利用木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒方法
2024-03-02 12:46:15
專利名稱：利用木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒方法
技術領域：
本發明屬於發酵工程技術領域，具體地說，涉及一種利用木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒方法。
背景技術：
檸檬酸廣泛應用於日常生活，是目前世界上需求量最大的生物化工產品之一，平均每年消耗量達到180萬噸以上。隨著全球經濟的增長，國內和國際市場對檸檬酸的需求也不斷增長。中國是世界上最大的檸檬酸出口國，目前中國檸檬酸年產能已經超過100萬噸，佔世界的53%左右，2010年出口量85萬噸，超過世界貿易總量的一半。但隨著世界生物化工產業(例如燃料乙醇)的快速發展，玉米等農作物的用量及價格與日俱增，糧食原料成為制約檸檬酸生產的一大瓶頸。發展非糧原料的檸檬酸生產技術已成為世界範圍內的發展趨勢，而與其它非糧作物相比，木薯的經濟效益和社會效益較為突出。木薯是世界三大薯類之一，譽稱「澱粉之王」、「地下糧食」。粗生易栽，適應性強，可在其它主要作物生長不良的旱地和邊際零星土地上栽培，獲得良好的產量和質量，亦可間作於幼林和疏林地的行間，或與豆類、瓜類以及禾本科作物間作或輪種，利於土地和勞動力資源的開發利用，在旱地農業中有著重要作用。我國木薯資源充足，本著「非糧為主，因地制宜」的戰略，建立檸檬酸生產企業，並利用黑麴黴進行木薯全渣發酵法來生產檸檬酸。為了使檸檬酸的生產過程更加高效、簡約和經濟，現需要利用新鮮木薯直接粉碎後用於發酵。但新鮮木薯的氰化物含量較高，毒性較大，如果不經過脫毒工藝就接種發酵，會對發酵菌株黑麴黴的生長和產酸性能有很大的 抑制作用。木薯中含有的毒性物質為亞麻苦苷(Linamarin)及百脈根苷(Iotaustraline)兩種生氰糖苷。生氰糖苷首先在葡萄糖苷酶的作用下分解生成氰醇和糖，氰醇很不穩定，自然分解為相應的酮、醛化合物和氫氰酸。其中氫氰酸為劇毒物質，達到一定的濃度，會嚴重抑制生物體的呼吸作用。生氰糖苷產生氫氰酸的過程如下
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県野因此，建立更加高效經濟的脫毒工藝對木薯檸檬酸的生產有著至關重要的作用。為降低木薯中氰化物的含量，利用生氰糖苷較好水溶性和氫氰酸較強揮發性的特點，通常的做法，例如把木薯塊根切成木薯片，曬制72小時左右，可使木薯中HCN的含量大大的降低，其它去除方法還包括烘乾法(70°C 80°C)、水煮法、漂洗或太陽晾曬等。現多採用煮沸法，然而該方法雖然能有效去毒，但煮沸時間長達近8個小時才能夠達到理想的脫毒效果，損耗大量的能源。以上脫毒方法都耗費大量的人力物力、不利於節約能源，不符合高效經濟的生產要求和技術發展趨勢。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒方法。為了實現本發明目的，本發明的一種利用木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒方法，包括以下步驟I)以新鮮木薯為原料，黑麴黴作為發酵菌株，利用生物發酵法進行檸檬酸生產，去除發酵液中的菌體及雜質，向其中加入碳酸鈣進行沉澱，回收濾液即為含複合酶的脫毒液；2)以新鮮木薯為原料，直接粉碎磨漿，向其中加入步驟I)的含複合酶的脫毒液，然後添加高溫澱粉酶進行液化及蒸煮脫毒，向脫毒後的液化物中接入發酵菌株，進行檸檬酸發酵生產。前述的脫毒方法，步驟2)中含複合酶的脫毒液的添加量為木薯漿狀物總重量的5%-10%，優選 5%。前述的脫毒方法，步驟2)中高溫澱粉酶(酶活4000U/ml)的添加量為木薯漿狀物總重量的O. 3%0 -O. 8%。。前述的脫毒方法，步驟`2)中液化溫度為80°C-90°C (優選85°C)，液化時間為lh-2. 5h (優選 2h)。前述的脫毒方法，步驟I)和步驟2)中所述的發酵菌株為市售的黑麴黴(Aspergillus niger) Co-827。前述的脫毒方法，步驟I)和步驟2)中發酵時使用的發酵培養基配方為15%_19%木薯，O. 3%-0. 5%玉米蛋白粉，餘量為水。前述的脫毒方法，步驟I)和步驟2)中所述發酵條件為37°C，通氣量O. 4-0. 9vvm,罐壓O.1Mpa,溶氧高於40%。本發明還提供一種用於新鮮木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒液，其製備方法為以木薯為原料，黑麴黴(優選黑麴黴Co-827)作為發酵菌株，利用生物發酵法進行檸檬酸生產，去除發酵液中的菌體及雜質，向其中加入碳酸鈣進行沉澱，回收濾液即得。發酵時使用的發酵培養基配方為15%_19%木薯，O. 3%-0. 5%玉米蛋白粉，餘量為水；發酵條件為37°C,通氣量O. 4-0. 9vvm,罐壓O.1Mpa,溶氧大於等於40%。本發明中使用的黑麴黴是多種酶的生產菌，產酶量大，酶系齊全，而且有很強的纖維素酶活力，其中葡萄糖苷酶可以作用於木薯中的含氰化合物生氰糖苷，使其最後全部轉化為游離的氫氰酸，而氫氰酸的沸點僅為25. 7°C，可通過加熱蒸煮快速揮發。本發明以新鮮木薯為原料，使用黑麴黴作為發酵菌株，利用生物發酵法進行檸檬酸的生產，然後在檸檬酸發酵後提取工序中，當向發酵液濾液中加入碳酸鈣使檸檬酸轉變為檸檬酸鈣沉澱後，會產生大量的廢液，該廢液中含有多種複合酶。循環利用該廢液，將其按5%-10%的量加入到蒸煮脫毒前期的新鮮木薯原料中，其中所含的β -葡萄糖苷酶可有效的提高脫毒效果，而所含的纖維素酶，可一定程度上降低粘度，提高還原糖含量，從而大幅度降低蒸煮脫毒的時間和溫度(脫毒液化的蒸煮時間由原來的6小時縮短為2小時，脫毒液化的蒸煮溫度，由原來的100°C降低為85°C)，極大地減少能源損耗。本發明的方法與傳統的木薯脫毒方法相比，具有明顯的優勢，展現了良好的工業應用前景，適用於工業化大規模的檸檬酸發酵生產中。
圖1為本發明利用新鮮木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒方法的工藝流程圖。
具體實施例方式
以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段，所用原料均為市售商品。實施例1利用木薯發酵生產朽1檬酸中IOm3種子罐的培養將1050kg新鮮木薯粉碎磨漿後和44kg玉米蛋白粉(玉米蛋白粉中富含氮源、生長因子等)混合，加水調漿，然後泵入IOm3種子罐中，加水定容至8m3，加入3. 4L高溫澱粉酶(酶活40000U/mL)，8. 5kg氯化鈣(酶活保護劑)，再加入425L前次發酵得到的含複合酶廢液(獲得該廢液的方法為以木薯為原料，黑麴黴作為發酵菌株，利用生物發酵法進行檸檬酸生產，去除發酵液中的菌體及雜質，向其中加入碳酸鈣進行沉澱，回收濾液，即得)，然後升溫至85°C,維持約2小時,最後冷卻至37°C後接入20瓶黑麴黴(Aspergillus niger)Co-827麩曲孢子(每瓶裝液量為5L，孢子數為15000Π1Γ1)，在37°C，通氣量為12. 75mVmin,罐壓O.1MPa的條件下培養約20小時，即可結束培養，待用。實施例2利用木薯發酵生產朽1檬酸中90m3發酵罐的培養將14400kg新鮮木薯粉碎磨漿後和294kg玉米蛋白粉混合，加水調漿，然後泵入90m3發酵罐中，加水定容至71. 4m3，加入30. 5L高溫澱粉酶(酶活40000U/mL)，84kg氯化鈣(酶活保護劑)，再加入4200L前次發酵得到的含複合酶廢液(同實施例1中描述的廢液獲得方法)，然後升溫至85°C，維持約2小時，最後冷卻至37°C後接入8. 4m3實施例1中製備的黑麴黴種子液，在37°C，通氣量為63. 75m3/min，罐壓O.1MPa的條件下培養約60小時，當殘總糖2%以下，產酸14%以上，轉化率85%以上時即可結束髮酵。實施例3含複合酶的脫毒液的製備先將實施例2發酵結束後得到的發酵液加熱至80°C，趁熱過板框壓濾機，過濾除去菌體和不溶雜質，取樣測定檸檬酸的含量。然後，根據中和反應式計算碳酸鈣的加入量，由反應式可計算得出Ig檸檬酸需加入O. 174g碳酸鈣，由此計算出需加入碳酸鈣的總量。將濾液預熱至70°C，邊攪拌邊緩慢加入碳酸鈣，同時升溫，使中和終點的溫度達到85°C，保溫攪拌30min。趁熱過濾，濾餅用沸水洗滌多次，直至無糖檢測不變色。得到的濾餅即為檸檬酸鈣沉澱，而濾液即為含複合酶的脫毒液，收集泵入儲罐，待發酵前期使用。實施例4含複合酶的脫毒液在木薯發酵生產檸檬酸中的應用
新鮮木薯原料經粉碎磨漿後，向其中加入實施例3中製備的含複合酶的脫毒液，其添加量為木薯漿狀物總重量的8%。然後添加木薯漿狀物總重量O. 6%。的高溫澱粉酶(酶活4000U/ml)進行液化(液化溫度為85°C，液化時間為2h)及蒸煮脫毒，向脫毒後的液化物中接入黑麴黴(Aspergillus niger) Co-827,進行朽1檬酸發酵生產。當殘總糖2%以下,產酸14%以上，轉化率85%以上時即可結束髮酵。發酵條件為37°C，通氣量O. 4-0. 9vvm，罐壓O.1Mpa,溶氧高於40%。具體工藝流程如圖1所示。而在不添加含複合酶的脫毒液的情況下，利用90m3發酵罐，進行木薯檸檬酸的發酵，需要將15200kg新鮮木薯粉碎磨漿後和294kg玉米蛋白粉混合，加水調勻，然後泵入90m3發酵罐中，加水定容至71. 5m3，加入40. 5L高溫澱粉酶(酶活40000U/mL)，90kg氯化鈣(酶活保護劑)，然後升溫至95°C，維持約6小時，最後冷卻至37°C後接入8. 5m3實施例1中製備的黑麴黴種子液，在37°C，通氣量為64. 5m3/min,罐壓O.1MPa的條件下培養約65小時，當殘總糖2%以下，產酸14%以上，轉化率85%以上時即可結束髮酵。結果表明，投入木薯的量及添加的酶量均比實施例4高，且蒸煮時間比實施例4更長。採用本發明的方法，循環利用含複合酶的脫毒液，將其按5%_10%的量加入到蒸煮脫毒前期的木薯原料中，可大幅度降低蒸煮脫毒的時間和溫度(脫毒液化的蒸煮時間由原來的6小時縮短為2小時，脫毒液化的蒸煮溫度，由原來的100°C降低為85°C )，極大地減少能源損耗。雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的 基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。
權利要求
1.一種利用木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒方法，其特徵在於，包括以下步驟1)以新鮮木薯為原料，黑麴黴作為發酵菌株，利用生物發酵法進行檸檬酸生產，去除發酵液中的菌體及雜質，向其中加入碳酸鈣進行沉澱，回收濾液即為含複合酶的脫毒液；2)以新鮮木薯為原料，直接粉碎磨漿，向其中加入步驟I)的含複合酶的脫毒液，然後添加高溫澱粉酶進行液化及蒸煮脫毒，向脫毒後的液化物中接入發酵菌株，進行檸檬酸發酵生產。
2.根據權利要求1所述的脫毒方法，其特徵在於，步驟2)中含複合酶的脫毒液的添加量為木薯漿狀物總重量的5%-10%。
3.根據權利要求1所述的脫毒方法，其特徵在於，步驟2)中高溫澱粉酶的添加量為木薯漿狀物總重量的O. 3%o -O. 8%。，其中高溫澱粉酶的酶活為4000U/ml。
4.根據權利要求3所述的脫毒方法，其特徵在於，步驟2)中液化溫度為80°C-90°C，液化時間為lh-2. 5h。
5.根據權利要求1所述的脫毒方法，其特徵在於，步驟I)和步驟2)中所述的發酵菌株為黑麴黴(Aspergillus niger) Co-827。
6.根據權利要求1所述的脫毒方法，其特徵在於，步驟I)和步驟2)中發酵時使用的發酵培養基配方為15%-19%木薯，O. 3%-0. 5%玉米蛋白粉，餘量為水。
7.根據權利要求1所述的脫毒方法，其特徵在於，步驟I)和步驟2)中所述發酵條件為37°C，通氣量O. 4-0. 9vvm,罐壓O.1Mpa,溶氧高於40%。
8.一種用於新鮮木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒液，其製備方法為以新鮮木薯為原料，黑麴黴作為發酵菌株，利用生物發酵法進行檸檬酸生產，去除發酵液中的菌體及雜質， 向其中加入碳酸鈣進行沉澱，回收濾液即得。
9.根據權利要求8所述的脫毒液，其特徵在於，所述發酵菌株為黑麴黴(Aspergillus niger) Co-827。
10.根據權利要求8所述的脫毒液，其特徵在於，發酵時使用的發酵培養基配方為 15%-19%木薯，O. 3%-0. 5%玉米蛋白粉，餘量為水；發酵條件為37°C，通氣量O. 4-0. 9vvm，罐壓O.1Mpa,溶氧大於等於40%。
全文摘要
本發明提供了一種利用木薯發酵生產檸檬酸中的脫毒方法，以新鮮木薯為原料，用黑麴黴進行檸檬酸發酵生產，然後在檸檬酸發酵後提取工序中，當向發酵濾液中加入碳酸鈣形成檸檬酸鈣沉澱後，產生大量的廢液，該廢液中含有多種複合酶。循環利用該廢液，將其按5%-10%的量加入到蒸煮脫毒前期的木薯原料中，可大幅度降低蒸煮脫毒的時間和溫度(脫毒液化的蒸煮時間由原來的6小時縮短為2小時，脫毒液化的蒸煮溫度，由原來的100℃降低為85℃)，極大地減少能源損耗。本發明的方法與傳統的木薯脫毒方法相比，具有明顯的優勢，展現了良好的工業應用前景，適用於工業化大規模的檸檬酸發酵生產中。
文檔編號C12R1/685GK103045659SQ201210584039
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者李榮傑, 尚海濤, 楊為華, 鄧遠德, 唐浩 申請人:安徽豐原發酵技術工程研究有限公司