的液化液，投入种子罐中，80°C消毒15分钟，降温至38°C，接入黑曲霉孢子悬浮液进行种子液培养；(5)将步骤(3)中剩余液化液采用板框过滤机压滤得过滤清液，过滤的玉米糖渣用于生广闻蛋白饲料；(6)取步骤(5)中占最终发酵液总体积90%的过滤清液投入到发酵罐中，121°C消毒25分钟后，降温至38 °C ；
(7)以氮元素计算，将磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵按质量比为1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量为O. 5%的复合氮源营养液，在121°C消毒30分钟，降温备用；(8)将步骤(4)培养成熟的种子液移至发酵罐中，38°C通风搅拌发酵，发酵24h后开始补加步骤(7)配制好的复合氮源营养液，每100升发酵液中加入复合氮源营养液的体积为2升，至42h补加结束，最终至发酵终了。在此条件下，发酵56小时，产酸18. 03%,转化率100. 28 % ;发酵液送至提取车间采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。
实施例3一种柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，其步骤为( I)将玉米粉碎制备玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透过率为70% ；(2)将玉米粉加水调浆至质量分数为15%，pH为6. 7，并向其中加入耐高温α -淀粉酶，每克玉米粉加入5个酶单位的耐高温α-淀粉酶；(3)将调浆后的玉米粉浆输送至喷射液化装置经过两次连续喷射液化工艺进行液化，第一次喷射液化温度为98°C，第二次喷射液化温度为126°C，在液化层流罐中维持4个小时，液化DE值为25%;(4)取步骤(3)中占最终发酵液总体积6%的液化液，投入种子罐中，121°C消毒30分钟，降温至36°C，接入黑曲霉孢子悬浮液进行种子液培养；(5)将步骤(3)中剩余液化液采用板框过滤机压滤得过滤清液，过滤的玉米糖渣用于生广闻蛋白饲料；(6)取步骤(5)中占最终发酵液总体积94%的过滤清液投入到发酵罐中，100°C消毒20分钟后，降温至36 °C ；(7)以氮元素计算，将磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵按质量比为1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量为I. 0%的复合氮源营养液,在110°C消毒25分钟，降温备用；(8)将步骤(4)培养成熟的种子液移至发酵罐中，36°C通风搅拌发酵，发酵16h后开始补加步骤(7)配制好的复合氮源营养液，每100升发酵液中加入复合氮源营养液的体积为3升，至44h补加结束，最终至发酵终了。在此条件下，发酵59小时，产酸18. 37%，转化率100. 93%，；发酵液送至提取车间采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。实施例4一种柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，其步骤为(I)将玉米粉碎制备玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透过率为80%;(2)将玉米粉加水调浆至质量分数为25%，pH为6. 2，并向其中加入耐高温α -淀粉酶，每克玉米粉加入10个酶单位的耐高温α -淀粉酶；(3)将调浆后的玉米粉浆输送至喷射液化装置经过两次连续喷射液化工艺进行液化，第一次喷射液化温度为97°C，第二次喷射液化温度为127°C，在液化层流罐中维持6个小时，液化DE值为15%;(4)取步骤(3)中占最终发酵液总体积7%的液化液，投入种子罐中，90°C消毒25分钟，降温至37°C，接入黑曲霉孢子悬浮液进行种子液培养；(5)将步骤(3)中剩余液化液采用板框过滤机压滤得过滤清液，过滤的玉米糖渣用于生广闻蛋白饲料；(6)取步骤(5)中占最终发酵液总体积93%的过滤清液投入到发酵罐中，110°C消毒30分钟后，降温至37 °C ；(7)以氮元素计算，将磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵按质量比为1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量为I. 5%的复合氮源营养液，在90°C消毒20分钟，降温备用；(8)将步骤(4)培养成熟的种子液移至发酵罐中，37°C通风搅拌发酵，发酵12h后开始补加步骤(7)配制好的复合氮源营养液，每100升发酵液中加入复合氮源营养液的体积为4升，至46h补加结束，最终至发酵终了。在此条件下，发酵57小时，产酸17. 88 %，转化率99. 32% ;发酵液送至提取车间采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。实施例5 一种柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，其步骤为(I)将玉米粉碎制备玉米粉，粉碎后的玉米粉60目的透过率为73% ；(2)将玉米粉加水调浆至质量分数为20%，pH为7. 3，并向其中加入耐高温α -淀粉酶，每克玉米粉加入20个酶单位的耐高温α -淀粉酶；(3)将调浆后的玉米粉浆输送至喷射液化装置经过两次连续喷射液化工艺进行液化，第一次喷射液化温度为96°C，第二次喷射液化温度为128°C，在液化层流罐中维持3个小时，液化DE值为20% ；(4)取步骤(3)中占最终发酵液总体积8%的液化液，投入种子罐中，110°C消毒15分钟，降温至36°C，接入黑曲霉孢子悬浮液进行种子液培养；(5)将步骤(3)中剩余液化液采用板框过滤机压滤得过滤清液，过滤的玉米糖渣用于生广闻蛋白饲料；(6)取步骤(5)中占最终发酵液总体积92%的过滤清液投入到发酵罐中，90°C消毒30分钟后，降温至36 C ；(7)以氮元素计算，将磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵按质量比为1.5:1:2混合后加入水，配制成含氮量为2. 5%的复合氮源营养液,在100°C消毒18分钟，降温备用；(8)将步骤(4)培养成熟的种子液移至发酵罐中，36°C通风搅拌发酵，发酵20h后开始补加步骤(7)配制好的复合氮源营养液，每100升发酵液中加入复合氮源营养液的体积为5升，至48h补加结束，最终至发酵终了。在此条件下，发酵55小时，产酸18. 54%，转化率101. 31% ;发酵液送至提取车间采用钙盐法提取发酵液中的柠檬酸。
权利要求
1.一种柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，其步骤为 (1)将玉米粉碎制备玉米粉； (2)将玉米粉加水调浆，并向其中加入耐高温α-淀粉酶，每克玉米粉加入5-25个酶单位的耐高温α-淀粉酶； (3)将调浆后的玉米粉浆输送至喷射液化装置经过两次连续喷射液化工艺进行液化； (4)取步骤(3)中占最终发酵液总体积5-10%的液化液，投入种子罐中，80-121°C消毒15-30分钟，降温至35-38°C，接入黑曲霉孢子悬浮液进行种子液培养； (5)将步骤(3)中剩余液化液压滤得过滤清液； (6)取步骤(5)中占最终发酵液总体积90-95%的过滤清液投入到发酵罐中，80-121°C消毒15-30分钟后，降温至35-38 °C ； (7)将磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵中加入水，配制成含氮量为O.5-3. 5%的复合氮源营养液，在80-121 °C消毒15-30分钟，降温备用； (8)将步骤(4)培养成熟的种子液移至发酵罐中，35-38°C通风搅拌发酵，发酵8-24h后开始补加步骤(7)配制好的复合氮源营养液，每100升发酵液中加入复合氮源营养液的体积为1-5升，至40-48h补加结束，最终至发酵终了。
2.根据权利要求I所述的柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，步骤(I)所述的粉碎后的玉米粉60目的透过率在65%以上。
3.根据权利要求I所述的柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，步骤(2)所述的玉米粉调浆后质量分数为10-35%。
4.根据权利要求I所述的柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，步骤(2)所述的玉米粉调浆后PH为5. 6-7.8。
5.根据权利要求I所述的柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，步骤(3)所述的第一次喷射液化温度为95-98°C，第二次喷射液化温度为125-130°C，液化DE值为10_35%。
6.根据权利要求I所述的柠檬酸发酵液的制备方法，其特征是，步骤(7)所述的复合氮源营养液中，以氮元素计算，磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵的质量比为I. 5:1:2。
全文摘要
本发明涉及一种柠檬酸发酵液的制备方法，其特点是以玉米为原料，采用两次连续喷射液化，发酵过程中首次添加磷酸氢二铵、氨水和柠檬酸铵制成的复合氮源营养液进行发酵，解决了目前柠檬酸生产中发酵液容易发粘、菌丝长等问题，提高了发酵过程中氧的传递效率，降低了搅拌电耗，增加了糖渣蛋白饲料的效益，提高了发酵液质量，提高了企业的综合竞争力。
文档编号C12R1/685GK102899363SQ20121033984
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者寇光智, 刘剑雄, 周一江, 安丰民, 裴振洪, 焦光明 申请人:日照鲁信金禾生化有限公司