[发明专利]一种利用β-环糊精母液发酵制备柠檬酸的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及生物发酵领域，具体指一种利用β-环糊精母液发酵制备柠檬酸的工艺。

背景技术

现在β-环糊精一般以淀粉为底物采用酶法生产。其生产过程中，淀粉水解液经浓缩、降温后，β-环糊精结晶析出。随之产生的结晶母液，其中仍含有较高含量的淀粉水解物，包括α-环糊精、γ-环糊精以及其他糖类物质等。若直接作为废液排放，不仅会使资源浪费，还会增加污水处理负担。因此，应该对其合理利用。现阶段其利用途径主要为用于提取制备α-环糊精、γ-环糊精。若将其用于制备发酵培养基，通过微生物使其中的糖类物质得到充分利用，可以进一步提高其利用价值。

柠檬酸生产普遍以玉米为原料，消耗大量的粮食资源，在国家限制粮食深加工政策的要求下，其生产规模受到一定程度的限制。因此，寻找非粮食、成本低的原料来源对柠檬酸生产的可持续发展而言，具有重要意义。此外，在柠檬酸发酵生产过程中，发酵液在发酵终点必须进行快速杀菌，以避免黑曲霉在发酵结束后继续利用柠檬酸作为碳源，降低发酵液中柠檬酸含量。现在普遍采用的热杀菌技术，虽然杀菌效率较高，效果较佳，但是能耗高，杀菌后发酵液温度高，造成不必要的能源浪费。

发明内容

本发明提出一种利用β-环糊精母液发酵制备柠檬酸的工艺，实现了β-环糊精母液的高效利用，还为柠檬酸发酵生产提供了极佳的原料来源。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用β-环糊精母液发酵制备柠檬酸的工艺，包括以下步骤：

S1)发酵菌种培养：

S11)种子培养基的制备：将β-环糊精母液与玉米液化液按体积比1∶2～3混合后，调节总糖含量17～20％，添加适量碱液，调节pH为6.0～6.8，添加适量无机含氮物质，调节碳氮比为25～28∶1；

S12)黑曲霉种子培养：将S11)中得到的种子培养基添加到柠檬酸种子培养罐，灭菌后接种黑曲霉孢子悬浮液，通风供氧，控制温度34℃～37℃，培养周期20～30h，得到黑曲霉发酵菌种；

S2)发酵培养：

S21)发酵培养基的制备：向β-环糊精结晶母液中添加适量玉米液化清液，使总糖含量提高至15％～17％，添加适量碱液，调节pH为6.0～6.8，添加适量无机含氮物质，调节碳氮比为19～24∶1；

S22)发酵培养：将S21)中得到的发酵培养基加入发酵罐，灭菌后接入S12)中得到的黑曲霉发酵菌种，通风供氧，控制温度34℃～37℃，进行发酵，期间添加适量无机含氮物质，维持黑曲霉正常生长产酸，发酵周期60～70h，得到柠檬酸发酵液。

上述工艺，步骤S22)中发酵60～70h后，糖酸转化率在85％以上。

上述工艺中，所使用的β-环糊精结晶母液，其总糖含量为12％～14％，pH在4.0～5.0之间。

该β-环糊精结晶母液制备如下：

以木薯、玉米、马铃薯或其他原料淀粉为底物，应用相应的酶将淀粉水解为环状，进一步添加葡萄糖淀粉酶，使残余淀粉水解，然后采用活性炭和离子交换树脂处理水解液，将水解液浓缩降温，使β-环糊精结晶分离，与此同时产生结晶母液。

若将该β-环糊精结晶母液直接用作柠檬酸发酵培养基，因其总糖含量较低，不利于柠檬酸发酵菌种黑曲霉快速生长繁殖，发酵速度慢，产酸低，提取难度大。而且，β-环糊精结晶母液pH较低，不利于发酵初期黑曲霉生长。因此，优选对β-环糊精结晶母液进行一定的预处理才能用于柠檬酸发酵。

本工艺中对β-环糊精结晶母液进行的预处理为加入玉米液化液和碱液，调节其总糖含量，以及pH，以适合黑曲霉快速生长繁殖。

本发明的工艺中，所述玉米液化液经过玉米粉碎、过筛、调浆、液化等工序制备；所使用的玉米液化液总糖含量为18～22％，玉米液化清液的总糖含量为16％～20％。

上述工艺中，进行步骤S22)发酵后，为S3)灭菌步骤。本工艺可以采用常规热杀菌技术进行杀菌，但是优选采用高压脉冲电场连续冷杀菌技术，其电场强度为40～100kv/cm。控制发酵液流量和杀菌时间，使得黑曲霉失活率达到99％以上。

灭菌后，发酵液温度不高于60℃，进入过滤工序，得到澄清的柠檬酸发酵液，进入提取工序。

经提取精制得到的柠檬酸产品，其质量符合GB1987-2007，BP2013,USP35,FCC8，E330等柠檬酸国内外标准要求。