专利名称：利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法
技术领域：
本发明属于发酵工程技术领域，具体地说，涉及一种利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法。
背景技术：
柠檬酸广泛应用于日常生活，是目前世界上需求量最大的生物化工产品之一，平均每年消耗量达到180万吨以上。随着全球经济的增长，国内和国际市场对柠檬酸的需求也不断增长。中国是世界上最大的柠檬酸出口国，目前中国柠檬酸年产能已经超过100万吨，占世界的53%左右，2010年出口量85万吨，超过世界贸易总量的一半。但随着世界生物化工产业(例如燃料乙醇)的快速发展，玉米等农作物的用量及价格与日俱增，粮食原料成为制约柠檬酸生产的一大瓶颈。发展非粮原料的柠檬酸生产技术已成为世界范围内的发展趋势，而与其它非粮作物相比，木薯的经济效益和社会效益较为突出。木薯是世界三大薯类之一，誉称“淀粉之王”、“地下粮食”。粗生易栽，适应性强，可在其它主要作物生长不良的旱地和边际零星土地上栽培，获得良好的产量和质量，亦可间作于幼林和疏林地的行间，或与豆类、瓜类以及禾本科作物间作或轮种，利于土地和劳动力资源的开发利用，在旱地农业中有着重要作用。我国木薯资源充足，本着“非粮为主，因地制宜”的战略，建立柠檬酸生产企业，并利用黑曲霉进行木薯全渣发酵法来生产柠檬酸。为了使柠檬酸的生产过程更加高效、简约和经济，现需要利用新鲜木薯直接粉碎后用于发酵。但新鲜木薯的氰化物含量较高，毒性较大，如果不经过脱毒工艺就接种发酵，会对发酵菌株黑曲霉的生长和产酸性能有很大的 抑制作用。木薯中含有的毒性物质为亚麻苦苷(Linamarin)及百脉根苷(Iotaustraline)两种生氰糖苷。生氰糖苷首先在葡萄糖苷酶的作用下分解生成氰醇和糖，氰醇很不稳定，自然分解为相应的酮、醛化合物和氢氰酸。其中氢氰酸为剧毒物质，达到一定的浓度，会严重抑制生物体的呼吸作用。生氰糖苷产生氢氰酸的过程如下
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県野因此，建立更加高效经济的脱毒工艺对木薯柠檬酸的生产有着至关重要的作用。为降低木薯中氰化物的含量，利用生氰糖苷较好水溶性和氢氰酸较强挥发性的特点，通常的做法，例如把木薯块根切成木薯片，晒制72小时左右，可使木薯中HCN的含量大大的降低，其它去除方法还包括烘干法(70°C 80°C)、水煮法、漂洗或太阳晾晒等。现多采用煮沸法，然而该方法虽然能有效去毒，但煮沸时间长达近8个小时才能够达到理想的脱毒效果，损耗大量的能源。以上脱毒方法都耗费大量的人力物力、不利于节约能源，不符合高效经济的生产要求和技术发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法。为了实现本发明目的，本发明的一种利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法，包括以下步骤I)以新鲜木薯为原料，黑曲霉作为发酵菌株，利用生物发酵法进行柠檬酸生产，去除发酵液中的菌体及杂质，向其中加入碳酸钙进行沉淀，回收滤液即为含复合酶的脱毒液；2)以新鲜木薯为原料，直接粉碎磨浆，向其中加入步骤I)的含复合酶的脱毒液，然后添加高温淀粉酶进行液化及蒸煮脱毒，向脱毒后的液化物中接入发酵菌株，进行柠檬酸发酵生产。前述的脱毒方法，步骤2)中含复合酶的脱毒液的添加量为木薯浆状物总重量的5%-10%，优选 5%。前述的脱毒方法，步骤2)中高温淀粉酶(酶活4000U/ml)的添加量为木薯浆状物总重量的O. 3%0 -O. 8%。。前述的脱毒方法，步骤`2)中液化温度为80°C-90°C (优选85°C)，液化时间为lh-2. 5h (优选 2h)。前述的脱毒方法，步骤I)和步骤2)中所述的发酵菌株为市售的黑曲霉(Aspergillus niger) Co-827。前述的脱毒方法，步骤I)和步骤2)中发酵时使用的发酵培养基配方为15%_19%木薯，O. 3%-0. 5%玉米蛋白粉，余量为水。前述的脱毒方法，步骤I)和步骤2)中所述发酵条件为37°C，通气量O. 4-0. 9vvm,罐压O.1Mpa,溶氧高于40%。本发明还提供一种用于新鲜木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒液，其制备方法为以木薯为原料，黑曲霉(优选黑曲霉Co-827)作为发酵菌株，利用生物发酵法进行柠檬酸生产，去除发酵液中的菌体及杂质，向其中加入碳酸钙进行沉淀，回收滤液即得。发酵时使用的发酵培养基配方为15%_19%木薯，O. 3%-0. 5%玉米蛋白粉，余量为水；发酵条件为37°C,通气量O. 4-0. 9vvm,罐压O.1Mpa,溶氧大于等于40%。本发明中使用的黑曲霉是多种酶的生产菌，产酶量大，酶系齐全，而且有很强的纤维素酶活力，其中葡萄糖苷酶可以作用于木薯中的含氰化合物生氰糖苷，使其最后全部转化为游离的氢氰酸，而氢氰酸的沸点仅为25. 7°C，可通过加热蒸煮快速挥发。本发明以新鲜木薯为原料，使用黑曲霉作为发酵菌株，利用生物发酵法进行柠檬酸的生产，然后在柠檬酸发酵后提取工序中，当向发酵液滤液中加入碳酸钙使柠檬酸转变为柠檬酸钙沉淀后，会产生大量的废液，该废液中含有多种复合酶。循环利用该废液，将其按5%-10%的量加入到蒸煮脱毒前期的新鲜木薯原料中，其中所含的β -葡萄糖苷酶可有效的提高脱毒效果，而所含的纤维素酶，可一定程度上降低粘度，提高还原糖含量，从而大幅度降低蒸煮脱毒的时间和温度(脱毒液化的蒸煮时间由原来的6小时缩短为2小时，脱毒液化的蒸煮温度，由原来的100°C降低为85°C)，极大地减少能源损耗。本发明的方法与传统的木薯脱毒方法相比，具有明显的优势，展现了良好的工业应用前景，适用于工业化大规模的柠檬酸发酵生产中。
图1为本发明利用新鲜木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法的工艺流程图。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。实施例1利用木薯发酵生产朽1檬酸中IOm3种子罐的培养将1050kg新鲜木薯粉碎磨浆后和44kg玉米蛋白粉(玉米蛋白粉中富含氮源、生长因子等)混合，加水调浆，然后泵入IOm3种子罐中，加水定容至8m3，加入3. 4L高温淀粉酶(酶活40000U/mL)，8. 5kg氯化钙(酶活保护剂)，再加入425L前次发酵得到的含复合酶废液(获得该废液的方法为以木薯为原料，黑曲霉作为发酵菌株，利用生物发酵法进行柠檬酸生产，去除发酵液中的菌体及杂质，向其中加入碳酸钙进行沉淀，回收滤液，即得)，然后升温至85°C,维持约2小时,最后冷却至37°C后接入20瓶黑曲霉(Aspergillus niger)Co-827麸曲孢子(每瓶装液量为5L，孢子数为15000Π1Γ1)，在37°C，通气量为12. 75mVmin,罐压O.1MPa的条件下培养约20小时，即可结束培养，待用。实施例2利用木薯发酵生产朽1檬酸中90m3发酵罐的培养将14400kg新鲜木薯粉碎磨浆后和294kg玉米蛋白粉混合，加水调浆，然后泵入90m3发酵罐中，加水定容至71. 4m3，加入30. 5L高温淀粉酶(酶活40000U/mL)，84kg氯化钙(酶活保护剂)，再加入4200L前次发酵得到的含复合酶废液(同实施例1中描述的废液获得方法)，然后升温至85°C，维持约2小时，最后冷却至37°C后接入8. 4m3实施例1中制备的黑曲霉种子液，在37°C，通气量为63. 75m3/min，罐压O.1MPa的条件下培养约60小时，当残总糖2%以下，产酸14%以上，转化率85%以上时即可结束发酵。实施例3含复合酶的脱毒液的制备先将实施例2发酵结束后得到的发酵液加热至80°C，趁热过板框压滤机，过滤除去菌体和不溶杂质，取样测定柠檬酸的含量。然后，根据中和反应式计算碳酸钙的加入量，由反应式可计算得出Ig柠檬酸需加入O. 174g碳酸钙，由此计算出需加入碳酸钙的总量。将滤液预热至70°C，边搅拌边缓慢加入碳酸钙，同时升温，使中和终点的温度达到85°C，保温搅拌30min。趁热过滤，滤饼用沸水洗涤多次，直至无糖检测不变色。得到的滤饼即为柠檬酸钙沉淀，而滤液即为含复合酶的脱毒液，收集泵入储罐，待发酵前期使用。实施例4含复合酶的脱毒液在木薯发酵生产柠檬酸中的应用
新鲜木薯原料经粉碎磨浆后，向其中加入实施例3中制备的含复合酶的脱毒液，其添加量为木薯浆状物总重量的8%。然后添加木薯浆状物总重量O. 6%。的高温淀粉酶(酶活4000U/ml)进行液化(液化温度为85°C，液化时间为2h)及蒸煮脱毒，向脱毒后的液化物中接入黑曲霉(Aspergillus niger) Co-827,进行朽1檬酸发酵生产。当残总糖2%以下,产酸14%以上，转化率85%以上时即可结束发酵。发酵条件为37°C，通气量O. 4-0. 9vvm，罐压O.1Mpa,溶氧高于40%。具体工艺流程如图1所示。而在不添加含复合酶的脱毒液的情况下，利用90m3发酵罐，进行木薯柠檬酸的发酵，需要将15200kg新鲜木薯粉碎磨浆后和294kg玉米蛋白粉混合，加水调匀，然后泵入90m3发酵罐中，加水定容至71. 5m3，加入40. 5L高温淀粉酶(酶活40000U/mL)，90kg氯化钙(酶活保护剂)，然后升温至95°C，维持约6小时，最后冷却至37°C后接入8. 5m3实施例1中制备的黑曲霉种子液，在37°C，通气量为64. 5m3/min,罐压O.1MPa的条件下培养约65小时，当残总糖2%以下，产酸14%以上，转化率85%以上时即可结束发酵。结果表明，投入木薯的量及添加的酶量均比实施例4高，且蒸煮时间比实施例4更长。采用本发明的方法，循环利用含复合酶的脱毒液，将其按5%_10%的量加入到蒸煮脱毒前期的木薯原料中，可大幅度降低蒸煮脱毒的时间和温度(脱毒液化的蒸煮时间由原来的6小时缩短为2小时，脱毒液化的蒸煮温度，由原来的100°C降低为85°C )，极大地减少能源损耗。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的 基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
权利要求
1.一种利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法，其特征在于，包括以下步骤1)以新鲜木薯为原料，黑曲霉作为发酵菌株，利用生物发酵法进行柠檬酸生产，去除发酵液中的菌体及杂质，向其中加入碳酸钙进行沉淀，回收滤液即为含复合酶的脱毒液；2)以新鲜木薯为原料，直接粉碎磨浆，向其中加入步骤I)的含复合酶的脱毒液，然后添加高温淀粉酶进行液化及蒸煮脱毒，向脱毒后的液化物中接入发酵菌株，进行柠檬酸发酵生产。
2.根据权利要求1所述的脱毒方法，其特征在于，步骤2)中含复合酶的脱毒液的添加量为木薯浆状物总重量的5%-10%。
3.根据权利要求1所述的脱毒方法，其特征在于，步骤2)中高温淀粉酶的添加量为木薯浆状物总重量的O. 3%o -O. 8%。，其中高温淀粉酶的酶活为4000U/ml。
4.根据权利要求3所述的脱毒方法，其特征在于，步骤2)中液化温度为80°C-90°C，液化时间为lh-2. 5h。
5.根据权利要求1所述的脱毒方法，其特征在于，步骤I)和步骤2)中所述的发酵菌株为黑曲霉(Aspergillus niger) Co-827。
6.根据权利要求1所述的脱毒方法，其特征在于，步骤I)和步骤2)中发酵时使用的发酵培养基配方为15%-19%木薯，O. 3%-0. 5%玉米蛋白粉，余量为水。
7.根据权利要求1所述的脱毒方法，其特征在于，步骤I)和步骤2)中所述发酵条件为37°C，通气量O. 4-0. 9vvm,罐压O.1Mpa,溶氧高于40%。
8.一种用于新鲜木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒液，其制备方法为以新鲜木薯为原料，黑曲霉作为发酵菌株，利用生物发酵法进行柠檬酸生产，去除发酵液中的菌体及杂质， 向其中加入碳酸钙进行沉淀，回收滤液即得。
9.根据权利要求8所述的脱毒液，其特征在于，所述发酵菌株为黑曲霉(Aspergillus niger) Co-827。
10.根据权利要求8所述的脱毒液，其特征在于，发酵时使用的发酵培养基配方为 15%-19%木薯，O. 3%-0. 5%玉米蛋白粉，余量为水；发酵条件为37°C，通气量O. 4-0. 9vvm，罐压O.1Mpa,溶氧大于等于40%。
全文摘要
本发明提供了一种利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法，以新鲜木薯为原料，用黑曲霉进行柠檬酸发酵生产，然后在柠檬酸发酵后提取工序中，当向发酵滤液中加入碳酸钙形成柠檬酸钙沉淀后，产生大量的废液，该废液中含有多种复合酶。循环利用该废液，将其按5%-10%的量加入到蒸煮脱毒前期的木薯原料中，可大幅度降低蒸煮脱毒的时间和温度(脱毒液化的蒸煮时间由原来的6小时缩短为2小时，脱毒液化的蒸煮温度，由原来的100℃降低为85℃)，极大地减少能源损耗。本发明的方法与传统的木薯脱毒方法相比，具有明显的优势，展现了良好的工业应用前景，适用于工业化大规模的柠檬酸发酵生产中。
文档编号C12R1/685GK103045659SQ201210584039
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者李荣杰, 尚海涛, 杨为华, 邓远德, 唐浩 申请人:安徽丰原发酵技术工程研究有限公司