專利名稱：一種全木薯發酵生產檸檬酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種發酵生產檸檬酸的方法，尤其是一種全木薯發酵生產檸檬酸的方法。
背景技術：
目前，國內檸檬酸行業主要以玉米、瓜干、木薯等作為生產原料發酵生產檸檬酸， 其中使用玉米的約占95%，其原料處理及發酵工藝路線如下干玉米籽粒，經過除塵、除雜，直接粉碎成玉米粉，按一定比例加水調漿，在淀粉酶的作用下，經過高溫液化處理，成為流動性較好、便于菌種利用的液化液進入發酵過程，在發酵過程中，通過黑曲霉菌種代謝積累檸檬酸，發酵結束，將含有檸檬酸的發酵液進行下游提取及精制獲得檸檬酸產品。玉米原料處理和發酵過程中，產生副產物玉米渣和菌絲渣。但是，隨著糧食危機的進一步蔓延，玉米作為主要糧食供應日益緊張，而瓜干由于其產量小、經濟成本高等限制了其廣泛應用，所以人們開始致力于采用非糧原料發酵生產檸檬酸的研究，以緩解糧食危機帶來的壓力。木薯廣泛種植于熱帶和部分亞熱帶地區，在我國以廣東和廣西的種植面積最大， 福建和臺灣次之，云南、貴州、四川、湖南、江西等省也有少量栽培。木薯含有亞麻仁苦苷，水解后會產生游離氫氰酸，若生食或食品加工過程處理不當易引起中毒，但在加工成薯干后， 亞麻仁苦苷大部分都被去除，且用于檸檬酸生產過程在發酵之前的蒸煮液化可將亞麻仁苦苷去除掉，不會危害發酵。因此，作為一種資源豐富、淀粉含量高(木薯干淀粉含量在71% 以上)的作物，木薯被用作檸檬酸生產原料對緩解全球糧食壓力有重要意義。但是，使用木薯作為檸檬酸生產原料時，由于其蛋白含量偏低，發酵過程需要補充氮源，而且木薯中膠體物質較多，發酵液粘稠溶氧差。總之，現行的木薯發酵工藝相對于玉米發酵工藝，存在發酵底物濃度低、轉化率低、發酵周期長等問題，從而導致發酵糧耗、能耗偏高，發酵指數，發酵產量低等問題，同時對于下游提取也有一定影響。而且傳統的木薯發酵工藝中，通過菌體自身分泌酶類對原料進行分解糖化，由于菌體自身酶活力不夠以及糖化條件不適合，糖化不徹底，發酵殘糖高。專利申請號為200910233468. 4的“一種木薯去渣發酵生產檸檬酸的方法”和專利申請號為201010M9932. 1的“一種混合發酵原料生產檸檬酸的方法”分別公開了利用木薯作為檸檬酸生產原料和將玉米與木薯混合發酵生產檸檬酸的工藝，前者是采用玉米或來源有限的豆餅粉作為有機氮源，后者則只用玉米作為有機氮源，兩者基本上還是通過添加玉米作為發酵原料，沒有從根本上避免玉米消耗的問題。

發明內容
針對上述問題，本發明提出了一種全木薯發酵生產檸檬酸的方法，采用本發明既可以避免玉米原料的消耗，又能除去木薯發酵液中過多膠質，而且實現了原料的徹底糖化， 降低了發酵糧耗，減輕了環保負荷。
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本發明提出的一種全木薯發酵生產檸檬酸的方法，其主要步驟為粉碎、調漿、液化、過濾、發酵工序，具體步驟為(1)稱取木薯原料，粉碎成木薯粉；(2)向粉碎后的木薯粉中加水，調漿；(3)將木薯漿輸進噴射液化裝置，加入高溫α -淀粉酶，并進行液化；液化溫度為 80-110°C，時間0. 5-2h, α -淀粉酶的加入量為木薯粉質量的0. 2-0. 6%0 ；(4)對液化后的木薯漿過濾，保留濾清液；(5)稱取蛋白渣或蛋白粕，將其粉碎；(6)向粉碎后的蛋白渣或蛋白粕中加水，調漿成為蛋白漿；(7)將蛋白漿輸進噴射液化裝置，加入高溫α -淀粉酶，并進行液化；液化溫度為 80-105°C，時間0. 5-lh，α -淀粉酶的加入量為蛋白渣或蛋白粕干基質量的0. 1-0. 3%0 ；(8)將木薯濾清液和蛋白渣或蛋白粕液化液混合通入發酵罐，調節ρΗ至4-4. 5， 100-105°C滅菌 30min，然后降溫至 65_70°C ；(9)向發酵罐中加入酸性復合酶糖化；(10)降溫至35-37°C，將發酵罐中接入黑曲霉菌種，通風發酵至發酵結束；(11)發酵結束后，發酵液進入提取工序提取檸檬酸；其中步驟(9)中糖化時選用的酸性復合酶加入量為木薯粉質量的0. 3-0. 4%。，糖化條件為65-70°C糖化10-1 ；步驟(5)中采用蛋白渣或蛋白粕作為氮源，粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒徑小于1mm。首先，為了保證木薯粉調漿均勻，需要將木薯粉碎成木薯粉，使其能通過60目篩網。由于木薯漿濃度過低會導致發酵濃度降低，從而最終減少產量；濃度過大會影響后期液化效果，所以調漿時，木薯粉與水的質量比為1 3。由于后續工藝中需要對木薯液化液進行過濾，為保證良好的過濾效果和最低的淀粉損失，將調漿后的木薯漿在高溫α-淀粉酶作用下，于80-110°C液化0. 5_2h，α-淀粉酶的加入量為木薯質量的0. 2-0. 6%。;該過程中，溫度過高、時間過長會過大增加能源消耗，淀粉酶加入量過高會增加成本；反之則會影響液化效果，增加糧耗。所采用的高溫α -淀粉酶從市場上直接購得。由于木薯中膠體物質較多，發酵液粘度大，發酵過程攪拌電機和空壓機能耗高，同時增加提取難度，影響中間品質量，所以本發明采用了在原料處理過程對木薯進行過濾處理的方法，去除粘性物質，降低發酵液粘度，提高發酵濃度，減輕下游提取難度，提高產品質量。本發明優選加壓轉鼓過濾機過濾，其能耗低、自動化水平高、過濾效果好，木薯渣經過洗滌烘干后作為飼料出售，洗滌液可以和濾液合并后一起進入發酵罐。本發明采用蛋白渣或蛋白粕作為發酵氮源，為了保證發酵過程中蛋白渣或蛋白粕與木薯粉混合均勻，對其中的蛋白成分進行充分利用，提高后期發酵轉化率，首先要對蛋白渣或蛋白粕進行粉碎，保證粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒徑小于Imm;為了保證后期發酵能夠提供充分的氮源，蛋白渣或蛋白粕中蛋白質含量大于16%。本發明所述的蛋白渣或蛋白粕采用以玉米為原料生產檸檬酸過程中產生副產物玉米渣，也可以采用玉米加工行業的廢渣或蛋白噴漿纖維渣或含可溶物干酒精糟顆粒或蛋白粉或蛋白玉米胚芽粕或花生粕。為了保證蛋白渣或蛋白粕易于被發酵過程中的菌種利用，蛋白渣或蛋白粕最好經過再次液化，提高其發酵轉化率。為了保證后期發酵濃度以及液化效果，蛋白渣粕調漿過程中蛋白渣或蛋白粕與水的質量比為1:2-1:3。調漿后的蛋白渣或蛋白粕液在高溫α -淀粉酶作用下，于80_105°C液化0. 5_lh， 淀粉酶的加入量為蛋白渣或蛋白粕干基質量的0. 1-0. 3%0 ；該過程中，溫度過高、時間過長會過大增加能源消耗，淀粉酶加入量過高會增加成本；反之則會影響液化效果，增加糧耗。將木薯濾清液和蛋白渣或蛋白粕液混合通入發酵罐，調節pH至4. 0-4. 5， 100-105°C滅菌30min，然后降溫至65_70°C ；保證發酵過程所需總氮穩定，該過程中蛋白渣或蛋白粕與木薯干重比為1 10-1 30，比例過大發酵周期延長、能耗增加；比例過小菌體生長過剩，糧耗增加。為了使得原料糖化徹底，解決發酵殘糖高的問題，本發明通過應用酸性復合酶糖化發酵技術對原料進行徹底糖化，降低發酵糧耗，減輕環保負荷。傳統糖化工藝需要對原材料進行徹底糖化以達到最高DX值，而在本發明后期發酵過程中，黑曲霉是有一定糖化能力的，因此發明人對發酵前的糖化工藝進行了一定的調整，酸性復合酶的加入量為木薯粉質量的0. 3-0. 4%。，采用該技術后，殘糖含量由傳統工藝中的2%降為；由于檸檬酸發酵過程為一個偏酸性環境，為保證發酵前期的酶活力，本發明采用酸性復合酶進行糖化。酸性復合酶最低耐受PH為3. 5，最適溫度60-70°C。由于木薯淀粉中支鏈淀粉含量超過80%，木薯中果膠、纖維素含量較高，而該酸性復合酶中含有少量普魯蘭酶、果膠酶和纖維素酶，可以用于水解支鏈淀粉、果膠和纖維素，從而保證糖化更加徹底，提高原料轉化率，并且增加發酵液流動性、降低發酵能耗。本發明所述的酸性復合酶選自諾維信公司的高轉化率復合酶。糖化結束后，將發酵罐中每ImL發酵液加入0. 7 1. 2萬個黑曲霉孢子，通風發酵至發酵結束。發酵結束后，可以采用現有技術提取檸檬酸。表1為發酵液的平均質量指標。
表1發酵液平均質量指標
權利要求
1.一種全木薯發酵生產檸檬酸的方法，其主要步驟為粉碎、調漿、液化、過濾、發酵工序，其特征在于具體步驟為(1)稱取木薯原料，粉碎成木薯粉；(2)向粉碎后的木薯粉中加水，調漿；(3)將木薯漿輸進噴射液化裝置，加入高溫α-淀粉酶，并進行液化；液化溫度為 80-110°C，時間0. 5-2h，淀粉酶的加入量為木薯粉質量的0. 2-0. 6%0 ；(4)對液化后的木薯漿過濾，保留濾清液；(5)稱取蛋白渣或蛋白粕，將其粉碎；(6)向粉碎后的蛋白渣或蛋白粕中加水，調漿成為蛋白漿；(7)將蛋白漿輸進噴射液化裝置，加入高溫α-淀粉酶，并進行液化；液化溫度為 80-105°C，時間30-60min, α -淀粉酶的加入量為蛋白渣或蛋白粕干基質量的0. 1-0. 3%0 ；(8)將木薯濾清液和蛋白渣或蛋白粕液化液混合通入發酵罐，調節ρΗ至4.0-4. 5， 100-105°C滅菌 30min，然后降溫至 65_70°C ；(9)向發酵罐中加入酸性復合酶糖化；(10)降溫至35-37°C，將發酵罐中接入黑曲霉菌種，通風發酵至發酵結束；(11)發酵結束后，發酵液進入提取工序提取檸檬酸；其中步驟(9)中糖化時選用的酸性復合酶加入量為木薯粉質量的0.3-0. 4%。，糖化條件為65-70°C糖化10-1 ;步驟(5)中采用蛋白渣或蛋白粕作為氮源，粉碎后的蛋白渣或蛋白粕粒徑小于1mm。
2.根據權利要求1所述的全木薯發酵生產檸檬酸的方法，其特征在于所述的蛋白渣或蛋白粕中蛋白質質量分數大于16%。
3.根據權利要求1所述的全木薯發酵生產檸檬酸的方法，其特征在于所述的蛋白渣或蛋白粕為玉米加工行業的廢渣或蛋白噴漿纖維渣或含可溶物干酒精糟顆粒或蛋白粉或蛋白玉米胚芽粕或花生粕。
4.根據權利要求1所述的全木薯發酵生產檸檬酸的方法，其特征在于步驟O)中木薯粉與水的質量比為1 3。
5.根據權利要求1所述的全木薯發酵生產檸檬酸的方法，其特征在于步驟中選用加壓轉鼓過濾機過濾。
6.根據權利要求1所述的全木薯發酵生產檸檬酸的方法，其特征在于步驟(6)中蛋白渣或蛋白粕與水的質量比為1:2-1: 3。
7.根據權利要求1所述的全木薯發酵生產檸檬酸的方法，其特征在于步驟(8)中蛋白渣或蛋白粕與木薯粉干重比為1 10-1 30。
全文摘要
本發明涉及一種發酵生產檸檬酸的方法，尤其是一種全木薯發酵生產檸檬酸的方法，包括粉碎、調漿、液化、過濾、發酵工序，發酵前采用酸性復合酶對原料進行糖化；發酵時采用蛋白渣或蛋白粕作為氮源。本發明通過添加蛋白渣或蛋白粕補充發酵氮源，達到完全非糧發酵的目的，增加過濾工藝又能改善木薯高糖發酵配料濃度過高導致的發酵過程中溶氧不好，同時利用蛋白渣或蛋白粕中的殘存碳源，實現原料的綜合利用，降低發酵糧耗。
文檔編號C12R1/685GK102399830SQ20111034183
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者周一江, 寇光智, 梁培森, 范開山 申請人:日照魯信金禾生化有限公司