一種利用蔗糖水解物發酵法生產檸檬酸的方法
2023-05-19 16:17:36
專利名稱：一種利用蔗糖水解物發酵法生產檸檬酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種持檬酸的生產方法，具體地說，涉及一種利用蔗 糖水解物進行發酵生產檸檬酸的方法。
背景技術：
檸檬酸及其鈉鹽等是發酵行業的支柱產品之一，近年來，我國檸
檬酸生產規模飛速發展，杼檬酸及其鹽的年產量已達45萬噸，是有機 酸類發酵產品中產量最大的產品，其中80%出口囯外。我國檸檬酸生 產原料主要以糧食作為主，我國人多地少，糧食危機日益嚴重。檸檬 酸的原料長期供應不足，特別時玉米供應不足，檸檬酸的巿場價格將 會一直上升。
近年來，蔗糖產量呈逐年遞升趨勢，尤其是國外巿場上的蔗糖價 格以低於我國的澱粉糖價格。因此，開展蔗糖發酵檸檬酸技術的研究 對於減輕國內檸檬酸生產用糧的壓力，保證糧食生產安全具有十分重 要的意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用蔗糖水解物進行發酵生產衧檬酸 的方法，該方法利用蔗糖水解物為原料，提高了糖酸代謝速率，縮短 了發酵周期，發酵液質量得以明顯提高。
為了實現本發明目的，本發明的一種利用蔗糖水解物發酵法生產 檸檬酸的方法，其釆用先將培養好的黑麴黴麩曲孢子在含9.5 ~ 10.5% 重量百分濃度蔗糖水解物的種子培養基中進行種子培養，培養成黑曲 黴液體種子；然後再經含14~16%重量百分濃度蔗糖水解物的發酵培 養基中進行培養。
具體地說，其包括如下步驟1) 平板或斜面培養將檸檬酸生產菌種黑麴黴接種到麥芽汁瓊脂平板或斜面培養基培養；
2) 麩曲培養然後將培養後的檸檬酸菌種黑麴黴接入一環黑曲
黴孢子，在麩曲種子培養基中培養，培養成麩曲孢子；
3) 種子培養再將含7~12%重量百分濃度蔗糖水解物的種子培
養基接入麩曲孢子，進行種子培養，培養成黑麴黴種子；
4) 發酵培養最後將培養好的黑麴黴種子接入含14~16%重量
百分濃度蔗糖水解物的發酵培養基中進行培養。
其中，本發明所述檸檬酸生產菌種為黑麴黴Co827。
所述蔗糖水解物為蔗糖在酸性條件下或酶的作用下水解產物，其組成為77~81%的葡萄糖，18~22%的果糖，0.8~1.2%的蔗糖。
步驟l)中，所述麥芽汁的濃度為2 4婆美度。
步驟2)中，所述麩曲種子培養基組成為麩皮20~30%，硫酸鎂0.01~0.02%，磷酸二氫鉀0.01 ~0.02%， pH自然,自來水配製。百分數(％)為重量百分數，以下同。
麩曲培養條件為37X:下培養7-10天。
步驟3)中，種子培養基的組成為蔗糖水解物9.5~10.5%，玉米漿0.5~1.0%，磷酸二氫鉀0.01 ~0.02%，硫酸銨0.01 ~0.02°/。,硫酸鎂0.01~0.02%, pH自然，自來水配製。
種子培養條件為37'C下通風培養24 30小時。
步驟4)中，發酵培養基的組成為蔗糖水解物14~16%,玉米漿0.5~1.0%，磷酸二氫鉀O.Ol ~0.02%，硫酸銨O.Ol-0.02%,硫酸鎂0.01 ~ 0.02。/0,pH自然，自來水配製。
本發明所述發酵培養所需碳源為蔗糖水解物；氮源為硫酸銨、玉米漿。
所述發酵溫度為35 ~ 39°C ， pH為2.5 ~ 6.0，通風比為l:( 0.1 ~ 0.6 )，攪拌轉速為200 500rpm,培養70~85小時。本發明利用蔗糖水解物發酵法獲得的檸檬酸酸度達到ll ~ 14%，
糖酸轉化率大於89%。
本發明利用蔗糖水解物發酵法生產檸檬酸的方法，具有如下優
點
1. 本發明對蔗糖水解物培養基進行了優化；
2. 針對蔗糖水解物培養基中，除碳源以外的氮源和營養元素比 較貧乏，在實驗過程中利用在線控制手段，對檸檬酸發酵的培養基氮 源和營養元素進行了優化，使得生產成本最低化，並建立起檸檬酸菌 種生長代謝過程與發酵過程模型化及控制技術；
3. 本發明利用蔗糖水解物中的葡萄糖及少量蔗糖和果糖為碳源 加入無機及有機氮源、各種營養元素，根據微生物在生長、代謝的不 同階段對氧氣、各種營養元素、各種碳源、氮源的需求差異，進行發 酵生產衧檬酸，發酵液質量明顯提高，提高了糖酸代謝速率，縮短了 發酵周期，發酵液中蔗糖水解物發酵檸檬酸酸度達到11~14%,發酵 周期70 85小時，糖酸轉化率大於89%;對開闢檸檬酸生產原料多樣 化，尤其是國外巿場的開發具有積極意義。
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。 實施例l
先將檸檬酸生產菌種黑麴黴孢子Co827接種到麥芽汁(濃度為4 婆美度)瓊脂平板上培養；採用平板培養的檸檬酸生產菌種在無菌狀 態下接入一環黑麴黴孢子到含麩皮30%，硫酸鎂0.02%，磷酸二氫鉀 0.01%的麩曲種子培養基三角瓶中，37。C培養9天。將培養成熟的麩曲 孢子接入到含蔗糖水解物10.5% (其為蔗糖在酸性條件下或酶的作用 下水解產物，其組成為77%的葡萄糖，1%的蔗糖，22%的果糖)， 玉米漿0.6%,磷酸二氫鉀0.012%，硫酸銨0.01%,硫酸鎂0.01%的液 體種子培養基中，pH自然，自來水配製。37°C,通風培養25小時。待液體種子培養好後，再接種到含蔗糖水解物14.3%,玉米漿0.5%，磷酸二氫鉀0.011%，硫酸銨0.01%，硫酸鎂0.012。/。的5L發酵罐發酵培養基中培養，溫度為37X:, pH自然，無菌空氣以通風比為l: 0.4的通風速率通入發酵罐的發酵培養基中，攪拌轉速為500rpm,通風培養81小時，殘還原糖1.08%,檸檬酸酸度達到11.59%,糖酸轉化率89.1%。實施例2
先將檸檬酸生產菌種黑麴黴孢子Co827接種到麥芽汁(濃度為4婆美度)瓊脂平板上培養；釆用平板培養的檸檬酸生產菌種在無菌狀態下接入一環黑麴黴孢子到含麩皮20%，硫酸鎂0.02%,磷酸二氫鉀0.01%的麩曲種子培養基三角瓶中，37。C培養10天。將培養成熟的麩曲孢子接入到含蔗糖水解物10.5% (其組成為78%的葡萄糖，0.9%的蔗糖，21.1%的果糖)，玉米漿0.6%，磷酸二氫鉀0.015°/。，硫酸銨0.02%,硫酸鎂0.013%的液體種子培養基中，pH自然，自來水配製。37°C,通風培養28小時。待液體種子培養好後，再接種到含蔗糖水解物14.7%,玉米漿0.8%，磷酸二氫鉀0.015%,硫酸銨0.012%，硫酸鎂0.018。/。的5L發酵罐發酵培養基中培養，溫度為39。C， pH為5.5,無菌空氣以通風比為h 0.4的通風速率通入發酵罐的發酵培養基中，攪拌轉速為500rpm，通風培養79小時，殘還原糖1.03%,檸檬酸酸度達到11.99%,糖酸轉化率89.4%。實施例3
先將檸檬酸生產菌種黑麴黴孢子Co827接種到麥芽汁(濃度為4婆美度)瓊脂平板上培養；採用平板培養的檸檬酸生產菌種在無菌狀態下接入一環黑麴黴孢子到含麩皮30%，硫酸鎂0.014%，磷酸二氫鉀0.01%的麩曲種子培養基三角瓶中，37。C培養9天。將培養成熟的麩曲孢子接入到含蔗糖水解物(其組成為78%的葡萄糖，1.1%的蔗糖，20.9°/。的果糖)10.5°/。，玉米漿0.6%,磷酸二氫鉀0.01%,硫酸銨0.01%,硫酸鎂0.012。/。的液體種子培養基中，pH自然，自來水配製。37°C,通風培養26小時。待液體種子培養好後，再接種到含蔗糖水解物
14.4%,玉米漿1.0%，磷酸二氫鉀0.014%,硫酸銨0.015%,硫酸鎂 0.012。/。的5L發酵罐發酵培養基中培養，溫度為37。C， pH為4.5，無菌 空氣以通風比為l: 0.3的通風速率通入發酵罐的發酵培養基中，攪拌 轉速為200rpm，通風培養76小時，殘還原糖0.85%，檸檬酸酸度達到 12.95%，糖酸轉化率89.2%。 實施例4
先將檸檬酸生產菌種黑麴黴孢子Co827接種到麥芽汁(濃度為4 婆美度)瓊脂平板上培養；釆用平板培養的檸檬酸生產菌種在無菌狀 態下接入一環黑麴黴孢子到含麩皮25%,硫酸鎂0.02%，磷酸二氫鉀 0.02%的麩曲種子培養基三角瓶中，37。C培養9天。將培養成熟的麩曲 孢子接入到含蔗糖水解物10.5% (其組成為78.9%的葡萄糖，1.1% 的蔗糖，20%的果糖)，玉米漿0.6%,磷酸二氫鉀0.01°/。，硫酸銨0.018%， 硫酸鎂0.01。/。的液體種子培養基中，pH自然，自來水配製。37°C, 通風培養29小時。待液體種子培養好後，再接種到含蔗糖水解物 14.5%,玉米漿0.6%,磷酸二氫鉀0.01%,硫酸銨0.02%,硫酸鎂0.01°/。 的5L發酵罐發酵培養基中培養，溫度為39t:， pH為4.0，無菌空氣以 通風比為l: O.l的通風速率通入發酵罐的發酵培養基中，攪拌轉速為 500rpm，通風培養75小時，殘還原糖1.09%,杼檬酸酸度達到13.59%， 糖酸轉化率89.55%。 實施例5
先將檸檬酸生產菌種黑麴黴孢子Co827接種到麥芽汁(濃度為2 婆美度)瓊脂平板上培養；釆用平板培養的檸檬酸生產菌種在無菌狀 態下接入一環黑麴黴孢子到含麩皮30%，硫酸鎂0.01%，磷酸二氫鉀 0.016%的麩曲種子培養基三角瓶中，37。C培養10天。將培養成熟的麩 曲孢子接入到含蔗糖水解物10% (其組成為79.8%的葡萄糖，1.2% 的蔗糖，19%的果糖)，玉米漿0.8%,磷酸二氫鉀0.016°/。，硫酸銨0.02%，
8硫酸鎂0.013%的液體種子培養基中，pH自然，自來水配製。37°C, 通風培養30小時。待液體種子培養好後，再接種到含蔗糖水解物 15.3%，玉米漿0.9°/。，磷酸二氫鉀0.017%，硫酸銨0.01°/。，硫酸鎂0.016% 的50L發酵罐發酵培養基中培養，溫度為38", pH為6.0，無菌空氣以 通風比為l: 0.3的通風速率通入發酵罐的發酵培養基中，攪拌轉速為 400rpm，通風培養78小時，殘還原糖0.88°/。，杼檬酸酸度達到13.66%， 糖酸轉化率89.33%。 實施例6
先將杼檬酸生產菌種黑麴黴孢子Co827接種到麥芽汁(濃度為4 婆美度)瓊脂平板上培養；採用平板培養的檸檬酸生產菌種在無菌狀 態下接入一環黑麴黴孢子到含麩皮30%，硫酸鎂0.02%，磷酸二氫鉀 0.02%的麩曲種子培養基三角瓶中，37。C培養9天。將培養成熟的麩曲 孢子接入到含蔗糖水解物10.5% (其組成為80%的葡萄糖，0.8%的 蔗糖，19.2%的果糖)，玉米漿0.9%，磷酸二氫鉀0.015%,硫酸銨0.01%, 硫酸鎂0.016%的液體種子培養基中，pH自然，自來水配製。37°C, 通風培養26小時。待液體種子培養好後，再接種到含蔗糖水解物 16.0%，玉米漿0.5%，磷酸二氫鉀0.014%，硫酸銨0.02%,硫酸鎂0.01% 的50L發酵罐發酵培養基中培養，溫度為37X:, pH為2.5，無菌空氣以 通風比為l: 0.6的通風速率通入發酵罐的發酵培養基中，攪拌轉速為 400rpm，通風培養77小時，殘還原糖1.15°/。，杼檬酸酸度達到13.7°/。， 糖酸轉化率89.29%。 實施例7
先將檸檬酸生產菌種黑麴黴孢子Co827接種到麥芽汁(濃度為4 婆美度)瓊脂平板上培養；釆用平板培養的檸檬酸生產菌種在無菌狀 態下接入一環黑麴黴孢子到含麩皮30%，硫酸鎂0.02%，磷酸二氫鉀 0.01%的麩曲種子培養基三角瓶中，37。C培養7天。將培養成熟的麩曲 孢子接入到含蔗糖水解物9.5% (其組成為80%的葡萄糖，1.2%的蔗糖，18.8%的果糖)，玉米漿0.6%，磷酸二氫鉀0.018%，硫酸銨0.015%,硫酸鎂0.01%的液體種子培養基中，pH自然，自來水配製。37°C，通風培養30小時。待液體種子培養好後，再接種到含蔗糖水解物15.1%，玉米漿0.8%,磷酸二氫鉀0.01%，硫酸銨0.02%，硫酸鎂0.019。/。的500L發酵罐發酵培養基中培養，溫度為37。C， pH為4.0,無菌空氣以通風比為l: 0.3的通風速率通入發酵罐的發酵培養基中，攪拌轉速為350rpm,通風培養74小時，殘還原糖1.01%,檸檬酸酸度達到14.2°/。，糖酸轉化率89.7%。
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
1.一種利用蔗糖水解物發酵法生產檸檬酸的方法，其特徵在於，其採用先將培養好的黑麴黴麩曲孢子在含9.5～10.5％重量百分濃度蔗糖水解物的種子培養基中進行種子培養，培養成黑麴黴液體種子；然後再經含14～16％重量百分濃度蔗糖水解物的發酵培養基中進行培養。
2. 根據權利要求l所述的生產檸檬酸的方法，其特徵在於，其包 括如下步驟1) 平板或斜面培養將杼檬酸生產菌種黑麴黴Co827接種到麥芽 汁瓊脂平板或斜面培養基培養；2) 麩曲培養然後將培養後的檸檬酸菌種黑麴黴Co827接入一環 黑麴黴孢子，在麩曲種子培養基中培養，培養成麩曲孢子；3) 種子培養再將含9.5~10.5%重量百分濃度蔗糖水解物的種 子培養基接入麩曲孢子，進行種子培養，培養成黑麴黴種子；4) 發酵培養最後將培養好的黑麴黴種子接入到含14~16%重 量百分濃度蔗糖水解物的發酵培養基中進行培養。
3. 根據權利要求1或2所述的生產檸檬酸的方法，其特徵在於， 所述檸檬酸生產菌種為黑麴黴Co827。
4. 根據權利要求l-3任意一項所述的生產檸檬酸的方法，其特徵 在於，所述蔗糖水解物組成為77~81%的葡萄糖，18~22%的果糖， 0.8~ 1.2%的應糖。
5. 根據權利要求l-4任意一項所述的生產杼檬酸的方法，其特徵 在於，步驟3)中，種子培養基的組成為蔗糖水解物9.5~10,5%， 玉米漿0.5~1.0%，磷酸二氫鉀0.01 ~0.02%，硫酸銨0.01 ~0.02%，硫 酸鎂O.Ol-0.02%, pH自然，自來水配製。
6. 根據權利要求5所述的生產梓檬酸的方法，其特徵在於，所述 種子培養條件為37°C下通風培養24 ~ 30小時。
7. 根據權利要求l-6任意一項所述的生產檸檬酸的方法，其特徵在於，發酵培養基的組成為蔗糖水解物14~16%，玉米漿0.5~1.0%， 磷酸二氫鉀0.01 ~ 0.02%,硫酸銨0.01 ~ 0.02%，硫酸鎂0.01 ~ 0.02%， pH自然，自來水配製。
8. 根據權利要求7所述的生產梓檬酸的方法，其特徵在於，所述 發酵溫度為35 39。C, pH為2.5 6.0，通風比為1: ( 0.1 ~ 0.6 )，攪拌 轉速為200 500rpm，培養70-85小時。
9. 根據權利要求3-8任意一項所述的生產檸檬酸的方法，其特徵 在於，步驟2)中，所述麩曲種子培養基組成為麩皮20~30%，硫 酸鎂O.Ol ~ 0.02%，磷酸二氫鉀O.Ol ~0.02%， pH自然，自來水配製， 所述麩曲培養條件為37。C下培養7 10天。
全文摘要
本發明提供了一種蔗糖水解物發酵法生產檸檬酸的方法，該方法利用蔗糖水解物中的葡萄糖及少量蔗糖和果糖為碳源加入無機及有機氮源、各種營養元素進行發酵生產檸檬酸。本發明對發酵生產培養基的氮源進行了優化，使得生產成本最低化。本發明利用蔗糖水解物為原料，發酵液質量明顯提高，對開闢檸檬酸生產原料多樣化，尤其是國外市場的開發具有積極意義。
文檔編號C12P7/48GK101638674SQ20091009161
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月26日 優先權日2009年8月26日
發明者松 付, 尚海濤, 李榮傑, 穆曉玲, 薛培儉, 輝 鄭 申請人:安徽豐原發酵技術工程研究有限公司