[发明专利]一种生产柠檬酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产柠檬酸的方法。

背景技术

天然柠檬酸在自然界中分布很广，天然的柠檬酸存在于植物如柠檬、柑橘、菠萝等果实和动物的骨骼、肌肉、血液中。人工合成的柠檬酸是用砂糖、糖蜜、淀粉、葡萄等含糖物质发酵而制得的，可分为无水和水合物两种。纯品柠檬酸为无色透明结晶或白色粉末，无臭，有一种诱人的酸味。

由于物理、化学等方面的优异性能，柠檬酸被广泛应用于医药、化学、电子、纺织、石油、皮革、建筑、摄影、塑料、铸造和陶瓷等工业领域。

柠檬酸的生产方法主要有两种：一种是从天然含柠檬酸的果汁中提取；另一种是用发酵法进行生产，目前工业上主要以黑曲霉发酵法生产柠檬酸为主。具体的做法是将黑曲霉接种到发酵培养基中，发酵培养基中含有淀粉质原料酶解产物和氮源，经过发酵和固液分离得到柠檬酸的溶液。

从1940年H.A.克雷伯斯提出三羧酸循环学说以来，柠檬酸的发酵机理逐渐被人们所认识。已经证明，糖质原料生成柠檬酸的生化过程中，由糖变成丙酮酸的过程与酒精发酵相同，亦即通过E-M途径(双磷酸己糖途径)进行酵解，然后丙酮酸进一步氧化脱羧生成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸缩合成为柠檬酸并进入三羧酸循环途径。柠檬酸是代谢过程中的中间产物。在发酵过程中，当微生物的乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低，而柠檬酸合成酶活性很高时，才有利于柠檬酸的大量积累。

虽然人们对于柠檬酸发酵的机制有了比较完善的认识，但是，目前柠檬酸发酵的酸度和转化率等仍不如人意，酸度限制在13.5％左右，转化率限制在94％左右，低于发达国家同行业水平，因此，迫切需要开发一种能够提高柠檬酸酸度和转化率的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高发酵酸度、柠檬酸的转化率和降低发酵残糖的生产柠檬酸的方法。

本发明的发明人在研究中发现，现有技术中柠檬酸发酵酸度、转化率不高的一个原因是在发酵培养阶段通入的空气中CO₂的含量稍低，而在黑曲霉进行柠檬酸发酵过程中，合成柠檬酸所需的草酰乙酸由丙酮酸和磷酸烯醇式丙酮酸经催化作用固定CO₂生成，草酸乙酰的浓度是柠檬酸合成速度的关键，而这与CO₂的固定量相关。因此，适当的提高发酵过程中CO₂的通入量能够增加草酸乙酰的浓度进而提高柠檬酸的转化率。

本发明提供了一种生产柠檬酸的方法，该方法包括在发酵设备中，在生成柠檬酸的条件下，在通入空气的条件下，将黑曲霉接种至发酵培养基中进行发酵，其特征在于，该方法还包括向发酵设备中通入CO₂气体。

根据本发明的方法生产柠檬酸，能够得到更高的发酵酸度、柠檬酸的转化率和更低的发酵残糖，并且工艺简单，容易操作，如实施例1在整个发酵过程中都通入CO₂，其发酵酸度为14.5％，柠檬酸的转化率为100.7％，发酵残糖为0.40％，而没有通入CO₂的对比例1中柠檬酸的发酵酸度仅为13.5％，柠檬酸的转化率为93.9％，发酵残糖高达0.80％。目前，全球柠檬酸的需求量为130万吨/年，全国柠檬酸产量为80万吨/年，因此，发酵酸度提高1％，柠檬酸转化率提高7％是非常可观的增长。

附图说明

图1为根据本发明的实施方式中在线活细胞值的曲线图；

图2为根据本发明的实施方式中糖化酶活性的曲线图。

具体实施方式

本发明提供一种生产柠檬酸的方法，该方法包括在发酵设备中，在生成柠檬酸的条件下，在通入空气的条件下，将黑曲霉接种至发酵培养基中进行发酵，其特征在于，该方法还包括向发酵设备中通入CO₂气体。

根据本发明，对开始和结束通入CO₂气体的时间没有特别的限定，只要在发酵过程中向发酵设备中通入一定的CO₂气体即可一定程度上增加发酵酸度和柠檬酸的转化率。优选地，开始通入CO₂气体的时间为将黑曲霉接种至发酵培养基后32小时内，进一步优选为将黑曲霉接种至发酵培养基后8小时内，最优选地，在发酵一开始即开始通入CO₂气体。结束通入CO₂气体的时间优选为发酵结束时，即优选情况下，在发酵全程通入CO₂气体。