[发明专利]一种柠檬酸提取方法及生产柠檬酸的膜生物反应器

权利要求书

1.一种柠檬酸提取方法，其特征在于，利用带有可移动内胆的膜生物反应器，在膜生物反应器集发酵与膜分离于一体，发酵过程与膜分离过程在膜生物反应器内交替进行，经三次发酵与膜分离，制备并分离柠檬酸；将选育好了的菌株投入装有已经灭菌的薯渣熟料和合适比例的氮源米糠（尿素或硫酸铵）和碳酸钙辅料中，第一次发酵达到60~70%的发酵深度，第二轮发酵可达到80~85%左右的发酵深度，第三轮发酵可达到约90~95%的发酵深度。

2.如权利要求1所述的柠檬酸提取方法，其特征在于，所述的膜生物反应器内的可移动内胆为聚砜超滤膜装置，是可升降并离心旋转的超滤膜装置；在发酵过程中超滤膜装置与膜生物反应器的发酵罐体是紧密相挨，当第一轮发酵结束时，将超滤膜装置提起，使超滤膜装置与发酵罐体之间出现10~15cm的缝隙，然后开动旋转离心装置，内胆中发酵液的柠檬酸和水分会迅速穿透超滤膜进入缝隙空间，直到柠檬酸分离完毕，将所得发酵液放出发酵罐后，超滤膜装置重新下降到与发酵罐体紧密相挨；然后补充水分和必要的辅料后继续进行第二轮和第三轮发酵分离过程。

3.如权利要求2所述的柠檬酸提取方法，其特征在于，所述的聚砜超滤膜具有分离过滤性能，其过滤精度为0.01~1.0μm，发酵液中不含任何固体杂质和大分子蛋白质杂质；在三轮发酵分离后将所得的发酵液收集起来，直接经过活性炭和离子交换脱色处理，再将经过脱色后的发酵液进行浓缩、结晶、离心脱水、干燥处理便可得到最终产品柠檬酸晶体。

4.如权利要求1所述的柠檬酸提取方法，其特征在于，所述的柠檬酸发酵菌株是以一株黑曲霉为出发菌株，采用紫外线与硫酸二乙酯复合诱变而成；突变株经斜面传代培养5代；柠檬酸发酵液中残糖含量为0.8~0.9 g·L^－1，柠檬酸产率与残糖含量之比平均为280。

5.如权利要求1所述的柠檬酸提取方法，其特征在于，所述的柠檬酸生产步骤为：

步骤1：选育高产柠檬酸菌种；以一株黑曲霉为出发菌株，先后进行紫外线与硫酸二乙酯（DES）复合诱变，得到了一株稳定高效的目的菌株，该菌株的产酸量高、产酸遗传特性稳定等特点；

步骤2：设计、制作、安装好膜生物反应器：膜生物反应器是一个集多轮深度发酵、多轮固液超滤膜分离于一体、且超滤膜分离装置可以升降和旋转的生化反应器；发酵过程中该超滤装置与发酵罐体是紧密相挨，当第一轮发酵结束时，将超滤膜装置提起，使超滤膜装置与发酵罐体之间出现10~15cm的缝隙，内胆快速离心旋转过程时发酵液中的柠檬酸和水分能够穿透超滤膜进入缝隙空间，直到柠檬酸分离完毕，将所得发酵液放出发酵罐后，超滤膜装置重新下降到与发酵罐体紧密相挨；然后补充水分和必要的辅料后继续进行第二轮和第三轮发酵分离过程；

步骤3：原料的准备和处理：采用精选的干薯渣，每100份薯渣加水85份，加入薯渣和水总重10%的米糠氮源辅料，并加入薯渣和水总重1%~2%的碳酸钙作为生酸促进剂； 

步骤４：种曲制备：曲料经搅匀后即上蒸锅，上料时应均匀撒开，然后加盖蒸0.8-1.2h，以杀死杂菌；菌种黑曲霉种子先从斜面种到一级种，再到二级种逐级扩大培养；种子扩大培养基以米糠︰碳酸钙︰水＝10︰1~2︰10的比例配制后，均匀装入广口瓶或三角瓶中，用纱布、牛皮纸封口，于0.15MPa下灭菌1h；冷却摇匀后接入斜面黑曲霉，置于30~32℃的温室内培养，12~15h后摇动l次，过7~8h后再摇动l次；培养3~4d后待瓶中曲料全呈棕黑色（黑曲抱子），即可扩大到二级培养；二级种培养条件与一级种相似，仅扩大种子瓶的数量；按此法配制的种曲，孢子应密集、粗壮、呈棕黑色，镜检无杂菌，即可作为发酵种子用；

步骤５：制曲：原料按上述要求准备好后，按100份干薯渣、11份米糠或19份麸皮、2份碳酸钙、4.5份乙醇、80份水的比例混合，洒水量灵活掌握，以生料蒸熟后疏松、呈浅棕褐色、不黏为止；蒸料灭菌是生产成败的关键，蒸料使生料变成熟料，并使原料中淀粉膨胀、糊化、蛋白质变性，为生酸菌黑曲霉提供便于利用的碳源和氮源；料蒸好后要出锅摊晾，待温度降至37℃以下时立即补水接入黑曲菌种；

步骤６：保温发酵与膜分离：曲室应保持一定的温度与湿度才能有利于黑曲霉的生长和发酵产酸；空气相对湿度保持85%~90%，发酵前18h，温度以28~32℃为宜；18~36 h以35~40℃为宜；36~56h以35℃为宜；培养36h后每隔6h测定酸度1次，48h后每隔1h测定酸度1次，培养56h左右时柠檬酸生成量达到最高，此时应停止发酵；发酵结束时曲面孢子密集，呈棕褐色；同时，停止通风，并将膜分离装置提起，然后开启离心旋转装置，此时，发酵罐中的柠檬酸和水分等小分子渗透穿过超滤膜进入膜分离装置与发酵罐之间的空隙空间，约5min分离完毕，第一轮发酵分离结束，并用少量清水清洗发酵渣，清洗液并入发酵液中；然后将膜分离装置降落到发酵罐体紧密相挨，补充适量的灭菌水，并启动通风和开动搅拌，开始第二轮发酵与分离过程，本轮发酵时间为48h，膜分离时间为3min，湿度与第一轮相同，发酵温度比第一轮发酵为35~40℃；第三轮发酵与分离过程，发酵温度可再提高38~43℃，发酵时间约为24h，膜分离时间为3min；

步骤7：将步骤６三轮发酵所产的发酵液收集合并起来，经过活性炭和离子交换树脂进行脱色处理；然后将脱色后的发酵液进行加热浓缩、冷却结晶、离心脱水、干燥，最终得到柠檬酸结晶产品。